ES2276408T3 - Sistema de comunicacion celular y procedimiento con multiples tasas de codificacion. - Google Patents

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Abstract

UN METODO Y APARATO PARA SELECCIONAR UN REGIMEN DE CODIGOS DE CORRECCION DE ERRORES EN UN SISTEMA DE RADIO CELULAR. CADA ESTACION BASE EMITE UN VALOR DE PRODUCTO DE POTENCIA, PP, QUE ES SU POTENCIA DE TRANSMISION P BT , MULTIPLICADO POR SU POTENCIA DE RECEPCION DESEADA, P BR . UNA UNIDAD MOVIL DETE RMINA SU POTENCIA DE TRANSMISION APROPIADA, P MT , MIDIENDO SU POTENCIA RECIBIDA, P MR Y CALCULANDO PP/P MR (24). SI, DEBIDO A UNA GRAN PERDIDA DE CANAL, EL RESULTADO DEL CALCULO EXCEDE LA CAPACIDAD MAXIMA DE POTENCIA DE TRANSMISION DE LA UNIDAD MOVIL (25), LA UNIDAD MOVIL UTILIZA UN REGIMEN DE CODIGOS INFERIOR Y AJUSTA LA POTENCIA DE TRANSMISION EN CONSECUENCIA (27, 31). SE UTILIZAN TRES REGIMENES DE CODIGOS, 2/3, 1/2, Y 1/3 EN LA INCORPORACION PREFERIDA SEGUN LA CANTIDAD DE LA PERDIDA DEL CANAL. LA SELECCION DEL REGIMEN DE CODIGOS PUEDE DEPENDER, TAMBIEN, DE LA CANTIDAD DE DATOS QUE VAYA A TRANSMITIRSE (30, 33, 34). UNA ESTACION BASE PUEDE DETECTAR EL REGIMEN DE CODIGOS INTENTANDO DESCODIFICARTODOS LOS REGIMENES DE CODIGOS Y ESCOGIENDO EL MEJOR RESULTADO.

Description

Sistema de comunicación celular y procedimiento con múltiples tasas de codificación.
Fundamento de la invención 1. Campo de aplicación
La presente invención se refiere a un sistema de radiocomunicación celular, y más concretamente se refiere a un procedimiento así como a un aparato para aplicar múltiples tasas de codificación para la corrección de errores de ida dentro de un sistema de radiocomunicación celular de datos digitales.
2. Descripción del anterior estado de la técnica
Las técnicas de codificación en la corrección de errores de ida son aplicadas con frecuencia para proporcionar una perfeccionada prestación de la tasa de eliminar errores en los canales de comunicación. Esta corrección de errores de ida ó "Forward Error Correction" (FEC) puede poner una estación receptora en condiciones de reconstruir una defectuosa versión de la señal enviada por una estación emisora. Los errores en una señal original pueden ser debidos, por ejemplo, al ruido que mutila una señal de menor potencia ó a las interferencias ó a una distorsión de la señal a causa de los aspectos del terreno ó bien a la interferencia Rayleigh (vías múltiples).
Las técnicas de codificación de tipo FEC se encuentran en uso desde los años 1960, y las mismas están descritas en numerosos textos (por ejemplo, en "Error Correction Coding" ó Codificación de corrección de errores, de George C. Clark Et J.Bibb Cain, Plenum Press,1981). Un aspecto común de las técnicas de codificación FEC consiste en el hecho de que el proceso de codificación hace aumentar el número de bits, necesario para ser transmitido. La relación entre el número de bits, que entran en el codificador, y el número de bits a enviar por el canal, es denominada normalmente la tasa ó frecuencia de codificación. Cuanto más reducida sea esta tasa de codificación, mayor será el numero de bits (comprendiendo bits de datos y bits de codificación de corrección de errores), que ha de ser transmitido.
El incremento en el número de bits que han de ser transmitidos, requiere ó la disponibilidad de un mayor ancho de banda para la transmisión ó bien que la tasa, a la cual la información del usuario está siendo enviada por el canal (ó sea, la tasa de datos), sea reducida hasta el punto que la señal, que contiene los datos codificados, tenga el mismo ancho de banda que podría haber sido ocupado por la señal, pero sin codificar.
Por regla general, siendo todas las demás condiciones iguales, la aplicación de un código FEC con una más reducida tasa de codificación proporciona un mejor rendimiento en la corrección de errores. Por consiguiente, dentro de un canal muy pobre puede ser deseable aplicar una muy reducida tasa de codificación para conseguir una aceptable prestación en la corrección de errores. Dentro de un canal mejor puede ser innecesario la prestación de una corrección de los errores con una muy baja tasa de codificación. En estos casos, una mayor tasa de codificación podría proporcionar un adecuado rendimiento en la tasa de errores, pero sin una más reducida tasa de bits de codificación transmitidos y, por lo tanto, con una más elevada frecuencia de datos. Por consiguiente, en esta situaciones podría ser más conveniente aplicar una más elevada tasa de codificación, sobre todo en los sistemas en los cuales está fijado el ancho de banda disponible.
En muchos sistemas de comunicación -como, por ejemplo, en los sistemas por satélite- el nivel de las señales por el lado del receptor varía relativamente poco de un lugar a otro y en el transcurso del tiempo. La preocupación principal del diseñador de un tal sistema es muchas veces la energía para ser la señal enviada por el enlace, mientras que el ancho de banda puede ser problema menor. Entonces el diseñador del sistema puede elegir una tasa de codificación individual baja, y, al ser la misma elegida de forma apropiada, esta única tasa de codificación proporcionará la prestación adecuada, sin malgastar recursos en la mayoría de las condiciones.
