ES2276522T3 - Sistema y procedimiento para suministrar comunicaciones personales a estaciones base. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para operar una macroestación base inalámbrica (204) en la misma banda de frecuencia que una microestación base inalámbrica (202) en la misma célula de un sistema de comunicación celular, generando y transmitiendo dicha macroestación base inalámbrica (204) una primera señal (224, 226) de datos en enlace directo, y comunicándose con una primera estación (222) de abonado, generando dicha microestación base inalámbrica (202) una segunda señal (230) de datos en enlace directo, y comunicándose con una segunda estación (236) de abonado, comprendiendo el procedimiento las etapas de: a. recibir, en dicha microestación base inalámbrica (202) dicha primera señal (224, 226) de datos en enlace directo; b. combinar, en dicha microestación base inalámbrica (202), dicha primera señal (224, 226) recibida de datos en enlace directo con dicha segunda señal (230) de datos en enlace directo, para formar una señal combinada (230) de datos en enlace directo; y c. transmitir, desde dicha microestación base inalámbrica (202), dicha señal combinada de datos en enlace directo, en donde la primera estación (222) de abonado es capaz de recibir y combinar diversamente los datos en enlace directo de la macroestación base a partir de la señal (230) de datos en enlace directo combinada, transmitida por la microestación base (202).
Description
Sistema y procedimiento para suministrar
comunicaciones personales a estaciones base.
\global\parskip0.900000\baselineskip
La presente invención se refiere a sistemas de
comunicación inalámbrica. Más específicamente, la presente
invención se refiere a un procedimiento y sistema, novedosos y
mejorados, para proporcionar comunicaciones personales a una
estación base dentro del área de cobertura de una estación base
celular.
Según los sistemas de comunicación inalámbrica
devienen más preponderantes en la sociedad, han crecido las
demandas de servicio más amplio y más sofisticado. Para satisfacer
las necesidades de capacidad de los sistemas de comunicación
inalámbrica, se han desarrollado técnicas de acceso múltiple a un
recurso limitado de comunicación. El empleo de las técnicas de
modulación de acceso múltiple por división de código (CDMA) es una
entre varias técnicas para facilitar las comunicaciones allí donde
está presente un gran número de usuarios del sistema. Otras
técnicas de acceso múltiple, tales como el acceso múltiple por
división del tiempo (TDMA) y el acceso múltiple por división de
frecuencia (FDMA), son conocidas en la técnica. Sin embargo, las
técnicas de modulación de espectro extendido de CDMA tienen
ventajas significativas sobre estas otras técnicas de modulación
para sistemas de comunicación de acceso múltiple.
El empleo de técnicas de CDMA en un sistema de
comunicación de acceso múltiple se revela en la Patente
Estadounidense Nº 4.901.307, emitida el 13 de febrero de 1990,
titulada "SPREAD SPECTRUM MULTIPLE ACCESS COMMUNICATION SYSTEM
USING SATELLITE OR TERRESTRIAL REPEATERS" ["Sistema de
comunicación de acceso múltiple de espectro extendido utilizando
repetidores satelitales o terrestres"], transferida al cesionario
de la presente invención. El empleo de técnicas CDMA en un sistema
de acceso múltiple se revela adicionalmente en la Patente
Estadounidense Nº 5.103.459, emitida el 7 de abril de 1992,
titulada "SYSTEM AND METHOD FOR GENERATING SIGNAL WAVEFORMS IN A
CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM" ["Sistema y procedimiento para
generar ondas de señal en un sistema CDMA de telefonía celular"],
transferida al cesionario de la presente invención.
El empleo de técnicas de CDMA en un sistema de
comunicación de acceso múltiple también se revela adicionalmente en
la Patente Estadounidense Nº 5.101.501, emitida el 31 de marzo de
1992, titulada "METHOD AND SYSTEM FOR PROVIDING A SOFT HANDOFF IN
COMMUNICATIONS IN A CDMA CELLULAR SYSTEM" ["Procedimiento y
sistema para proporcionar un traspaso suave en comunicaciones en un
sistema celular de CDMA"], transferida al cesionario de la
presente invención.
Las revelaciones de las patentes recién
mencionadas han sido aplicadas a sistemas de comunicación
relativamente grandes, tales como los sistemas de telefonía celular
que, a su vez, mantienen interfaces con una red telefónica pública
conmutada (RTPC). De esta manera, el usuario de una estación de
abonado, tal como un teléfono celular, puede generalmente originar
o recibir llamadas desde cualquier otro dispositivo de comunicación
conectado con la RTPC mientras la estación de abonado esté situada
dentro del área de cobertura geográfica de cualquier estación base
inalámbrica perteneciente al sistema celular. El área de cobertura
para estas estaciones base generalmente se extiende por varias
millas. Las estaciones base de estos sistemas celulares se denominan
generalmente "macro" estaciones base, y sus respectivas sedes
celulares "macro" sedes celulares.
Debido al coste relativamente alto del servicio
telefónico celular a través de estas macroestaciones base, en
comparación con el servicio tradicional de telefonía por línea
terrestre, no es actualmente efectivo, en términos de coste,
utilizar un teléfono celular para todas las comunicaciones
telefónicas deseadas de un usuario. De esta manera, los usuarios de
teléfonos celulares generalmente utilizan el teléfono celular sólo
cuando no está disponible una conexión conveniente por línea
terrestre, tal como cuando están lejos de su hogar u oficina. Esto
lleva a incomodidades, pues el usuario debe conmutar entre teléfonos
al entrar o salir de su hogar u oficina.
