ES2622456T3 - Procedimiento y aparato de transmisión de datos de paquetes a alta velocidad - Google Patents

Procedimiento y aparato de transmisión de datos de paquetes a alta velocidad Download PDF

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ES2622456T3 ES09161952.8T ES09161952T ES2622456T3 ES 2622456 T3 ES2622456 T3 ES 2622456T3 ES 09161952 T ES09161952 T ES 09161952T ES 2622456 T3 ES2622456 T3 ES 2622456T3
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Charles E. Wheatley Iii
Paul E. Bender
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Matthew Grob
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Abstract

Un procedimiento para controlar una velocidad de datos de una señal recibida en una estación móvil (6) y transmitida por una estación base (4) a la estación móvil (6) a través de un canal de enlace directo, que comprende: transmitir, desde la estación móvil (6), un mensaje de solicitud de datos, mensaje DRC, a la estación base (4) que contiene una indicación de una medida de calidad del canal de enlace directo; y recibir, en la estación móvil (6), la señal a una velocidad de datos, en que la velocidad de datos es determinada por la estación base en base a la medida de calidad, y caracterizado por que la indicación de la medida de calidad en el mensaje DRC se basa en una medición portadora/interferencia por la estación móvil de una calidad de una señal piloto transmitida desde la estación base (4) a través de un canal piloto de enlace directo

Description

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DESCRIPCION
Procedimiento y aparato de transmision de datos de paquetes a alta velocidad ANTECEDENTES DE LA INVENCION
I. Campo de la Invencion
La presente invencion se refiere a la comunicacion de datos. Mas particularmente, la presente invencion se refiere a un procedimiento y aparato novedosos y mejorados para la transmision de datos por paquetes a alta velocidad.
II. Descripcion de la Tecnica Relacionada
Para soportar una variedad de aplicaciones, se requiere un sistema de comunicacion moderno. Un sistema de comunicacion tal es un sistema de acceso multiple por division de codigo (CDMA) que cumple con la norma “TIA/EIA/IS- 95 Mobile Station-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System”, a la que se hace referencia en lo sucesivo como la norma IS-95. El sistema CDMA permite comunicaciones de datos y por voz entre usuarios sobre un enlace terrestre. La utilizacion de tecnicas CDMA en un sistema de comunicacion de acceso multiple se da a conocer en la patente estadounidense n° 4.901.307 titulada “SPREAD SPECTRUM MULTIPLE ACCESS COMMUNICATION SYSTEM USING SATELLITE OR TERRESTRIAL REPEATERS”, presentada el 17 de octubre de 1986, fecha de publicacion 13 de febrero de 1990, y en la patente estadounidense n2 5.103.459, titulada “SYSTEM AND METHOD FOR GENERATING WAVEFORMS IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM”, presentada el 25 de junio de 1990, fecha de publicacion 7 de abril de 1992, ambas transferidas al cesionario de la presente invencion.
En esta memoria descriptiva, la estacion base se refiere al hardware con el que las estaciones moviles se comunican. La celula se refiere al hardware o a la zona de cobertura geografica, dependiendo del contexto en el que se utiliza el termino. Un sector es una particion de la celula. Puesto que un sector de un sistema CDMA tiene los atributos de una celula, las ensenanzas descritas en terminos de celula se extienden facilmente a los sectores.
En el sistema CDMA, las comunicaciones entre los usuarios se llevan a cabo a traves de una o mas estaciones base. Un primer usuario en una estacion movil se comunica con un segundo usuario en una segunda estacion movil transmitiendo datos sobre el enlace inverso a una estacion base. La estacion base recibe los datos y puede encaminar los datos a otra estacion base. Los datos se transmiten sobre el enlace directo de la misma estacion base, o una segunda estacion base, a la segunda estacion movil. El enlace directo se refiere a una transmision desde la estacion base a una estacion movil y el enlace inverso se refiere a una transmision desde la estacion movil a una estacion base. En sistemas IS-95, al enlace directo y al enlace inverso estan asignadas frecuencias separadas.
La estacion movil se comunica con al menos una estacion base durante una comunicacion. Las estaciones moviles CDMA pueden comunicarse con multiples estaciones base simultaneamente durante el traspaso continuo (“soft handoff”). El traspaso continuo es el proceso de establecer un enlace entre una estacion base nueva antes de interrumpir el enlace con la estacion base previa. El traspaso continuo minimiza la probabilidad de llamadas interrumpidas. El procedimiento y sistema para proporcionar una comunicacion con una estacion movil a traves de mas de una estacion base durante el proceso de traspaso continuo se dan a conocer en la patente estadounidense n2 5.267.261, titulada “MOBILE ASSISTED SOFT HANDOFF IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM”, presentada el 5 de marzo de 1992, fecha de publicacion 30 de noviembre de 1993, transferida al cesionario de la presente invencion. El traspaso continuo es el proceso por el que la comunicacion se produce sobre multiples sectores mantenidos por la misma estacion base. El proceso de traspaso continuo se describe en detalle en la solicitud de patente estadounidense, en tramitacion junto con la presente, n° de serie 08/763,498, titulada “METHOD AND APPARATUS FOR PERFORMING HANDOFF BETWEEN SECTORS OF A COMMON BASE STATION”, presentada el 11 de diciembre de 1996, numero de publicacion US5933787A, fecha de publicacion 3 de agosto de 1999, trasferida al cesionario de la presente invencion.
Dada la creciente demanda de aplicaciones de datos inalambricas, la necesidad de sistemas de comunicacion de datos inalambricos muy eficaces ha pasado a ser cada vez mas importante. La norma IS-95 puede transmitir datos de trafico y datos de voz sobre los enlaces directos e inversos. Un procedimiento para transmitir datos de trafico en tramas de canal de codigo de tamano fijado se describe en detalle en la patente estadounidense n° 5.504.773, titulada “METHOD AND APPARATUS FOR THE FORMATTING OF DATA FOR TRANSMISSION”, presentada el 21 de diciembre de 1993, fecha de publicacion 2 de abril de 1996, transferida al cesionario de la presente invencion. Segun la norma IS-95, los datos de trafico o los datos de voz se dividen en tramas de canal de codigo que tienen un ancho de 20 ms con velocidades de transferencia de datos de hasta 14,4 Kbps.
Una diferencia importante entre los servicios de voz y los servicios de datos es el hecho de que los primeros imponen requisitos de retardo fijos y rigurosos. Normalmente, el retardo unidireccional global de las tramas de voz debe ser inferior a 100 ms. Por el contrario, el retardo de datos puede llegar a ser un parametro variable utilizado
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para optimizar la eficiencia del sistema de comunicacion de datos. Especificamente, pueden utilizarse tecnicas de codificacion de correccion de errores mas eficientes que requieren retardos significativamente mayores que aquellos que pueden tolerarse por los servicios de voz. Un esquema de codificacion eficiente a modo de ejemplo para datos se da a conocer en la solicitud de patente estadounidense n° de serie 08/743.688 titulada “SOFT DECISION OUTPUT DECODER FOR DECODING CONVOLUTIONALLY ENCODED CODEWORDS”, presentada el 6 de noviembre de 1996, numero de publicacion US5933462A, fecha de publicacion 3 de agosto de 1999, transferida al cesionario de la presente invencion e incorporada en el presente documento como referencia.
Otra diferencia importante entre los servicios de voz y los servicios de datos es que los primeros requieren un grado de servicio (GOS) comun y fijo para todos los usuarios. Normalmente, para los sistemas digitales que proporcionan servicios de voz, esto se traduce en una velocidad igual y fija para todos los usuarios y un valor tolerable maximo para las tasas de error de las tramas de voz. Por el contrario, para los servicios de datos, el GOS puede ser diferente de usuario a usuario y puede ser un parametro optimizado para incrementar la eficiencia total del sistema de comunicacion de datos. El GOS de un sistema de comunicacion de datos se define normalmente como el retardo total provocado en la transferencia de una cantidad predeterminada de datos, al que se hace referencia en lo sucesivo como un paquete de datos.
Otra diferencia importante mas entre servicios de voz y servicios de datos es que los primeros requieren un enlace de comunicacion fiable que, en el sistema de comunicacion CDMA a modo de ejemplo, se proporciona mediante el traspaso continuo. El traspaso continuo da como resultado transmisiones redundantes desde dos o mas estaciones base para mejorar la fiabilidad. Sin embargo, esta fiabilidad adicional no se requiere para la transmision de datos ya que los paquetes de datos recibidos por error pueden retransmitirse. Para los servicios de datos, la potencia de transmision utilizada para soportar el traspaso continuo puede utilizarse mas eficazmente para transmitir datos adicionales.
Los parametros que miden la calidad y eficiencia de un sistema de comunicacion de datos son el retardo de transmision necesario para transferir un paquete de datos y la tasa de rendimiento global media del sistema. El retardo de transmision no tiene el mismo impacto en la comunicacion de datos como el que tiene para la comunicacion por voz, pero es una metrica importante para medir la calidad del sistema de comunicacion de datos. La tasa de rendimiento global media es una medida de la eficiencia de la capacidad de la transmision de datos del sistema de comunicacion.
Es bien conocido que en sistemas celulares la relacion senal/ruido e interferencia C/I de un usuario dado es una funcion de la ubicacion del usuario dentro de la zona de cobertura. Para mantener un nivel de servicio dado, los sistemas TDMA y FDMA recurren a tecnicas de reutilizacion de frecuencia, es decir, no todos los canales de frecuencia y/o ranuras de tiempo se utilizan en cada estacion base. En un sistema CDMA, se reutiliza la misma asignacion de frecuencia en cada celula del sistema, mejorando de este modo la eficiencia global. La relacion C/I que cualquier estacion movil del usuario consigue determina la tasa de informacion que puede soportarse para este enlace particular desde la estacion base a la estacion movil del usuario. Dada la modulacion especifica y el procedimiento de correccion de errores utilizados para la transmision, que la presente invencion busca optimizar para transmisiones de datos, se consigue un nivel de rendimiento dado a un nivel correspondiente de relacion C/I. Para un sistema celular idealizado con diseno de celulas hexagonales y que utiliza una frecuencia comun en cada celula, puede calcularse la distribucion de la relacion C/I conseguida en las celulas idealizadas.
La relacion C/I conseguida por cualquier usuario dado es una funcion de la perdida de propagacion, que para sistemas celulares terrestres se incrementa de r3 a r5, en la que r es la distancia a la fuente emisora. Ademas, la perdida de propagacion esta sujeta a variaciones aleatorias debidas a obstrucciones naturales o artificiales en la via de la onda de radio. Estas variaciones aleatorias se modelan normalmente como un proceso aleatorio de ensombrecimiento logaritmico normal con una desviacion estandar de 8 dB. La distribucion C/I resultante conseguida para un diseno celular hexagonal ideal con antenas de estacion base omnidireccionales, ley de propagacion r4, y el proceso de ensombrecimiento con una desviacion estandar de 8 dB se muestra en la Fig.10.
La distribucion C/I obtenida solo puede conseguirse si, en cualquier instante en el tiempo y en cualquier ubicacion, la mejor estacion base que se define como la que consigue el mayor valor C/I sirve a la estacion movil, sin tener en cuenta la distancia fisica a cada estacion base. Debido a la naturaleza aleatoria de la perdida de propagacion tal como se describe anteriormente, la senal con el mayor valor C/I puede ser una diferente a la distancia fisica minima desde la estacion movil. Por el contrario, si una estacion movil fuera a comunicar solo a traves de la estacion base de minima distancia, la relacion C/I puede degradarse sustancialmente. Por lo tanto, es beneficioso para las estaciones moviles comunicarse con y desde la mejor estacion base de servicio todas las veces, consiguiendo de ese modo el valor C/I optimo. Tambien puede observarse que el intervalo de valores de la relacion C/I conseguida, en el modelo idealizado anterior y tal como se muestra en la Figura 10, es tal que la diferencia entre el valor superior e inferior puede ser tan alto como 10.000. En una implementacion practica, el intervalo se limita normalmente a aproximadamente 1:100 o 20 dB. Por tanto, es posible para una estacion base CDMA servir a estaciones moviles con velocidades de transferencia de bits de informacion que pueden variar como mucho como un factor de 100, como establece la siguiente relacion:
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en la que Rb representa la tasa de informacion a una estacion movil particular, W es el ancho de banda total ocupado por la senal de espectro ensanchado, y Eb/Io es la energia por bit sobre una densidad de interferencia necesaria para conseguir un nivel de rendimiento dado. Por ejemplo, si la senal de espectro ensanchado ocupa un ancho de banda W de 1,2288 MHz y una comunicacion fiable requiere un promedio Eb/Io igual a 3 dB, entonces una estacion movil que consigue un valor C/I de 3 dB a la mejor estacion base puede comunicarse a una velocidad de transferencia de datos tan alta como 1,2288 Mbps. Por otro lado, si una estacion movil esta sujeta a una interferencia sustancial desde estaciones base adyacentes y solo puede conseguir una relacion C/I de -7 dB, no puede soportarse la comunicacion fiable a una velocidad de transferencia de datos mayor a 122.88 Kbps. Por lo tanto, un sistema de comunicacion disenado para optimizar el rendimiento global medio intentara servir a cada usuario remoto desde la mejor estacion base de servicio y a la velocidad de transferencia de datos Rb mas alta que el usuario remoto puede soportar de forma fiable. El sistema de comunicacion de datos de la presente invencion explota las caracteristicas citadas anteriormente y optimiza el rendimiento global de datos desde las estaciones base CDMA a las estaciones moviles.
La patente WO 97/09810 trata de un procedimiento y de un aparato para la comunicacion de datos a multiples velocidades. En un modo de realizacion, se proporciona un sistema para las comunicaciones a multiples velocidades que permite diferentes velocidades de datos para cada unidad de informacion en un canal, incluyendo las unidades de datos tanto de diferentes unidades moviles como de la misma unidad movil. Una unidad de envio empieza preferiblemente determinando la velocidad a la cual empezar las comunicaciones y busca, por ejemplo mediante el uso de un detector RSSI, una indicacion de que la velocidad deberia cambiarse. Un ajustador de velocidad implementa el cambio y puede hacer cambios tan frecuentemente como cada unidad de datos.
Ademas, el documento EP 0 720 407 A2 trata de un procedimiento para monitorizar el estado de interferencia por una estacion base de un sistema de radiocomunicacion movil. Una estacion movil mide la intensidad de campo y la tasa de errores de bits de una onda de radio de enlace descendente de una estacion base en cada tiempo de medicion e informa los resultados medidos a la estacion base. Tras la recepcion de los resultados medidos de cada estacion movil, la estacion base compara los resultados medidos con una caracteristica de referencia para determinar si son anormales o no.
RESUMEN DE LA INVENCION
La invencion se define en las reivindicaciones independientes 1, y 4. La presente invencion es un procedimiento y aparato novedosos y mejorados para la transmision de datos por paquetes a alta velocidad en un sistema CDMA. La presente invencion mejora la eficiencia de un sistema CDMA proporcionando medios para transmitir datos sobre enlaces directos e inversos. Cada estacion movil se comunica con una o mas estaciones base y monitoriza los canales de control durante la comunicacion con las estaciones base. Los canales de control pueden utilizarse por las estaciones base para transmitir pequenas cantidades de datos, mensajes de radiomensajeria dirigidos a una estacion movil especifica y mensajes de radiodifusion a todas las unidades moviles. El mensaje radiomensajeria informa a la estacion movil de que la estacion base tiene una gran cantidad de datos que transmitir a la estacion movil.
Es un objetivo de la presente invencion mejorar la utilizacion de la capacidad de los enlaces directos e inversos en el sistema de comunicacion de datos. Tras la recepcion de los mensajes de radiomensajeria de una o mas estaciones base, la estacion movil mide la relacion de senal/ruido e interferencia (C/I) de las senales de enlace directo (por ejemplo, las senales piloto de enlace directo) en cada ranura de tiempo y selecciona la mejor estacion base utilizando un conjunto de parametros que pueden comprender las mediciones de la relacion C/I actuales y previas. En un ejemplo, en cada ranura de tiempo, la estacion movil transmite a la estacion base seleccionada sobre un canal de solicitud de datos dedicado (DSR) una solicitud para una transmision a la velocidad de transferencia de datos mas alta que la relacion C/I medida puede soportar de manera fiable. La estacion base seleccionada transmite datos, en paquetes de datos, a una velocidad de transferencia de datos que no supera la velocidad de transferencia de datos recibida de la estacion movil sobre el canal DRC. Al transmitir desde la mejor estacion base en cada ranura de tiempo, se consigue un rendimiento global y retardo de transmision mejorados.
En un ejemplo, se mejora el rendimiento transmitiendo desde la estacion base seleccionada a la potencia de transmision maxima para la duracion de una o mas ranuras de tiempo a una estacion movil a la velocidad de transferencia de datos solicitada por la estacion movil. En el sistema de comunicacion CDMA de ejemplo, las estaciones base funcionan a una determinada reduccion de potencia (por ejemplo 3 dB) desde la potencia de transmision para tener en cuenta las variaciones en la utilizacion. Asi, la potencia de transmision media es la mitad de la potencia maxima. Sin embargo, en la presente invencion, dado que se planifican las transmisiones de datos a alta velocidad y la potencia normalmente no se comparte (por ejemplo, entre transmisiones), no es necesario reducir
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la potencia desde la potencia de transmision maxima disponible.