En las radiocomunicaciones móviles por tierra, sin embargo, las señales por el lado del receptor varía dentro de una amplia gama, en función de la distancia desde la estación de base hasta la unidad móvil, de la presencia ó ausencia de los aspectos del terreno, que pueden ensombrecer la señal, así como en función de una atenuación debido al efecto Rayleigh. Los canales están fijados en el ancho de banda, de tal modo que la aplicación de la codificación FEC pueda mermar la potencia del canal. En el enlace de ida (desde la estación de base hasta la unidad móvil), muchas veces se presentan una efectividad de costo al incrementar apenas la energía de transmisión para así asegurar que el nivel de la señal recibida sea el apropiado, y las tasas de codificación pueden ser mantenida relativamente elevadas. En el enlace inverso, la unidad móvil está con frecuencia extremadamente limitada para transmitir la capacidad de energía a causa de la necesidad de reducir al mínimo el consumo de energía a la vista de una larga duración de la batería así como debido a los potenciales peligros para la salud por tener un transmisor de microválvula de alta energía cerca del cuerpo humano. En muchas situaciones, el nivel de energía en el enlace de ida es suficiente para que la unidad móvil pueda recibir, sin embargo, la tasa de errores en el enlace contrario es inaceptable debido a que es inapropiada la energía recibida en la estación de base. Aplicando una más baja tasa de errores puede muchas veces resolver el problema, pero solamente a costa de reducir la potencia del sistema.
La Publicación "Adaptive Coding Rate and Processing Gain Control for Cellular DS/CDMA Systems" (Tasa adaptadora de codificación y control beneficioso del procesamiento de sistemas celulares DS/CDMA), Abril 1995, Autor: Abeta y otros, Organismo IEEE Cuarta Conferencia Internacional de Comunicaciones Personales Universales, páginas 241-245, revela un procedimiento adaptador para modificar la tasa de codificación y el beneficio en el procesamiento en función de la recibida prestación, con el fin de mejorar la tasa de errores de bits (Bit Error Rate - BER) del sistema de comunicación. Este sistema de comunicación comprende una estación de base y una estación móvil. La densidad espectral de interferencia C/N\circ + I\circ es calculada con la señal de energía transmitida por la estación de base y, en función de esta señal, la densidad cambia entre las dos tasas de codificación r = 1/2 y r = 2/3 así como entre cuatro tasa de símbolo, correspondiente al beneficio en el procesamiento. De esta manera, la tasa VER está siendo mantenida por debajo de un umbral.
La presente invención tiene el objeto de proporcionar tanto unos procedimientos para mejorar la prestación en la transmisión dentro de un sistema de radiocomunicación celular de datos digitales como asimismo un correspondiente sistema, en el cual la calidad en la transmisión está aún más perfeccionada.
La presente invención queda definida por las reivindicaciones 1), 10) y 13), respectivamente.
Unas preferidas formas para la realización están indicadas en las reivindicaciones secundarias.
Esta invención comprende un procedimiento así como un aparato para aplicar unas tasas de codificación múltiples para la corrección de errores de ida dentro de un sistema de radiocomunicación celular de datos digitales. Cada estación de base radia una cantidad de energía, denominada el producto de energía (PP ó Power Product), que es igual a la energía transmitida por la estación de base, P_{BT} (en vatios), multiplicado por el deseado nivel de energía de recepción en la estación de base, P_{BR} (en vatios). Para que una unidad móvil pueda determinar su apropiada energía de transmisión, P_{MT} (en vatios), se necesita simplemente medir la energía recibida, P_{MR} (en vatios), en la unidad móvil y realizar el siguiente cálculo:
P_{MT} = PP/P_{MR}.
Al ser las condiciones del canal -como, por ejemplo, la distancia ó la distorsión- de tal manera que la pérdida de vía de canal sea grande, es posible que el arriba indicado cálculo de control de energía pueda dar un valor que sea mayor que la máxima capacidad de transmisión de energía de la unidad móvil. En este supuesto, la energía recibida en la estación de base será inferior a la deseada, y el resultante rendimiento en la corrección de errores puede ser inaceptable. Por consiguiente, según el sistema de la presente invención es así que, al determinar una unidad móvil que el deseado nivel de transmisión de energía sobrepasa su capacidad, la unidad móvil puede seleccionar entonces una más reducida tasa de codificación. La sensitividad receptora de la estación de base mejora conforme se reduzca la tasa de codificación, por lo que el resultado es similar al incremento de la energía transmisora.
En la preferida forma de realización, la presente invención aplica tres diferentes tasas de codificación. Cada una está basada en una codificación de circunvolución de longitud limitada 7, que constituye una norma en la industria. En la mayoría de los casos, la tasa de codificación aplicada es la tasa de 2/3; sin embargo, al determinar una unidad móvil que ello precisa de más energía de transmisión de la que ella es capaz de proporcionar, la tasa de codificación es cambiada a la del 1/2 y, en casos extremos, esta tasa de codificación es cambiada a la de 1/3.
Otros aspectos de la presente invención consisten en que la selección de las tasas de codificación de la unidad móvil puede estar basada en la cantidad de datos, que han de ser transmitidos, y una estación de base puede determinar la tasa de codificación, usada por una unidad móvil, por intentar descodificar todas las tasas de codificación y elegir al mejor resultado.
Los beneficios claves de la presente invención consiste (1) en que la misma permite que las más desventajosas unidades móviles dentro de un sistema de comunicación inalámbrico móvil de datos puedan conseguir una aceptable prestación en la eliminación de errores de enlace inverso a través del uso de unas muy reducidas tasas de codificación, y esto (2) sin introducir una merma en la capacidad -la que se produce por las reducidas tasas de codificación- en todas las transmisiones de las unidades móviles no desventajosas, que representan la mayoría de las transmisiones dentro de un sistema de radiocomunicación de tipo celular.
Los detalles de la preferida forma de realización de la presente invención están indicados en los planos adjuntos y en la descripción, relacionada a continuación. Una vez conocido los detalles de la invención, la persona familiarizada con este ramo técnico puede apreciar de los mismos numerosas innovaciones adicionales y modificaciones.
Breve descripción de los planos
La Figura 1 muestra un diagrama de bloques que indica un típico sistema de radiocomunicación celular según el anterior estado de la técnica.
La Figura 2a y 2b muestran unos organigramas que indican el preferido procedimiento para seleccionar una tasa de codificación para una unidad móvil, de acuerdo con la presente invención;
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La Figura 3a indica un diagrama de bloques de una primera forma de realización de un codificador de codificaciones de corrección de errores de ida, el cual puede ser empleado con la presente invención;
La Figura 3b indica un diagrama de bloques de una segunda forma de realización de un codificador de codificaciones de corrección de errores de ida, el cual puede ser empleado con la presente invención, mientras que
La Figura 3c indica un diagrama de bloques de una tercera forma de realización de un codificador de codificaciones de corrección de errores, el cual puede ser empleado con la presente invención.