Se han sugerido algunos teléfonos inalámbricos
de la técnica anterior, que operan de forma celular/inalámbrica de
modalidad dual en un terminal común de mano. Estos teléfonos
inalámbricos de la técnica anterior proporcionan servicio celular a
la RTPC a través de las macrocélulas de un sistema de comunicación
celular, y servicio inalámbrico a la RTPC a través de una
"micro" estación base, tal como una unidad base estándar de
telefonía inalámbrica. El terminal de mano celular/inalámbrico de
modalidad dual conmuta automáticamente entre la modalidad celular
estándar de operación y la modalidad inalámbrica de operación según
el usuario transita hacia el área de cobertura de la microestación
base. Así, cuando el usuario está lejos de casa, utiliza el
teléfono de modalidad dual en la modalidad celular, y abona los
cargos del servicio celular. Sin embargo, cuando el usuario está
dentro del área de cobertura de la unidad base de telefonía
inalámbrica, típicamente dentro del hogar o la oficina, utilizar el
teléfono de modalidad dual en la modalidad inalámbrica, evitando
los cargos del servicio celular.
Un problema de la solución de la técnica
anterior es que, dado que los teléfonos de modalidad dual,
típicamente, deben operar en dos bandas de frecuencia distinta y
utilizan dos protocolos de comunicación y esquemas de modulación
distintos, deben incluir costosos componentes adicionales. Por
ejemplo, típicamente incluyen caminos separados de transmisión y
recepción para las señales celulares y las inalámbricas,
conmutadores complejos y circuitos especiales de control. Estos
componentes adicionales añaden coste, tamaño y peso a los teléfonos
de modalidad dual de la técnica anterior.
Lo que se necesita es un sistema de comunicación
que proporcione simultáneamente servicio celular y servicio
inalámbrico local sin aumentar el coste o la complejidad de la
estación del abonado.
Se reclama mayor atención al documento
US-A-5.425.030, que revela un
procedimiento para permitir el empleo de sistemas de comunicación
pequeños, de poca potencia, dentro del área de cobertura de los
mayores sistemas de comunicación troncal. Un sistema de
comunicación de baja potencia reutiliza los mismos recursos de
comunicación utilizados por los mayores sistemas troncales, toda
vez que existe distancia suficiente entre unidades de comunicación
de grandes sistemas y el sistema de baja potencia, a fin de evitar
la interferencia. Las unidades de comunicación de grandes sistemas
también pueden construirse a fin de operar en un formato de
modalidad dual, como para transmitir y recibir en una modalidad de
baja potencia y con recursos reutilizados, toda vez que estén cerca
de un sistema de baja potencia, o para transmitir y recibir en una
modalidad de alta potencia en todo otro caso que sea necesario.
También se reclama atención al documento WO
97/08854, que revela un aparato para la repetición dúplex por
división de tiempo (TDD) de una señal de espectro extendido, estando
dicha señal de espectro extendido compuesta por una serie de
símbolos de código modulados con una secuencia de seudo ruido. El
repetidor TDD recibe intermitentemente la señal de espectro
extendido en una ubicación remota a una fuente que suministra la
señal de espectro extendido. El repetidor TDD amplifica y retarda
las señales recibidas de espectro extendido en una magnitud
predeterminada. El repetidor TDD transmite intermitentemente la
señal recibida de espectro extendido, amplificada y retardada, de
manera tal que el TDD no esté recibiendo la señal de espectro
extendido cuando está transmitiendo la energía de señal.
También se reclama atención al documento DE 43
19 694 A, que revela un sistema de radio móvil celular, en el cual
al menos una primera estación fija, con al menos un área, se dispone
en cada célula, y cubre al menos el alcance de esta célula con
radiofrecuencias de un grupo general. Hay al menos una segunda
estación fija y un alcance de la célula que cubre al menos una
parte de la célula con frecuencias de radio del mismo grupo de
canales que el de la primera estación fija, y la frecuencia
portadora de los canales del grupo de canales de la segunda
estación fija difieren en un desplazamiento dado de frecuencia de
las frecuencias portadoras de los canales del grupo de canales de
la primera estación fija. Es posible que se disponga una segunda
estación fija adicional en la región de la célula y cubrir al menos
una parte de la célula con las frecuencias de radio del mismo grupo
de canales que las de la primera estación fija. La transmisión de
esta primera estación fija está desplazada en fase con respecto a
la de la primera estación fija, a fin de alcanzar un momento tal en
que las dos señales llegan al receptor de la estación móvil que
esté dentro de una ranura temporal, que es despejada y utilizada
por un ecualizador en una estación móvil.
Finalmente, se reclama atención al documento
US-A-5.218.717, que revela, en un
sistema de transmisión de emisión simultánea, una pluralidad de
transmisores de emisión simultánea, que están espacialmente
distribuidos por toda un área de emisión, emiten esencialmente en
la misma frecuencia portadora y están sincrónicamente modulados con
una señal deseada de emisión simultánea, en donde al menos dos de
los transmisores de emisión simultánea están simultáneamente
modulados con al menos una señal auxiliar adicional, con un tipo de
modulación que es distinta de dicha señal deseada, y al menos uno
de los receptores comprende medios para evaluar por separado las
distintas modulaciones de la señal deseada y de la señal
auxiliar.
Sin embargo, todas las referencias precitadas de
la técnica anterior omiten revelar un sistema y procedimiento
sencillos para operar una macroestación base inalámbrica en la misma
banda de frecuencia que una microestación base inalámbrica en la
misma célula de un sistema de comunicación celular, como se estipula
en las reivindicaciones 1 y 16. Las realizaciones de la presente
invención se reivindican en las reivindicaciones dependientes.
