IGUALACION DE RELACION DE SEÑAL A INTERFERENCIA DE DIFERENTES CANALES FISICOS QUE SOPORTAN UN CANAL DE TRANSPORTE COMPUESTO CODIFICADO
CAMPO DE LA INVENCION La presente invención se relaciona con sistemas de comunicación inalámbricos, divididos por tiempo. De manera más específica, la presente invención está dirigida a un método para igualar las relaciones de señal a interferencia de diferentes canales físicos que soportan un canal de transporte compuesto codificado sin modificar las relaciones de señal a interferencia promedio del canal de transporte compuesto codificado.
ANTECEDENTES Existen muchos tipos de redes de comunicación inalámbricas, como aquellas usadas en las comunicaciones de telefonía celular de la Tercera generación (3G) . Una de las técnicas usadas en el- equipo de comunicación inalámbrico que usa una red compartida incluye la asignación de potencia de transmisión para comunicaciones en diferentes canales. Controlando efectivamente la potencia de transmisión, es posible reducir el consumo total de energía, incrementar la utilización del ancho de banda y mantener en el valor apropiado las relaciones de señal a interferencia (SIR) de los diferentes canales físicos que soportan un canal de transporte compuesto codificado (CCTrCH) . En ciertos sistemas inalámbricos actuales, los diferentes tipos de datos que el usuario necesita transmitir o recibir pueden ser codificados y multiplexados en uno o más CCTrCH. La multiplexión es efectuada de tal forma que la calidad del servicio (QoS) para aquellos diferentes tipos de datos, en términos de la probabilidad de recibir un bloque de transporte con error, satisfacerá el mismo valor para la SIR de los símbolos recibidos del CCTrCH. Esto permite un uso óptimo de los recursos de radio. Esos sistemas son capaces de transmitir una amplia gama de servicios, desde servicios de alta velocidad de datos como video y descargas de Internet, hasta servicios de baja velocidad de datos como voz. Refiriéndose a la Figura 1, en ella se " muestra gráficamente una pluralidad y variedad de servicios de usuario como flujos de datos individuales. Esos flujos de datos individuales son asignados a los canales de transporte A, B y C, por lo que los flujos de datos son codificados y multiplexados. Cada canal de transporte A, B, C se le asignó una velocidad de codificación específica y un intervalo de tiempo de transmisión (TTI) específico. La velocidad de codificación por cada canal de ' transporte determina el número de bits transmitidos de la capa física, y el TTI define el periodo de entrega del bloque de datos a ser transmitido. Por ejemplo, el TTI puede ser de 10, 20, 40 u 80 ms . Los bits codificados de los diferentes canales de transporte son multiplexados e intercalados para formar un CCTrCH. Los bits de un CCTrCH son entonces apareados para formar símbolos, los cuales son transmitidos (después de la propagación) a través de uno o una pluralidad de canales físicos definidos en términos de intervalo de tiempo y código de propagación. La transmisión sobre los canales físicos ocurre después de que los canales de transporte han sido multiplexados sobre el CCTrCH. El número de símbolos (Ns) transportado por un canal físico es inversamente proporcionar al factor de propagación del código del canal, físico. En otras palabras, (NS=NC/G, donde Nc es el número de segmentos que propagan los símbolos en un intervalo de tiempo, y G es el factor de propagación. El número de segmentos Nc es normalmente el mismo para todos los canales físicos que soportan un CCTrCH. Refiriéndose a la Figura 2, en el lado del transmisor cada canal físico es transmitido a un cierto nivel de potencia Pi, donde el índice y se encuentra sobre el canal físico. En el lado del receptor, la señal de un canal físico tiene un nivel de potencia RÍ=PÍ/L donde L es la pérdida de trayectoria. Después de la compensación de propagación, la potencia de los símbolos recibidos es GÍ*PÍ/LÍ donde Gi es el factor de propagación del canal físico. Por lo tanto, si el nivel de interferencia es Ii en el intervalo ocupado por el canal físico, la SIR en este canal físico, al nivel del símbolo, es dada por la Ecuación (1) :