Los números de referencia similares y las indicaciones en los distintos planos indican unos elementos similares.
Descripción detallada de la invención
En toda esta descripción, la referida forma de realización así como los ejemplos indicados han de ser considerados sólo a título de ejemplo, en lugar de cómo unas limitaciones de la presente invención.
Principios de operación
La presente invención aplica una técnica de corrección de errores de ida, con la que una unidad móvil dentro de un sistema de radiocomunicación celular de datos digitales es capaz de transmitir con múltiples tasa de codificación.
Debido a que la codificación de FEC (Forward Error Correction) - Corrección de Errores de ida) representa una vía para vencer la insuficiente capacidad de transmisión de energía en una unidad móvil, la selección de una tasa de codificación es preferentemente incorporada en el algoritmo de control de energía de la unidad móvil. Según la preferida forma de realización, el algoritmo de control de energía está basado en el procedimiento aplicado en la Norma CDPD del conjunto de Datos Digitales Celulares (Cellular Digital Packet Data). Este procedimiento se aprovecha del hecho de que las pérdidas de vía del enlace de ida y del enlace inverso son, como promedio, casi muy iguales. La pérdida de vía del enlace de ida puede ser determinada por dividir la energía de transmisión de estación de base, P_{BT} (en vatios), por la energía recibida en la unidad móvil, P_{MR} (en vatios). La pérdida de vía del enlace inverso es igual a la energía de transmisión de unidad móvil, P_{MT} (en vatios), dividida por el nivel de energía recibida en la estación de base, P_{BR} (en vatios). Poniendo estas dos pérdida de vía en ecuación entre si y manipulándolas, el resultado es como sigue:
P_{MT} = P_{BT} \cdot P_{BR}/P_{MR}
Por lo tanto, si una unidad móvil puede determinar la energía de transmisión de la estación de base y puede estimar el nivel de energía, que la propia unidad móvil está recibiendo, y si la unidad móvil puede determinar el nivel de energía que la estación de base necesita para recibir una prestación aceptable, la unidad móvil puede determinar así la necesaria energía de transmisión de la unidad móvil. Según la Norma CDPD, cada estación de base radia una cantidad denominada producto de energía (PP ó Power Product), que es igual a P_{BT}. P_{BR}. Para que una unidad móvil pueda determinar su propia energía de transmisión se necesita medir la energía recibida en la unidad móvil y efectuar un simple cálculo. Por consiguiente, el sistema de la presente invención determina si los transmitidos datos codificados de corrección de errores son satisfactoriamente recibidos por la estación de base y, en el caso negativo es seleccionada una más reducida tasa de codificación para su aplicación por la unidad móvil.
Si las condiciones del canal -como, por ejemplo, la distancia ó la distorsión- son de tal manera que es grande la pérdida de vía del canal, existe la posibilidad de que el arriba indicado cálculo de control de energía pueda dar un valor que sea mayor que la máxima capacidad de energía de transmisión de la unidad móvil. En este caso, la energía recibida en la estación de base será menor que la deseada, y el resultante rendimiento en la corrección de errores puede ser inaceptable. Por lo tanto, según el sistema de la presente invención es así que, al determinar una unidad móvil que el deseado nivel de energía de transmisión sobrepasa su capacidad, esta unidad móvil puede seleccionar entonces una más reducida tasa de codificación. La sensitividad receptora de la estación de base mejora conforme se reduzca la tasa de codificación, por lo que el resultado es similar al incremento de la energía de transmisión.
Según la preferida forma de realización, la presente invención aplica tres distintas tasas de codificación. Cada una está basada en una codificación de circunvolución de longitud limitada 7, que constituya una norma en la industria. En la mayoría de los casos, la tasa de codificación aplicada es la tasa 2/3; sin embargo, al determinar una unidad móvil que ello precisa de más energía de transmisión de la que ella es capaz de proporcionar, la tasa de codificación es cambiada a la de 1/2 y, en casos extremos, esta tasa de codificación es cambiada a la de 1/3. Cada una de estas codificaciones es fácilmente descodificada en la estación base, empleando un descodificador de chip único (como, por ejemplo, el circuito integrado QUALCOMMQ 1650). La elección exacta del número de tasas de codificación, las precisas codificaciones tipo FEC aplicadas así como las tasas seleccionadas no representan ninguna limitación para la presente invención. Por ejemplo, la codificación FEC puede ser elegida de los códigos Reed Solomon ó bien ser una combinación de los mismos; de los códigos BCH; de los códigos Hamming ó de otros códigos de FEC.
Por lo general, la capacidad total del sistema constituye una cuestión de prestación clave y, por consiguiente, es conveniente mantener la tasa de codificación al más alto nivel posible en la mayoría de las situaciones. Según la preferida forma de realización, los datos están estructurados en bloques (con preferencia de aproximadamente 400 bits cada uno). Por lo tanto, hay tiempos en los cuales están disponibles bits adicionales en un bloque debido a que los datos a enviar son inadecuados para llenar todo el bloque. De este modo, puede existir la posibilidad de aplicar una más baja tasa de codificación y aún así ajustar todos los datos dentro del mismo número de bloques, que habrían de ser necesarios para una más elevada tasa de codificación. Por consiguiente, puede ser elegida una más reducida tasa de codificación y puede ser aplicado el mismo nivel de energía como éste podría ser necesario para una más alta tasa de codificación. Esto tendría por resultado una prestación en exceso de lo que sería necesario ó como alternativa, la energía de transmisión puede ser reducida para proporcionar la misma prestación como ésta podría ser conseguida con unas más elevadas tasas de codificación teniendo como resultado un menor desgaste de batería de la unidad móvil y reduciendo la cantidad de interferencia de tipo RF, que la transmisión origina en otras células dentro del sistema celular.
Debido al hecho de que las codificaciones de circunvolución trabajan mejor si los errores no están correlacionados, es útil emplear un medio para cescorrelacionar los errores, que son resultado de un debilitamiento (puede ser que el mismo no sea necesario en los otros tipos de codificación). En la preferida forma de realización es empleado un intercalador para descorrelacionar los datos, que han de ser transmitidos de la manera conocida. Según la preferida forma de realización, el intercalador empleado es un intercalador fila/columna 20x20 (si bien pueden ser aplicados otras dimensiones y otros procedimientos de intercalación).