La presente invención es un procedimiento y
sistema, novedosos y mejorados, para proporcionar comunicaciones
personales a una estación base dentro de la "célula" de una
estación base celular. Según se define y se utiliza aquí, el
término "célula" se referirá a un área de cobertura geográfica,
mientras que el término "sede celular" se empleará para
referirse al equipo físico utilizado para realizar comunicaciones,
es decir, una o más estaciones base. La presente invención
proporciona un procedimiento y sistema para la operación personal de
una estación base, donde el enlace directo (estación base a
estación de abonado) de una estación base personal está en la misma
adjudicación de frecuencia que el enlace directo de una
macroestación base perteneciente a un sistema de comunicación
celular. Operando la estación base personal en la misma adjudicación
de frecuencia que la macroestación base, no se requiere a un
operador que utilice espectro adicional a fin de brindar soporte a
la microestación base. Dado que un operador tiene una cantidad fija
de espectro adjudicada, y si el operador estaba ya utilizando todo
su espectro existente, el operador tendría que incurrir en un gran
gasto para añadir más células a fin de liberar una frecuencia.
Otras alternativas, tales como obtener más espectro, no están
generalmente disponibles para un operador. Aunque la presente
invención se revela aquí con referencia a un sistema CDMA, se
entiende que las revelaciones son igualmente aplicables a otros
esquemas de comunicación inalámbrica, ya sean digitales o
analógicos, e independientemente del esquema de modulación
empleado.
\global\parskip0.990000\baselineskip
En la presente invención, una primera estación
base inalámbrica es operada en la misma banda de frecuencia que una
segunda estación base inalámbrica. La primera estación base
inalámbrica, una "macro" estación base, genera y transmite una
primera señal de datos en enlace directo, y se comunica con una
primera estación de abonado. Una segunda estación base inalámbrica,
una "micro" estación base, genera una segunda señal de datos
en enlace directo y se comunica con una segunda estación de abonado.
La segunda estación base inalámbrica recibe la primera señal de
datos en enlace directo y la combina con su propia segunda señal de
datos en enlace directo, a fin de formar una señal combinada de
datos en enlace directo, y la segunda estación base inalámbrica
transmite entonces la señal combinada de datos en enlace directo. De
esta manera, la primera estación de abonado, que está en
comunicación con la macroestación base, es capaz de recibir y
combinar diversamente los datos en enlace directo de la
macroestación base a partir de la señal combinada de datos en enlace
directo transmitida por la microestación base, mejorando la razón
entre señal y ruido que se produciría en caso contrario en la
vecindad de la microestación base.
En una primera realización de la presente
invención, la microestación base combina la primera señal en enlace
directo con su propia segunda señal saliente en enlace directo en
frecuencia de radio (RF). En una segunda realización de la presente
invención, la microestación base combina la primera señal en enlace
directo con su propia segunda señal saliente en enlace directo en
una frecuencia intermedia (IF).
La presente invención también retarda la primera
señal recibida de datos en enlace directo durante un periodo de
retardo predeterminado antes de combinarla con la segunda señal de
datos en enlace directo, de manera tal que aparezca ante la primera
estación de abonado como una señal multisendero resoluble. A fin de
evitar la autointerferencia, la segunda estación base inalámbrica
conmuta entre la recepción de la primera señal de datos en enlace
directo y la transmisión de la señal combinada de datos en enlace
directo en un periodo de conmutación predeterminado. En la
realización preferida, el periodo de conmutación predeterminado da
como resultado un ciclo de operación de transmisión de
aproximadamente el 50%. Así, la microestación base no transmite de
manera esencialmente continua, sino que, en cambio, conmuta, a
grandes rasgos, en el "semiintervalo" de un intervalo de
tiempo predeterminado entre la transmisión de una señal combinada y
la recepción de la primera señal en enlace directo desde la
macroestación
base.
base.
En otro aspecto de la presente invención, un
contador de potencia en la microestación base mide un nivel de
potencia de la primera señal retardada de datos recibida en enlace
directo y un ajustador de ganancia ajusta el nivel de potencia de
la primera señal retardada de datos recibida en enlace directo, en
respuesta a la medición del nivel de potencia, a fin de ajustar a
escala la primera señal de datos en enlace directo con respecto a
la segunda señal de datos en enlace directo. En la realización
preferida, el factor de reducción a escala se determina según la
potencia recibida de la primera señal en enlace directo, según la
medición del contador de potencia. Esta reducción a escala se
realiza a fin de garantizar la energía suficiente de los datos
retransmitidos en enlace directo de la macroestación base a la
primera estación de abonado, sin degradar indebidamente la razón
entre señal y ruido de los propios datos en enlace directo de la
microestación base en la segunda estación de abonado.
Según otro aspecto de la presente invención, la
interferencia inaceptable desde la segunda estación de abonado, que
está comunicándose con la microestación base, es evitada por la
microestación base, ya sea terminando la comunicación con la
segunda estación de abonado o bien ejecutando un traspaso de la
segunda estación de abonado a la macroestación base cuando la
potencia de transmisión de la segunda estación de abonado supera un
umbral predeterminado. En este aspecto, un generador de comandos de
control de potencia en la microestación base genera comandos de
control de potencia, indicando cada uno de los comandos de control
de potencia un aumento o disminución de la potencia de transmisión.
Un transmisor en la microestación base transmite estos comandos de
control de potencia a la segunda estación de abonado. Para evitar la
interferencia excesiva, la microestación base termina la
comunicación con la segunda estación de abonado si la microestación
base transmite un número predeterminado de comandos consecutivos de
control de potencia que indican un aumento de la potencia de
transmisión. En una realización alternativa, la estación base
informa a la segunda estación de abonado de la potencia máxima a la
que se permite transmitir a la segunda estación de abonado que
utiliza la microestación base. A la segunda estación de abonado no
se le permite superar esta potencia mientras se comunica con la
microestación base. Cuando la segunda estación de abonado que
utiliza la microestación base llega a este límite, la microestación
base enviará continuamente comandos de control de potencia para
hacer que la segunda estación de abonado aumente su potencia de
salida; sin embargo, la segunda estación de abonado no aumenta su
potencia de transmisión. La microestación base puede detectar
entonces que la segunda estación de abonado está en el límite de
cobertura y cancelar la llamada. La microestación base puede fijar
la magnitud máxima de potencia a la que se permite transmitir a la
segunda estación de abonado, monitorizando la magnitud de potencia
que se recibe desde la macroestación base.