LI i Ecuación (1) La calidad de recepción de un CCTrCH, en términos de la probabilidad de recibir un bloque de transporte con error, es función de las SIR de los símbolos recibidos. Cuando las SIR de los símbolos recibidos tienen todas el mismo valor, este valor es un indicador directo de la calidad de la conexión. En general, sin embargo, las SIR de símbolos recibidos pueden tener diferentes valores. Un indicador aproximado de la calidad de la conexión puede obtenerse promediando los valores de las SIR de los símbolos recibidos. En esencia, la calidad de la conexión con SIR de símbolos desiguales, cuyo valor promedio es SIR. será aproximadamente la misma que la calidad de una conexión con los SIR de símbolos todos iguales a SIR. El promedio puede efectuarse lineal o logarítmicamente (es decir, promediando los valores de SIR en dB) . El promedio logarítmico es siempre menor que el promedio lineal, y por lo tanto, puede considerarse un indicador más conservador de la calidad de la conexión. Pueden usarse cálculos para proporcionar promedios lineales o logarítmicos, como función de los diferentes niveles de potencia de los canales físicos del CCTrCH. Para efectuar un promedio lineal, se calcula la SIR promedio del CCTrCH (SIR /,·„) como sigue:**
de símbolos en el canal fisico )XSIR Ecuación ( 2 ]
SIR ,¡„ = Número total de símbolos en todos los canales físicos
La SIR de cada canal físico es multiplicada por el número de símbolos que contiene para calcular el promedio sobre todos los símbolos del CCTrCH. Puesto que el número de símbolos en el canal físico i es igual a Nc/Gi, y sustituyendo la Ecuación (1) para SIRÍ, se convierte en:***
Ecuación (3]
La Ecuación (3) expresa la SIR promedio lineal (SIR tos ) ¿el CCTrCH como función de los niveles de la potencia de transmisión (Pj.) , los niveles de interferencia (Ii) y los factores de propagación (Gj.) de todos los canales físicos, así como la pérdida de trayectoria (L) . El SIR promedio logarítmico (SIR ?<¾) del CCTrCH es , definida, siguiendo principios similares, como sigue:
^(Número de símbolos en el canal físico z) log10 (SIR¡) log10(5/i?,og)= ^ Número total de símbolos en los canales físicos
¿(Nc /G;) log10(G^JL/;)
?W Gt)
Ecuación (4) La ecuación (4) expresa la SIR promedio logarítmico de CCTrCH como función de los niveles de la potencia de transmisión (Pj.) , niveles de interferencia (Ii) y factores de propagación (¾) de todos los canales físicos, así como la pérdida de trayectoria (L) . En la mayoría de los sistemas inalámbricos actuales el control de la potencia del enlace descendente es por circuito cerrado. Esto significa que la estación base debe ajustar la potencia de transmisión de cada cuadro sobre la base de las órdenes de control de potencia de transmisión (TPC) ascendentes/descendentes enviadas por la unidad móvil durante la transmisión por el enlace ascendente (por ejemplo, CCTrCH del enlace ascendente). La unidad móvil determina la orden TPC comparando la SIR experimentada con cierta SIR objetivo. Aunque el CCTrCH del enlace descendente de una unidad móvil puede tener canales físicos ocupando más de un intervalo, serían posibles órdenes TPC múltiples por cuadro únicamente en el caso de CCTrCH del enlace descendente múltiple. En muchos casos sin embargo, existe -un solo CCTrCH del enlace ascendente para una unidad móvil . En esta situación, únicamente existe una orden TPC por cuadro, de modo que la unidad móvil puede enviar para ordenar la potencia transmitida por la estación base sobre más de un intervalo. Puesto que la potencia del código de la señal de interferencia (ISCP) sobre cada intervalo del enlace descendente es objeto de variaciones con el tiempo, el CCTrCH del enlace descendente