ES2275589T3 - Metodo de transmision con diferentes modos de operacion. - Google Patents
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Abstract
Un método de transmisión no continua de una estación transmisora a una receptora, que incluye las etapas de: * disponer los datos en grupos de bits precedidos por un preámbulo de sincronización; * modular y codificar, en la estación transmisora, cada grupo de acuerdo con un modo de operación en particular de la capa física, que se distingue al menos por una modulación particular, y por una codificación particular de los datos; * remodular y decodificar cada grupo, en la estación receptora, de acuerdo con el mencionado modo de operación con el cual se generó el grupo, comunicándose a la estación receptora mediante una secuencia de bits de identificación del modo de operación incluido en el mismo preámbulo de sincronización del mencionado grupo, caracterizado porque: * la distancia de decisión incremental más alta entre las mencionadas secuencias de identificación de los modos de operación permite la distinción del modo de operación más robusto con respecto a los demás modos de operación menos robustos, correspondientes a la transmisión en mejores condiciones del canal, * las distancias de decisión incrementales más pequeñas permiten distinguir los modos de operación menos robustos entre los mismos; * la mencionada distancia de decisión incremental más alta está protegida con una redundancia más alta; * las mencionadas distancias de decisión incrementales más pequeñas están protegidas con redundancia que se reduce en forma incremental en proporción a un parámetro de robustez del propio modo de operación, correspondiente a: la relación de señal/ruido; relación de señal/interferencia; relación de señal/ruido más interferencia.
Description
Método de transmisión con diferentes modos de
operación.
La presente invención está relacionada con los
sistemas de radiotransmisión del tipo de punto a punto o de punto a
multipunto con la transmisión de ráfagas, y más en particular con
un método de transmisión que tiene distintos modos de
operación.
En los sistemas de punto a multipunto se define
una estación específica, denominada como maestra, que se comunica
con algunas otras estaciones, denominadas como terminales. La
terminología clásica define el canal descendente, el cual discurre
desde la estación maestra hasta los terminales, y el enlace
ascendente al que se propaga en la dirección opuesta. Los dos
canales lógicos pueden ocupar canales de radio distintos (sistemas
duplex de frecuencia) o el mismo radiocanal, utilizando la división
en el tiempo (sistemas duplex en el tiempo). Por conveniencia, se
hace referencia aquí más adelante a los sistemas duplex de
frecuencia, pero la mención de este tipo de sistemas no se
expondrá como de un tipo limitante.
La modulación adaptativa es una técnica
concebida recientemente, que consiste en la transmisión de datos,
codificados de acuerdo con distintas modulaciones. Estas
modulaciones se seleccionan de forma que las transmisiones desde
y/o hacia las estaciones direccionadas, conectadas a través de un
canal que tenga características de transmisión favorables, se
realicen con un numero comparativamente grande de símbolos
(modulación multinivel), mientras que la transmisión desde y/o
hacia las estaciones conectadas a través de canales que tengan
características buenas pero comparativamente inferiores, se
efectuará con un numero mínimo de símbolos (modulación básica).
Considerando que las características de los
mencionados canales podrían cambiar en el tiempo, incluso también
el tipo de modulación utilizado para comunicar con una estación dada
podría cambiar en la forma correspondiente.
Las modulaciones multinivel son particularmente
convenientes en términos de la cantidad de información por cada
símbolo transmitido, puesto que la información asociada con cada
símbolo es tan alta como el número de distintos símbolos que puedan
ser transmitidos. Por el contrario, para una potencia de transmisión
igual, las modulaciones multinivel pueden explotarse
convenientemente solo si el canal muestra unas características de
atenuación comparativamente limitadas, y con una interferencia
limitada.
Sobre la base de las características del canal,
con la modulación adaptativa es posible adaptar el nivel de
modulación utilizando una modulación multinivel (por ejemplo una
modulación 16QAM ó 64QAM) si la atenuación del canal y la
interferencia están limitadas comparativamente (esto puede ocurrir
por ejemplo si está próxima la estación direccionada), o una
modulación más fuerte (por ejemplo QPSK ó 4QAM) denominada como
modulación básica si la atenuación y la interferencia del canal son
mayores (ejemplo: para una estación direccionada más lejana).