En un ejemplo, se mejora la eficiencia permitiendo a las estaciones base transmitir paquetes de datos a cada estacion movil durante un numero variable de ranuras de tiempo. La capacidad para transmitir desde diferentes estaciones de ranura de tiempo a ranura de tiempo permite al sistema de comunicacion de datos de la presente invencion adaptarse rapidamente a los cambios del entorno de funcionamiento. Ademas, la capacidad para transmitir un paquete de datos sobre ranuras de tiempo no contiguas es posible en la presente invencion debido a la utilizacion de un numero de secuencia que identifica las unidades de datos en un paquete de datos.
En un ejemplo, se incrementa la flexibilidad reenviando los paquetes de datos dirigidos a una estacion movil especifica desde un controlador central a todas las estaciones base que son miembros del conjunto activo de la estacion movil. En la presente invencion, la transmision de datos puede producirse desde cualquier estacion base en el conjunto activo de la estacion movil en cada ranura de tiempo. Ya que cada estacion base comprende una cola que contiene los datos que van a transmitirse a la estacion movil, una transmision de enlace directo eficiente puede producirse con un retardo de procesamiento minimo.
Otro ejemplo proporciona un mecanismo de retransmision para unidades de datos recibidas por error. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, cada paquete de datos comprende un numero predeterminado de unidades de datos, con cada unidad de datos identificada mediante un numero de secuencia. Tras una recepcion incorrecta de una o mas unidades de datos, la estacion movil envia una confirmacion negativa (NACK) sobre el canal de datos de enlace inverso que indica los numeros de secuencia de las unidades de datos perdidas para la retransmision desde la estacion base. La estacion base recibe el mensaje NACK y puede retransmitir las unidades de datos recibidas por error.
En otro ejemplo la estacion movil selecciona las mejores candidatas de estacion base para la comunicacion basandose en el procedimiento descrito en la solicitud de patente estadounidense n° de serie 08/790.497, titulada “METHOD AND APPARATUS FOR PERFORMING SOFT HANDOFF IN A WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM”, presentada el 29 de enero de 1997, numero de publicacion US 6.151.502, fecha de publicacion 21 de noviembre de 2000, transferida al cesionario de la presente invencion. En este ejemplo, la estacion base puede sumarse al conjunto activo de la estacion movil si la senal piloto recibida esta por encima de un umbral de suma predeterminado y restarse del conjunto activo si la senal piloto esta por debajo de un umbral de resta predeterminado. En un modo de realizacion alternativo, la estacion base puede sumarse al conjunto activo si la energia adicional de la estacion base (por ejemplo, cuando se midio por la senal piloto) y la energia de las estaciones base ya en el conjunto activo supera un umbral predeterminado. Utilizando este modo de realizacion alternativo, una estacion base cuya energia transmitida comprende una cantidad insustancial de la energia recibida total en la estacion movil no se suma al conjunto activo.
Otro ejemplo permite que las estaciones moviles transmitan las solicitudes de velocidad de transferencia de datos sobre el canal DRC de tal manera que solo la estacion base seleccionada de entre las estaciones base en comunicacion con la estacion movil pueda distinguir los mensajes DRC, asegurando por tanto que la transmision de enlace directo en cualquier ranura de tiempo es desde la estacion base seleccionada. En este ejemplo, se asigna a cada estacion base en comunicacion con la estacion movil un codigo Walsh unico. La estacion movil cubre el mensaje DRC con el codigo Walsh correspondiente a la estacion base seleccionada. Otros codigos pueden utilizarse para cubrir los mensajes DRC, aunque normalmente se utilizan los codigos ortogonales y se prefieren los codigos Walsh.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
Las caracteristicas, objetivos y ventajas de la presente invencion seran mas evidentes a partir de la descripcion detallada expuesta a continuacion cuando se toma en conjuncion con los dibujos en los que los caracteres de referencia iguales se identifican de forma correspondiente a lo largo de la misma y en los que:
La Figura 1 es un diagrama de un sistema de comunicacion de datos de la presente invencion que comprende una pluralidad de celulas, una pluralidad de estaciones base y una pluralidad de estaciones moviles;
La Figura 2 es un diagrama de bloques a modo de ejemplo de los subsistemas del sistema de comunicacion de datos de la presente invencion;
Las Figuras 3A a 3B son diagramas de bloque de la arquitectura de enlace directo a modo de ejemplo de la presente invencion;
La Figura 4A es un diagrama de la estructura de trama de enlace directo a modo de ejemplo de la presente invencion;
Las Figuras 4B a 4C son diagramas del canal de control de potencia y del canal de trafico directo a modo de ejemplo, respectivamente;
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La Figura 4D es un diagrama del paquete segmentado de la presente invencion;
Las Figuras 4E a 4G son diagramas de los dos formatos de paquete de datos a modo de ejemplo y la capsula de canal de control, respectivamente;
La Figura 5 es un cronograma a modo de ejemplo que muestra la transmision de paquetes a alta velocidad sobre el enlace directo;
La Figura 6 es un diagrama de bloque de la arquitectura de enlace inverso a modo de ejemplo de la presente invencion;
La Figura 7A es un diagrama de la estructura de trama de enlace inverso a modo de ejemplo de la presente invencion;
La Figura 7B es un diagrama del canal de acceso de enlace inverso a modo de ejemplo;
La Figura 8 es un cronograma a modo de ejemplo que muestra la transmision de datos a alta velocidad sobre el enlace inverso;
La Figura 9 es un diagrama de estado a modo de ejemplo que muestra las transiciones entre los diversos estados de funcionamiento de la estacion movil; y
La Figura 10 es un diagrama de la funcion de distribucion acumulativa (CDF) de la distribucion C/I en un diseno celular hexagonal ideal.
DESCRIPCION DETALLADA DE LOS MODOS DE REALIZACION PREFERIDOS
Segun el modo de realizacion a modo de ejemplo del sistema de comunicacion de datos de la presente invencion, la transmision de datos mediante enlace directo se produce desde una estacion base a una estacion movil (vease la Figura 1) a o cerca de la velocidad maxima de transferencia de datos que puede soportarse mediante el enlace directo y el sistema. La comunicacion de datos de enlace inverso puede producirse desde una estacion movil a una o mas estaciones base. El calculo de la velocidad de transferencia de datos maxima para una transmision de enlace directo se describe en detalle mas adelante. Los datos se dividen en paquetes de datos, transmitiendose cada paquete de datos sobre una o mas ranuras de tiempo (o ranuras). En cada ranura de tiempo, la estacion base puede dirigir la transmision de datos a cualquier estacion movil que este en comunicacion con la estacion base.
Inicialmente, la estacion movil establece comunicacion con una estacion base utilizando un procedimiento de acceso predeterminado. En este estado conectado, la estacion puede recibir mensajes de datos y de control desde la estacion base, y puede transmitir mensajes de datos y de control a la estacion base. La estacion movil entonces monitoriza el enlace directo para transmisiones desde las estaciones base en el conjunto activo de la estacion movil. El conjunto activo contiene una lista de estaciones base en comunicacion con la estacion movil. Especificamente, la estacion movil mide la relacion senal/ruido e interferencia (C/I) del piloto de enlace directo de las estaciones base en el conjunto activo, cuando se recibe en la estacion movil. Si la senal piloto recibida esta por encima de un umbral de suma predeterminado o por debajo de un umbral de resta predeterminado, la estacion movil informa a la estacion base sobre esto. Mensajes posteriores desde la estacion base ordenan a la estacion movil sumar o restar la(s) estacion(es) base a o desde su conjunto activo, respectivamente. Los diversos estados de funcionamiento de la estacion movil se describen mas adelante.
Si no hay datos que enviar, la estacion movil vuelve a estado desocupado e interrumpe la transmision de informacion de velocidad de transferencia de datos a la(s) estacion(es) base. Mientras que la estacion movil esta en el estado desocupado, la estacion movil monitoriza el canal de control desde una o mas estaciones base en el conjunto activo para mensajes de radiomensajeria.
Si hay datos que transmitir a la estacion movil, los datos se envian mediante un controlador central a todas las estaciones base en el conjunto activo y se almacenan en una cola en cada estacion base. Entonces se envia un mensaje de radiomensajeria mediante una o mas estaciones base a la estacion movil sobre los canales de control respectivos. La estacion base puede transmitir todos los mensajes de radiomensajeria de este tipo al mismo tiempo a traves de diversas estaciones base para asegurar la recepcion incluso cuando la estacion movil esta conmutando entre estaciones base. La estacion movil demodula y decodifica las senales sobre uno o mas canales de control para recibir los mensajes de radiomensajeria.
Tras decodificar los mensajes de radiomensajeria, y durante cada ranura de tiempo hasta que se completa la transmision de datos, la estacion movil mide la relacion C/I de las senales de enlace directo de las estaciones base en el conjunto activo, cuando se reciben en la estacion movil. La relacion C/I de las senales de enlace directo puede obtenerse midiendo las senales piloto respectivas. Entonces la estacion movil selecciona la mejor estacion base
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basandose en un conjunto de parametros. El conjunto de parametros puede comprender las mediciones de la relacion C/I actuales y previas y la tasa de error de bits y la tasa de error de paquetes. Por ejemplo, la mejor estacion base puede seleccionarse basandose en la mayor medicion de la relacion C/I. Entonces la estacion movil identifica la mejor estacion base y transmite a la estacion base seleccionada un mensaje de solicitud de datos (al que se hace referencia en lo sucesivo como el mensaje DRC) sobre el canal de solicitud de datos (al que se hace referencia en lo sucesivo como el canal DRC. El mensaje DRC puede contener la velocidad de transferencia de datos solicitada en un ejemplo o, en otro ejemplo, una indicacion de la calidad del canal de enlace directo (por ejemplo, la propia medicion C/I, la tasa de error de bits o la tasa de error de paquetes). En el modo de realizacion a modo de ejemplo, la estacion movil puede dirigir la transmision del mensaje DRC a una estacion base especifica mediante la utilizacion de un codigo Walsh que identifica de forma unica la estacion base. A los simbolos del mensaje DRC se les aplica una operacion de O exclusivo (XOR) con el codigo Walsh unico. Ya que se identifica a cada estacion base en el conjunto activo de la estacion movil mediante un codigo Walsh unico, solo la estacion base seleccionada que realiza la misma operacion XOR que la realizada por la estacion movil, con el codigo Walsh correcto, puede decodificar correctamente el mensaje DRC. La estacion base utiliza la informacion de control de velocidad de cada estacion movil para transmitir eficazmente datos de enlace directo a la velocidad mas alta posible.
A cada ranura de tiempo, la estacion base puede seleccionar cualquiera de las estaciones base radiolocalizadas para la transmision de datos. Entonces la estacion base determina la velocidad de transferencia de datos a la que transmitir los datos a la estacion movil seleccionada basandose en el valor mas reciente del mensaje DRC recibido desde la estacion movil. Ademas, la estacion base identifica de forma unica una transmision a una estacion movil particular utilizando un codigo de ensanchamiento que es unico a esa estacion movil. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, este codigo de ensanchamiento es el codigo de pseudorruido (PN) largo que se define en la norma IS-95.
La estacion movil, para la que se destina el paquete de datos, recibe la transmision de datos y decodifica el paquete de datos. Cada paquete de datos comprende una pluralidad de unidades de datos. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, una unidad de datos comprende ocho bits de informacion, aunque pueden definirse tamanos de unidad de datos diferentes que estan dentro del alcance de la presente invencion. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, cada unidad de datos se asocia con un numero de secuencia y las estaciones moviles pueden identificar transmisiones perdidas o duplicadas. En tales casos, las estaciones moviles comunican los numeros de secuencia de las unidades de datos perdidas a traves del canal de datos de enlace inverso. Los controladores de estacion base, que reciben los mensajes de datos desde las estaciones moviles, indican entonces a todas las estaciones base que se comunican con esta estacion movil particular que unidades de datos no se recibieron por la estacion movil. Las estaciones base planifican entonces una retransmision de tales unidades de datos.
Cada estacion movil en el sistema de comunicacion puede comunicarse con multiples estaciones base sobre el canal inverso. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, el sistema de comunicacion de datos de la presente invencion soporta traspaso continuo y traspaso mas continuo sobre el enlace inverso por varias razones. En primer lugar, el traspaso continuo no consume capacidad adicional sobre el enlace inverso sino que mas bien permite a las estaciones base transmitir datos al nivel de potencia minima de manera que al menos una de las estaciones base pueda decodificar los datos de forma fiable. En segundo lugar, la recepcion de las senales de enlace inverso por mas estaciones base incrementa la fiabilidad de la transmision y solo requiere hardware adicional en las estaciones base.
En un modo de realizacion a modo de ejemplo, la capacidad del enlace directo del sistema de transmision de datos de la presente invencion se determina mediante las solicitudes de velocidad de transferencia de las estaciones moviles. Pueden conseguirse ganancias adicionales en la capacidad del enlace directo utilizando antenas direccionales y/o filtros espaciales adaptables. Un procedimiento y aparato a modo de ejemplo para proporcionar transmisiones direccionales se dan a conocer en la solicitud de patente estadounidense en tramitacion junto con la presente n2 de serie 08/575.049, titulada “METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINING THE TRANSMISSION DATA RATE IN A MULTI-USER COMMUNICATION SYSTEM”, presentada el 20 de diciembre de 1995, numero de publicacion US 5.857.147, fecha de publicacion 5 de enero de 1999, y la solicitud de patente estadounidense n° de serie 08/925.521, titulada “METHOD AND APPARATUS FOR PROVIDING ORTHOGONAL SPOT BEAMS, SECTORS, AND PICOCELLS”, presentada el 8 de septiembre de 1997, numero de publicacion US 6.285.655, fecha de publicacion 4 de septiembre de 2001, ambas transferidas al cesionario de la presente invencion.
I. Descripcion del Sistema
Haciendo referencia a las figuras, la Figura 1 representa el sistema de comunicacion de datos a modo de ejemplo de la presente invencion que comprende multiples celulas 2a a 2g. Una estacion base 4 correspondiente da servicio a cada celula 2. Varias estaciones moviles 6 estan dispersadas por todo el sistema de comunicacion de datos. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, cada estacion movil 6 se comunica como mucho con una estacion base 4 sobre el enlace directo en cada ranura de tiempo pero puede estar en comunicacion con una o mas estaciones base 4 sobre el enlace inverso, dependiendo de si la estacion movil 6 esta en traspaso continuo. Por ejemplo, la estacion base 4a transmite datos exclusivamente a la estacion movil 6a, la estacion base 4b transmite datos exclusivamente a la estacion movil 6b y la estacion base 4c transmite datos exclusivamente a la estacion movil 6c sobre el enlace
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directo en una ranura de tiempo n. En la Figura 1, la linea continua con la flecha indica una transmision de datos desde una estacion base 4 a una estacion movil 6. Una linea discontinua con la flecha indica que la estacion movil 6 esta recibiendo la senal piloto, pero ninguna transmision de datos, desde la estacion base 4. La comunicacion mediante enlace inverso no se muestra en la Figura 1 por simplicidad.
Como se muestra en la Figura 1, cada estacion base 4 trasmite preferiblemente datos a una estacion movil 6 en un momento dato. Las estaciones moviles 6, especialmente aquellas ubicadas cerca de un limite de la celula, pueden recibir las senales piloto desde multiples estaciones base 4. Si la senal piloto esta por encima de un umbral predeterminado, la estacion movil 6 puede solicitar que la estacion base 4 se sume al conjunto activo de la estacion movil 6. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, la estacion movil 6 puede recibir transmision de datos desde cero o un elemento del conjunto activo.
En la Figura 2 se muestra un diagrama de bloques que ilustra los subsistemas basicos del sistema de comunicacion de datos de la presente invencion. El controlador 10 de estacion base se interconecta con la interfaz de red por paquetes 24, PSTN 30 y todas las estaciones base 4 en el sistema de comunicacion de datos (solo se muestra una estacion base 4 en la Figura 2 por simplicidad). El controlador 10 de estacion base coordina la comunicacion entre las estaciones moviles 6 en el sistema de comunicacion de datos y otros usuarios conectados a la interfaz de red por paquetes 24 y a la PSTN 30. La PSTN 30 se interconecta con los usuarios a traves de la red telefonica estandar (no mostrada en la Figura 2).
El controlador 10 de estacion base contiene muchos elementos 14 selector, aunque solo se muestra uno en la Figura 2 por simplicidad. Un elemento selector 14 se asigna para controlar la comunicacion entre uno o mas estaciones base 4 y una estacion movil 6. Si no se ha asignado el elemento selector 14 a la estacion movil 6, se informa al procesador 16 de control de llamada de la necesidad de enviar un mensaje por radio a la estacion movil 6. El procesador 16 de control de llamada ordena entonces a la estacion base 4 enviar un mensaje por radio a la estacion movil 6.
La fuente de datos 20 contiene los datos que van a transmitirse a la estacion movil 6. La fuente de datos 20 proporciona los datos a la interfaz de red por paquetes 24. La interfaz de red por paquetes 24 recibe los datos y encamina los datos al elemento selector 14. El elemento selector 14 envia los datos a cada estacion base 4 en comunicacion con la estacion movil 6. Cada estacion base 4 mantiene una cola de datos 40 que contiene los datos que van a transmitirse a la estacion movil 6.
En el modo de realizacion a modo de ejemplo, sobre el enlace directo, un paquete de datos se refiere a una cantidad predeterminada de datos que es independiente de la velocidad de transferencia de datos. El paquete de datos esta formateado con otros bits de control y codificacion y se codifica. Si la transmision de datos ocurre sobre multiples canales Walsh, el paquete codificado se demultiplexa en flujos paralelos, con cada flujo transmitido sobre un canal Walsh.