Según otro aspecto de la presente invención, la
macroestación base, típicamente, incluye medios para mantener una
referencia extremadamente exacta de hora y de frecuencia. Esto se
logra generalmente por medio de un receptor de satélite del Sistema
de Localización Global (GPS) u otro equipo caro. Sin embargo, puede
ser prohibitivamente caro proporcionar tal equipo de precisión en
la microestación base. Por ello, en la presente invención, la
microestación base obtiene la referencia exacta de hora y frecuencia
desde la macroestación base. En este aspecto, la microestación base
incluye un demodulador que demodula la primera señal recibida de
datos del canal directo, y los medios de determinación de
referencia de hora, a fin de determinar una referencia de hora a
partir de la primera señal demodulada recibida de datos del canal
directo. Además, la microestación base incluye medios de
determinación de referencia de frecuencia, a fin de determinar una
referencia de frecuencia a partir de la primera señal demodulada
recibida de datos en enlace directo.
Las características, objetos y ventajas de la
presente invención se harán más evidentes a partir de la descripción
detallada estipulada más adelante, cuando se consideren
conjuntamente con los dibujos, en los cuales los caracteres de
referencia iguales identifican de forma correspondiente en toda su
extensión, y en los cuales:
La Fig. 1 es un gráfico de la potencia recibida
como función de la distancia entre una macroestación base y una
microestación base de la presente invención;
La Fig. 2 es un diagrama panorámico en bloques
del sistema de la presente invención;
La Fig. 3 es un diagrama en bloques de una
primera realización de la microestación base de la presente
invención;
La Fig. 4 es un diagrama en bloques de una
segunda realización de la microestación base de la presente
invención;
La Fig. 5A es un gráfico de un ejemplo de
porción del enlace directo de la macroestación base, según se
transmite durante un intervalo arbitrario de tiempo;
La Fig. 5B es un gráfico de un ejemplo de
porción del enlace directo combinado de la microestación base, según
se transmite durante el mismo intervalo arbitrario de tiempo que en
la Fig. 5A, y
La Fig. 6 es un diagrama en bloques de un
ejemplo de aparato codificador y modulador de la macroestación
base.
En un sistema celular CDMA, tal como el descrito
por el Estándar Provisorio IS-95 de la Asociación de
la Industria de Telecomunicaciones (TIA)/Asociación de Industrias
Electrónicas (EIA), titulado "Mobile Station - Base Station
Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread
Spectrum Cellular System" ["Estándar de Compatibilidad entre
Estación Móvil y Estación Base para Sistema Celular de Espectro
Extendido y Banda Ancha en Modalidad Dual"], el enlace directo
(estación base a estación móvil) opera en un canal de frecuencia de
1,25 MHz, por ejemplo; según el estándar IS-95, el
enlace directo de una estación base puede operar en un canal CDMA
específico de 1,25 MHz, asignado entre una pluralidad de canales
CDMA de 1,25 MHz de ancho, situados en la gama entre 869,70 MHz y
893,31 MHz.
Una única estación base CDMA puede transmitir
distintas señales de información a cada una de sus múltiples
estaciones de abonado por el mismo canal de frecuencia de 1,25 MHz.
La estación base CDMA puede modular cada respectiva señal de
información con un código distinto de seudo ruido (SR) que dispersa
la señal de información en la frecuencia. Una estación específica
de abonado puede luego discriminar la señal de información de su
interés, correlacionando la señal recibida con el mismo código de SR
que fue empleado por la estación base para modular la señal,
concentrando por ello sólo la señal de información deseada. El resto
de las señales de información, cuyos códigos no coinciden, no se
concentran en el ancho de banda. Como resultado de esto, estas
otras señales de información contribuyen con ruido en el receptor de
la estación de abonado, y representan una autointerferencia
generada por el sistema CDMA. Por razones similares, las señales
desde las estaciones base vecinas también contribuyen al ruido en
el receptor de la estación de abonado.
Mientras la relación entre la energía por bit
(E_{b}) de la señal de información deseada y la densidad espectral
de la potencia de ruido (N_{0}) del entorno operativo sea lo
suficientemente grande, la señal de información deseada puede
demodularse con éxito. Sin embargo, cuando la razón E_{b}/N_{0}
de la señal de información deseada es baja, tal como en presencia
de interferencia significativa desde otras estaciones base, las
tasas de error se hacen inaceptablemente altas. Por estas razones,
según una estación de abonado se mueve desde el área de cobertura
de una primera estación base hacia el área de cobertura de una
segunda estación base, ejecutará generalmente un "traspaso"
desde la primera estación base a la segunda estación base, cuando
las señales desde la segunda estación base superen un umbral
predeterminado. Estos principios generales se describen en más
detalle en las patentes precitadas. Los mismos principios generales
de razón aceptable entre señal y ruido se aplican asimismo a otros
sistemas de comunicación inalámbrica.