La solicitud de patente WO
98/51111-A1 expone un sistema de comunicaciones
bilateral flexible del tipo UMTS, con estaciones primarias y
secundarias. Las comunicaciones del enlace descendente desde las
estaciones primarias comprenden la transmisión TDMA. Las
comunicaciones del enlace ascendente desde las estaciones
secundarias comprenden las transmisiones CDMA/TDMA. El paquete de
datos transmitido en el enlace descendente está modulado para
adaptarse a la calidad del enlace entre la estación primaria y la
estación secundaria direccionada. El encabezado aplicado a la
transmisión del enlace descendente incluye información sobre el
emplazamiento de los paquetes de datos respectivos, con respecto a
un punto de referencia y el esquema de la modulación aplicada a
cada paquete de
datos.
datos.
El documento de la patente
US-5757813 expone un método para indicar un cambio
en la velocidad de codificación, con el fin de mantener la
sincronización entre un sistema de comunicación y una estación
móvil. La estación móvil puede solicitar el incremento o la
reducción del grado de codificación del canal. El sistema puede
conceder la petición y enviar una indicación a la estación móvil
indicando el nuevo grado de codificación. La indicación se
proporciona fuera del campo en el cual se tiene que cambiar la
velocidad de codificación. Puede cambiarse también el alfabeto de
los símbolos de modulación.
Se conocen otros sistemas en los cuales puede
seleccionarse el código de corrección de errores, sobre la base de
la configuración o en modo automático por una estación, y en
comunicación con la estación correspondiente a través de mensajes
de señalización. Esta técnica se denomina como codificación
flexible.
Los sistemas con modulación adaptativa
proporcionan una diferencia de varios decibelios (generalmente 6 ó
7 dB) entre una modulación y la siguiente, y en consecuencia las
condiciones del canal son de algunos pocos decibelios inferiores al
nivel requerido, siendo frecuente una modulación de varios
decibelios más alta que el nivel de la modulación inferior, y esto
genera claramente una ineficiencia debida a la granularidad más
alta de la modulación
inferior.
inferior.
Además de ello, en muchos casos, podrían existir
situaciones en las que también la modulación más fuerte (por
ejemplo, QPSK) del sistema no podrá ser utilizada. En consecuencia,
sería útil tener un modo de operación que pudiera operar también en
estas condiciones.
Se ha encontrado y es el alcance de la
invención, un método de transmisión que permite la utilización de
distintas combinaciones de la modulación de datos y de la
codificación, en la misma forma que las distintas modulaciones, en
el caso de la transmisión de modulación adaptativa. Estas
combinaciones están definidas más adelante como "modos de
operación de la capa física".
El método de la invención permite el poder
transmitir con distintos modos de la capa física adecuados para
operar con un conjunto de valores de la relación señal/ruido, o de
la relación señal/interferencia. De acuerdo con la calidad del
canal, se selecciona la granularidad preferida para maximizar la
capacidad del sistema sin deteriorar los rendimientos. Al mismo
tiempo, mediante la selección apropiada de los modos de la capa
física, es posible incrementar la cobertura, es decir, habilitar el
sistema para poder operar también a una distancia mayor y con
condiciones peores del canal que las necesarias para la modulación
básica de los sistemas, solo soportando la modulación adaptativa,
sin reducir la capacidad del sistema, a través del uso de un código
más potente y teniendo por tanto un tráfico de datos
mayor.
mayor.
Un primer método de transmisión, expuesto en la
solicitud de la patente europea EP-01113861.7 en el
nombre del mismo solicitante, comprende la organización de las
transmisiones en grupos de datos, compartiendo el mismo modo de
operación de la capa física, y situando un preámbulo antes de los
datos de cada grupo, que además de la posible sincronización usual
y de las funciones de ecualización, permite la identificación de un
modo de operación dado de la capa física a través de secuencias de
símbolos diferentes.
La longitud y formato de las secuencias
utilizadas como preámbulos dependen del sistema específico, pero la
distancia de decisión lógica entre las distintas secuencias será tal
que se permita un reconocimiento fiable del preámbulo en todas las
condiciones del canal en el que puedan utilizarse el modo de
operación, identificado por el preámbulo en sí.