Según la preferida forma de realización es así que los mensajes de enlace inverso son transmitidos de una manera similar a los de la Norma CDPD: Un mensaje comienza con una secuencia de punteado, seguida por una palabra de sincronización y por otros bits de encabezamiento, y luego por unas series de uno hasta muchos bloques, intercalados con los bits de control. El nivel de energía y la tasa de codificación son seleccionados preferentemente al comienzo de la transmisión del mensaje y no son variados durante la misma. Cada bloque está codificado de forma independiente, empleando un "corte" de codificación común ó unas técnicas de inundación de bits para la aplicación de códigos de circunvolución para los datos con una estructura de bloques.
En la preferida forma de realización, una estación de base puede determinar la tasa de codificación de los mensajes entrantes por uno cualquiera de dos métodos. Según el primer método, los bits sin codificar son facilitados en el encabezamiento de cada bloque de mensaje, el cual indica la tasa de codificación. Sin embargo, estos bits son vulnerables a errores a causa del debilitamiento, y la estación de base puede faltar en extraer de estos bits las apropiadas tasas de codificación. Por lo tanto, es proporcionado un segundo método que aplica el hecho de que cada bloque contiene una codificación de comprobación cíclica de redundancia (CRC ó Cyclic Redundancy (Check), que permite que una estación de base pueda determinar si permanecen algunos errores dentro de los datos descodificados. Por consiguiente, la estación de base puede intentar descodificar los datos con cualquier tasa de codificación posible y elegir cualquier tasa de codificación, que produzca un resultado que sea indicado como exento de errores por la comprobación cíclica de redundancia (CRC). Si ninguna de las tasas de codificación consigue un bloque, que aparece como exento de errores, el mensaje será descartado.
No es necesario disponer de una comprobación cíclica de redundancia para determinar la tasa de codificación; pueden ser empleados otros procedimientos para determinar la tasa de codificación, que proporcione el mejor rendimiento. Algunos ejemplos de estos esquemas son (1) observar la descodificada tasa de crecimiento métrico dentro de cada tasa de sodificación ó (2) volver a codificar los datos procedentes de un codificador de la estación de base aplicando para ello una tasa seleccionada, comparar los datos descodificados con los datos desmodulados y elegir la tasa, que tenga como resultado el mejor acuerdo. Otra posibilidad consiste en hacer uso del campo de "código de color" de la Norma CDPD. Bajo la Norma CDPD, los primeros ocho bits de un bloque están fijos y, por lo tanto, son conocidos de antemano. De esta manera, si una tasa de codificación, que descodifica un bloque recibido, genera unos bits que se ajustan a la muestra conocida, puede ser aplicada esta misma tasa de codificación.
Detalles de la preferida forma de realización
La Figura 1 representa un diagrama de bloques, que muestra un típico sistema de radiocomunicación celular del anterior estado de la técnica. Una estación de base 1 se encuentra unida por radio-transmisiones, a través de una antena, con una unidad móvil 2. Esta unidad móvil 2 comprende una interfase de usuario 10; una pila de protocolo 11; un procesador de control de acceso de medios (MAC) 12; un circuito modulador y transmisor 13; un interruptor duplex 14; una antena 15; un circuito receptor y desmodulador 16; así como un circuito estimador de energía 17; todos ellos acoplados entre si en la manera conocida.
El sistema de la presente invención puede quedar implementado por un equipo físico (hardware) ó por un equipo lógico (software) ó bien una combinación de ambos. En especial el cálculo de la energía de transmisión de la unidad móvil, la selección de las tasas de codificación por la unidad móvil y la determinación -por parte de la estación de base- de la tasa de codificación de los mensajes recibidos de la unidad móvil pueden ser implementados por unos programas de ordenador, que son ejecutados en los programables procesadores de ordenador, tanto en las estaciones de base como en las unidades móviles de un sistema de radiocomunicación celular. De forma preferente, cada programa de ordenador se encuentra almacenado dentro de un medio ó dispositivo de memoria (como, por ejemplo, una memoria de lectura solamente ROM ó en un disquete magnético), y el mismo puede ser leído por un procesador de ordenador de uso general ó especial para configurar el procesador de ordenador y hacerlo operativo al ser el medio ó dispositivo de memoria explorado por el procesador de ordenador para llevar a efecto los procesos descritos en el programa. El sistema de la presente invención también puede ser considerado como implementado en forma de un medio de memoria, que puede ser leído por el ordenador y que está configurado por un programa de ordenador, estando este medio de memoria configurado de tal modo, que el procesador de ordenador pueda operar de una manera específica y previamente definida para realizar el protocolo descrito en el mismo.
Las Figuras 2a y 2b representan unos organigramas que indican el preferido procedimiento para seleccionar una tasa de codificación para una unidad móvil de acuerdo con la presente invención. Inicialmente, el sistema de procesamiento de la unidad móvil recoge los datos que han de ser transmitidos, en la manera ya conocida (Fase 21). Según la preferida forma de realización, los datos son formateados en la forma de bloques de 400 bits. Son transmitidos unos bloques enteros, aunque para un mensaje particular no sea necesaria toda la capacidad de un bloque.
El producto de energía PP es transmitido periódicamente por cada estación de base 1 dentro de un sistema celular, y el mismo es recibido por todas las unidades móviles 2 dentro de la gama. Este producto de energía PP está basado en la premisa de que todas las unidades móviles 2 transmitirán normalmente por la aplicación de la tasa de codificación de 2/3. El producto de energía PP, recibido de la estación de base 1, el recogido por el apropiado registro ó lugar dentro de la unidad móvil 2 (Fase 22). Una estimación de la energía de la señal recibida, P_{MR}, procedente de la estación de base 1, es obtenida, de la manera conocida, del circuito de estimación de energía 17 (Según la Norma CDPD, P_{MR} es la normalizada señal indicadora de la fuerza de señal recibida (ó RSSI Received Signal Strength Indicator) (Fase 23). Entonces la unidad móvil 2 puede computar una energía nominal de transmisión P_{MT} como el cociente del producto de energía PP, dividido por la estimada energía recibida P_{MR} (Fase 24). Según la preferida forma de realización el cálculo es llevado a efecto para cada transmisión. No obstante, este cálculo también podría ser realizado para cada bloque de mensaje.