Esto presenta un problema significativo si se
opera una estación base personal en el mismo canal de frecuencia
asignada de 1,25 MHz que una macroestación base vecina. El problema
se ilustra en la Fig. 1. La línea 102 representa la potencia
recibida en una estación de abonado desde una macroestación base
como una función de la distancia desde la macroestación base. La
línea 104 representa la potencia recibida en la estación de abonado
desde la estación base personal, que también se denominará aquí una
"micro" estación base, como una función de la distancia desde
la microestación base. Así, según una estación de abonado, que está
comunicándose dentro de la macroestación base, se aleja de la
macroestación base, y se acerca a la microestación base, aumenta la
potencia relativa recibida desde la microestación base. Para ser
barata, una microestación base es relativamente pequeña, y no tiene
los recursos para aceptar un traspaso desde una macroestación base
vecina, incluso si fuera deseable hacerlo. Además, si la
microestación base tuviera los recursos para aceptar traspasos,
puede no ser deseable operar la microestación base de manera tal
que acepte todos los traspasos o llamadas desde la macroestación
base. Así, a cierta distancia, indicada como "D", la potencia
recibida desde la microestación base, que representa la
interferencia a la estación de abonado que se comunica con la
macro-
estación base, se hace lo bastante grande como para causar tasas de errores de demodulación inaceptablemente altas.
estación base, se hace lo bastante grande como para causar tasas de errores de demodulación inaceptablemente altas.
Un ejemplo del dilema ilustrado en la Fig. 1 se
produce cuando un usuario de teléfono móvil, comunicándose con una
macroestación base por medio de un teléfono móvil en su coche, pasa
junto a una casa que tiene una estación base personal que opera su
enlace directo en la misma asignación de frecuencia que el enlace
directo de la macroestación base. Dado que la estación base
personal pertenece al dueño de casa, generalmente se programa
aceptar inicios o traspasos de llamadas sólo desde estaciones de
abonado "caseras" (es decir, aquellas que están asociadas a la
microestación base), y no desde estaciones de abonado
"extrañas" (es decir, aquellas que no están asociadas a la
microestación base). Esto puede lograrse, por ejemplo, por el
reconocimiento por parte de la microestación base de la identidad
de la estación móvil, tal como la IMSI (International Mobile
Subscriber Identity - Identidad del Abonado Móvil Internacional) o
el ESN (Electronic Serial Number - Número de Serie Electrónico), a
la que se permite originar una llamada o realizar un traspaso. Esto
puede verificarse, a fin de impedir el fraude, por el empleo de una
clave de autenticación o Número de Identificación Personal (NIP)
compartido por la estación de abonado "casera" y la
microestación base. La microestación base también puede ser
informada por la red sobre las estaciones móviles autorizadas, y la
microestación base puede reconocer estos móviles por su IMSI o ESN.
De esta manera, según el teléfono móvil se acerca a la casa, la
interferencia desde la estación base personal se tornaría
inaceptablemente alta en ausencia de la presente invención.
La presente invención proporciona un
procedimiento y aparato para la operación personal de una estación
base, donde el enlace directo de la estación base personal está en
el canal de igual frecuencia que el enlace directo de una
macroestación base perteneciente a un sistema vecino de comunicación
inalámbrica. La solución es que la estación base personal
"escuche" una porción del tiempo a lo que está transmitiendo la
macroestación base por su enlace directo a la estación de abonado.
La microestación base combina entonces los datos en enlace directo
de la macroestación base con sus propios datos salientes en enlace
directo. Las dos señales pueden ser ajustadas entre sí, y
combinadas de manera tal que una estación de abonado de paso podría
demodular su señal de información deseada, que se originó en la
macroestación base, a partir de la señal combinada transmitida por
la microestación base. Un panorama del sistema 200 de la presente
invención se ilustra en la Fig. 2.
En la Fig. 2, se muestra una estación móvil 222
en comunicación con la macroestación base 204. De esta manera, la
señal de información deseada para la estación móvil 222, como parte
de los datos en enlace directo de la macroestación base, es
transmitida por el transceptor (XCVR) 218 por la antena 216 de la
macroestación base, y por el camino 226 en enlace directo. La
estación móvil 222 recibe los datos en enlace directo de la
macroestación base por medio de la antena 220. La estación móvil
222 también transmite una señal en enlace inverso por medio de la
antena 220, y por el camino 228 en enlace inverso, que es capturada
por la antena 216 de la macroestación base, y recibida por el XCVR
218. De esta manera, la estación móvil 222 correspondería,
generalmente, a la estación de abonado "extraña", que no está
asociada a la microestación base 202.
También se muestra en la Fig. 2 una estación
portátil 236 en comunicación con la microestación base 202. La
señal en enlace directo transmitida por la microestación base 202 es
recibida por la estación portátil 236 por el camino 232 en enlace
directo. La estación portátil 236 también transmite una señal en
enlace inverso por el camino234 en enlace inverso, que es recibida
por la microestación base 202. De esta manera, la estación portátil
236 correspondería generalmente a la estación de abonado
"casera", que está asociada a la microestación base. La
estación portátil 236 también puede ser capaz de recibir alguna
señal desde la macroestación base 204 por el enlace directo. Sin
embargo, esta invención supone que la estación móvil no está en
medio de un traspaso suave con la macroestación base. Así, la
macroestación base 204 puede estar proporcionando alguna
interferencia a la estación portátil 236, y la estación portátil 236
puede no estar obteniendo señales con la información de usuario
deseada desde la macroestación base 204. De manera similar, la
macroestación base 204 puede estar recibiendo alguna señal desde la
estación portátil 236; sin embargo, no está procesando el enlace
inverso desde la estación portátil 236 y, por tanto, la señal del
receptor es interferencia.
Debería observarse que tanto la estación móvil
222 como la estación portátil 236 podrían ser de cualquier tipo de
estación de abonado inalámbrico, ya sea móvil, portátil, u otro. Sin
embargo, con fines de mayor claridad y simplicidad en la
ilustración, se denominarán aquí una estación móvil 222 y una
estación portátil 236.