De acuerdo con una realización preferida de la
invención, para obtener una carga mínima de tráfico, los distintos
modos de operación robustos deberán estar identificados mediante
preámbulos que tengan una distancia reciproca más alta, en
comparación con las distancias reciprocas de los preámbulos que
identifiquen los modos de operación menos robustos (operando en
condiciones mejores en el canal).
La distancia de decisión entre los distintos
modos de operación puede ser seleccionada de acuerdo con un
parámetro que describa apropiadamente la robustez de la
transmisión. Los parámetros de la posible robustez son la relación
de señal/ruido, la relación de señal/interferencia, la relación de
señal/ruido más la relación de interferencia, etc.
Una segunda técnica consiste en la recogida de
información, concerniente al modo de operación de la capa física de
distintos grupos, en una tabla, la cual se codifica entonces con una
secuencia de bits y transmitida periódicamente en una posición dada
de la trama.
La recepción incorrecta de estas tablas
provocaría la pérdida de las secuencias de datos largas; en
consecuencia, es esencial proteger las mencionadas tablas. De
acuerdo con otras realizaciones del método de acuerdo con la
invención, las tablas puede ser protegidas con:
- \bullet
- Un código de repetición que permita la rápida decodificación, que puede realizarse con hardware o software de una complejidad muy limitada a costo de una carga de datos dada. De acuerdo con una realización preferida, el código de repetición puede construirse con una redundancia variable, de acuerdo con el tipo indicado del modo de operación de la capa física; la información que identifique las modulaciones más fuertes estará mejor protegida, y la información que identifique las modulaciones menos fuertes estará protegida con una carga de trafico más inferior (asociada con los canales de transmisión de una mejor calidad);
- \bullet
- Un código FEC tradicional (por ejemplo, el código Reed Solomon o de tipo concatenado) puede incrementar la robustez, y reducir el trafico de datos a costa de un retardo de la decodificación, que lo convierta en inutilizable si no se toma la siguiente medida. La estratagema adoptada para solventar este problema consiste en la referencia en la tabla transmitida en una trama a la siguiente trama. Este entrelazado de tramas permitirá al receptor el decodificar el código a la vez que utiliza la información.
La invención conjuntamente con los objetos
adicionales y ventajas de la misma podrá se comprendida mejor a
partir de la siguiente descripción detallada, tomada en conjunción
con los dibujos adjuntos, en los que:
la figura 1 muestra el entrelazado de tramas que
permite el uso del FEC tradicional en la protección de las
tablas,
la figura 2 muestra la estructura de protección
variable del código de repetición, de acuerdo con una realización
preferida.
Para describir la invención con más detalle, se
considera el caso en el cual la modulación adaptativa se realiza
utilizando una modulación básica y dos modulaciones multinivel,
siendo la modulación básica la modulación QPSK y la modulación
multinivel las modulaciones 16QAM y 64QAM. Además de ello, la
familia de códigos concatenados consistente en un código Reed
Solomon externo y un código convolucional interno se considerarán
como códigos de corrección de errores. Por supuesto, la invención
puede ser aplicada convenientemente también a las modulaciones y
códigos diferentes de los mencionados.
Algunos modos físicos posibles que la presente
invención intenta que sean interoperativos se proporcionan en la
tabla 1 (RS en la tabla significa Reed Solomon, mientras que CC
significa código convolucional y la fracción que sigue a estas
iniciales indica la "velocidad").
Con el fin de obtener los resultados descritos,
es oportuno seleccionar un conjunto de modos físicos adecuados con
la aplicación en particular y restringir la interoperatividad a
dicho conjunto.
El único propósito de permitir una descripción
más sencilla de la invención, se selecciona arbitrariamente un
conjunto de modos físicos. Esta selección depende del sistema en
particular utilizado, pero la invención permanece aplicable en la
forma conveniente, con obvias modificaciones, independientemente del
grupo seleccionado de modos.
En consecuencia, se supone el operar con 5 modos
físicos recogidos en la siguiente tabla 2.