puede ser afectado de manera adversa. Por ejemplo, asumiendo canales físicos sobre 2 intervalos, durante un cierto periodo de tiempo la ISCP sobre el primer intervalo puede incrementarse en 5 dB mientras que la ISCP sobre el segundo intervalo puede disminuir en 3 dB . Usando una sola orden TCP para controlar la potencia de transmisión sobre aquellos intervalos, es imposible que la unidad móvil informe a la estación base para incrementar la potencia sobre el intervalo pero disminuya la potencia sobre el otro intervalo. Como un resultado, es muy probable que las SIR de los canales físicos del enlace descendente que ocupan diferentes espacios se separen si la estación base sigue estrictamente las órdenes TCP enviadas por la unidad móvil, debido a que la estación base tiene que aplicar la misma orden TPC a todos los canales físicos sin importar los intervalos que estén ocupando. Es deseable para un uso óptimo de los recursos de radio que las ISR de los diferentes canales físicos sean tan iguales como sea posible a nivel de símbolos. Para lograr esto, y debido a que las condiciones de interferencia en los diferentes intervalos de tiempo cambian con el tiempo, el sistema necesita reajustar de tiempo en tiempo, las potencias de transmisión asignadas a cada intervalo de tiempo a los diferentes canales físicos de modo que los ISR de los canales físicos están en diferentes intervalos se vuelvan tan iguales como sea posible. Este proceso es conocidos como igualación de la ISR y se logra a través del proceso mostrado en la Figura 3. La Figura 3 muestra el proceso implementado por un Controlador de Red de Radio de Control (CRNC) , una estación base y una unidad móvil para efectuar la igualación de la ISR. Este proceso permite a la estación base usar los valores de ISCP del intervalo de tiempo del enlace descendente cuando se decida la potencia TX del enlace descendente para cada intervalo de tiempo. La unidad móvil mide periódicamente ISCP del enlace descendente (DL) y transmite las mediciones de ISCP al CRNC por cada intervalo de tiempo en el cual esté recibiendo una señal. El CRNC envía un mensaje de PETICION DE CONTROL DEL INTERVALO DE TIEMPO DE POTENCIA DE DL a la estación base, junto con los valores de ISCP de DL, los s 3?ee son los niveles de interferencia en cada intervalo ocupado por los canales físicos por el CCTrCH implicado. Tras la recepción, la estación base usa los valores de ISCP del intervalo de tiempo de DL indicados enviados por el CRNC para fijar la potencia TX del enlace descendente para cada intervalo de tiempo. La estación base reduce la potencia TX del enlace descendente en aquellos intervalos de tiempo del enlace descendente del enlace de radio donde la interferencia sea baja; e incrementa la potencia TX del enlace descendente en aquellos intervalos de tiempo donde la interferencia sea alta, manteniendo a ¦ la · vez la potencia del enlace descendente total en el enlace de radio sin cambio. El procedimiento 30 seguido por la estación base para efectuar la igualación de la SIR se describe con detalle en la Figura 4. El procedimiento 30 comienza con la recepción del mensaje de PETICION DE CONTROL DEL INTERVALO DE TIEMPO DE POTENCIA DEL ENLACE DESCEDENTE del CRNC que contiene los valores de ISCP (paso 32) . La estación base asocia los niveles de interferencia I¿ con los diferentes canales físicos, donde el índice i se encuentra sobre los canales fijos, dependiendo del intervalo de tiempo ocupado por cada uno de los canales físicos (paso 34) . El nivel de interferencia I es el mismo para todos los canales físicos que ocupan el mismo intervalo de tiempo, (es decir, I¿= I si los canales físicos i y j están en el mismo intervalo de tiempo) . Puesto que la estación base es responsable de la transmisión de la señal a la · unidad móvil, siempre conoce el último nivel de potencia Pi transmitido así como el factor de propagación Gi de cada canal físico. La estación base toma entonces ese conjunto de valores (Ii, I2, ... , IN, Pi, P2, .. · , PN, G1; G2,...GN), donde N es el número de canales físicos que soportan el CCTrCH, y calcula un nuevo conjunto de valores (??' , P2 PN' ) para los niveles de potencia de transmisión de los 'canales físicos (paso 36) . La meta de igualación es hacer la SIR de todos los canales físicos igual. En consecuencia,-