La energía nominal de transmisión P_{MT} es comparada con la energía máxima de transmisión P_{MAX} de la unidad móvil 2 Fase 25). Al ser la necesaria energía nominal de transmisión P_{MT} menor que la máxima energía de transmisión P_{MAX}, la unidad móvil 2 computa entonces el número de los bloques necesarios para codificar el mensaje con cada una de las tasas de codificación 2/3, 1 /2 y 1/3 (Fase 32). Esto es llevado a efecto para sacar provecho del hecho de que los datos del usuario no puedan llenar un completo bloque de mensaje y, por consiguiente, pueda existir alguna "negligencia" dentro del bloque de mensaje.
Por consiguiente, una regla que podría ser aplicada, consiste en que -si el número de bloques en el mismo para dos tasas de codificación- la tasa de codificación inferior es seleccionada para facilitar una mayor fiabilidad con la misma energía de transmisión, sin incrementar el número total de los bits transmitidos (toda vez que siempre son transmitidos unos bloques enteros). Como alternativa, la existencia de una "negligencia" podría permitir el uso de una más reducida energía de transmisión a una más baja tasa de codificación para así conservar la duración de la batería de la unidad móvil, manteniendo el mismo rendimiento de la tasa de corrección de errores como la aplicación de una elevada energía de transmisión a una más alta tasa de codificación. Por regla general, la energía de transmisión, la tasa de codificación y la tasa de errores pueden ser eliminadas entre si en la manera deseada. Según la preferida forma de realización, la conservación de la energía y la reducida tasa de codificación son optimadas para proporcionar unas aceptables tasas de errores. De este modo, son comparados el número de bloques de la tasa de codificación de 2/3 y el número de bloques de la tasa de codificación de 1/3 (Fase 33). Si estos números son iguales entre sin, el mensaje es codificado aplicando la tasa de codificación de 1/3, y es seleccionada una energía de transmisión que se aproxima a la computada energía nominal de transmisión P_{MT}, menos un factor de desvío (explicado más abajo) para la tasa de codificación de 1/3 (Fase 27). A continuación, el mensaje codificado es preferentemente intercalado para luego ser transmitido (Fase 28).
Al no ser igual el resultado de la comparación de la Fase 33, son comparados entre si el número de bloques de la tasa de codificación de 2/3 y el número de bloques de la tasa de codificación de 1/2 (Fase 43). Si los números son iguales, el mensaje es codificado aplicando la tasa de codificación de 1/2, y es seleccionada una energía de transmisión que se aproxima a la computada energía nominal de transmisión P_{MT}, menos un factor de desvío para la tasa de codificación de 1/2 (Fase 31). A continuación, el mensaje codificado es preferentemente intercalado para luego ser transmitido (Fase 28).
Al no ser igual el resultado de la comparación de la Fase 34, el mensaje es codificado aplicando la tasa de codificación 2/3, y es seleccionada una energía de transmisión que se aproxima a la computada energía nominal de transmisión P_{MT} (Fase 35).
Al no ser la energía nominal de transmisión P_{MT} inferior a la máxima energía de transmisión P_{MAX} (Fase 25), la energía nominal de transmisión P_{MT} es comparada con la máxima energía de transmisión P_{MAT} de la unidad móvil 2, más un factor de desvío para la tasa de 1/2 (Fase 26). Al ser necesaria energía nominal de transmisión P_{MT} inferior a una suma de este tipo, la unidad móvil 2 computa entonces el número de bloques necesarios para codificar el mensaje con cada una de las tasas de codificación de 1/2 y de 1/3 (Fase 29). El Número de bloques de la tasa de codificación de 1/2 y el número de bloques de la tasa de codificación 1/3, son comparados entre si (Fase 30). Al ser los números iguales entre si, el mensaje es codificado, aplicando la tasa de codificación de 1/3, y es seleccionada una energía de transmisión que se aproxima a la computada energía nominal de transmisión P_{MT}, menos un factor de desvío para la tasa de codificación de 1/3 (Fase 27). A continuación, el mensaje codificado es preferentemente intercalado para luego ser transmitido (Fase 28).
Al no ser iguales entre si el número de bloques de la tasa de codificación de 1/2 y el número de bloques de la tasa de codificación de 1/3 (Fase 30), el mensaje es codificado aplicando la tasa de codificación de 1/2, y es seleccionada una energía de transmisión que se aproxima a la computada energía nominal de transmisión P_{MT}, menos un factor de desvío para la tasa de codificación de 1/2 (Fase 31). A continuación. El mensaje codificado es con preferencia intercalado para luego ser transmitido (Fase 28).
Al no ser necesaria la energía nominal de transmisión P_{MT} inferior a la máxima energía de transmisión P_{MAX}, más un factor de desvío para la tasa de codificación de 1/2 (Fase 26), el mensaje es codificado entonces, aplicando la tasa de codificación de 1/3, y es seleccionada una energía de transmisión que se aproxima a la computada energía nominal de transmisión P_{MT}, menos un factor de desvío para la tasa de codificación de 1/3 (Fase 27). A continuación, el mensaje codificado es transmitido (Fase 28).
Cada factor de desvío representa el esperado incremento en la relación de señal a ruido para una codificación particular (lo que significa que la recibida energía P_{BR} de la estación de base puede ser inferior y se consigue, no obstante, el mismo rendimiento en la corrección de errores como con una mayor tasa de codificación). Según la preferida forma de realización, el factor de desvío para la tasa de codificación de 1/2 es de aproximadamente 1,5 dB, mientras que el factor de desvío para la tasa de codificación de 1/3 es de aproximadamente 3 dB. Por consiguiente, por incluir estos factores de desvío queda mejorada la prestación de conjunto del sistema de la presente invención. Sin embargo, los factores de desvío de este tipo no son necesarios para llevar a la práctica los conceptos básicos de la invención.