La microestación base 202 también recibe la
señal de datos en enlace directo transmitida por la macroestación
base 204 por el camino 224 en enlace directo. La señal es capturada
por la antena 206 de la microestación base y encaminada por el
duplexor 208 al combinador 214. El combinador 214 combina la señal
de datos en enlace directo transmitida por la macroestación base
204 con los propios datos en enlace directo de la microestación
base. La señal resultante de datos combinados en enlace directo se
transmite luego a través del duplexor 208 y la antena 206. La
estación móvil 222 recibe la señal combinada de datos en enlace
directo por el camino 230 en enlace directo. Así, la estación móvil
222 es capaz de recibir y combinar diversamente los datos en enlace
directo de la macroestación base, tanto por el camino 226 en enlace
directo como por el camino 230 en enlace directo, mejorando la
relación entre señal y ruido que se produciría en otro caso en la
vecindad de la microestación base 202. La misma señal combinada de
datos en enlace directo es también recibida por la estación
portátil 236 por el camino 232 en enlace directo.
El duplexor 208 también puede brindar otra
función de separación de la frecuencia de separación de la
frecuencia de transmisión de la estación portátil 236 de la
frecuencia de transmisión de la microestación base 202. La señal
que ha sido recibida desde la estación portátil 236 se suministra
luego a un receptor y modulador, que no se muestran en la Fig. 2.
El receptor y el modulador son similares en forma a aquellos
utilizados en la macroestación base 204. Sin embargo, la
microestación base 202 se diseña típicamente para atender sólo una
única llamada o unas pocas llamadas, por lo que el receptor y el
demodulador de la microestación base 202 pueden ser mucho más
sencillos en su diseño que el receptor y el demodulador en la
macroestación base 204.
En una primera realización de la presente
invención, la microestación base 202 combina la señal en enlace
directo de la macroestación base con su propia señal saliente en
enlace directo a la frecuencia de radio (RF). La Fig. 3 ilustra
esta primera realización de la presente invención. La señal en
enlace directo de la macroestación base es recibida por la
microestación base 202 por el camino 224 en enlace directo. La
antena 206 pasa esta señal recibida en enlace directo a través del
duplexor 208, hasta el elemento retardador 304. El elemento
retardador 304 introduce un retardo temporal predeterminado, que se
expondrá en detalle más adelante, en la señal recibida en enlace
directo. La señal retardada en enlace directo se pasa al elemento
ajustador 320, que ajusta la señal retardada en enlace directo
según el factor de ajuste g generado por el elemento 312 de ajuste
de ganancia. El elemento 320 de ajuste puede contener atenuadores,
amplificadores, o ambos, a fin de ajustar el nivel de la señal de
la macroestación base 204 al nivel correcto. La construcción de
estos elementos es bien conocida en la técnica.
En la realización preferida, el duplexor 208 es
un conmutador, según se muestra en las Figuras 3 y 4. Como se
indica anteriormente, puede combinarse con un duplexor más
convencional, para permitir que la antena 206 se utilice para
recibir las transmisiones de la estación portátil 236. En este
empleo, el duplexor 208 separa las transmisiones recibidas desde la
estación portátil 236 y las suministra al receptor 324. Esto no se
muestra en las Figuras, ya que es bien conocido en la técnica.
En la realización preferida, el factor de ajuste
g se determina según la potencia recibida de la señal en enlace
directo, según lo medido por el contador 310 de potencia, así como
la ganancia de la señal en enlace directo de la microestación base,
según es transmitida por el transmisor (XMTR) 314. El factor de
ajuste g proporciona un medio para ajustar la señal recibida en
enlace directo de la macroestación base, con respecto a la señal de
datos en enlace directo de la microestación base, que ha sido
superconvertida y amplificada por el XMTR 314. Este ajuste se
realiza a fin de garantizar el suficiente E_{b}/N_{0} de los
datos retransmitidos en enlace directo de la macroestación base en
la estación móvil 222, sin degradar indebidamente la razón
E_{b}/N_{0} de los propios datos en enlace directo de la
microestación base en la estación portátil 236 del usuario de la
microestación base. La señal ajustada en enlace directo de la
macroestación base se combina en el combinador 322 con la señal en
enlace directo de la microestación base generada por el XMTR 314.
La señal combinada resultante se suministra, a través del duplexor
208, a la antena 206, donde es irradiada por los caminos 230 y 232
en enlace directo.
En una segunda realización de la presente
invención, la microestación base 202 combina la señal en enlace
directo de la macroestación base con su propia señal saliente en
enlace directo en una frecuencia intermedia (IF). La Fig. 4 ilustra
esta segunda realización de la presente invención. En esta segunda
realización, la señal en enlace directo de la macroestación base es
recibida por la microestación base 202 por el camino 224 en enlace
directo. La antena 206 pasa esta señal recibida en enlace directo, a
través del duplexor 208, al receptor 403, donde la señal se
subconvierte a la IF. La señal de IF en enlace directo de la
macroestación base se pasa luego al elemento 304 de retardo, que
introduce un retardo temporal predeterminado en la señal de IF en
enlace directo de la macroestación base. La señal de IF retardada en
enlace directo de la macroestación base se pasa el elemento 320 de
ajuste, que ajusta la señal retardada en enlace directo según el
factor de ajuste g generado por el elemento 312 de ajuste de
ganancia. En la realización preferida, el factor de ajuste g se
determina según la potencia recibida de la señal en enlace directo,
según lo medido por el contador 310 de potencia, así como la
ganancia de la señal de IF en enlace directo de la microestación
base, según lo amplificado por el preamplificador 415. El factor de
ajuste g proporciona un medio de ajustar la señal de IF en enlace
directo de la macroestación base con respecto a la señal de datos de
IF en enlace directo de la microestación base, que ha sido
amplificada por el preamplificador 415. La señal ajustada de IF en
enlace directo de la macroestación base se combina en el combinador
322 con la señal de IF en enlace directo de la microestación base.
La señal combinada resultante en enlace directo se suministra al
transmisor 414, donde es superconvertida, amplificada y transmitida
a través del duplexor 208 por la antena 206, donde se irradia por
los caminos 230 y 232 en enlace directo.