G.P.' SIR'.= ' 1 =K H i Ecuación (5) En la Ecuación (5), SIR'i denota la SIR del canal físico i justo después de la igualación, y K es el valor de la SIR después de la igualación, el cual debe ser el mismo para todos los canales físicos. En un sistema de la técnica anterior, este valor de K es calculado de acuerdo a la siguiente:
Ecuación
Sustituyendo la Ecuación (6) en la Ecuación (5) , el nuevo conjunto de valores de potencia de transmisión (??' , ?2' ,-.-,??' ) es calculado por lo tanto aplicando la siguiente ecuación:
Ecuación (7)
Inmediatamente después de la aplicación de la Ecuación (7) , la SIR de los canales físicos son todas iguales. Además, puede verificarse que la suma de las potencias de transmisión es la misma antes y después de la N N igualación de SIR (?jP¡ — ?·£",¦ )¦ Esos nuevos valores de potencia [? ' , P2 PN' ) son entonces aplicados a los canales físicos (paso 38) . Aunque el proceso mostrado en la Figura 4 y expuesto en la Ecuación 7 iguala las SIR de los diferentes canales físicos, sufre de una desventaja mayor. Aunque, la potencia total sobre todos los canales físicos antes y después de la igualación de la SIR es la misma, la SIR de los canales físicos después de la aplicación del nuevo conjunto de potencias de transmisión Pi' podría ser significativamente diferente a la SIR promedio sobre todos los canales físicos antes de la igualación, como se define de acuerdo a cualquiera de la Ecuación (3) (promedio lineal) o Ecuación (4) (promedio logarítmico) . Como resultado, la calidad de la recepción puede sufrir una degradación súbita y severa hasta que el control de potencia reestablezca eventualmente la SIR promedio a su valor original . Por lo tanto, existen casos en los cuales el proceso de igualación exigente no mantiene la SIR promedio constante. A manera de ejemplo, el CCTrCH puede ser soportado por dos canales físicos de factores de propagación iguales, (como Gx = G2 =16) . Los niveles de potencia de transmisión de los canales físicos antes de la igualación con ?? = P2 = 1 mW. Los niveles de interferencia correspondientes son: Ix= 1 x 10~9 mW y I2 = 8 x 10~9 mW. La pérdida de trayectoria es L = 1 x 109. Antes de la igualación de SIR, las SIR de los canales físicos son por lo tanto: SIR^. = 16 y SIR2 = 2. La SIR promedio (lineal) es SIR},i„=9 de acuerdo a la Ecuación (3) . LA SIR promedio (logarítmica) es SIRi0íi=5.1. Después de la igualación de la SIR, la Ecuación (7) muestra que los nuevos niveles de la potencia de transmisión son: Pi'=0.22 mW y P2 =1.78 m , y las SIR de ambos canales físicos (así como la SIR promedio, lineal o logarítmica) es igual a SIR ¾,·„ =SIR tog =SIR1=SIR2= 3.56. Claramente, esto es menor que ambas de las SIR promedio lineal o logarítmica antes del procedimiento de igualación de la SIR. Si la SIR promedio, ya sea lineal o logarítmica, usada en un nivel tal que la QoS satisfizo sobre la CCTrCH,. esta reducción daría como resultado una degradación de la calidad hasta que el control de potencia reestablezca la SIR promedio a su nivel original. Este comportamiento es ' indeseable .
LA INVENCION De acuerdo a la invención, las SIR de - canales físicos son igualadas en un CCTrCH. Se calculan los nuevos niveles de potencia de transmisión para múltiples canales físicos, de modo que no solo las SIR de los canales físicos sean igualadas, sino también de la SIR promedi" del CCTrCH permanezca constante. De acuerdo a la presente invención, la potencia de transmisión total de la CCTrCH no necesariamente permanece constante, como en los arreglos de la técnica anterior.