Los datos se envian, en paquetes de datos, desde la cola de datos 40 hasta el elemento de canal 42. Para cada paquete de datos el elemento de canal 42 inserta los campos de control necesarios. El paquete de datos, los campos de control, los bits de secuencia de verificacion de trama y los bits de cola de codigo comprenden un paquete formateado. El elemento de canal 42 codifica entonces uno o mas paquetes formateados e intercala (o reorganiza) los simbolos dentro de los paquetes codificados. A continuacion, se cifra el paquete intercalado con una secuencia de cifrado, cubierto con cubiertas Walsh, y se ensancha con el codigo PN largo y los codigos PNq y PNi cortos. Los datos ensanchados se modulan en cuadratura, se filtran y amplifican mediante un transmisor dentro de una unidad 44 RF. La senal de enlace directo se transmite por el aire a traves de la antena 46 sobre enlace directo 50.
En la estacion movil 6, la senal de enlace directo se recibe por la antena 60 y se encamina a un receptor dentro del terminal de entrada 62. El receptor filtra, amplifica, demodula en cuadratura y cuantifica la senal. La senal digitalizada se proporciona a un demodulador 64 (DEMOD) en el que se desensancha con el codigo PN largo y los codigos PNq y PNi cortos, se descubre con las cubiertas Walsh y se descifra con la secuencia de cifrado identica. Los datos modulados se proporcionan a un decodificador 66 que realiza las funciones de procesamiento de la senal a la inversa realizadas en la estacion base 4, especificamente las funciones de desintercalado, decodificacion y verificacion de trama. Los datos decodificados se proporcionan a un colector de datos 68. El hardware, como se describe anteriormente, soporta la transmision de datos, mensajeria, voz, video y otras comunicaciones sobre el enlace directo.
Las funciones de planificacion y control del sistema pueden realizarse mediante muchas implementaciones. La ubicacion del planificador de canal 48 depende de si se desea un procesamiento de control/planificacion distribuido o centralizado. Por ejemplo, para procesamiento distribuido, el planificador de canal 48 puede ubicarse en cada estacion base 4. A la inversa, para el procesamiento centralizado, el planificador de canal 48 puede ubicarse en el controlador 10 de estacion base y puede designarse para coordinar las transmisiones de datos de multiples estaciones base 4. Pueden contemplarse otras implementaciones de las funciones anteriormente descritas y estan dentro del alcance de la presente invencion.
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Como se muestra en la Figura 1, las estaciones moviles 6 estan dispersas por todo el sistema de comunicacion de datos y pueden estar en comunicacion con cero o una estacion base 4 sobre el enlace directo. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, el planificador de canal 48 coordina las transmisiones de datos de enlace directo de una estacion base 4. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, el planificador de canal 48 se conecta a la cola de datos 40 y al elemento de canal 42 en la estacion base 4 y recibe el tamano de la cola, que es indicativo de la cantidad de datos a transmitir a la estacion movil 6, y los mensajes DRC desde las estaciones moviles 6. El planificador de canal 48 planifica una transmision de datos a alta velocidad de manera que se optimizan los objetivos del sistema de rendimiento global maximo y retardo de transmision minimo.
En el modo de realizacion a modo de ejemplo, la transmision de datos se planifica basandose en parte en la calidad del enlace de comunicacion. Un sistema de comunicacion a modo de ejemplo que selecciona la velocidad de transmision basandose en la calidad del enlace se da a conocer en la solicitud de patente estadounidense n° de serie 08/741.320, titulada “METHOD AND APPARATUS FOR PROVIDING HIGH SPEED DATA COMMUNICATIONS IN A CELLULAR ENVIRONMENT”, presentada el 11 de septiembre de 1996, numero de publicacion US 6.496.543, fecha de publicacion 17 de diciembre de 2002, transferida al cesionario de la presente invencion. En la presente invencion, la planificacion de la comunicacion de datos puede basarse en consideraciones adicionales tales como el GOS del usuario, el tamano de la cola, el tipo de datos, la cantidad de retardo ya experimentada, y la tasa de error de la transmision de datos. Estas consideraciones se describen en detalle en la solicitud de patente estadounidense n° de serie 08/798.951, titulada “METHOD AND APPARATUS FOR FORWARD LINK RATE SCHEDULING”, presentada el 11 de febrero de 1997, numero de publicacion US 6.335.922, fecha de publicacion 1 de enero de 2002, y la solicitud de patente estadounidense n° 08/914.928, titulada “METHOD AND APPARATUS FOR REVERSE LINK RATE SCHEDULING”, presentada el 20 de agosto de 1997, numero de publicacion US 5.923.650, fecha de publicacion 13 de julio de 1999, ambas transferidas al cesionario de la presente invencion. Pueden considerase otros factores en la planificacion de las transmisiones de datos y estan dentro del alcance de la presente invencion.
El sistema de comunicacion de datos de la presente invencion soporta transmisiones de mensajes y datos sobre el enlace inverso. En la estacion movil 6, el controlador 76 procesa la transmision de mensajes o datos encaminando los datos o el mensaje al codificador 72. El controlador 76 puede implementarse en un microcontrolador, un microprocesador, un chip de procesamiento de senales digitales (DSP,) o en un ASIC programado para realizar la funcion como se describe en el presente documento.
En el modo de realizacion a modo de ejemplo, el codificador 72 codifica el mensaje que se ajusta al formato de datos de senalizacion espacio-rafaga descrito en la anteriormente mencionada patente estadounidense n° 5.504.773. El codificador 72 entonces genera y agrega un conjunto de bits CRC, agrega un conjunto de bits de cola de codigo, codifica los bits de datos y agregados, y reorganiza los simbolos dentro de los datos codificados. Los datos intercalados se proporcionan al modulador 74 (MOD).
El modulador 74 puede implementarse en muchas realizaciones. En el modo de realizacion a modo de ejemplo (vease la Figura 6), los datos intercalados se cubren con codigos Walsh, se ensanchan con un codigo PN largo, y se ensanchan adicionalmente con los codigos PN cortos. Los datos ensanchados se proporcionan a un transmisor en el terminal de entrada 62.
El transmisor modula, filtra, amplifica y transmite la senal de enlace inverso por el aire, a traves de la antena 46, sobre el enlace inverso 52.
En el modo de realizacion a modo de ejemplo, la estacion movil 6 ensancha los datos de enlace inverso segun un codigo PN largo. Cada canal de enlace inverso se define segun el desfase temporal de una secuencia PN larga comun. En dos desfases distintos, las secuencias de modulacion resultantes no estan correlacionadas. El desfase de una estacion movil 6 se determina segun una identificacion numerica unica de la estacion movil 6 que, en el modo de realizacion a modo de ejemplo de las estaciones moviles 6 de la norma IS-95, es el numero de identificacion especifico de la estacion movil. Asi, cada estacion movil 6 transmite sobre un canal de enlace inverso no correlacionado determinado segun su numero de serie electronico unico.
En la estacion base 4, la senal de enlace inverso se recibe mediante la antena 46 y se proporciona a una unidad 44 RF. La unidad 44 RF filtra, amplifica, demodula y cuantifica la senal, y proporciona la senal digitalizada al elemento de canal 42. El elemento de canal 42 desensancha la senal digitalizada con los codigos PN cortos y el codigo PN largo. El elemento de canal 42 tambien realiza el descubrimiento del codigo Walsh y la extraccion piloto y DRC. El elemento de canal 42 reorganiza entonces los datos demodulados, decodifica los datos desintercalados y realiza la funcion de comprobacion CRC. Los datos decodificados, por ejemplo los datos o mensaje, se proporcionan al elemento selector 14. El elemento selector 14 encamina los datos y mensaje al destino apropiado. El elemento de canal 42 tambien puede reenviar un indicador de calidad al elemento selector 14 indicativo de la condicion del paquete de datos recibido.
En el modo de realizacion a modo de ejemplo, la estacion movil 6 puede estar en uno de tres estados de funcionamiento. En la Figura 9 se muestra un diagrama de estados a modo de ejemplo que muestra las transiciones
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entre los diversos estados de funcionamiento de la estacion movil 6. En el estado 902 de acceso, la estacion movil envfa pruebas de acceso y espera la asignacion de canal por la estacion base 4. La asignacion de canal comprende una distribucion de recursos, tal como la distribucion de frecuencia y canal de control de potencia. La estacion movil 6 puede pasar del estado 902 de acceso al estado 904 conectado si se envfa un mensaje por radio y se alerta a la estacion movil 6 de una transmision de datos proxima, o si la estacion movil 6 transmite datos sobre el enlace inverso. En el estado 904 conectado, la estacion movil 6 intercambia (por ejemplo, transmite o recibe) datos y realiza operaciones de traspaso. Tras la finalizacion de un procedimiento de liberacion, la estacion movil 6 pasa del estado 904 conectado al estado 906 desocupado. La estacion movil 6 tambien puede pasar del estado 902 de acceso al estado 906 desocupado tras ser expulsada de una conexion con la estacion base 4. En el estado 906 desocupado, la estacion movil 6 escucha mensajes de sobrecarga y radiomensajeria recibiendo y decodificando mensajes sobre el canal de control directo y realiza el procedimiento de traspaso desocupado. La estacion movil 6 puede pasar al estado 902 de acceso iniciando el procedimiento. El diagrama de estados mostrado en la Figura 9 es solo una definicion de estados a modo de ejemplo que se muestran como ilustracion. Otros diagramas de estados pueden utilizarse y entran en el alcance de la presente invencion.
II. Transmision de Datos mediante Enlace Directo
En el modo de realizacion a modo de ejemplo, el inicio de una comunicacion entre una estacion movil 6 y una estacion base 4 ocurre de forma similar a la del sistema CDMA. Tras la finalizacion del establecimiento de llamada, la estacion movil 6 monitoriza el canal de control para enviar mensajes por radio. Mientras esta en el estado conectado, la estacion movil 6 comienza la transmision de la senal piloto sobre el enlace inverso.
En la Figura 5 se muestra un diagrama de flujo a modo de ejemplo de la transmision de datos a alta velocidad mediante enlace directo de la presente invencion. Si la estacion base 4 tiene datos que transmitir a la estacion movil 6, la estacion base 4 envfa un mensaje por radio dirigido a la estacion movil 6 sobre el canal de control al bloque 502. El mensaje por radio puede enviarse desde una o multiples estaciones base 4, dependiendo del estado de traspaso de la estacion movil 6. Tras la recepcion del mensaje por radio, la estacion movil 6 inicia el proceso de medicion C/I en el bloque 504. La relacion C/I de la senal de enlace directo se calcula a partir de uno o de una combinacion de procedimientos que se describen posteriormente. La estacion movil 6 selecciona entonces una velocidad de transferencia de datos solicitada basandose en la mejor medicion C/I y transmite un mensaje DRC sobre el canal DRC en el bloque 506.
Dentro de la misma ranura de tiempo, la estacion base 4 recibe el mensaje DRC en el bloque 508. Si la ranura de tiempo siguiente esta disponible para la transmision de datos, en el bloque 510 la estacion base 4 transmite datos a la estacion movil 6 a la velocidad de transferencia de datos solicitada. La estacion movil 6 recibe la transmision de datos en el bloque 512. Si la siguiente ranura de tiempo esta disponible, la estacion base 4 transmite el resto del paquete en el bloque 514 y la estacion movil 6 recibe la transmision de datos en el bloque 516.
En la presente invencion, la estacion movil 6 puede estar en comunicacion con una o mas estaciones base 4 simultaneamente. Las acciones adoptadas por la estacion movil 6 dependen de si la estacion movil 6 esta o no en traspaso suave. Estos dos casos se describen por separado a continuacion.
En el caso de no traspaso, la estacion movil 6 se comunica con una estacion base 4. Haciendo referencia a la Figura 2, los datos destinados a una estacion movil 6 particular se proporcionan al elemento selector 14 que se ha asignado para controlar la comunicacion con esa estacion movil 6. El elemento selector 14 reenvia los datos a la cola de datos 40 en la estacion base 4. La estacion base 4 pone en cola los datos y transmite un mensaje por radio sobre el canal de control. La estacion base 4 monitoriza entonces el canal DRC de enlace inverso en busca de mensajes DRC desde la estacion movil 6. Si no se detecta ninguna senal en el canal DRC, la estacion base 4 puede retransmitir el mensaje por radio hasta que se detecte el mensaje DRC. Despues de un numero predeterminado de intentos de retransmision, la estacion base 4 puede finalizar el proceso o reiniciar una llamada con la estacion movil 6.
En un ejemplo, la estacion movil 6 transmite la velocidad de transferencia de datos solicitada, en forma de un mensaje DRC, a la estacion base 4 sobre el canal DRC. En otro ejemplo, la estacion movil 6 transmite una indicacion de la calidad del canal de enlace directo (por ejemplo, la medicion C/I) a la estacion base 4. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, el mensaje DRC de 3 bits se decodifica con decisiones continuas (“soft”) mediante una estacion base 4. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, el mensaje DRC se transmite en la primera mitad de cada ranura de tiempo. La estacion base 4 tiene entonces la mitad restante de la ranura de tiempo para decodificar el mensaje DRC y configurar el hardware para transmision de datos en la siguiente ranura de tiempo sucesiva, si esa ranura de tiempo esta disponible para transmision de datos a esta estacion movil 6. Si la siguiente ranura de tiempo sucesiva no esta disponible, la estacion base 4 espera hasta la siguiente ranura de tiempo disponible y continua monitorizando el canal DRC en busca de los nuevos mensajes DRC.
En el primer ejemplo, la estacion base 4 transmite a la velocidad de transferencia de datos solicitada. Este modo de realizacion otorga a estacion movil 6 la importante decision de seleccionar la velocidad de transferencia de datos. El transmitir siempre a la velocidad de transferencia de datos solicitada tiene la ventaja de que la estacion movil 6 sabe que velocidad de transferencia de datos esperar. De este modo, la estacion movil 6 solo demodula y decodifica el
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canal de trafico segun la velocidad de transferencia de datos solicitada. La estacion base 4 no tiene que transmitir un mensaje a la estacion movil 6 que indique que velocidad de transferencia de datos esta utilizando la estacion base 4.
En el primer ejemplo, despues de la recepcion del mensaje por radio, la estacion movil 6 intenta continuamente demodular los datos a la velocidad de transferencia de datos solicitada. La estacion movil 6 demodula el canal de trafico directo y proporciona los simbolos de decisiones continuas (“soft”) al decodificador. El decodificador decodifica los simbolos y realiza la verificacion de trama sobre el paquete decodificado para determinar si el paquete se recibio correctamente. Si el paquete se recibio erroneamente o si el paquete se dirigio a otra estacion movil 6, la verificacion de trama indicaria un error de paquete. Como alternativa, en el primer ejemplo, la estacion movil 6 demodula los datos en un esquema ranura a ranura. En el ejemplo a modo de ejemplo, la estacion movil 6 puede determinar si una transmision de datos esta dirigida a ella basandose en un preambulo que se incorpora en cada paquete de datos transmitido, como se describe posteriormente. Asi, la estacion movil 6 puede finalizar el proceso de decodificacion si se determina que la transmision esta dirigida a otra estacion movil 6. En cualquier caso, la estacion movil 6 transmite un mensaje de confirmacion negativa (NACK) a la estacion base 4 para confirmar la recepcion incorrecta de las unidades de datos. Tras la recepcion del mensaje NACK, la unidad de datos recibida erroneamente se retransmite.
La transmision de los mensajes NACK puede implementarse de una manera similar a la transmision del bit indicador de error (EIB) en el sistema CDMA. La implementacion y utilizacion de la transmision EIB se da a conocer en la patente estadounidenses n° 5.568.483, titulada “METHOD AND APPARATUS FOR THE FORMATTING OF DATA FOR TRANSMISSION”, transferida al cesionario de la presente invencion. Como alternativa, el NACK puede transmitirse con mensajes.
En el segundo ejemplo, la velocidad de transferencia de datos se determina mediante la estacion base 4 con la entrada desde la estacion movil 6. La estacion movil 6 realiza la medicion C/I y transmite una indicacion de la calidad del enlace (por ejemplo, la medicion C/I) a la estacion base 4. La estacion base 4 puede ajustar la velocidad de transferencia de datos solicitada basandose en los recursos disponibles para la estacion base 4, tales como el tamano de la cola y la potencia de transmision disponible. La velocidad de transferencia de datos ajustada puede transmitirse a la estacion movil 6 previa o simultaneamente a la transmision de datos a la velocidad de transferencia de datos ajustada, o puede estar implicita en la codificacion de los paquetes de datos. En el primer caso, en el que la estacion movil 6 recibe la velocidad de transferencia de datos ajustada antes de la transmision de datos, la estacion movil 6 demodula y decodifica el paquete recibido de la manera descrita en el primer modo de realizacion. En el segundo caso, en el que la velocidad de transferencia de datos ajustada se transmite a la estacion movil 6 simultaneamente a la transmision de datos, la estacion movil 6 puede demodular el canal de trafico directo y almacenar los datos demodulados. Tras la recepcion de la velocidad de transferencia de datos ajustada, la estacion movil 6 decodifica los datos segun la velocidad de transferencia de datos ajustada. Y en el tercer caso, en el que la velocidad de transferencia de datos ajustada esta implicita en los paquetes de datos codificados, la estacion movil 6 demodula y decodifica todas las velocidades de transferencia candidatas y determina a posteriori la tasa de transmision para la seleccion de los datos decodificados. El procedimiento y aparato para realizar la determinacion de la velocidad de transferencia se describen en detalle en la solicitud de patente estadounidense n° 08/730.863, titulada “METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINING THE RATE OF RECEIVED DATA IN VARIABLE RATE COMMUNICATION SYSTEM”, presentada el 18 de octubre de 1996, numero de publicacion US 5.751.725, fecha de publicacion 12 de mayo de 1998, transferida al cesionario de la presente invencion. Para todos los casos descritos anteriormente, la estacion movil 6 transmite un mensaje NACK como se describe anteriormente si el resultado de la verificacion de trama es negativo.