Tal como se ha expuesto en el sumario, esta
invención propone el uso de modos de operación de la capa física en
una forma extendida y con una interoperatividad y coexistencia de
los distintos modos, dentro del mismo radiocanal en distintos
intervalos de tiempo mediante diferentes terminales. El elemento
destacable de la invención es que se enfrenta y resuelve de una
nueva forma con el problema de transferir con fiabilidad la
información concerniente al modo físico en el cual opera el
transmisor en un intervalo dado de tiempo. La cuestión más compleja
es proteger adecuadamente la mencionada información.
Método de protección
1
Este método prevé el uso de preámbulos,
diferenciados de acuerdo con el modo para los grupos de información
transmitidos con un modo dado de la capa física. La información del
modo de operación se obtiene reconociendo el tipo de preámbulo. En
general, el preámbulo, debido a sus otras funciones de
sincronización y ecualización, resulta que tiene una longitud ya
adecuada para el transporte de la información en el modo físico con
una redundancia oportuna.
Si la longitud no es suficiente, el preámbulo se
ampliará con algunos símbolos. La cuidada selección de asociaciones
entre los modos físicos y las secuencias de los preámbulos a una
distancia diferente entre sí permite minimizar la carga de datos,
manteniendo en forma robusta la información. Este método ya ha sido
descrito para la única modulación adaptativa en la mencionada
solicitud de patente europea EP-01113861.7, y la
extensión de esta técnica con los modos de operación de la capa
física definidos anteriormente se encuentra aquí reivindicada.
Como en el caso de la modulación adaptativa,
pueden utilizarse los preámbulos obtenidos a partir de dos
secuencias CAZAC diferentes, repetidas parcialmente en forma
cíclica con la adición de algunos símbolos en la cola. En el caso
de un ejemplo, en el cual los modos de operación son 5, los
símbolos adicionales serán 4. La alta distancia de las dos
secuencias CAZAC parcialmente repetidas se utilizan para distinguir
el modo E de los demás; los símbolos adicionales se utilizan para
distinguir los otros modos entre los mismos, aunque incrementan
también la protección en el modo E.
La distinción del modo E obtendrá una protección
de 13 dB, más que suficientes para asegurar la correcta recepción
en todos los terminales operativos de acuerdo con el modo E, e
incluso más en los terminales que operen de acuerdo con los otros
modos. La protección (o ganancia) se define en términos de la
distancia de decisión con respecto al bit de información
transmitido en QPSK y la codificación Gray, con una probabilidad de
error igual en la unidad de infamación transmitida (para la
información transmitida se pretende que la información binaria
distinga la modulación básica de otras modulaciones).
El modo D se distingue del modo A, B y C con 2
de los símbolos adicionales, seleccionados con el fin de dar la
distancia máxima, y otros 2 símbolos adicionales no a la máxima
distancia pero diferentes entre sí.
El modo D está protegido por tanto con una
protección de 7,8 dB. Siendo intrínsecamente este modo más fuerte
que el modo E, se utiliza solo si el canal muestra condiciones
tales como que sea capaz de operar con una señal mínima hasta una
relación de señal/ruido de 10,5 dB; en estas condiciones, la
protección de 7,8 dB es más que suficiente. Los terminales que no
puedan recibir con fiabilidad esta información estarán con toda
seguridad operando en el modo E. Se puede reconocer que el modo del
grupo de datos no es el modo E, mientras que no se conocerá cual es
el modo entre los demás modos el que se esté utilizando en
curso.
El modo C se distingue del modo A y B con un
único símbolo seleccionado en la distancia máxima con una protección
de 3 dB, y lo mismo tiene lugar para la distinción del modo B del
modo A.
Con una carga de tráfico de datos muy limitada
con respecto a la longitud normal del preámbulo (4 símbolos
adicionales) se puede obtener con una protección adecuada la
determinación fiable del modo de operación físico.
Método de protección
2
Este método prevé la presencia de una tabla, o
mapa, que describa a través de una codificación apropiada, el modo
de operación de un conjunto de grupos que pertenezcan a una
estructura, denominada trama, que recoja los distintos grupos de
información.
La selección de una codificación basada en un
código de repetición en el cual la carga de datos y por tanto la
robustez del código sean distintas de acuerdo con el tipo de modo
físico a proteger es un elemento de caracterización de la
invención.