La Figura 3a muestra el diagrama de bloques de una primera forma de realización de un codificador de codificación de corrección de errores de ida, el cual puede ser empleado con la presente invención. Los datos de entrada, a una tasa ó velocidad de N/3 bits por segundo, son pasados a un registro 40 de 7 bits. Los contenidos del registro 40 son acoplados a tres exclusivos circuitos de O (OR), es decir, C0, C1 y C2, tal como indicados. Para la Figura 3a, los polinominales de combinación FEC son como sigue:
C0 = X^{1} + X^{2} + X^{3} + X^{4} + X^{7}
C1 = X^{1} + X^{3} + X^{4} + X^{6} + X^{7}
C2 = X^{1} + X^{2} + X^{3} + X^{5} + X^{7}
Las salidas de los exclusivos circuitos de O, C0, C1 y C2 están acopladas, de la manera conocida, a un convertidor paralelo a serie 42. La salida del circuito de paralelo a serie es una corriente de datos que tiene una velocidad N.
La Figura 3b representa el diagrama de bloques de una segunda forma de realización de un codificador de codificación de corrección de errores de ida, el cual puede ser empleado con la presente invención. Los datos de entrada, a una tasa ó velocidad de N/2 bits por segundo, son pasados a un registro 40 de 7 bits. Los contenidos del registro 40 son acoplados a dos exclusivos circuitos de O (OR), es decir, C0 y C1, tal como indicados. Para la Figura 3b, los polinominales de combinación FEC son como sigue:
C0 = X^{1} + X^{2} + X^{3} + X^{4} + X^{7}
C1 = X^{1} + X^{3} + X^{4} + X^{6} + X^{7}
Las salidas de los exclusivos circuitos de O, C0 y C1, están acopladas, de la manera conocida, a un convertidor de paralelo a serie 42. La salida del circuito de paralelo a serie es una corriente de datos, que tiene una velocidad N.
La Figura 3c indica un diagrama de bloques de una tercera forma de realización de un codificador de codificación de corrección de errores de ida, el cual puede ser empleado con la presente invención. Los datos de entrada a una tasa ó velocidad de 2N/3 bits por segundo, son pasados a un registro 40 de 7 bits. Los contenidos del registro 40 son acoplados a dos exclusivos circuito de O (OR, es decir, C0 y C1, tal como indicados. Para la Figura 3c, los polinominales de combinación FEC son los mismos como para la Figura 3b. Las salidas de los exclusivos circuitos de O, C0 y C1, están acopladas, de la manera conocida, a un convertidor de paralelo a serie 42. La salida del convertidor de paralelo a serie 42 es de una velocidad de 4N/3 bits por segundo. Sin embargo, la salida del convertidor de paralelo a serie 42 está acoplada a un sencillo circuito contador 44, que permite solamente el paso de 3 bits de cada 4 bits (es decir, el mismo descarta cada cuarto bit) para así conseguir una corriente de datos de salida con una velocidad N. Según la preferida forma de realización, el patrón de contaje descarta cada otro bit del circuito C0 (patrón de paso binario 10) y mantiene cada bit del circuito C1 (patrón de paso binario 11).
La presente invención puede ser empleada también para el enlace de ida dentro de un sistema de radiocomunicación celular de datos digitales. Esto quiere decir que se pueden conseguir ciertas ventajas en la ejecución del sistema por variar la tasa de codificación en la señal de ida ó señal emitida de la estación de base hacia las unidades móviles. En los casos en los que se trata de un enlace por el otro (es decir, una unidad móvil por canal de base), estas ventajas son más evidentes; no obstante, la presente invención también puede proporcionar beneficios en los sistemas de un enlace por muchos enlaces. Al ser el nivel de la señal, recibida en la estación en base, inferior al nivel deseado para la tasa de codificación, que está siendo aplicada, la estación de base puede determinar aproximadamente el nivel de energía de recepción, previsto para la unidad móvil. Para determinar esto, la estación de base puede asumir que la unidad móvil esté transmitiendo a su energía máxima y que la estación de base sepa cual es la energía máxima. En este caso, el proceso es sencillo. Al ser la energía, transmitida por la unidad móvil, igual a P_{MT}, y al ser la energía, recibida en la estación de base, igual a P_{BR} (teniendo en cuenta las ganancias de diferencia en antena de recepción contra transmisión), entonces la pérdida de vía es calculada como P_{MT}/P_{BR}. El nivel de energía, que la unidad móvil está recibiendo por el canal de ida, ó sea P_{MR}, es, en este caso, de P_{BT}. P_{BR}/P_{MT}. El sistema podría quedar implementado de tal manera, que exista un deseado valor mínimo de P_{MR} para cada tasa de codificación disponible. Al terminar la estación de base que la energía de la unidad móvil es demasiado baja para la elegida tasa de codificación del canal de ida, entonces puede la estación de base elegir una tasa de codificación más reducida para así bajar la tasa de errores de bloques en el receptor de una unidad móvil.
Como alternativa, en las situaciones en las que el enlace está equilibrado (es decir, la prestación del receptor es aproximadamente la misma para la unidad móvil como para la estación de base), la estación de base puede entonces modificar la tasa de codificación si la misma observa que la unidad móvil ha cambiado su tasa de codificación. En este caso, la unidad móvil sabrá aproximadamente cuando su señal recibida cambiará las tasas reduciendo, por consiguiente, la complejidad de la unidad móvil.
Como alternativa, la unidad móvil puede informar la estación de base, a través de un mensaje transmitido, que el nivel de recepción de la unidad móvil es demasiado bajo para la actual tasa de codificación y puede solicitar una nueva tasa de codificación. Si la unidad móvil no se da cuenta de que la tasa de codificación ha cambiado, la misma puede suponer que su mensaje no haya sido recibido por la estación de base y que tiene que retransmitir el mensaje hasta que la tasa de codificación quede modificada. La decisión cuando ha de ser solicitado un cambio de la tasa de codificación puede estar basada en una tasa de error de bloque a corto plazo, en el nivel de energía recibida, en una tasa de error de bits a corto plazo ó bien en otras características.
Como alternativa, y otra vez en la suposición de que los enlaces se encuentren un tanto equilibrados, la estación de base puede emplear la tasa de error de bloque del canal inverso como una indicación de que la tasa de codificación, que está siendo ampliada en la dirección inversal, es insuficiente y, por consiguiente, la selección de la tasa de codificación para el canal de ida ha de ser reducida para ser inferior a la tasa de codificación más recientemente conocida y empleada en el enlace de retorno.