La discusion de aqui en adelante se basa en el primer ejemplo en el que la estacion movil 6 transmite a la estacion base 4 el mensaje DRC indicativo de la velocidad de transferencia de datos solicitada, excepto si se indica de otra manera. Sin embargo, el concepto de la invencion descrito en el presente documento es igualmente aplicable al segundo ejemplo en el que la que la estacion movil 6 transmite una indicacion de la calidad del enlace a la estacion base 4.
II. Caso de Traspaso
En el caso de traspaso, la estacion movil 6 se comunica con multiples estaciones base 4 sobre el enlace inverso. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, la transmision de datos sobre el enlace directo a una estacion movil 6 particular ocurre desde una estacion base 4. Sin embargo, la estacion movil 6 puede recibir simultaneamente las senales piloto desde multiples estaciones base 4. Si la medicion C/I de una estacion base 4 esta por encima de un umbral predeterminado, la estacion base 4 se anade al conjunto activo de la estacion movil 6. Durante el mensaje de direccion de traspaso continuo, la nueva estacion base 4 asigna la estacion movil 6 a un canal Walsh de control de potencia inverso (RPC) que se describe posteriormente. Cada estacion base 4 en traspaso continuo con la estacion movil 6 monitoriza la transmision de enlace inverso y envia un bit RPC sobre sus canales Walsh RPC respectivos.
Haciendo referencia a la Figura 2, un elemento selector 14 asignado para controlar la comunicacion con la estacion movil 6 reenvia los datos a todas las estaciones base 4 en el conjunto activo de la estacion movil 6. Todas las estaciones base 4 que reciben datos desde cada elemento selector 14 transmiten un mensaje por radio a la unidad
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movil 6 sobre sus respectivos canales de control. Cuando la estacion movil 6 esta en el estado conectado, la estacion movil 6 realiza dos funciones. En primer lugar, la estacion movil 6 selecciona la mejor estacion base 4 basandose en un conjunto de parametros que pueden ser la mejor medicion C/I. La estacion movil 6 selecciona entonces una velocidad de transferencia de datos correspondiente a la medicion C/I y transmite un mensaje DRC a la estacion base 4 seleccionada. La estacion movil 6 puede ordenar la transmision del mensaje DRC a una estacion base 4 particular cubriendo el mensaje DRC con la cubierta Walsh asignada a esa estacion base 4 particular. En segundo lugar, la estacion movil 6 intenta demodular la senal de enlace directo segun la velocidad de transferencia de datos solicitada en cada ranura de tiempo posterior.
Despues de transmitir los mensajes por radio, todas las estaciones base 4 en el conjunto activo monitorizan el canal DRC en busca de un mensaje DRC de una estacion movil 6. De nuevo, debido a que el mensaje DRC esta cubierto con un codigo Walsh, la estacion base 4 seleccionada asignada con identica cubierta Walsh puede descubrir el mensaje DRC. Tras la recepcion del mensaje DRC, la estacion base 4 seleccionada transmite datos a la estacion movil 6 en las siguientes ranuras de tiempo disponibles.
En el modo de realizacion a modo de ejemplo, la estacion base 4 transmite datos en paquetes, que comprenden una pluralidad de unidades de datos, a la velocidad de transferencia de datos solicitada a la estacion movil 6. Si las unidades de datos se reciben incorrectamente por la estacion movil 6, se transmite un mensaje NACK sobre los enlaces inversos a todas las estaciones base 4 en el conjunto activo. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, el mensaje NACK se demodula y decodifica por las estaciones base 4 y se reenvia al elemento selector 14 para su procesamiento. Tras el procesamiento del mensaje NACK, las unidades de datos se retransmiten utilizando el procedimiento como se describe anteriormente. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, el elemento selector 14 combina las senales NACK recibidas desde todas las estaciones base 4 en un mensaje NACK y envia el mensaje NACK a todas las estaciones base 4 en el conjunto activo.
En el modo de realizacion a modo de ejemplo, la estacion movil 6 puede detectar cambios en la mejor medicion C/I y solicita dinamicamente transmisiones de datos desde diferentes estaciones base 4 en cada ranura de tiempo para mejorar la eficacia. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, ya que la transmision de datos ocurre desde solo una estacion base 4 en cualquier ranura de tiempo dada, otras estaciones base 4 en el conjunto activo pueden no saber que unidades de datos, si las hubiera, se han transmitido a la estacion movil 6. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, la estacion base 4 que esta transmitiendo informa al elemento selector 14 de la transmision de datos. El elemento selector 14 envia entonces un mensaje a todas las estaciones base 4 en el conjunto activo. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, se presume que los datos transmitidos se han recibido correctamente por la estacion movil 6. Por lo tanto, si la estacion movil 6 solicita una transmision de datos desde una estacion base 4 diferente en el conjunto activo, la nueva estacion base 4 transmite las unidades de datos restantes. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, la nueva estacion base 4 transmite segun la ultima actualizacion de la transmision desde el elemento selector 14. Alternativamente, la nueva estacion base 4 selecciona las siguientes unidades de datos a transmitir utilizando esquemas predictivos basados en metricas tales como la tasa de transmision media y actualizaciones previas del elemento selector 14. Estos mecanismos minimizan las retransmisiones duplicadas de las mismas unidades de datos por multiples estaciones base 4 en diferentes ranuras de tiempo, lo que da como resultado una perdida de eficacia. Si se ha recibido una transmision previa erroneamente, las estaciones base 4 pueden retransmitir aquellas unidades de datos fuera de la secuencia ya que cada unidad de datos se identifica mediante un numero de secuencia unico, tal como se describe posteriormente. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, si se crea un hueco (o unidades de datos no transmitidas) (por ejemplo, como resultado de un traspaso entre una estacion base 4 a otra estacion base 4), las unidades de datos perdidas se consideran como recibidas erroneamente. La estacion movil 6 transmite mensajes NACK correspondientes a las unidades de datos perdidas y estas unidades de datos se retransmiten.
En el modo de realizacion a modo de ejemplo, cada estacion base 4 en el conjunto activo mantiene una cola de datos 40 independiente que contiene los datos que van a transmitirse a la estacion movil 6. La estacion base 4 seleccionada transmite los datos existentes en su cola de datos 40 en orden secuencial, excepto para retransmisiones de unidades de datos recibidas erroneamente y mensajes de senalizacion. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, las unidades de datos transmitidas se eliminan de la cola 40 despues de la transmision.
V. Otras Consideraciones sobre Transmisiones de Datos mediante Enlace Directo
Una consideracion importante en el sistema de comunicacion de datos de la presente invencion es la exactitud de las estimaciones C/I con el fin de seleccionar la velocidad de transferencia de datos para futuras transmisiones. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, las mediciones C/I se realizan sobre las senales piloto durante el intervalo de tiempo cuando las estaciones base 4 transmiten senales piloto. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, puesto que solo las senales piloto se transmiten durante este intervalo de tiempo piloto, los efectos de trayectoria multiple e interferencia son minimos.
En otras implementaciones de la presente invencion en las que las senales piloto se transmiten continuamente sobre un canal de codigo ortogonal, similar al de los sistemas IS-95, el efecto de trayectoria multiple e interferencia puede
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distorsionar las mediciones C/I. Asimismo, cuando se realiza la medicion C/I sobre las transmisiones de datos en lugar de sobre las senales piloto, la trayectoria multiple y la interferencia tambien pueden degradar las mediciones C/I. En ambos casos, cuando una estacion base 4 esta transmitiendo a una estacion movil 6, la estacion movil 6 puede medir con exactitud la relacion C/I sobre la senal de enlace directo ya que no estan presentes otras senales de interferencia. Sin embargo, cuando la unidad movil 6 no esta en traspaso continuo y recibe las senales piloto desde multiples estaciones base 4, la estacion movil 6 no puede discernir si las estaciones base 4 estaban transmitiendo datos o no. En el peor escenario, la estacion movil 6 puede medir una alta relacion C/I en una primera ranura de tiempo, cuando ninguna estacion base 4 estaba transmitiendo datos a ninguna estacion movil 6, y recibir la transmision de datos en una segunda ranura de tiempo, cuando todas las estaciones base 4 estan transmitiendo datos en la misma ranura de tiempo. La medicion C/I en la primera ranura de tiempo, cuando todas las estaciones base 4 estan desocupadas, da una falsa indicacion de la calidad de la senal de enlace directo en la segunda ranura de tiempo ya que el estado del sistema de comunicacion de datos ha cambiado. De hecho, la relacion C/I real en la segunda ranura de tiempo puede degradarse hasta el punto de que no sea posible una decodificacion fiable a la velocidad de transferencia de datos solicitada.
El escenario extremo opuesto se produce cuando una estimacion C/I por una estacion movil 6 se basa en la interferencia maxima. Sin embargo, la transmision real ocurre solo cuando la estacion base seleccionada esta transmitiendo. En este caso, la estimacion C/I y la velocidad de transferencia de datos seleccionada son conservadoras y la transmision ocurre a una velocidad de transferencia mas baja que la que podria decodificarse con fiabilidad, reduciendose de este modo la eficacia de la transmision.
En la implementacion en la que la medicion C/I se realiza sobre una senal piloto continua o sobre la senal de trafico, la prediccion de la relacion C/I en la segunda ranura de tiempo basandose en la medicion de la relacion C/I en la primera ranura de tiempo puede hacerse mas exacta mediante tres realizaciones. En la primera realizacion, las transmisiones de datos desde estaciones base 4 se controlan para que las estaciones base 4 no basculen constantemente entre los estados de transmision y desocupado en ranuras de tiempo sucesivas. Esto puede conseguirse poniendo en cola datos suficientes (por ejemplo, un numero predeterminado de bits de informacion) antes de la transmision de datos real a estaciones moviles 6.
En el segundo modo de realizacion, cada estacion base 4 transmite un bit de actividad directo (de aqui en adelante denominado bit FAC) que indica si una transmision ocurrira en la media trama siguiente. La utilizacion del bit FAC se describe en detalle posteriormente. La estacion movil 6 realiza la medicion C/I teniendo en cuenta el bit FAC recibido desde cada estacion base 4.
En un ejemplo, que corresponde al esquema en el que se transmite una indicacion de la calidad del enlace a la estacion base 4 y que utiliza un esquema de planificacion centralizado, la informacion de planificacion que indica que estaciones base 4 transmitieron datos en cada ranura de tiempo se pone a disposicion del planificador de canal 48. El planificador de canal 48 recibe las mediciones C/I desde estaciones moviles 6 y puede ajustar las mediciones C/I basandose en su conocimiento de la presencia o ausencia de una transmision de datos desde cada estacion base 4 en el sistema de comunicacion de datos. Por ejemplo, la estacion movil 6 puede medir la relacion C/I en la primera ranura de tiempo cuando ninguna estacion base 4 adyacente esta transmitiendo. La relacion C/I medida se proporciona al planificador de canal 48. El planificador de canal 48 sabe que ninguna estacion base 4 adyacente transmitio datos en la primera ranura de tiempo ya que ninguna estaba planificada por el planificador de canal 48. En la planificacion de la transmision de datos en la segunda ranura de tiempo, el planificador de canal 48 sabe si una o mas estaciones base 4 adyacentes trasmitiran datos. El planificador de canal 48 puede ajustar la relacion C/I medida en la primera ranura de tiempo para tener en cuenta la interferencia adicional que la estacion movil 6 recibira en la segunda ranura de tiempo debido a las transmisiones de datos por las estaciones base 4 adyacentes. Alternativamente, si se mide la relacion C/I en la primera ranura de tiempo cuando las estaciones base 4 adyacentes estan transmitiendo y esas estaciones base 4 adyacentes no estan transmitiendo en la segunda ranura de tiempo, el planificador de canal 48 puede ajustar la medicion C/I para tener en cuenta la informacion adicional.
Otra consideracion importante es minimizar las transmisiones redundantes. Las retransmisiones redundantes pueden ser resultado de permitir a la estacion movil 6 seleccionar una transmision de datos desde estaciones base 4 diferentes en ranuras de tiempo sucesivas. La mejor medicion C/I puede bascular entre dos o mas estaciones base 4 sobre ranuras de tiempo sucesivas si la estacion movil 6 mide una relacion C/I aproximadamente igual para estas estaciones base 4. El basculamiento puede deberse a desviaciones en las mediciones C/I y/o a cambios en la condicion de canal. Una transmision de datos mediante estaciones base 4 diferentes en ranuras de tiempo sucesivas puede dar como resultado una perdida de la eficiencia.
El problema del basculamiento puede abordarse mediante la utilizacion de histeresis. La histeresis puede implementarse con un esquema de nivel de senal, un esquema de tiempo o una combinacion de esquemas de nivel de senal y tiempo. En el esquema de nivel de senal a modo de ejemplo, no se selecciona la mejor medicion C/I de una estacion base 4 diferente en el conjunto activo a menos que supere la medicion C/I de la estacion base 4 que esta transmitiendo actualmente por al menos la cantidad de histeresis. Como un ejemplo, se supone que la histeresis es de 1,0 dB y que la medicion C/I de la primera estacion base 4 es de 3,5 dB y la medicion C/I de la segunda estacion base 4 es de 3,0 dB en la primera ranura de tiempo. En la siguiente ranura de tiempo, no se
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selecciona la segunda estacion base 4 a menos que su medicion C/I sea al menos 1,0 dB mayor que la de la primera estacion base 4. De ese modo, si la medicion C/I de la primera estacion base 4 es todavfa de 3,5 dB en la ranura de tiempo siguiente, no se selecciona la segunda estacion base 4 a menos que su medicion C/I sea de al menos 4,5 dB.
En el esquema de tiempo a modo de ejemplo, la estacion base 4 transmite paquetes de datos a la estacion movil 6 para un numero predeterminado de ranuras de tiempo. No se permite a la estacion movil 6 seleccionar una estacion base 4 que esta transmitiendo diferente dentro del numero predeterminado de ranuras de tiempo. La estacion movil 6 continua midiendo la relacion C/I de la estacion base 4 que esta transmitiendo actual en cada ranura de tiempo y selecciona la velocidad de transferencia de datos en respuesta a la medicion C/I.
Otra importante consideracion mas es la eficacia de la transmision de datos. Haciendo referencia a las Figuras 4E y 4F, cada formato 410 y 430 de paquetes de datos contiene bits de datos y de sobrecarga. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, el numero de bits suplementarios se fija para todas las velocidades de transferencia de datos. En la velocidad de transferencia de datos mas alta, el porcentaje de sobrecarga es pequeno en relacion al tamano del paquete y la eficacia es alta. A velocidades de transferencia de datos mas bajas, los bits de sobrecarga pueden comprender un mayor porcentaje del paquete. La ineficacia a las velocidades de transferencia de datos mas bajas puede mejorarse transmitiendo paquetes de datos de longitud variable a la estacion movil 6. Los paquetes de datos de longitud variable pueden dividirse y transmitirse a la estacion movil 6 sobre multiples ranuras de tiempo. Preferiblemente, los paquetes de datos de longitud variable se transmiten a la estacion movil 6 sobre ranuras de tiempos sucesivas para simplificar el procesamiento. La presente invencion esta dirigida a la utilizacion de diversos tamanos de paquete para diversas velocidades de transferencia de datos soportadas para mejorar la eficacia de la transmision global.
VI. Arquitectura de Enlace Directo
En el modo de realizacion a modo de ejemplo, la estacion base 4 transmite a la maxima potencia disponible para la estacion base 4 y a la velocidad de transferencia de datos maxima soportada por el sistema de comunicacion de datos hacia una unica estacion movil 6 en cualquier ranura dada. La velocidad de transferencia de datos maxima que puede soportarse es dinamica y depende de la relacion C/I de la senal de enlace directo medida por la estacion movil 6. Preferiblemente, la estacion base 4 transmite solo a una estacion movil 6 en cualquier ranura de tiempo dada.
Para facilitar la transmision de datos, el enlace directo comprende cuatro canales multiplexados en tiempo: el canal piloto, el canal de control de potencia, el canal de control y el canal de trafico. La funcion e implementacion de cada uno de estos canales se describe a continuacion. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, los canales de trafico y de control de potencia comprenden cada uno un numero de canales Walsh ensanchados ortogonalmente. En la presente invencion, el canal de trafico se usa para transmitir mensajes de radiomensajena, el canal de trafico tambien se denomina como canal de control en esta memoria descriptiva.
En el modo de realizacion a modo de ejemplo, el ancho de banda del enlace directo se selecciona para que sea de 1,2288 MHz. Esta seleccion del ancho de banda permite el uso de componentes de hardware existentes designados para un sistema CDMA que es compatible con la norma IS-95. Sin embargo, el sistema de comunicacion de datos de la presente invencion puede adoptarse para usarse con diferentes anchos de banda para mejorar la capacidad y/o para adecuarse a los requisitos del sistema. Por ejemplo, un ancho de banda de 5 MHz puede utilizarse para aumentar la capacidad. Ademas, los anchos de banda del enlace directo y el enlace inverso pueden ser diferentes (por ejemplo, 5 MHZ de ancho de banda para el enlace directo y 1,2288 MHz de ancho de banda para el enlace inverso) para ajustar con mayor precision la capacidad del enlace a la demanda.