Como resultado, la potencia de transmisión en
enlace directo de la macroestación base 204 sigue la curva 106 en
la Fig. 1. Específicamente, la densidad de potencia efectiva (o
potencia recibida por la estación móvil 222) en enlace directo de
la macroestación base 204 sigue la curva 106, que está muy próxima
sólo a la irradiada por la macroestación base 204 (curva 102) hasta
que la estación móvil 222 se acerca a la microestación base 202. En
ese punto, la estación móvil 222 puede recibir tanto a la
microestación base 202 como a la macroestación base 204, cuyo
resultado está algo por encima de la curva 102. Si la estación móvil
222 está muy cerca de la microestación base 202, entonces la
potencia es esencialmente sólo la de la microestación base 202, y
sigue la curva 104.
Dado que el enlace directo de la macroestación
base 204 está en la misma asignación de frecuencia que el enlace
directo de la microestación base 202, es crítico para la presente
invención que la microestación base 202 no esté "escuchando" a
la macroestación base 204 mientras la misma microestación base 202
esté transmitiendo. Es claro que esto causaría autointerferencia
inaceptable. De esta manera, la presente invención proporciona un
esquema de temporización que evita esta autointerferencia.
Las Figs. 5A y 5B ilustran el esquema de
temporización de la presente invención. La Fig. 5A es un gráfico de
la energía en enlace directo de la macroestación base durante un
cierto periodo de tiempo. En el ejemplo de la ilustración, el
enlace directo de la macroestación base ha sido ilustrado durante el
intervalo de tiempo T_{0}-T_{5}. Los datos en
el intervalo de tiempo T_{0}-T_{5} se
representan en la Fig. 5A como C_{1} a C_{3}, respectivamente.
Como puede verse en la Fig. 5A, la macroestación base puede
transmitir datos continuamente durante el intervalo de tiempo
T_{0}-T_{5}, como se haría típicamente en un
sistema conforme al estándar IS-95. Así, la Fig. 5A
representa un ejemplo genérico de la señal en enlace directo de la
macroestación base a lo largo del tiempo, que se observaría en el
camino 224 en enlace directo de las Figs. 2, 3 y 4.
La Fig. 5B es un gráfico de la energía en enlace
directo de la microestación base durante los mismos intervalos de
tiempo que la Fig. 5A. Las porciones sombreadas de los intervalos de
tiempo indican tiempos en que la microestación base 202 no está
transmitiendo, sino que, en cambio, está "escuchando" la señal
en enlace directo de la macroestación base, según lo representado
por la Fig. 5A. Las porciones no sombreadas representan tiempos en
que la microestación base 202 está transmitiendo la señal combinada
que comprende los datos en enlace directo de la microestación base
y los datos en enlace directo de la macroestación base. Como puede
verse en la Fig. 5B, la microestación base 202 no transmite,
esencialmente, de manera continua durante el intervalo de tiempo
T_{0}-T_{5}, sino que, en cambio, conmuta a
grandes rasgos en el "semiintervalo" de cada intervalo de
tiempo entre la transmisión de una señal combinada y la recepción
de la señal en enlace directo de la macroestación base. En la
realización preferida también se proporciona un breve periodo de
guardia, durante el cual la microestación base no está ni
transmitiendo una señal combinada ni recibiendo la señal en enlace
directo de la macroestación base. Este periodo de guardia se
representa en la Fig. 5B por breves periodos en blanco entre bloques
sucesivos sombreados y no sombreados. De esta manera, la Fig. 5B
representa un ejemplo genérico de la señal combinada en enlace
directo de la microestación base a lo largo del tiempo, que podría
observarse en los caminos 230 y 232 en enlace directo de las Figs.
2, 3 y 4.
En la realización preferida, el esquema de
temporización de la Fig. 5B es llevado a cabo por el elemento 304
de retardo, y el medio de conmutación del duplexor 208.
Alternativamente, el receptor 324 (Fig. 3) o 403 (Fig. 4) y el
transmisor 314 (Fig. 3) o 414 (Fig. 4), respectivamente, pueden
implementar el medio de conmutación, enmascarando alternativamente
las señales de transmisión y de recepción. En la realización
preferida, durante el tiempo representado por los periodos
sombreados de la Fig. 5B, el duplexor 208 encamina la señal entrante
en enlace directo de la macroestación base hacia el elemento 304 de
retardo y el receptor 324 (Fig. 3) o 403 (Fig. 4). De esta manera,
la microestación base "escucha" durante la primera mitad de
cada intervalo C_{1}-C_{5} de datos en enlace
directo de la macroestación base de la Fig. 5A. Como se ha
mencionado anteriormente, el elemento 304 de retardo introduce un
retardo temporal predeterminado en la señal recibida en enlace
directo de la macroestación base. Este retardo temporal
predeterminado es igual al periodo de conmutación, es decir, un
semiintervalo. Durante los periodos de tiempo representados por las
porciones no sombreadas de la Fig. 5B, el duplexor 208 encamina la
señal saliente combinada en enlace directo a la antena 206 para su
irradiación por los caminos 230 y 232 en enlace directo. De esta
manera, la señal combinada transmitida por la microestación base,
según lo representado por las porciones no sombreadas de la Fig. 5B,
incluye los datos en enlace directo de la macroestación base del
semiintervalo inmediatamente precedente.
Dado que la microestación base 202 no puede
"escuchar" el enlace directo de la macroestación base 204
cuando la misma microestación base 202 está transmitiendo, la
microestación base 202 "perderá", en esencia, la mitad de los
datos transmitidos por el enlace directo de la macroestación base
204. Es decir, no podrá retardar y retransmitir la segunda mitad de
cada intervalo C_{1}-C_{5} de datos en enlace
directo de la macroestación base 204. Por ello, el periodo del
intervalo de conmutación se escoge, preferiblemente, de manera tal
que los datos "perdidos" tengan un efecto mínimo sobre la
capacidad de la estación móvil 222, o de la estación portátil 236,
para demodular y descodificar la señal combinada en enlace directo.