Resumen
Como resumen, los beneficios claves de esta invención consisten (1) en que la misma permite que las más desventajosas unidades móviles dentro de un sistema de comunicación inalámbrico móvil de datos puedan conseguir una aceptable prestación en la eliminación de errores del enlace inverso a través del uso de una muy reducidas tasas de codificación, y esto (2) sin introducir ninguna merma en la capacidad -la que se produce por las reducidas tasas de codificación- en todas las transmisiones de las unidades móviles no desventajosas, que representan la mayoría de las transmisiones dentro de un sistema de radiocomunicación de tipo celular. Algunos de los aspectos especiales de la presente invención son:
(1) Una variable tasa de codificación, aplicada en el enlace inverso de un sistema de comunicación inalámbrico móvil de datos;
(2) Una integrada selección de la tasa de codificación de la unidad móvil, con un control de la energía de la unidad móvil para proporcionar en la estación de base un nivel mínimo aceptable de la prestación;
(3) Una selección de la tasa de codificación de la unidad móvil, la cual está basada en la cantidad de los datos, que han de ser transmitidos;
(4) La determinación de la tasa de codificación por la estación de base por intentar descodificar todas las tasas de codificación y elegir la que resulte ser la mejor.
Ha sido descrito aquí un número de formas de realización para la presente invención. No obstante, se ha de entender que en las mismas se pueden introducir varias modificaciones sin por ello apartarse del alcance de la invención. Por ejemplo, el método ó el algoritmo para seleccionar las tasas de codificación, en cambio, pueden (1) estar basados en la tasa de error de bloque del canal receptor (ó del canal de ida); (2) pueden estar basados en la tasa de error de bloque del canal de transmisión (ó del canal inverso); (3) pueden estar basados en la tasa de retransmisiones en un enlace; y (4) las tasas de codificación pueden ser calculadas, por una estación de base, de las conocidas características de una unidad móvil y de las dimensiones del canal entre la estación de base y esta unidad móvil, para luego ser transmitida hacia la unidad móvil. Como otro ejemplo más, puede ser aplicadas solamente dos tasas de codificación ó se pueden emplear más de tres tasas de codificación. Además, y tal como esto está reconocido en el estado actual de la técnica, en muchos casos podría ser cambiado el orden de las fases indicadas en las Figuras 2a y 2b, sin por ello afectar el resultado del proceso. Asimismo, la presente invención puede ser aplicada tanto en un enlace de ida como en un enlace inverso dentro de un sistema de comunicación. Por consiguiente, es evidente que la presente invención no quede limitada por la específicas formas de realización aquí representadas, sino solamente por el alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (15)

1. Procedimiento para perfeccionar las prestaciones de transmisión dentro de un sistema de radiocomunicación celular de datos digitales (1, 2), el cual comprende las fases siguientes:
(a) Determinar (24) un deseado nivel de energía de transmisión (P_{MT}) para una unidad móvil (2) para transmitir los datos desde la unidad móvil (2) hacia una estación de base (1);
(b) Determinar (25) si el deseado nivel de energía de transmisión (P_{MT}) es inferior a un nivel de energía máxima de transmisión (P_{MAT}) de la unidad móvil (2); si este es el caso:
(b.1)
Seleccionar (32) una primera tasa de codificación para una codificación de corrección de errores de estos datos así como un primer nivel de energía de transmisión inferior ó igual nivel de energía máxima de transmisión (P_{MAT}) de la unidad móvil (2), y transmitir los datos codificados para la corrección de errores desde la unidad móvil (2) hacia la estación de base (1) aplicando la primera tasa de codificación así como el primer nivel de energía de transmisión; y, si este no es el caso:
(b.2)
Seleccionar (29) una segunda tasa de codificación, inferior a la primera tasa de codificación para la codificación de corrección de errores de estos datos así como un segundo nivel de energía de transmisión inferior ó igual al nivel de energía máxima de transmisión (P_{MAX}) de la unidad móvil (2), menos un factor de desvío, relacionado con el esperado incremento de la relación entre señal y ruido, aplicando para ello la segunda tasa de codificación y transmitir los datos codificados para la corrección de errores desde la unidad móvil (2) hacia la estación de base (1) aplicando la segunda tasa de codificación así como el segundo nivel de energía de transmisión.
2. Procedimiento conforme a la reivindicación 1), según el cual los datos son transmitidos en bloques y en el mismo en la subfase (b.1), previo a seleccionar la primera tasa de codificación, es efectuada la siguiente selección:
Seleccionar (34) la segunda fase de codificación si el número de bloques, necesario para transmitir estos datos, en el mismo para la segunda tasa de codificación como para la primera tasa de codificación.
3. Procedimiento conforme a las reivindicaciones 1) ó 2, el cual comprende la fase adicional de:
Determinar, en la estación de base (1), la tasa de codificación para los datos codificados para la corrección de errores, los cuales se reciben de la unidad móvil (2), por intentar desconfiar estos datos, aplicando todas las tasas de codificación disponible para la unidad móvil y elegir la tasa de codificación que mejor descodifique estos datos.
4. Procedimiento conforme a las reivindicaciones 1), 2) ó 3), el cual comprende la fase adicional de:
Someter los datos, codificados para la corrección de errores, a una intercalación antes de su transmisión desde la unidad móvil (2).
5. Procedimiento conforme a una cualquiera de las reivindicaciones 1) hasta 4), en el cual son llevadas a efecto - en lugar de la subfase (b.2) - las fases siguientes:
Determinar si el deseado nivel de energía de transmisión (P_{MT)} es inferior al nivel de energía máxima de transmisión (P_{MAX}) de la unidad móvil (2), más un primer factor de desvío, relacionado con el esperado incremento en la relación entre señal y ruido, aplicando una segunda tasa de codificación; y, si este es el caso:
Seleccionar la segunda tasa de codificación, inferior a la primera tasa de codificación, para codificar estos datos para la corrección de errores, así como un segundo nivel de energía de transmisión inferior ó igual al nivel de energía máxima de transmisión (P_{MAX}) de la unidad móvil (2), menos el primer factor de desvío, y transmitir los datos, codificados para la corrección de errores, desde la unidad móvil (2) hacia la estación de base (1), aplicando la segunda tasa de codificación así como el segundo nivel de energía de transmisión; y si este no es el caso:
Seleccionar una tercera tasa de codificación, inferior a la segunda fase de codificación, para codificar estos datos para la corrección de errores, así como un tercer nivel de energía de transmisión, inferior ó igual al nivel de energía máxima de transmisión de la unidad móvil (2), menos un segundo factor de desvío, relacionado con la tercera tasa de codificación, y transmitir los datos, codificados para la corrección de errores, desde la unidad móvil (2) hacia la estación de base (1), aplicando la tercera tasa de codificación así como el tercer nivel de energía de transmisión.