El único fin de la descripción de esta invención
de una forma simple se considera en el ejemplo de los 5 modos (A,
B, C, D y E) del caso previo, teniendo por objeto sin embargo que la
invención pueda ser aplicada mutatis mutandis también a los
sistemas de transmisión que utilicen un conjunto distinto de
modos.
La figura 2 muestra una posible codificación:
esta codificación se ha construido considerando que la información
del modo de operación utilizado se transmite siempre con la
modulación básica sin código. La modulación sin código requiere una
relación de señal/ruido en el canal de al menos 16 dB, mientras que
el modo físico E puede operar con 6,2 dB; por esta razón es
necesario proteger la información, distinguiendo el modo E de los
demás con un margen de 10 dB.
Esto puede realizarse utilizando un código de
repetición consistente en 5 símbolos QPSK, a los que se asigna
valores opuestos (y por tanto a una distancia máxima en la
constelación QPSK). Estos valores opuestos se identifican
convencionalmente con los valores 1 y -1, mientras que -j indica los
otros dos posibles valores de un símbolo QPSK: el valor 1
identifica la modulación E, y el valor -1 todos los demás. Este
código, expresado en términos de 5 símbolos QPSK, podría ser en
forma equivalente visto como una repetición de 10 veces de una
información binaria.
El modo D requiere una protección de 5,5 dB, que
puede obtenerse con 2 símbolos a los cuales se asignan valores
opuestos: los mencionados dos símbolos distinguirán el modo D de los
restantes A, B y C. El modo C requiere una protección de 1 dB y
por tanto es suficiente utilizar un símbolo al cual se asignan
valores opuestos para identificar el modo C, y distinguirlo de los
restantes A y B. La distinción entre el modo A y B, al transmitir
con símbolos QPSK no requiere protección ninguna, por tanto es
suficiente un único símbolo, al cual se asignan cualesquiera
valores.
De esta forma, con 9 símbolos QPSK el modo de
operación de la capa física se transmite con seguridad entre los 5
posibles. Los símbolos pueden reducirse a 7 si se observa que los
últimos 4 bits de la codificación correspondiente a la modulación E
no se han utilizado, así como también los últimos dos bits de la
modulación D y el último de la C: asignando los valores j y -j a
los mencionados símbolos no utilizados, la distancia del modo E a
los demás puede ser incrementada. Después de esta operación es
posible abandonar los primeros dos símbolos de todas las
codificaciones, representados en fondo oscuro en la figura 2. La
figura 2 muestra también los límites con una línea en negrita.
Los terminales pueden determinar siempre el modo
físico correcto de un grupo de información destinado al mismo, o
bien determinar que el grupo se transmita con un modo físico que el
terminal no pueda remodular correctamente, debido a las condiciones
de la posición y del canal.
Método de protección
3
Este método, al igual que el anterior, prevé la
presencia de una tabla, o mapa, que describa el modo de operación
de cada grupo perteneciente a una estructura denominada como trama.
No obstante, en este caso la codificación tiene lugar mediante la
codificación de los distintos modos operativos en una forma banal,
con distintas secuencias de los bits (3 bits son suficientes para
los 5 modos) y protegiendo la tabla completa con un código de
protección de errores tradicional (por ejemplo del tipo Reed Solomon
o concatenado). La caracterización peculiar de la invención es la
asociación de la tabla transmitida en una trama con el contenido de
la siguiente trama, tal como se muestra en la figura 1. El alcance
del entrelazado es proporcionar tiempo al decodificador para
decodificar el código de corrección de errores.
Las tramas T1, T2, etc., entran una después de
otra en el canal; la trama T1 contiene la tabla respectiva a la
trama T2(TAB_T2); en esta tabla aparece la información M1,
M2, etc., protegida con un código FEC. M1 es la codificación que
representa el modo de operación de la capa física dentro del grupo
C1; M2 concierne al grupo C2 y así sucesivamente. En su
realización más simple, aplicada al ejemplo de los 5 modos de
operación de la capa física, M1, M2, etc., pueden ser cadenas de 3
bits, suponiendo distintas configuraciones de acuerdo con el modo
de operación.