En el modo de realizacion a modo de ejemplo, los codigos PNI y PNq cortos son los mismos codigos 215 PN de longitud que se especifican en la norma IS-95. A la velocidad de transferencia de elementos de codigo de 1,2288 MHz, las secuencias PN cortas se repiten cada 26,67 ms {26,67 ms = 215 /1,2288x106}. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, los mismos codigos PN cortos se usan por todas las estaciones base 4 dentro del sistema de comunicacion de datos. Sin embargo, cada estacion base 4 esta identificada por un desplazamiento unico de las secuencias PN cortas basicas. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, el desplazamiento es en incrementos de 64 elementos de codigo. Otro ancho de banda y codigos PN pueden utilizarse y entran dentro del alcance de la presente invencion.
III. Canal de Trafico del Enlace Directo
En la Figura 3A se muestra un diagrama de bloques de la arquitectura de enlace directo a modo de ejemplo de la presente invencion. Los datos se dividen en paquetes de datos y se proporcionan al codificador 112 CRC. Para cada paquete de datos, el codificador 112 CRC genera bits de comprobacion de trama (por ejemplo, los bits de paridad CRC) e inserta los bits de cola de codigo. El paquete formateado del codificador 122 CRC comprende los datos, los bits de comprobacion de trama y de cola de codigo, y otros bits de sobrecarga que se describen mas adelante. El paquete formateado se proporciona al codificador 114 que, en esta realizacion a modo de ejemplo, codifica el
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paquete segun el formato de codificacion descrito en la patente estadounidense US 5.933.462 anteriormente mencionada. Tambien pueden usarse otros formatos de codificacion y entran dentro del alcance de la presente invencion. El paquete codificado del codificador 114 se proporciona al intercalador 116 que reordena los simbolos de codigo en el paquete. El paquete intercalado se proporciona al elemento de segmentacion de trama 118 que elimina una fraccion del paquete de una manera descrita mas adelante. El paquete segmentado se proporciona al multiplicador 120 que cifra los datos con la secuencia de cifrado del cifrador 122. El elemento de segmentacion 118 y el cifrador 122 se describen mas detalladamente mas adelante. La salida del multiplicador 120 comprende el paquete cifrado.
El paquete cifrado se proporciona a un controlador 130 de velocidad de transmision variable que desmultiplexa el paquete en K canales en cuadratura y en fase paralelos, siendo K dependiente de la velocidad de transferencia de datos. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, el paquete cifrado se desmultiplexa en primer lugar en los flujos en cuadratura (Q) y en fase (I). En el modo de realizacion a modo de ejemplo, el flujo I comprende simbolos indexados pares y el flujo Q comprende simbolos indexados impares. Cada flujo se desmultiplexa adicionalmente en K canales paralelos de modo que la velocidad de simbolos de cada canal es fija para todas las velocidades de transferencia de datos. Los K canales de cada flujo se proporcionan a un elemento 132 de cobertura Walsh que cubre cada canal con una funcion Walsh para proporcionar canales ortogonales. Los datos de canal ortogonal se proporcionan al elemento 134 de ganancia que ajusta a escala los datos para mantener una energia total por elemento de codigo constante (y por tanto una potencia de salida constante) para todas las velocidades de transferencia de datos. Los datos ajustados a escala del elemento de ganancia 134 se proporcionan a un multiplexador (MUX) 160 que multiplexa los datos con el preambulo. El preambulo se comenta mas detalladamente mas adelante. La salida del MUX 160 se proporciona a un multiplexador (MUX) 162 que multiplexa los datos de trafico, los bits de control de potencia, y los datos piloto. La salida del MUX 162 comprende los canales I Walsh y los canales Q Walsh.
Un diagrama de bloques del modulador a modo de ejemplo utilizado para modular los datos se ilustra en la Figura 3B. Los canales I Walsh y los canales Q Walsh se proporcionan a sumadores 212a y 212b, respectivamente, que suman los K canales Walsh para proporcionar las senales Isum y Qsum, respectivamente. Las senales Isum y Qsum se proporcionan al multiplicador complejo 214. El multiplicador complejo 214 tambien recibe las senales PN_I y PN_Q desde los multiplicadores 236a y 236b, respectivamente, y multiplica las dos entradas complejas segun la siguiente ecuacion:
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en la que Imuit y Qmult son las salidas del multiplicador complejo 214 y j es la representacion compleja. Las senales Imult y Qmult se proporcionan a filtros 216a y 216b, respectivamente, que filtran las senales. Las senales filtradas de los filtros 216a y 216b se proporcionan a multiplicadores 218a y 218b, respectivamente, que multiplican las senales por la sinusoide en fase COS(Wct) y la sinusoide en cuadratura SIN(Wct), respectivamente. Las senales I moduladas y Q moduladas se proporcionan a un sumador 220 que suma las senales para proporcionar la forma de onda S(t) modulada directa.
En el modo de realizacion a modo de ejemplo, el paquete de datos se ensancha con el codigo PN largo y los codigos PN cortos. El codigo PN largo cifra el paquete de modo que solo la estacion movil 6 a la que esta destinado el paquete puede descifrar el paquete. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, los bits de control de potencia y piloto y el paquete del canal de control se ensanchan con los codigos PN cortos pero no con el codigo PN largo para permitir que todas las estaciones moviles 6 reciban estos bits. La secuencia PN larga se genera por el generador 232 de codigo largo y se proporciona al multiplexador (MUX) 234. La mascara PN larga determina el desplazamiento de la secuencia PN larga y se asigna de manera univoca a la estacion movil 6 de destino. La salida del MUX 234 es la secuencia PN larga durante la parte de datos de la transmision y cero en otros casos (por ejemplo, durante la parte piloto y de control de potencia). La secuencia PN larga abierta del MUX 234 y las secuencias PNI y pNq cortas del generador 238 de codigo corto se proporcionan multiplicadores 236a y 236b, respectivamente, que multiplican los dos conjuntos de secuencias para formar las senales PN_I y PN_Q, respectivamente. Las senales PN_I y PN_Q se proporcionan al multiplicador complejo 214.
El diagrama de bloques de un canal de trafico a modo de ejemplo mostrado en las Figuras 3A y 3B es una de las numerosas arquitecturas que soportan la modulacion y codificacion de datos sobre el enlace directo. Otras arquitecturas, tales como la arquitectura para el canal de trafico del enlace directo en el sistema CDMA que es compatible con la norma IS-95, tambien pueden utilizarse y se encuentran dentro del alcance de la presente invencion.
En el modo de realizacion a modo de ejemplo, las velocidades de transferencia de datos soportadas por las estaciones base 4 estan predeterminadas y cada velocidad de transferencia de datos soportada se asigna a un
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fndice de velocidad de transferencia unico. La estacion movil 6 selecciona una de las velocidades de transferencia de datos soportada basandose en la medicion de la relacion C/I. Puesto que la velocidad de transferencia de datos solicitada necesita enviarse a una estacion base 4 para ordenar a esa estacion base 4 que transmita datos a la velocidad de transferencia de datos solicitada, se realiza un intercambio entre el numero de velocidades de datos soportadas y el numero de bits necesarios para identificar la velocidad de transferencia de datos solicitada. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, el numero de velocidades de transferencia de datos soportadas es siete y se usa un fndice de velocidad de transferencia de 3 bits para identificar la velocidad de transferencia de datos solicitada. Una definicion a modo de ejemplo de velocidades de transferencia de datos soportadas se ilustra en la tabla 1. Pueden concebirse diferentes definiciones de las velocidades de transferencia de datos soportadas y entran dentro del alcance de la presente invencion.
En el modo de realizacion a modo de ejemplo, la velocidad de transferencia de datos minima es de 38,4 Kbps y la velocidad de transferencia de datos maxima es de 2,4576 Mbps. La velocidad de transferencia de datos minima se selecciona basandose en el peor caso de medicion de la relacion C/I en el sistema, la ganancia de procesamiento del sistema, el diseno de los codigos de correccion de errores, y el nivel de rendimiento deseado. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, las velocidades de transferencia de datos soportadas se escogen de tal manera que la diferencia entre velocidades de transferencia de datos sucesivas soportadas es de 3 dB. El incremento de 3 dB es un punto intermedio entre diversos factores que incluyen la precision de la medicion de la relacion C/I que puede conseguirse por la estacion movil 6, las perdidas (o ineficacias) que se derivan de la cuantificacion de las velocidades de transferencia de datos basandose en la medicion de la relacion C/I, y el numero de bits (o velocidad de transferencia de bits) necesarios para transmitir la velocidad de transferencia de datos solicitada desde la estacion movil 6 a la estacion base 4. Mas velocidades de transferencia de datos soportadas requieren mas bits para identificar la velocidad de transferencia de datos solicitada pero permite un uso mas eficiente del enlace directo debido al menor error de cuantificacion entre la velocidad de transferencia de datos maxima calculada y la velocidad de transferencia de datos soportada. La presente invencion se dirige al uso de cualquier numero de velocidades de transferencia de datos soportadas y otras velocidades de transferencia de datos aparte de las indicadas en la tabla 1.
Tabla 1 - Parametros de Canal de Trafico
Parametro
Velocidades de datos Unidades
38,4 76,8 153,6 307,2 614,4 1228,8 2457,6 Kbps
Bit de datos/paquete
1024 1024 1024 1024 1024 2048 2048 bits
Longitud de paquete
26,67 13,33 6,67 3,33 1,67 1,67 0,83 ms
Ranuras/paquete
16 8 4 ejemplo 1 1 0,5 ranuras
Paquete/transmision
1 1 1 1 1 1 2 paquetes
Ranuras/transmision
16 8 4 2 1 1 1 ranuras
Velocidad de transferencia de simbolos Walsh
153,6 307,2 614,4 1228,8 2457,6 2457,6 4915.2 Ksps
Canal Walsh/fase QPSK
1 ejemplo 4 8 16 16 16 canales
Velocidad de transferencia del modulador
76,8 76,8 76,8 76,8 76,8 76,8 76,81 ksps
Elementos de codigo PN/bit de datos
32 16 8 4 2 1 0,5 Elementos de codigo/bit
Velocidad de transferencia de elementos de codigo PN
1228,8 1228,8 1228,8 1228,8 1228,3 1228,8 1228,8 Kcps
Formato de modulacion
QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QAM1
indice de velocidad de transferencia
0 1 2 3 4 5 6
Nota: (1) modulacion 16-QAM
Un diagrama de la estructura de trama del enlace directo a modo de ejemplo de la presente invencion se ilustra en la Figura 4A. La transmision del canal de trafico se divide en tramas que, en el modo de realizacion a modo de ejemplo, se definen como la longitud de las secuencias PN cortas o 26,67 ms. Cada trama puede llevar informacion del canal de control direccionada a todas las estaciones moviles 6 (trama de canal de control), datos de trafico direccionados a una estacion movil 6 particular (trama de trafico), o puede estar vacia (trama desocupada). El contenido de cada trama se determina por la planificacion realizada por la estacion base 4 transmisora. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, cada trama comprende 16 ranuras de tiempo, teniendo cada ranura de tiempo una duracion de 1,667 ms. Una ranura de tiempo de 1,667 ms es adecuada para permitir a la estacion movil 6 realizar la medicion de la relacion C/I de la senal de enlace directo. Una ranura de tiempo de 1,667 ms tambien representa una cantidad de tiempo suficiente para la transmision eficaz de datos de paquetes. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, cada ranura de tiempo se divide adicionalmente en cuatro cuartos de ranura.
En la presente invencion, cada paquete de datos se transmite sobre una o mas ranuras de tiempo tal como se muestra en la tabla 1. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, cada paquete de datos de enlace directo comprende 1024 o 2048 bits. Por tanto, el numero de ranuras de tiempo necesarias para transmitir cada paquete de
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datos depende de la velocidad de transferencia de datos y varia desde 16 ranuras de tiempo para la velocidad de transferencia de 38,4 Kbps hasta 1 ranura de tiempo para la velocidad de transferencia de 1,2288 Mbps y superiores.
Un diagrama a modo de ejemplo de la estructura de ranura de enlace directo de la presente invencion se muestra en la Figura 4B. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, cada ranura comprende tres de los cuatro canales multiplexados en tiempo, el canal de trafico, el canal de control, el canal piloto, y el canal de control de potencia. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, los canales piloto y de control de potencia se transmiten en dos rafagas piloto y de control de potencia que se situan en las mismas posiciones en cada ranura de tiempo. Las rafagas piloto y de control de potencia se describen detalladamente mas adelante.
En el modo de realizacion a modo de ejemplo, el paquete intercalado del intercalador 116 se segmenta para alojar las rafagas piloto y de control de potencia rafagas. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, cada paquete intercalado comprende 4096 simbolos de codigo y los primeros 512 simbolos de codigo se segmentan, tal como se muestra en la Figura 4D. El resto de simbolos de codigo se desfasan en el tiempo para alinearse con los intervalos de transmision de canal de trafico.
Los simbolos de codigo segmentados se cifran para aleatorizar los datos antes de aplicar la cubierta Walsh ortogonal. La aleatorizacion limita la envolvente pico-frente-a-media en la forma de onda S(t) modulada. La secuencia de cifrado puede generarse con un registro de desplazamiento de retroalimentacion lineal, de una manera conocida en la tecnica. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, el cifrador 122 se carga con el estado LC al inicio de cada ranura. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, el reloj del cifrador 122 esta sincronizado con el reloj del intercalador 116 pero se para durante las rafagas piloto y de control de potencia.
En el modo de realizacion a modo de ejemplo, los canales Walsh directos (para el canal de trafico y el canal de control de potencia) se ensanchan ortogonalmente con cubiertas Walsh de 16 bits a la velocidad de transferencia de elementos de codigo fija de 1,2288 Mcps. El numero de canales K ortogonales paralelos por senal en fase y en cuadratura es una funcion de la velocidad de transferencia de datos, tal como se muestra en la tabla 1. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, para velocidades de transferencia de datos inferiores, las cubiertas Walsh en fase y en cuadratura se escogen para ser conjuntos ortogonales para minimizar la interferencia para los errores de estimacion de fase del demodulador. Por ejemplo, para 16 canales Walsh, una asignacion Walsh a modo de ejemplo es de W0 a W7 para la senal en fase y de W8 a W15 para la senal en cuadratura.
En el modo de realizacion a modo de ejemplo, se usa la modulacion QPSK para velocidades de transferencia de datos de 1,2288 Mbps e inferiores. Para la modulacion QPSK, cada canal Walsh comprende un bit. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, a la mayor velocidad de transferencia de datos de 2,4576 Mbps, se usa 16-QAM y los datos cifrados se desmultiplexan en 32 flujos paralelos que tienen cada uno 2 bits de anchura, 16 flujos paralelos para la senal en fase y 16 flujos paralelos para la senal en cuadratura. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, el LSB (bit menos significativo) de cada simbolo de 2 bits es la salida de simbolo mas temprana desde el intercalador 116. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, las entradas de modulacion QAM de (0, 1, 3, 2) se correlacionan con valores de modulacion de (+3, +1, -1, -3), respectivamente. El uso de otros esquemas de modulacion, tales como modulacion por desplazamiento de fase m- aria PSK, puede contemplarse y entra dentro del alcance de la presente invencion.
Los canales Walsh en fase y en cuadratura se ajustan a escala antes de la modulacion para mantener una potencia de transmision total constante que es independiente de la velocidad de transferencia de datos. Los ajustes de ganancia se normalizan en una referencia de unidad equivalente a BPSK no modulada. Las ganancias G de canal normalizadas como una funcion del numero de canales Walsh (o velocidad de transferencia de datos) se muestran en la tabla 2. Tambien se indica en la tabla 2 la potencia media por canal Walsh (en fase o en cuadratura) de manera que la potencia total normalizada es igual a la unidad. Observese que la ganancia de canal para 16-QAM explica el hecho de que la energia normalizada por elemento de codigo Walsh es 1 para QPSK y 5 para 16-QAM.
Tabla 2 - Ganancias de Canal Ortogonal de Canal de Trafico
Duracion de segmentacion
Velocidad de transferencia de datos (Kbps)
Numero de canales Walsh K Modulacion Ganancia G de canal Walsh Potencia media por canal Pk
38,4
1 QPSK 1/V2 1/2
76,8
2 QPSK 1/2 1/4
153,6
4 QPSK 1/2 V2 1/8
307,2
8 QPSK 1/4 1/16
614,4
16 QPSK 1/4 V2 1/32
1228,8
16 QPSK 1/4 V2 1/32
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16 16-QAM 1/4 V:0 1/32
En la presente invencion, se segmenta un preambulo en cada trama de trafico para ayudar a la estacion movil 6 en la sincronizacion con la primera ranura de cada transmision de velocidad de transferencia variable. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, el preambulo es una secuencia de todo ceros que, para una trama de trafico, se ensancha con el codigo PN largo pero que, para una trama de canal de control, no se ensancha con el codigo PN largo. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, el preambulo es BPSK no modulado que se ensancha ortogonalmente con una cubierta Wi Walsh. El uso de un unico canal ortogonal minimiza la envolvente pico frente a media. Ademas, el uso de una cubierta Wi no cero minimiza la deteccion piloto falsa puesto que, para tramas de trafico, el piloto se ensancha con una cubierta W0 Walsh y tanto el piloto como el preambulo no se ensanchan con el codigo PN largo.