6. Procedimiento conforme a la reivindicación 5) en el cual los datos son transmitidos en bloques, y el mismo comprende las fases adicionales siguientes:
Al ser el deseado nivel de energía de transmisión (P_{MT}) inferior al nivel de energía máxima de transmisión (P_{MAX}) de la unidad móvil (2), entonces:
Seleccionar la tercera tasa de codificación si el número de bloques, necesario para transmitir estos datos, el mismo para la tercera tasa de codificación como para la primera tasa de codificación; y, si este no es el caso:
Seleccionar la segunda tasa de codificación si el número de bloques, necesario para transmitir estos datos, en el mismo para la segunda tasa de codificación como para la primera tasa de codificación.
7. Procedimiento conforme a la reivindicación 5), según el cual los datos son transmitidos en bloques, y el mismo comprende la fase adicional siguiente:
Al ser el deseado nivel de energía de transmisión (P_{MT}) inferior al nivel de energía máxima de transmisión (P_{MAX}) de la unidad móvil (2), más el primer factor de desvío, entonces:
Seleccionar la tercera tasa de codificación si el número de bloques, necesario para transmitir estos datos, es el mismo para la tercera tasa de codificación como para la segunda tasa de codificación.
8. Procedimiento conforme a la reivindicación 5), el cual comprende la fase adicional siguiente:
Determinar, en la estación de base (1), la tasa de codificación para los datos -codificados para la corrección de errores y recibidos de una unidad móvil- por intentar descodificar estos datos, aplicando todas las tasas de codificación disponibles para la unidad móvil (2), y elegir la tasa de codificación que mejor descodifique estos datos.
9. Procedimiento conforme a la reivindicación 5) el cual comprende la fase adicional siguiente:
Someter los datos, codificados para la corrección de errores, a una intercalación previo a su transmisión desde la unidad móvil (2).
10. Sistema para mejorar la prestación de transmisiones dentro de un sistema de radiocomunicación celular de datos digitales, el cual comprende:
(a) Un sistema de transmisión inalámbrica (1,2) para transmitir los datos, codificados para la corrección de errores, desde una unidad móvil (2) hacia una estación de base (1);
(b) Un selector, acoplado al sistema de transmisión inalámbrica (1, 2) y adaptado para determinar (25) si un deseado nivel de energía de transmisión (P_{MT}) es inferior a un nivel de energía máxima de transmisión (P_{MAX}) de la unidad móvil (2);
Si este es el caso, el selector está adaptado para seleccionar una primera tasa de codificación para la unidad móvil (2) a los efectos de codificar estos datos para la corrección de errores, así como para seleccionar un primer nivel de energía de transmisión inferior ó igual al nivel de energía máxima de transmisión (P_{MAX}) de la unidad móvil (2); en este caso, la unidad móvil (2) está adaptada para transmitir los datos, codificados para la corrección de errores, hacia la estación de base (1) aplicando para ello la primera tasa de codificación así como el primer nivel de energía de transmisión; y,
si este no es el caso, el selector está adaptado para seleccionar una segunda tasa de codificación, inferior a la primera tasa de codificación para la unidad móvil (2) a los efectos de codificar estos datos para la corrección de errores, así como para seleccionar un segundo nivel de energía de transmisión, inferior ó igual al nivel de energía máxima de transmisión (P_{MAX}) de la unidad móvil (2), menos un factor de desvío relacionado con el esperado incremento en la relación entre señal y ruido empleando para ello, la segunda tasa de codificación, en este caso, la unidad móvil (2) está adaptada para transmitir los datos codificados para la corrección de errores, hacia la estación de base (1), aplicando para ello la segunda tasa de codificación así como el segundo nivel de energía de transmisión.
11. Sistema conforme a la reivindicación 10), el cual comprende además:
Un comparador, acoplado al selector y adaptado para determinar si el número de bloques, necesario para transmitir estos datos, es el mismo para la segunda tasa de codificación como para la primera tasa de codificación y, si este es el caso, el comparador activa el selector para seleccionar la segunda tasa de codificación con preferencia a la primera tasa de codificación.
12. Sistema conforme a la reivindicación 10), el cual comprende, además, un intercalador previsto para intercalar (28) los datos, codificados para la corrección de errores, previo a su transmisión desde la unidad móvil (2).
13. Procedimiento para perfeccionar la prestación de transmisiones dentro de un sistema de radiocomunicación celular de datos digitales (1, 2), según el cual los datos son transmitidos en bloques de un determinado tamaño, y el mismo comprende las fases siguientes:
Determinar (24) un deseado nivel de energía de transmisión (P_{MAT}) para una unidad móvil (2) a los efectos de transmitir los datos desde la unidad móvil (2) hacia una estación de base (1);
Determinar (25) si el deseado nivel de energía de transmisión (P_{MT}) es inferior a un nivel de energía máxima de transmisión (P_{MT}) de la unidad móvil (2) y, si este es el caso,
Computar el número de bloques -necesario para codificar un mensaje que ha de ser transmitido- en una primera tasa de codificación ó en una segunda tasa de codificación inferior a la primera tasa de codificación, así como seleccionar (34) la segunda tasa de codificación si el número de bloques, necesario para transmitir estos datos, es el mismo para la segunda tasa de codificación como para la primera tasa de codificación.
14. Programa de ordenador para perfeccionar la prestación de transmisiones dentro de un sistema de radiocomunicación celular de datos digitales en el cual, al estar ejecutándose el programa del ordenador, éste ordenador lleva a efecto un procedimiento conforme a una cualquiera de las reivindicaciones 1) hasta 9) ó 13).
15. Medio de memoria, que puede ser explorado por un ordenador y que está configurado con un programa de ordenador conforme a la reivindicación 14).
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