En una modalidad de la invención, la SIR promediada linealmente permanece constante después de la igualación de la SIR. En otra modalidad, la SIR promediada logarítmicamente permanece constante.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es un diagrama de bloques de grupos de datos individuales de la técnica anterior que están siendo combinados en un CCTrCH transmitidos sobre una pluralidad de canales físicos. La Figura 2 es un diagrama del canal físico de la técnica anterior que esté siendo transmitido sobre la interfaz o interconexión aérea. La Figura 3 es un diagrama de flujo de un procedimiento de señalización de la técnica anterior entre el CRNC, la estación base y la unidad móvil para la igualación de la SIR. La Figura 4 es un diagrama de flujo de un procedimiento de igualación de SIR de la técnica anterior, como el efectuado en la estación base. La Figura 5 es un diagrama de flujo del procedimiento de igualación de SIR de acuerdo con la presente invención. La Figura 6 es un diagrama de bloques de una estación base hecha de acuerdo con la presente invención.
DESCRIPCION DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS La presente invención será descrita con referencia a las Figuras de los dibujos donde números similares representan elementos similares a su través . Refiriéndose a un procedimiento 40 de acuerdo con la presente invención mostrado en la Figura 5, la estación base recibe el mensaje de PETICION DE CONTROL DE UN INTERVALO DE TIEMPO DE POTENCIA DE DL del CRNC, junto con los niveles de interferencia en todos los intervalos de tiempo usados por los canales físicos que soportan el CCTrCH sujeto a la igualación de SIR (paso 41) . La estación base de este modo conoce los niveles de interferencia (Ii,I2, .· · , IN) asociados con cada canal físico que soporta el CCTrCH, (donde N es el número de canales físicos) . Adicionalmente , la estación base conoce los últimos niveles de potencia de transmisión (Px, P2, ... , PN) de cada canal físico junto con sus factores de propagación (Gi, G2/ ... , GN) (paso 42) . Como es comprendido por aquellos expertos en la técnica, la entidad que administra los niveles de potencia de transmisión, (es decir, el administrador de control de potencia 70 mostrado en la Figura 6) se localiza en la estación base. Los factores de propagación, también son conocidos por la estación base, puesto que esta información es recibida de CRNC tras el establecimiento de la conexión. La estación base, usando los niveles de interferencia (Ii , I2 , . . . , IN) .· las potencias de transmisión finales (P1( P2 , - - - , PN) y los factores de propagación (Gi, G2, ... , ¾) de cada canal físico, implementa una función (f) que representa el producto entre la SIR promedio y la pérdida de trayectoria (paso 43) . La función (f") puede basarse en su promediación lineal o promediación logarítmica de las SIR ponderadas por símbolos de los canales físicos. En el caso donde la definición lineal de la SIR promedio es usada como la Ecuación (3), la función (f) es calculada como sigue:
i=\ 1 i y 1 Ecuación
Esencialmente, por cada canal físico, la relación entre la potencia de transmisión de un canal físico y su nivel de interferencia Ii es calculada. -Entonces las relaciones para todos los canales físicos son sumadas y esta suma es dividida por la suma del inverso de los factores de propagación de todos los canales físicos . En el caso donde la definición logarítmica de la SIR promedio es usada como en la Ecuación (4) , la función (f) es expresada como sigue:
Ecuación (9)
Nótese que en caso especial donde los factores de propagación son todos iguales (G!=G2= ... =GN=G) , en el modo de Duplexion por. División de Tiempo (TDD) (3.84 Mcps) de la UTRA, la ecuación (9) se simplifica a:
Ecuación (10)
Donde G es los factores de propagación de todos los canales físicos . Esencialmente, por cada canal físico, la relación entre la potencia de transmisión Pi de un canal físico y su nivel de interferencia Ii es calculada. Entonces, la enésima raíz (por ejemplo, la raíz cuadrada si N = 2, raíz cúbica si N = 3, etc.) , donde N es el número de canales físicos, del producto de las relaciones para todos los canales físicos es calculada, y el resultado es multiplicado por el factor de propagación G. De manera alternativa, la enésima raíz de cada relación podría ser calculada y entonces multiplicadas juntas. Un experto en la técnica comprenderá que cualquier tipo de función que obtenga los mismos resultados está incluida dentro del alcance de la presente invención. Después de haber calculado la función (f ) , la estación base calcula los nuevos niveles de la potencia de transmisión (??, P' 2, ..., P'N) para asignarlos a los canales físicos (paso 44), usando la siguiente:
P¡ Ecuación (11)
Finalmente, la estación base asigna los nuevos niveles de potencia de transmisión P' , P' 2 , ... , P' N) a los canales físicos del CCTrCH, (paso 45) . Como se describió aquí anteriormente, la presente invención logra las siguientes dos meta: 1) las SIR a nivel de símbolos donde todos los canales físicos son iguales entre si; y 2) la SIR promedio del CCTrCH (lineal o logarítmica) es la misma que antes de la igualación SIR. Deberá apreciarse que la Ecuación (11) satisface las dos condiciones puesto que la SIR a nivel de símbolo de cada canal físico después de la igualación son entonces todas iguales a:
P. ' 1 / SIRi'=G¡ = = SIR Ecuación (12)
Como aquellos expertos en la técnica comprenderán, pueden ser posibles otras definiciones de la SIR promedio de un CCTrCH, además de las dos explícitamente definidas en esta descripción (lineal y algorítmica) . Un método alternativo para igualar las SIR de canales físicos, manteniendo a la vez la SIR promedio constante de acuerdo a otra definición, es el mismo que se describió aquí anteriormente, excepto que la función (f) se modificó para corresponder al producto ante la pérdida de trayectoria y la definición elegida de la SIR promedio. La aplicación de las nuevas potencias de transmisión usando el método de acuerdo con la presente invención no cambiará la SIR promedio del CCTrCH, lo cual es benéfico para la calidad de servicio de este CCTrCH. Adicionalmente , la unidad móvil no necesita nada especial cuando ocurra la igualación de SIR; más bien la unidad móvil experimentará una SIR igual a través de todos los canales físicos después de que tome lugar la igualación de SIR. La Figura 6 es una estación base 60 hecha de acuerdo con la presente invención. La estación base 60 recibe del CRCN 62 datos del usuario 62 (provenientes de la red central) y mensajes de señalización 66, como el mensaje de PETICION DE CONTROL DE INTERVALO DE TIEMPO DE POTENCIA DE DL usado por el proceso de igualación de SIR. La interfaz o interconexión de la red de radio 68 es responsable de la descodificación e interpretación del mensaje de señalización de CRCN 62. De este modo controla los diferentes parámetros implementados en la unidad de procesamiento de la capa física 72 efectuado sobre los datos del usuario 6 . El administrador del control de potencia 70 es responsable de proporcionar los niveles de' potencia de transmisión apropiados a la unidad de potencia de los canales físicos 74 donde las señales de cada canal físico son ponderadas de acuerdo a sus niveles de potencia respectivos, antes de la modulación en el modulador' 76 y la transmisión de esos canales físicos vía la antena 78. Cuando í:oma lugar la igualación de SIR, el mensaje de PETICION DE CONTROL DE INTERVALO DE TIEMPO DE POTENCIA DE DL es recibido por la interfaz o interconexión de la red de radio 68, la cual entonces envía el administrador de control de potencia 70 a los niveles de interferencia en cada intervalo usado por el CCTrCH implicado. El administrador de control de potencia 70 calcula entonces los nuevos niveles de potencia de transmisión para aplicarlos a los canales físicos del CCTrCH implicado, como se describió aquí anteriormente con respecto a la presente invención. La unidad de procesamiento de la capa física 72 procesa los datos del usuario 64, y envía el canal físico a la unidad de potencia del canal físico 74. Los niveles de potencia son usados por la unidad de potencia de canal físico 74 para fijar apro iadamente la potencia de cada canal ' físico. Los canales son . entonces modulador en el modulador 76 y transmitidos vía la antena -78. La presente invención fue descrita en conjunto con la aplicación de la invención para usarse con voz, así como con datos de acuerdo a un sistema 3G. Sin embargo, el sistema 3G fue usado únicamente como un ejemplo, y la invención puede ser aplicada a otros sistemas de comunicación inalámbricos donde puedan ser transmitidos datos sobre canales múltiples que puedan o no ser controlados por potencia por las mismas órdenes de TCP y donde la interferencia puede ser diferente. Aunque la presente invención ha sido descrita en términos de la modalidad preferida, otras variaciones que están dentro del alcance de la invención como se expone en las reivindicaciones más adelante, serán evidentes a aquellos expertos en la técnica.