El preambulo se multiplexa en el flujo del canal de trafico al inicio del paquete durante un periodo que es una funcion de la velocidad de transferencia de datos. La longitud del preambulo es tal que la sobrecarga del preambulo es aproximadamente constante para todas las velocidades de transferencias de datos al tiempo que se minimiza la probabilidad de una falsa deteccion. Un resumen del preambulo en funcion de las velocidades de transferencia de datos se muestra en la tabla 3. Observese que el preambulo comprende un 3,1 por ciento o menos de un paquete de datos.
Tabla 3 - Parametros de Preambulo
Duracion de la Segmentacion del Preambulo
Velocidad de transferencia de datos (Kbps)
Simbolos Walsh Elementos de codigo PN Sobrecarga
38,4
32 512 1,6 %
76,8
16 256 1,6 %
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8 128 1,6 %
307,2
4 64 1,6 %
614,4
3 48 2,3 %
1228,8
4 64 3,1 %
2457,6
2 32 3,1 %
VIII. Formato de Trama de Trafico de Enlace Directo
En el modo de realizacion a modo de ejemplo, cada paquete de datos esta formateado mediante las adiciones de bits de comprobacion de trama, bits de cola de codigo, y otros campos de control. En la presente memoria descriptiva, un octeto se define como 8 bits de informacion y una unidad de datos es un unico octeto y comprende 8 bits de informacion.
En el modo de realizacion a modo de ejemplo, el enlace directo soporta dos formatos de paquete de datos que se ilustran en las Figuras 4E y 4F. El formato de paquete 410 comprende cinco campos y el formato de paquete 430 comprende nueve campos. El formato de paquete 410 se usa cuando el paquete de datos que debe transmitirse a la estacion movil 6 contiene suficientes datos para llenar completamente todos los octetos disponibles en el campo DATOS 418. Si la cantidad de datos que deben transmitirse es inferior a los octetos disponibles en el campo DATOS 418, se usa el formato de paquete 430. Los octetos no utilizados se rellenan con todo ceros y se designan como campo 446 RELLENO.
En el modo de realizacion a modo de ejemplo, los campos 412 y 432 de secuencia de comprobacion de trama (FCS) contienen los bits de paridad CRC que se generan por el generador 112 CRC (vease la Figura 3a) segun un generador de polinomios predeterminado. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, el polinomio CRC es g(x) = x16 + x12 + x5 + 1, aunque puede usarse otros polinomios y entran dentro del alcance de la presente invencion. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, los bits CRC se calculan sobre los campos FMT, SEQ, LEN, DATOS, y RELLENO. Esto proporciona una deteccion de errores en todos los bits, salvo en los bits de cola de codigo en los campos COLA 420 y 448, transmitidos sobre el canal de trafico sobre el enlace directo. En el modo de realizacion alternativo, los bits CRC se calculan solo sobre el campo DATOS. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, los campos 412 y 432 FCS contienen 16 bits de paridad CRC, aunque pueden usarse otros generadores CRC que proporcionan un numero diferente de bits de paridad y entran dentro del alcance de la presente invencion. Aunque los campos 412 y 432 FCS de la presente invencion se han descrito en el contexto de los bits de paridad CRC, pueden usarse otras secuencias de comprobacion de trama y entran dentro del alcance de la presente invencion. Por ejemplo, puede calcularse una suma de comprobacion para el paquete y proporcionarse al campo FCS.
En el modo de realizacion a modo de ejemplo, los campos 414 y 434 de formato de trama (FMT) contienen un bit de control que indica si la trama de datos solo contiene octetos de datos (formato de paquete 410) u octetos de datos y relleno y cero o mas mensajes (formato de paquete 430). En el modo de realizacion a modo de ejemplo, un valor bajo para un campo 414 FMT corresponde al formato de paquete 410. Alternativamente, un valor alto para el campo 434 FMT corresponde al formato de paquete 430.
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Los campos 416 y 442 de numero de secuencia (SEQ) identifican la primera unidad de datos en los campos 418 y 444 de datos, respectivamente. El numero de secuencia permite que los datos se transmitan fuera de la secuencia a la estacion movil 6, por ejemplo, para la retransmision de paquetes que se han recibido erroneamente. La asignacion del numero de secuencia al nivel de la unidad de datos elimina la necesidad de un protocolo de fragmentacion de trama para la retransmision. El numero de secuencia tambien permite que la estacion movil 6 pueda detectar unidades de datos duplicadas. Al recibir los campos FMT, SEQ, y LEN, la estacion movil 6 puede determinar que unidades de datos se han recibido en cada ranura de tiempo sin usar mensajes de senalizacion especiales.
El numero de bits asignados para representar el numero de secuencia depende del numero maximo de unidades de datos que pueden transmitirse en una ranura de tiempo y el peor caso de retardos de retransmision de datos. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, cada unidad de datos se identifica mediante un numero de secuencia de 24 bits. A la velocidad de transferencia de datos de 2,4576 Mbps, el numero maximo de unidades de datos que pueden transmitirse en cada ranura es de aproximadamente 256. Se necesitan ocho bits para identificar cada una de las unidades de datos. Ademas, puede calcularse que el peor caso de retardos de retransmision de datos es inferior 500 ms. Los retardos de retransmision incluyen el tiempo necesario para un mensaje NACK por la estacion movil 6, retransmision de los datos, y el numero de intentos de retransmision provocados por el peor caso de ciclos de errores de rafaga. Por lo tanto, 24 bits permiten a la estacion movil 6 identificar adecuadamente a las unidades de datos que se reciben sin ambiguedad. El numero de bits en los campos SEQ 416 y 442 puede aumentarse o disminuirse, dependiendo del tamano del campo DATOS 418 y los retardos de retransmision. El uso de diferentes numeros de bits para los campos SEQ 416 y 442 se encuentra dentro del alcance de la presente invencion.
Cuando la estacion base 4 tiene menos datos para transmitir a la estacion movil 6 que el espacio disponible en el campo DATOS 418, se usa el formato de paquete 430. El formato de paquete 430 permite a la estacion base 4 transmitir cualquier numero de unidades de datos, hasta el numero maximo de unidades de datos disponibles, a la estacion movil 6. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, un valor alto para el campo 434 FMT indica que la estacion base 4 esta transmitiendo en el formato de paquete 430. En el formato de paquete 430, el campo 440 LEN contiene el valor del numero de unidades de datos que estan transmitiendose en ese paquete. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, el campo 440 LEN tiene una longitud de 8 bits ya que el campo DATOS 444 puede variar de 0 a 255 octetos.
Los campos DATOS 418 y 444 contienen los datos que han de transmitirse a la estacion movil 6. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, para el formato de paquete 410, cada paquete de datos comprende 1024 bits de los cuales 992 son bits de datos. Sin embargo, pueden usarse paquetes de datos de longitud variable para aumentar el numero de bits de informacion y entran dentro del alcance de la presente invencion. Para el formato de paquete 430, el tamano del campo DATOS 444 se determina por el campo 440 LEN.
En el modo de realizacion a modo de ejemplo, el formato de paquete 430 puede usarse para transmitir cero o mas mensajes de senalizacion. El campo 436 de longitud de senalizacion (SIG LEN) contiene la longitud de los posteriores mensajes de senalizacion, en octetos. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, el campo SIG LEN 436 tiene una longitud de 8 bits. El campo SENALIZACION 438 contiene los mensajes de senalizacion. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, cada mensaje de senalizacion comprende un campo de identificacion de mensaje (MENSAJE ID), un campo (LEN) de longitud de mensaje, y una carga util del mensaje, tal como se describe mas adelante.
El campo 446 RELLENO contiene octetos de relleno que, en el modo de realizacion a modo de ejemplo, se fijan en 0x00 (hex). Se usa el campo RELLENO 446 porque la estacion base 4 puede tener menos octetos de datos para transmitir a la estacion movil 6 que el numero de octetos disponibles en el campo DATOS 418 Cuando esto ocurre, el campo 446 RELLENO contiene suficientes octetos de relleno para llenar el campo de datos no utilizado. El campo 446 RELLENO tiene una longitud variable y depende de la longitud del campo DATOS 444.
El ultimo campo de los formatos 410 y 430 de paquete es el campo 420 y 448 COLA, respectivamente. Los campos COLA 420 y 448 contienen los bits de cola de codigo cero (0 x 0) que se usan para forzar al codificador 114 (vease la Figura 3A) en un estado conocido al final de cada paquete de datos. Los bits de cola de codigo permiten al codificador 114 dividir de forma sucinta el paquete de modo que solo se usan los bits para un paquete en el proceso de codificacion. Los bits de cola de codigo tambien permiten al decodificador en la estacion movil 6 determinar los limites del paquete durante el proceso de decodificacion. El numero de bits en los campos COLA 420 y 448 depende del diseno del codificador 114. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, los campos COLA 420 y 448 son suficientemente largos para forzar al codificador 114 a un estado conocido.
Los dos formatos de paquete descritos anteriormente son formatos a modo de ejemplo que pueden usarse para facilitar la transmision de datos y mensajes de senalizacion. Pueden crearse otros diversos formatos de paquete para satisfacer las necesidades de un sistema de comunicacion particular. Ademas, un sistema de comunicacion puede disenarse para adaptarse a mas de los dos formatos de paquete descritos anteriormente.
IX. Trama de Canal de Control de Enlace Directo
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En la presente invencion, el canal de trafico tambien se usa para transmitir mensajes desde la estacion base 4 a estaciones moviles 6. Los tipos de mensajes transmitidos incluyen: (1) mensajes de direccion de traspaso, (2) mensajes por radio (por ejemplo, para enviar un mensaje por radio a una estacion movil 6 sobre la existencia de datos en la cola para esa estacion movil 6), (3) paquetes de datos cortos para una estacion movil 6 especifica, y (4) mensajes ACK o NACK para transmisiones de datos de enlace inverso (que se describiran posteriormente en la presente memoria). Otro tipo de mensajes tambien pueden transmitirse sobre el canal de control y entran dentro del alcance de la presente invencion. Una vez finalizada la fase de establecimiento de llamada, la estacion movil 6 monitoriza el canal de control para enviar mensajes por radio y empieza la transmision de la senal piloto de enlace inverso.
En el modo de realizacion a modo de ejemplo, el canal de control se multiplexa en tiempo con los datos de trafico en el canal de trafico, tal como se muestra en la Figura 4A. Las estaciones moviles 6 identifican el mensaje de control detectando un preambulo que se ha cubierto con un codigo PN predeterminado. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, los mensajes de control se transmiten a una velocidad de transferencia fija que se determina por la estacion movil 6 durante la adquisicion. En el modo de realizacion preferido, la velocidad de transferencia del canal de control es 76,8 Kbps.
El canal de control transmite mensajes en capsulas de canal de control. El diagrama de una capsula de canal de control a modo de ejemplo se muestra en la Figura 4G. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, cada capsula comprende un preambulo 462, la carga util de control, y bits de paridad CRC 474. La carga util de control comprende uno o mas mensajes y, si es necesario, bits 472 de relleno. Cada mensaje comprende un identificador 464 de mensaje (MSG ID), una longitud 466 de mensaje (LEN), una direccion 468 opcional (ADDR) (por ejemplo, si el mensaje esta dirigido a una estacion movil 6 especifica), y carga util 470 de mensaje. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, los mensajes estan alineados con los limites de octeto. La capsula de canal de control a modo de ejemplo ilustrada en la Figura 4G comprende dos mensajes de radiodifusion destinados para todas las estaciones moviles 6 y un mensaje dirigido a una estacion movil 6 especifica. El campo MSG ID 464 determina si el mensaje necesita o no un campo de direccion (por ejemplo, si se trata de una radiodifusion o un mensaje especifico).
X. Canal Piloto de Enlace Directo
En la presente invencion, un canal piloto de enlace directo proporciona una senal piloto que se usa por las estaciones moviles 6 para la adquisicion inicial, la recuperacion de fase, la recuperacion de sincronismo, y la combinacion de proporciones. Estos usos son similares a los de los sistemas de comunicaciones CDMA que cumple con la norma IS-95. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, la senal piloto tambien se usa por las estaciones moviles 6 para realizar la medicion de la relacion C/I.
El diagrama de bloques a modo de ejemplo del canal piloto de enlace directo de la presente invencion se muestra en la Figura 3A. Los datos piloto comprenden una secuencia de todo ceros (o todo unos) que se proporciona a un multiplicador 156. El multiplicador 156 cubre los datos pilotos con un codigo W0 Walsh. Puesto que el codigo W0 Walsh es una secuencia de todo ceros, la salida del multiplicador 156 son los datos piloto. Los datos piloto se multiplexan en tiempo por el MULTIPLEXADOR 162 y se proporcionan al canal I Walsh que se ensancha por el codigo PNi corto dentro del multiplicador complejo 214 (vease la Figura 3B). En el modo de realizacion a modo de ejemplo, los datos piloto no se ensanchan con el codigo PN largo, que esta cerrado durante la rafaga piloto por el MULTIPLEXADOR 234, para permitir la recepcion por todas las estaciones moviles 6. La senal piloto es por tanto una senal PSK no modulada.
Un diagrama que ilustra la senal piloto se muestra en la Figura 4B. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, cada ranura de tiempo comprende dos rafagas 306a y 306b piloto que se producen al final del primer y el tercer cuarto de la ranura de tiempo. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, cada rafaga 306 piloto tiene una duracion de 64 elementos de codigo (Tp=64 chips). En ausencia de datos de trafico o datos de canal de control, la estacion base 4 solo transmite las rafagas piloto y de control de potencia, dando como resultado una emision de rafagas de forma de onda discontinua a la velocidad de transferencia periodica de 1200 Hz. Los parametros de modulacion piloto se indican en la tabla 4.
XI. Control de Potencia de Enlace Inverso
En la presente invencion, el canal de control de potencia de enlace directo se usa para enviar la orden de control de potencia que se usa para controlar la potencia de transmision de la transmision de enlace inverso desde la estacion 6 remota. En el enlace inverso, cada estacion movil 6 de transmision actua como una fuente de interferencia para las demas estaciones moviles 6 en la red. Para minimizar la interferencia sobre el enlace inverso y maximizar la capacidad, la potencia de transmision de cada estacion movil 6 se controla mediante dos bucles de control de potencia. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, los bucles de control de potencia son similares a los del sistema CDMA descrito detalladamente en la patente estadounidense n° 5.056.109, titulada “METHOD Y APPARATUS FOR CONTROLLING TRANSMISION POWER IN A CDMA CELLULAR MOBILE TELEPHONE SYSTEM”, transferida al cesionario de la presente invencion. Puede contemplarse tambien otro mecanismo de
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control de potencia y entra dentro del alcance de la presente invencion.
El primer bucle de control de potencia ajusta la potencia de transmision de la estacion movil 6 de tal manera que la calidad de la senal de enlace inverso se mantiene en un nivel establecido. La calidad se senal se mide como la relacion de energia-por-bit-frente-a-ruido-mas-interferencia Eb/Io de la senal de enlace inverso recibida en la estacion base 4. El nivel establecido se denomina como el punto Eb/Io de referencia. El segundo bucle de control de potencia ajusta el punto de referencia de tal manera que se mantiene el nivel de rendimiento deseado, tal como se mide por la tasa de error de trama (FER). El control de potencia es critico en el enlace inverso dado que la potencia de transmision de cada estacion movil 6 es una interferencia con las otras estaciones moviles 6 en el sistema de comunicacion. Al minimizar la potencia de transmision de enlace inverso se reduce la interferencia y se aumenta la capacidad del enlace inverso.
En el primer bucle de control de potencia, el punto Eb/Io de la senal de enlace inverso se mide en la estacion base 4. La estacion base 4 compara entonces el punto Eb/Io medido con el punto de referencia. Si el punto Eb/Io medido es mayor que el punto de referencia, la estacion base 4 transmite un mensaje de control de potencia a la estacion movil 6 para que reduzca la potencia de transmision. Alternativamente, si el punto Eb/Io medido esta por debajo del punto de referencia, la estacion base 4 transmite un mensaje de control de potencia a la estacion movil 6 para que aumente la potencia de transmision. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, el mensaje de control de potencia se implementa con un bit de control de potencia. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, un valor alto para el bit de control de potencia ordena a la estacion movil 6 aumentar su potencia de transmision y un valor bajo ordena a la estacion movil 6 reducir su potencia de transmision.
En la presente invencion, los bits de control de potencia para todas las estaciones moviles 6 en comunicacion con cada estacion base 4 se transmiten en el canal de control de potencia. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, el canal de control de potencia comprende hasta 32 canales ortogonales que se ensanchan con cubiertas Walsh de 16 bits. Cada canal Walsh transmite un bit de control de potencia inverso (RPC) o un bit FAC a intervalos periodicos. Cada estacion movil 6 activa tiene asignado un indice RPC que define la cubierta Walsh y la fase de modulacion QPSK (por ejemplo, en fase o en cuadratura) para la transmision del flujo de bits RPC destinado a esa estacion movil 6. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, el indice RPC de 0 se reserva para el bit FAC.