No obstante, la tabla puede contener también
otra información, tal como el terminal o la identificación de la
conexión; en este caso, la información del modo de operación puede
ser también implícita (por ejemplo una asociación con un terminal
dado), y no siendo codificada explícitamente. De hecho, este método
de protección resulta provechoso justamente cuando la tabla incluye
también otra información además de la misma, explicita o implícita,
en el modo de operación de la capa física.
En consecuencia, aunque se han mostrado y
descrito algunas realizaciones de la presente invención, se
comprenderá que la presente invención no está limitada a las
mismas, puesto que pueden realizarse otras realizaciones por los
técnicos especializados en el arte, sin desviarse del alcance de la
misma. Se contempla que la presente invención abarque cualquiera de
dichas realizaciones cubiertas por las siguientes
reivindicaciones.
Claims (8)
1. Un método de transmisión no continua de una
estación transmisora a una receptora, que incluye las etapas
de:
- \bullet
- disponer los datos en grupos de bits precedidos por un preámbulo de sincronización;
- \bullet
- modular y codificar, en la estación transmisora, cada grupo de acuerdo con un modo de operación en particular de la capa física, que se distingue al menos por una modulación particular, y por una codificación particular de los datos;
- \bullet
- remodular y decodificar cada grupo, en la estación receptora, de acuerdo con el mencionado modo de operación con el cual se generó el grupo, comunicándose a la estación receptora mediante una secuencia de bits de identificación del modo de operación incluido en el mismo preámbulo de sincronización del mencionado grupo,
caracterizado porque:
- \bullet
- la distancia de decisión incremental más alta entre las mencionadas secuencias de identificación de los modos de operación permite la distinción del modo de operación más robusto con respecto a los demás modos de operación menos robustos, correspondientes a la transmisión en mejores condiciones del canal,
- \bullet
- las distancias de decisión incrementales más pequeñas permiten distinguir los modos de operación menos robustos entre los mismos;
- \bullet
- la mencionada distancia de decisión incremental más alta está protegida con una redundancia más alta;
- \bullet
- las mencionadas distancias de decisión incrementales más pequeñas están protegidas con redundancia que se reduce en forma incremental en proporción a un parámetro de robustez del propio modo de operación, correspondiente a: la relación de señal/ruido; relación de señal/interferencia; relación de señal/ruido más interferencia.
2. Un método de transmisión de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque cada grupo está
precedido por un preámbulo de sincronización, en donde la
mencionada secuencia de identificación del modo de operación de la
capa física consiste en el mismo preámbulo de sincronización del
mencionado grupo seguido por una secuencia de bits adicionales.
3. Un método de transmisión de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque los mencionados grupos
están organizados en tramas que incluyen grupos adicionales y las
secuencias de identificación respectivas con los distintos grupos
subsiguientes están agrupadas y transmitidas conjuntamente dentro de
la propia trama.
4. Un método de transmisión de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque los mencionados grupos
están organizados en tramas incluyendo los subsiguientes grupos y
las mencionadas secuencias de identificación respectivas con los
distintos grupos subsiguientes distintos, agrupándose y
transmitiéndose conjuntamente dentro de una trama, transmitida
previamente con respecto a la trama a la que se refiere.
5. Un método de transmisión de acuerdo con la
reivindicación 4, caracterizado porque la mencionada trama
transmitida previamente es la trama inmediatamente precedente a la
trama a la cual se refieren las secuencias de identificación
mencionadas.
6. Un método de transmisión de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque las mencionadas
secuencias de identificación incluyen secuencias CAZAC repetidas
parcialmente.
7. Un método de transmisión de acuerdo con la
reivindicación 6, caracterizado porque las mencionadas
secuencias de identificación incluyen algunos símbolos
adicionales.
8. Un método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 4 ó 6, caracterizado porque cada una de las
mencionadas secuencias de identificación están codificadas en
formato binario sin redundancia, incrustadas explícita o
implícitamente en algún otro tipo de información, y
subsiguientemente el mencionado grupo de secuencias está protegido
conjuntamente con una código de corrección de errores de tipo
tradicional (FEC).
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|---|---|---|---|
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