El diagrama de bloques a modo de ejemplo del canal de control de potencia se muestra en la Figura 3A. Los bits RPC se proporcionan a un repetidor de simbolo 150 que repite cada bit RPC un numero predeterminado de veces. Los bits RPC repetidos se proporcionan a un elemento 152 de cobertura Walsh que cubre los bits con las cubiertas Walsh correspondientes a los indices RPC. Los bits cubiertos se proporcionan a un elemento 154 de ganancia que ajusta a escala los bits antes de la modulacion, de modo que se mantiene una potencia de transmision total constante. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, las ganancias de los canales Walsh RPC se normalizan de tal manera que la potencia de canal RPC total es igual a la potencia de transmision total disponible. Las ganancias de los canales Walsh pueden variar como funcion del tiempo para el uso eficaz de la potencia de transmision total de la estacion base, al tiempo que se mantiene una transmision RPC fiable a todas las estaciones moviles 6 activas. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, las ganancias de canal Walsh de estaciones moviles 6 inactivas se ajustan a cero. El control de potencia automatico de los canales Walsh RPC es posible utilizando estimaciones sobre la calidad del enlace directo del canal DRC correspondiente de las estaciones moviles 6. Los bits RPC ajustados a escala del elemento 154 de ganancia se proporcionan al MUX 162.
En el modo de realizacion a modo de ejemplo, los indices RPC de 0 a 15 se asignan a cubiertas Walsh W0 a W15, respectivamente, y se transmiten en la primera rafaga piloto dentro de una ranura (rafagas 304 RPC en la Figura 4C). Los indices RPC de 16 a 31 se asignan a cubiertas Walsh W0 a W15, respectivamente, y se transmiten en la segunda rafaga piloto en una ranura (rafagas RPC 308 en la Figura 4C). En el modo de realizacion a modo de ejemplo, los bits RPC se modulan BPSK con las cubiertas Walsh pares (por ejemplo, W0, W2, W4, etc.) moduladas en la senal en fase y las cubiertas Walsh impares (por ejemplo, W1, W3, W5, etc.) moduladas en la senal en cuadratura. Para reducir la envolvente pico-frente-a-media, es preferible equilibrar la potencia en fase y en cuadratura. Ademas, para minimizar la interferencia debida al error de estimacion de fase del demodulador, es preferible asignar cubiertas ortogonales a las senales en fase y en cuadratura.
En el modo de realizacion a modo de ejemplo, hasta 31 bits RPC pueden transmitirse en 31 canales RPC Walsh en cada ranura de tiempo. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, 15 bits RPC se transmiten en la primera mitad de ranura y 16 bits RPC se transmiten en la segunda mitad de ranura. Los bits RPC se combinan mediante sumadores 212 (vease la Figura 3B) y la forma de onda compuesta del canal de control de potencia es tal como se muestra en la Figura 4C.
Un diagrama de tiempo del canal de control de potencia se ilustra en la Figura 4B. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, la velocidad de transferencia de bits RPC es de 600 bps, o un bit RPC por ranura de tiempo. Cada bit RPC se multiplexa en tiempo y se transmite sobre dos rafagas RPC (por ejemplo, rafagas RPC 304a y 304b), tal como se muestra en las Figuras 4B y 4C. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, cada rafaga RPC tiene una anchura de 32 elementos de codigo PN (o 2 simbolos Walsh) (Tpc=32 elementos de codigo) y la anchura total de cada bit RPC es de 64 PN elementos de codigo (o 4 simbolos Walsh). Pueden obtenerse otras velocidades de
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transferencia de bits RPC cambiando el numero de repeticion de simbolos. Por ejemplo, una velocidad de transferencia de bits RPC de 1200 bps (para soportar hasta 63 estaciones moviles 6 de manera simultanea o para aumentar la tasa de control de potencia) puede obtenerse transmitiendo el primer conjunto de 31 bits RPC en rafagas RPC 304a y 304b y el segundo conjunto de 32 bits RPC en rafagas rPc 308a y 308b. En este caso, todas las cubiertas Walsh se usan en las senales en fase y en cuadratura. Los parametros de modulacion de los bits RPC se resumen en la tabla 4.
Tabla 4 Parametros de Modulacion Piloto y de Control de Potencia
Parametro
RPC FAC Piloto Unidades
Velocidad de transferencia
600 75 1200 Hz
Formato de modulacion
QPSK QPSK BPSK
Duracion de bit de control
64 1024 64 Elementos de codigo PN
Repeticion
4 64 4 simbolos
El canal de control de potencia tiene una naturaleza de rafagas dado que el numero de estaciones moviles 6 en comunicacion con cada estacion base 4 puede ser inferior al numero de canales Walsh RPC disponibles. En esta situacion, algunos canales Walsh RPC se ajustan a cero mediante el ajuste adecuado de las ganancias del elemento 154 de ganancia.
En el modo de realizacion a modo de ejemplo, los bits RPC se transmiten a estaciones moviles 6 sin codificar o intercalar para minimizar los retardos del procesamiento. Ademas, la recepcion erronea del bit de control de potencia no es perjudicial para el sistema de comunicacion de datos de la presente invencion puesto que el error puede corregirse en la siguiente ranura de tiempo mediante el bucle control de potencia.
En la presente invencion, las estaciones moviles 6 pueden estar en traspaso continuo con multiples estaciones base 4 sobre el enlace inverso. El procedimiento y aparato para el control de potencia de enlace inverso para una estacion movil 6 en traspaso continuo se da a conocer en la patente estadounidense n° 5.056.109 anteriormente mencionada. La estacion movil 6 en traspaso continuo monitoriza el canal Walsh RPC para cada estacion base 4 en el conjunto activo y combina los bits RPC segun el procedimiento dado a conocer en la patente estadounidense n° 5.056.109 anteriormente mencionada. En la primera realizacion, la estacion movil 6 realiza la operacion logica OR de las ordenes de potencia descendente. La estacion movil 6 disminuye la potencia de transmision si cualquiera de los bits RPC recibidos ordena a la estacion movil 6 disminuir la potencia de transmision. En la segunda realizacion, la estacion movil 6 en traspaso continuo puede combinar las decisiones continuas de los bits RPC antes de tomar una decision no continua. Pueden contemplarse otras realizaciones para el procesamiento de los bits RPC recibidos y entran dentro del alcance de la presente invencion.
En la presente invencion, el bit FAC indica a las estaciones moviles 6 si el canal de trafico del canal piloto asociado transmitira o no en la siguiente mitad de trama. El uso del bit FAC mejora la estimacion C/I por las estaciones moviles 6, y por tanto la solicitud de velocidad de transferencia de datos, emitiendo el conocimiento de la actividad de interferencia. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, el bit FAC solo cambia en los limites de mitad de trama y se repite durante ocho ranuras de tiempo sucesivas, dando como resultado una velocidad de transferencia de bits de 75 bps. Los parametros para el bit FAC se indican en la tabla 4.
Utilizando el bit FAC, las estaciones moviles 6 pueden calcular la medicion de la relacion C/I como sigue:
(tK-kJUjc, ' (3)
i*i
en la que (C/I) es la medicion de la relacion C/I de la senal de enlace directo de orden i, C i es la potencia total recibida de la senal enlace directo de orden i, Cj es la potencia recibida la senal de enlace directo de orden j, I es la interferencia total si todas las estaciones base 4 estan transmitiendo, aj es el bit FAC de la senal de enlace directo de orden j y puede ser 0 o 1 dependiendo del bit FAC.
XII. Transmision de Datos de Enlace Inverso
En la presente invencion, el enlace inverso soporta transmision de datos a velocidad de transferencia variable. La velocidad de transferencia variable proporciona flexibilidad permite a las estaciones moviles 6 transmitir a una de varias velocidades de transferencia de datos, en funcion de la cantidad de datos que deban transmitirse a la estacion base 4. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, la estacion movil 6 puede transmitir datos a la velocidad de transferencia de datos mas baja en cualquier momento. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, la transmision de datos a mayores velocidades de transferencia de datos requiere una concesion por parte de la estacion base 4. Esta implementacion minimiza el retardo de transmision de enlace inverso al mismo tiempo que
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proporciona un uso eficiente de los recursos del enlace inverso.
Una ilustracion a modo de ejemplo del diagrama de flujo de una transmision de datos de enlace inverso de la presente invencion se muestra en la Figura 8. Inicialmente, en una ranura n, la estacion movil 6 realiza una prueba de acceso, tal como se describe en la patente estadounidense n° 5.289.527 anteriormente mencionada, para establecer el canal de datos con velocidad de transferencia mas baja sobre el enlace inverso en el bloque 802. En la misma ranura n, la estacion base 4 demodula la prueba de acceso y recibe el mensaje de acceso en el bloque 804. La estacion base 4 concede la solicitud para el canal de datos y, en la ranura n+2, transmite la concesion y el indice RPC asignado en el canal de control, en el bloque 806. En la ranura n+2, la estacion movil 6 recibe la concesion y se controla en potencia por la estacion base 4, en el bloque 808. Empezando en la ranura n+3, la estacion movil 6 empieza a transmitir la senal piloto y tiene acceso inmediato al canal de datos de velocidad de transferencia mas baja sobre el enlace inverso.
Si la estacion movil 6 tiene datos de trafico y necesita un canal de datos a alta velocidad de transferencia, la estacion movil 6 puede iniciar la solicitud en el bloque 810. En la ranura n+3, la estacion base 4 recibe la solicitud de datos a alta velocidad, en el bloque 812. En la ranura n+5, la estacion base 4 transmite la concesion en el canal de control, en el bloque 814. En la ranura n+5, la estacion movil 6 recibe la concesion en el bloque 816 y empieza la transmision de datos a alta velocidad en el enlace inverso empezando en la ranura n+6, en el bloque 818.
XIII. Arquitectura de Enlace Inverso
En el sistema de comunicacion de datos de la presente invencion, la transmision de enlace inverso difiere de la transmision de enlace directo en varios aspectos. En el enlace directo, la transmision de datos normalmente tiene lugar desde una estacion base 4 a una estacion movil 6. Sin embargo, en el enlace inverso, cada estacion base 4 puede recibir al mismo tiempo transmisiones de datos desde multiples estaciones moviles 6. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, cada estacion movil 6 puede transmitir a una de varias velocidades de transferencia de datos dependiendo de la cantidad de datos que deban transmitirse a la estacion base 4. Este diseno de sistema refleja la caracteristica asimetrica de la comunicacion de datos.
En el modo de realizacion a modo de ejemplo, la unidad base de tiempo sobre el enlace inverso es identica a la unidad base de tiempo sobre el enlace directo. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, las transmisiones de datos de enlace directo y de enlace inverso tienen lugar mediante ranuras de tiempo que tienen una duracion de 1,667 ms. Sin embargo, puesto que la transmision de datos sobre el enlace inverso normalmente tiene lugar a una velocidad de transferencia de datos inferior, puede usarse una unidad base de tiempo mas larga para mejorar la eficacia.
En el modo de realizacion a modo de ejemplo, el enlace inverso soporta dos canales: el canal piloto/DRC y el canal de datos. La funcion y la implementacion de cada uno de estos canales se describen a continuacion. El canal piloto/DRC se usa para transmitir la senal piloto y los mensajes DRC y el canal de datos se usa para transmitir datos de trafico.
Un diagrama de la estructura de trama de enlace inverso a modo de ejemplo de la presente invencion se ilustra en la Figura 7A. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, la estructura de trama de enlace inverso es similar a la estructura de trama de enlace directo mostrada en la Figura 4A. Sin embargo, en el enlace inverso, los datos piloto/DRC y los datos de trafico se transmiten al mismo tiempo en los canales en fase y en cuadratura.
En el modo de realizacion a modo de ejemplo, la estacion movil 6 transmite un mensaje DRC en el canal piloto/DRC en cada ranura de tiempo siempre que la estacion movil 6 este recibiendo transmision de datos a alta velocidad. Alternativamente, cuando la estacion movil 6 no esta recibiendo transmision de datos a alta velocidad, toda la ranura en el canal piloto/DRC comprende la senal piloto. La senal piloto se usa por la estacion base 4 receptora para un numero de funciones: como una ayuda para la adquisicion inicial, como una referencia de fase para los canales piloto/DRC y de datos, y como la fuente para el control de potencia de enlace inverso de bucle cerrado.
En el modo de realizacion a modo de ejemplo, el ancho de banda del enlace inverso se selecciona para que sea 1,2288 MHz. Esta seleccion de ancho de banda permite el uso de hardware existente disenado para un sistema CDMA que es compatible con la norma IS-95. Sin embargo, pueden utilizarse otros anchos de banda para aumentar la capacidad y/o adecuarse a los requisitos del sistema. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, se usan el mismo codigo PN largo y codigos PNI y PNq cortos que los especificados en la norma IS-95 para ensanchar la senal de enlace inverso. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, los canales de enlace inverso se transmiten usando modulacion QPSK. Alternativamente, puede usarse la modulacion OQPSK para minimizar la variacion de amplitud maximo frente a media de la senal modulada que puede dar como resultado un rendimiento mejorado. El uso de diferentes anchos banda de sistema, codigos PN, y esquemas de modulacion puede contemplarse y entran dentro del alcance de la presente invencion.
En el modo de realizacion a modo de ejemplo, la potencia de transmision de las transmisiones de enlace inverso en el canal piloto/DRC y el canal de datos se controlan de manera que el Eb/Io de la senal de enlace inverso, medido en
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la estacion base 4, se mantiene en un punto Eb/Io de referencia predeterminado, tal como se comento en la patente estadounidense n° 5.506.109 anteriormente mencionada. El control de potencia se mantiene por las estaciones base 4 en comunicacion con la estacion movil 6 y se transmiten las ordenes como bits RPC tal como se comento anteriormente.
XIV. Canal de datos de enlace inverso
Un diagrama de bloques de la arquitectura de enlace inverso a modo de ejemplo de la presente invencion se muestra en Figura 6. Los datos se dividen en paquetes de datos y se proporcionan al codificador 612. Para cada paquete de datos, el codificador 612 genera los bits de paridad CRC, inserta los bits de cola de codigo, y codifica los datos. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, el codificador 612 codifica el paquete segun el formato de codificacion descrito en la solicitud de patente estadounidense, n° de serie 08/743.688 anteriormente mencionada. Tambien pueden usarse otros formatos de codificacion y entran dentro del alcance de la presente invencion. El paquete codificado del codificador 612 se proporciona al intercalador 614 de bloque que reordena los simbolos de codigo en el paquete. El paquete intercalado se proporciona a un multiplicador 616 que cubre los datos con la cubierta Walsh y proporciona los datos cubiertos al elemento de ganancia 618. El elemento de ganancia 618 ajusta a escala los datos para mantener un Eb de energia por bit constante, independientemente de la velocidad de transferencia de datos. Los datos ajustados a escala desde el elemento de ganancia 618 se proporcionan a
multiplicadores 650b y 650d que ensanchan los datos con las secuencias PN_Q y PN_I, respectivamente. Los datos
ensanchados de los multiplicadores 652b y 650d se proporcionan a filtros 652b y 652d, respectivamente, que filtran los datos. Las senales filtradas de los filtros 652a y 652b se proporcionan al sumador 654a y las senales filtradas de los filtros 652c y 652d se proporcionan al sumador 654b. Los sumadores 654 suman las senales del canal de datos con las senales del canal piloto/DRC. Las salidas de los sumadores 654a y 654b comprenden IOUT y QOUT, respectivamente, que se modulan con la sinusoide en fase COS(Wct) y la sinusoide en cuadratura SIN(Wct), respectivamente (como en el enlace directo), y se suman (no se muestra en la Figura 6). En el modo de realizacion a modo de ejemplo, los datos de trafico se transmiten en la fase de la sinusoide tanto en fase como en cuadratura.
En el modo de realizacion a modo de ejemplo, los datos se ensanchan con el codigo PN largo y los codigos PN cortos. El codigo PN largo cifra los datos de tal manera que la estacion base 4 receptora puede identificar la estacion movil 6 transmisora. El codigo PN corto ensancha la senal sobre el ancho de banda del sistema. La secuencia PN larga se genera mediante un generador 642 de codigo largo y se proporciona a multiplicadores 646. Las secuencias PNI y PNq cortas se generan mediante un generador 644 de codigo corto y tambien se proporcionan a multiplicadores 646a y 646b, respectivamente, que multiplican los dos conjuntos de secuencias para formar las senales PN_I y PN_Q, respectivamente. El circuito 640 de sincronismo/control proporciona la referencia de sincronismo.
El diagrama de bloques a modo de ejemplo de la arquitectura del canal de datos, tal como se muestra en la Figura 6, es una de las numerosas arquitecturas que soporta la codificacion y modulacion de datos sobre el enlace inverso. Para la transmision de datos a una alta velocidad de transferencia, tambien puede usarse una arquitectura similar a la del enlace directo utilizando multiples canales ortogonales. Otras arquitecturas, tales como la arquitectura para el canal de trafico de enlace inverso en el sistema CDMA, compatible con la norma IS-95, tambien pueden contemplarse y entran dentro del alcance de la presente invencion.
En el modo de realizacion a modo de ejemplo, el canal de datos de enlace inverso soporta cuatro velocidades de transferencia de datos que se indican en la tabla 5. Pueden soportarse velocidades de transferencia de datos adicionales y/o diferentes velocidades de transferencia de datos y entran dentro del alcance de la presente invencion. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, el tamano de paquete para el enlace inverso depende de la velocidad de transferencia de datos, tal como se muestra en la tabla 5. Tal como se describe en la patente estadounidense US 5.933.462 anteriormente mencionada, un rendimiento mejorado del decodificador puede obtenerse para tamanos de paquete mas grandes. Asi, pueden utilizarse tamanos de paquete diferentes de los indicados en la tabla 5 para mejorar el rendimiento y estan dentro del alcance de la presente invencion. Ademas, el tamano de paquete puede ser un parametro que es independiente de la velocidad de transferencia de datos.
Tabla 1 - Parametros de Modulacion Piloto y de Control de Potencia
Parametro
Velocidades de transferencia de datos Unidades
9,6 19,2 38,4 76,8 Kbps
Duracion de trama
26,66 26,66 13,33 13,33 ms
Longitud de paquete de datos
245 491 491 1003 bits
Longitud CRC
16 16 16 16 bits
Bits de cola de codigo
5 5 5 5 bits
Total bits/paquete
256 512 512 1024 bits
Longitud de paquete codificado
1024 2048 2048 4096 simbolos
Longitud de simbolo
32 16 8 4 elementos de
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Walsh
codigo
Solicitud requerida
no si si si
Tal como se muestra en la tabla 5, el enlace inverso soporta una pluralidad de velocidades de transferencia de datos. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, la velocidad de transferencia de datos inferior, de 9,6 K bps, se asigna a cada estacion movil 6 al registrarse con la estacion base 4. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, las estaciones moviles 6 pueden transmitir datos en el canal de datos con velocidad de transferencia inferior en cualquier ranura de tiempo sin tener que solicitar permiso de la estacion base 4. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, la transmision de datos a velocidades de transferencia de datos superiores se concede por la estacion base 4 seleccionada basandose en un conjunto de parametros de sistema, tal como la carga del sistema, equidad y rendimiento global total. Un mecanismo de planificacion a modo de ejemplo para transmision de datos a alta velocidad se describe detalladamente en la patente estadounidense US 6.335.922 anteriormente mencionada.
IV. Canal Piloto/DRC de Enlace Inverso
El diagrama de bloques a modo de ejemplo del canal piloto/DRC se muestra en la Figura 6. El mensaje DRC se proporciona al codificador DRC 626 que codifica el mensaje segun un formato de codificacion predeterminado. La codificacion del mensaje DRC es importante ya que la probabilidad de error del mensaje DRC necesita ser suficientemente baja, porque una determinacion incorrecta de la velocidad de transferencia de datos de enlace directo tiene un impacto en el rendimiento global del sistema. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, el codificador DRC 626 es un codificador de bloque CRC de tasa (8,4) que codifica el mensaje DRC de 3 bits en una palabra de codigo de 8 bits. El mensaje DRC codificado se proporciona al multiplicador 628 que cubre el mensaje con el codigo Walsh que identifica de forma inequivoca la estacion base 4 de destino a la que se dirige el mensaje DRC. El codigo Walsh se proporciona por el generador Walsh 624. El mensaje DRC cubierto se proporciona al multiplexador (MUX) 630 que multiplexa el mensaje con los datos pilotos. El mensaje DRC y los datos pilotos se proporcionan a los multiplicadores 650a y 650c que ensanchan los datos con las senales PN_I y PN_Q, respectivamente. Asi, el mensaje DRC y piloto se transmiten sobre la fase de la sinusoide tanto en fase como en cuadratura.
En el modo de realizacion a modo de ejemplo, el mensaje DRC se transmite a la estacion base 4 seleccionada. Esto se consigue cubriendo el mensaje DRC con el codigo Walsh que identifica la estacion base 4 seleccionada. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, el codigo Walsh tiene una longitud de 128 elementos de codigo. La derivacion de los codigos Walsh de 128 elementos de codigo se conoce en la tecnica. Se asigna un codigo Walsh unico a cada estacion base 4 que este en comunicacion con la estacion movil 6. Cada estacion base 4 descubre la senal sobre el canal DRC con su codigo Walsh asignado. La estacion base 4 seleccionada puede descubrir el mensaje DRC y transmitir datos a la estacion movil 6 solicitante sobre el enlace directo en respuesta a ello. Otras estaciones base 4 pueden determinar que la velocidad de transferencia de datos solicitada no esta dirigida a ellas ya que a estas estaciones base 4 se asignaron codigos Walsh diferentes.
En el modo de realizacion a modo de ejemplo, los codigos PN cortos de enlace inverso para todas las estaciones base 4 en el sistema de comunicacion de datos son los mismos y no hay desfase en las secuencias PN cortas para distinguir estaciones base 4 diferentes. El sistema de comunicacion de datos de la presente invencion soporta el traspaso continuo sobre el enlace inverso. La utilizacion de los mismos codigos PN cortos sin desfase permite a multiples estaciones base 4 recibir la misma transmision mediante enlace inverso desde la estacion movil 6 durante un traspaso continuo. Los codigos PN cortos proporcionan ensanchamiento espectral pero no permiten la identificacion de estaciones base 4.
En el modo de realizacion a modo de ejemplo, el mensaje DRC transporta la velocidad de transferencia de datos solicitada por la estacion movil 6. En el modo de realizacion alternativo, el mensaje DRC transporta una indicacion de la calidad del enlace directo (por ejemplo, la informacion C/I como se midio por la estacion movil 6). La estacion movil 6 puede recibir simultaneamente las senales piloto de enlace directo desde una o mas estaciones base 4 y realizar la medicion C/I sobre cada senal piloto recibida. La estacion movil 6 selecciona entonces la mejor estacion base 4 basandose en un conjunto de parametros que pueden comprender mediciones C/I actuales y previas. La informacion de control de la velocidad de transferencia se formatea en el mensaje DRC que puede transportarse a la estacion base 4 en una de diversas realizaciones.
En el primer modo de realizacion, la estacion movil 6 transmite un mensaje DRC basandose en la velocidad de transferencia de datos solicitada. La velocidad de transferencia de datos solicitada es la velocidad de transferencia de datos mas alta soportada que produce un rendimiento satisfactorio a la relacion C/I medida por la estacion movil 6. A partir de la medicion C/I, la estacion movil 6 primero calcula la velocidad de transferencia de datos maxima que produce un rendimiento satisfactorio. La velocidad de transferencia de datos maxima entonces se cuantifica a una de las velocidades de transferencia de datos soportadas y se designa como la velocidad de transferencia de datos solicitada. El indice de velocidad de transferencia de datos correspondiente a la velocidad de transferencia de datos solicitada se transmite a la estacion base 4 seleccionada. En la tabla 1 se muestra un conjunto a modo de ejemplo de velocidades de transferencia de datos soportadas y los correspondientes indices de velocidad de transferencia de datos.
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En un ejemplo, en el que la estacion movil 6 transmite una indicacion de la calidad del enlace directo a la estacion base 4 seleccionada, la estacion movil 6 transmite un fndice C/I que representa el valor cuantificado de la medicion C/I. La medicion C/I puede correlacionarse en una tabla y asociarse con un fndice C/I. La utilizacion de mas bits para representar el fndice C/I permite una mejor cuantificacion de la medicion C/I. Ademas, la correlacion puede ser lineal o predistorsionada. Para una correlacion lineal, cada incremento en el fndice C/I representa un incremento correspondiente en la medicion C/I. Por ejemplo, cada etapa en el fndice C/I puede representar un incremento de 2,0 dB en la medicion C/I. Para una correlacion predistorsionada, cada incremento en el fndice C/I puede representar un incremento diferente en la medicion C/I. Como un ejemplo, una correlacion predistorsionada puede utilizarse para cuantificar la medicion C/I para adecuarse a la curva de funcion de distribucion acumulativa (CDF) de la distribucion C/I, como se muestra en la Figura 10.
Pueden contemplarse otras realizaciones para llevar la informacion de control de la velocidad de transferencia desde una estacion movil 6 a una estacion base 4 y entran dentro del alcance de la presente invencion. Ademas, la utilizacion de un numero diferente de bits para representar la informacion de control de la velocidad de transferencia entra tambien dentro del alcance de la presente invencion. A traves de gran parte de la especificacion, la presente invencion se describe en el contexto de la primera realizacion, la utilizacion de un mensaje DRC para llevar la velocidad de transferencia de datos solicitada, por simplicidad.
En el modo de realizacion a modo de ejemplo, la medicion C/I puede realizarse sobre la senal piloto de enlace directo de manera similar a la utilizada en el sistema CDMA. Un procedimiento y aparato para realizar las mediciones C/I se da a conocer en la solicitud de patente estadounidenses N° de serie 08/722.763, titulada “METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING LINK QUALITY IN A SPREAD SPECTRUM COMMUNICATION SYSTEM”, presentada el 27 de septiembre de 1996, numero de publicacion US 5.903.554, fecha de publicacion 11 de mayo de 1999, transferida al cesionario de la presente invencion. En resumen, la medicion C/I sobre la senal piloto puede obtenerse desensanchando la senal recibida con los codigos PN cortos. La medicion C/I sobre la senal piloto puede contener imprecisiones si la condicion de canal cambio entre el tiempo de la medicion C/I y el tiempo de la transmision de datos real. En el presente modo de realizacion, la utilizacion de bits FAC permite a las estaciones moviles 6 tener en cuenta la actividad del enlace directo cuando determinan la velocidad de transferencia de datos solicitada.
En el modo de realizacion alternativo, la medicion C/I puede realizarse sobre el canal de trafico de enlace directo. La senal de canal de trafico se desensancha primero con el codigo PN largo y los codigos PN cortos y se descubre con el codigo Walsh. La medicion C/I sobre las senales sobre los canales de datos puede ser mas exacta ya que se asigna un mayor porcentaje de la potencia transmitida para la transmision de datos. Otros procedimientos para medir la relacion C/I de la senal de enlace directo recibida por una estacion movil 6 tambien pueden contemplarse y entran dentro del alcance de la presente invencion.
En el modo de realizacion a modo de ejemplo, el mensaje DRC se transmite en la primera mitad de la ranura de tiempo (vease la Figura 7A). Para una ranura de tiempo de 1,667 ms, el mensaje DRC comprende los primeros 1024 elementos de codigo o 0,83 ms de la ranura de tiempo. Los 1024 elementos de codigo restantes se utilizan por la estacion base 4 para demodular y decodificar el mensaje. La transmision del mensaje DRC en la parte mas temprana de la ranura de tiempo permite a la estacion base 4 decodificar el mensaje DRC en la misma ranura de tiempo y posiblemente transmitir datos a la velocidad de transferencia de datos solicitada en la ranura de tiempo inmediatamente sucesiva. El breve retardo de procesamiento permite al sistema de comunicacion de la presente invencion adoptar rapidamente cambios en el entorno operativo.
En el modo de realizacion alternativo, la velocidad de transferencia de datos solicitada se lleva a la estacion base 4 mediante la utilizacion de una referencia absoluta y una referencia relativa. En esta realizacion, la referencia absoluta que comprende la velocidad de transferencia de datos solicitada se transmite periodicamente. La referencia absoluta permite a la estacion base 4 determinar la velocidad de transferencia de datos exacta solicitada por la estacion movil 6. Para cada ranura de tiempo entre transiciones de las referencias absolutas, la estacion movil 6 transmite una referencia relativa a la estacion base 4 que indica si la velocidad de transferencia de datos solicitada para la ranura de tiempo proxima es mayor, menor o la misma que la velocidad de transferencia de datos solicitada para la ranura de tiempo previa. Periodicamente, la estacion movil 6 transmite una referencia absoluta. La transmision periodica del fndice de velocidad de transferencia de datos permite a la velocidad de transferencia de datos solicitada fijarse en un estado conocido y asegura que las recepciones erroneas de referencias relativas no se acumulen. La utilizacion de referencias absolutas y referencias relativas puede reducir la tasa de transmision de los mensajes DRC a la estacion 6 base. Otros protocolos para transmitir la velocidad de transferencia de datos solicitada tambien pueden contemplarse y entran dentro del alcance de la presente invencion.
XVI. Canal de Acceso de Enlace Inverso
El canal de acceso se utiliza por una estacion movil 6 para transmitir mensajes a la estacion base 4 durante la fase de registro. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, el canal de acceso se implementa utilizando a una estructura ranurada, accediendo la estacion movil 6 a cada ranura de forma aleatoria. En el modo de realizacion a
modo de ejemplo, el canal de acceso se multiplexa en el tiempo con el canal DRC.
En el modo de realizacion a modo de ejemplo, el canal de acceso transmite mensajes en capsulas de canal de acceso. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, el formato de la trama del canal de acceso es identico al 5 especificado por la norma IS-95, excepto porque el sincronismo es en tramas de 26,67 ms en lugar de las tramas de 20 ms especificadas en la norma IS-95. En la Figura 7B se muestra el diagrama a modo de ejemplo de una capsula de canal de acceso. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, cada capsula 712 de canal de acceso comprende un preambulo 722, una o mas capsulas 724 de mensaje y bits 726 de relleno. Cada capsula 724 de mensaje comprende un campo 732 de longitud de mensaje (MSG LEN), un cuerpo 734 de mensaje y bits 736 de 10 paridad CRC.
XVII. Canal NACK de Enlace Inverso
En la presente invencion, la estacion movil 6 transmite los mensajes NACK sobre el canal de datos. El mensaje 15 NACK se genera para cada paquete recibido erroneamente por la estacion movil 6. En el modo de realizacion a modo de ejemplo, los mensajes NACK pueden transmitirse utilizando el formato de datos de senalizacion espacio- rafaga como se da a conocer en la patente estadounidense n° 5.504.773 anteriormente mencionada.
Aunque la presente invencion se ha descrito en el contexto de un protocolo NACK, la utilizacion de un protocolo ACK 20 puede contemplarse y entra dentro del alcance de la presente invencion.
La descripcion previa de los modos de realizacion preferentes se proporciona para permitir que cualquier persona entendida en la materia realice o utilice la presente invencion. Las diversas modificaciones de estos modos de realizacion se haran facilmente evidentes para los entendidos en la materia y los principios genericos definidos en la 25 presente pueden aplicarse a otros modos de realizacion sin utilizar facultades inventivas.

Claims (12)

  1. 5
    10
    15
    20
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    REIVINDICACIONES
    1. Un procedimiento para controlar una velocidad de datos de una senal recibida en una estacion movil (6) y transmitida por una estacion base (4) a la estacion movil (6) a traves de un canal de enlace directo, que comprende:
    transmitir, desde la estacion movil (6), un mensaje de solicitud de datos, mensaje DRC, a la estacion base
    (4) que contiene una indicacion de una medida de calidad del canal de enlace directo; y
    recibir, en la estacion movil (6), la senal a una velocidad de datos, en que la velocidad de datos es
    determinada por la estacion base en base a la medida de calidad, y
    caracterizado por que
    la indicacion de la medida de calidad en el mensaje DRC se basa en una medicion portadora/interferencia por la estacion movil de una calidad de una senal piloto transmitida desde la estacion base (4) a traves de un canal piloto de enlace directo.
  2. 2. El procedimiento de la reivindicacion 1, que comprende, ademas:
    determinar una relacion portadora/interferencia, C/I, de comunicaciones de datos recibidas en un canal de enlace directo.
  3. 3. El procedimiento de la reivindicacion 1, que comprende, ademas:
    retransmitir el mensaje DRC en un enlace inverso.
  4. 4. Una estacion movil (6) para recibir una senal a traves de un canal de enlace directo desde una estacion base (4), estacion movil (6) que comprende:
    medios para transmitir a la estacion base (4) un mensaje de solicitud de datos, mensaje DRC, que contiene una indicacion de una medida de calidad del canal de enlace directo; y
    medios para recibir desde la estacion base (4) la senal a una velocidad de datos, en la que la velocidad de datos es determinada por la estacion base en base a la medida de calidad, caracterizada por que
    la indicacion de la medida de calidad en el mensaje DRC se basa en una medicion portadora/interferencia por la estacion movil de una calidad de una senal piloto transmitida desde la estacion base (4) a traves de un canal piloto de enlace directo.
  5. 5. La estacion movil (6) de la reivindicacion 4, en la que el mensaje DRC y los datos de trafico se transmiten simultaneamente en canales en fase y en cuadratura.
  6. 6. La estacion movil (6) de la reivindicacion 4, en la que los medios para recibir comprenden medios para determinar un formato de paquete de la senal recibida, en la que el formato de paquete corresponde a la velocidad de datos.
  7. 7. La estacion movil (6) de la reivindicacion 4,
    en la que dichos medios para transmitir comprenden un transmisor configurado para transmitir a la estacion base (4) el mensaje DRC que contiene una indicacion de dicha medida de calidad del canal de enlace directo; y en la que dichos medios de recepcion comprenden un receptor configurado para recibir desde la estacion base (4) la senal a dicha velocidad de datos, en la que la velocidad de datos se basa en la medida de calidad.
  8. 8. La estacion movil (6) segun la reivindicacion 4, que comprende, ademas:
    medios para determinar una relacion portadora/interferencia, C/I, de comunicaciones de datos recibidas en un canal de enlace directo.
  9. 9. La estacion movil (6) segun la reivindicacion 4, que comprende, ademas:
    medios para determinar una tasa de errores de bits, BER, de comunicaciones de datos recibidas en un canal de enlace directo.
  10. 10. La estacion movil (6) segun la reivindicacion 4, que comprende, ademas:
    medios para determinar una tasa de error de paquete, PER, de comunicaciones de datos recibidas en un canal de enlace directo.
  11. 11. La estacion movil (6) segun la reivindicacion 4, que comprende, ademas:
    medios para transmitir el mensaje DRC en un canal dedicado en un enlace inverso.
  12. 12. La estacion movil (6) segun la reivindicacion 4, que comprende, ademas:
    5 medios para demodular y decodificar comunicaciones de datos recibidas en un canal de trafico de un canal
    de enlace directo de acuerdo con la velocidad de datos.
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