La determinación de un periodo aceptable de conmutación depende
mucho del diseño del enlace directo utilizado por la macroestación
base 204 y la microestación base 202 en sus respectivos enlaces
directos.
Un ejemplo de un esquema de codificación y
modulación de enlace directo para un canal directo de tráfico de la
macroestación base 204 o de la microestación base 202 se ilustra en
la Fig. 6 y se basa en el estándar IS-95. Debería
observarse que otros canales de comunicación, tales como los canales
piloto y de sincronización, pueden codificarse y modularse de
manera similar. Sin embargo, para mayor claridad y simplicidad, se
expondrá aquí la operación de un canal de tráfico.
En la Fig. 6, los datos de información en enlace
directo, que han sido multiplexados en tramas, se presentan al
codificador 602 de convolución. En el ejemplo de realización, el
código de convolución es de tasa 1/2, generando por ello dos
símbolos de código para cada bit de datos ingresado al codificador
602. Además, en el ejemplo de realización, el codificador 602 tiene
una longitud de restricción igual a nueve. La codificación de
convolución, según se conoce en la técnica, involucra la suma en
módulo dos de fuentes seleccionadas de la secuencia de datos de
entrada retardados temporalmente en serie. La longitud del retardo
de la secuencia de datos es igual a K-1, donde K es
la longitud de restricción. De esta manera, la salida del
codificador convolutivo 602 es el doble de la velocidad de entrada,
siendo cada uno de los símbolos de modulación, codificados
convolutivamente, dependientes de otros símbolos de modulación
adyacentes, según la longitud de restricción. Es claro que podrían
emplearse otras velocidades de código y longitudes de
restricción.
La salida del codificador convolutivo 602 se
presenta al repetidor 604 de símbolos. En el ejemplo de realización,
el repetidor 604 de símbolos repite cada símbolo de modulación
convolutivamente codificado según la velocidad de datos de
información, dando como resultado una salida con una velocidad
constante de símbolos de modulación. Por ejemplo, si la velocidad
de datos de información es una velocidad máxima de 9600 bps (bits
por segundo), no hay ninguna repetición de símbolos. A una
velocidad de datos de información de la mitad de la velocidad
máxima, o sea, de 4800 bps, cada símbolo de código se repite una vez
(cada símbolo ocurre dos veces consecutivas). A una velocidad de
datos de información de un cuarto de la velocidad máxima, o sea,
2400 bps, cada símbolo de código se repite tres veces. Y a una
velocidad de datos de información de un octavo de la velocidad
máxima, o sea, 1200 bps, cada símbolo de código se repite siete
veces. Como puede verse, este ejemplo daría como resultado una
velocidad constante de símbolos de modulación de 19.200 símbolos de
modulación por segundo emitidos desde el repetidor 604 de símbolos.
Es claro que pueden emplearse otros grupos de velocidades.
Los símbolos de salida desde el repetidor 604 de
símbolos se presentan al intercalador 606 de bloques, que, en el
ejemplo de realización para un canal de tráfico, abarca 20 ms, lo
que es equivalente a 384 símbolos de modulación en el ejemplo de
velocidad de símbolos de modulación de 19.200 símbolos por segundo.
La formación intercaladora tiene 24 filas y 16 columnas. Los
símbolos se graban en la formación del intercalador 606 de bloques
por columnas, y se leen según un patrón que dispersa en gran medida
los símbolos de modulación adyacentes.
En el caso de un canal directo de tráfico, los
símbolos de modulación intercalados leídos del intercalador 606 de
bloques se ingresan al sumador 608 en módulo dos, donde son
enmascarados por la secuencia de código largo de SR asignada a la
estación móvil 222. El generador 614 de código largo genera una
secuencia de SR a una velocidad de 1,2288 Mcps, que es
submuestreada a continuación a 19.200 ksps por el diezmador 616,
para adaptarse a la velocidad de símbolos de modulación. La
secuencia de SR es adicionalmente submuestreada por el diezmador
618 para enmascarar o aleatorizar las ubicaciones de los bits de
control de potencia, que son punzados en el canal directo de
tráfico por el multiplexador (MUX) 610.
A continuación, los datos de tráfico directo son
dispersados ortogonalmente, con respecto a otros canales directos,
por una Función de Walsh asignada del canal de tráfico que tiene una
velocidad fija de chip de 1,2288 Mcps, en el sumador 612 en módulo
dos. Luego los datos de tráfico directo son respectivamente
dispersados en cuadratura por las secuencias dispersadoras de SR
PN_{I} y PN_{Q} del canal I y del canal Q, en módulo dos; los
datos de canal son filtrados en los filtros 624 y 626,
respectivamente, y luego superconvertidos a la frecuencia f_{C}
de portadora por los mezcladores 628 y 630. Las señales resultantes
de RF del canal I y Q se combinan luego en el combinador 632 y se
emiten, para una amplificación de potencia y radiación adicionales,
por la antena 216 (véase la Fig. 2). El ejemplo del esquema de
codificación y modulación de la Fig. 6 se describe en más detalle
en la precitada Patente Estadounidense Nº 5.103.459.
El esquema de codificación y modulación ejemplar
recién descrita es muy robusto y resistente a los errores. Como
resultado, la cantidad de tiempo de "escucha" puede ser algo
menor al 50% del ciclo de operación, sin pérdida significativa de
datos. De esta manera, el periodo de conmutación utilizado por la
presente invención en un sistema de comunicación que emplea tal
potente esquema de codificación de errores puede ser variable en
una gama mayor a la utilizada en un sistema que tiene un ancho de
banda más estrecho y que, por ello, debe utilizar esquemas menos
potentes. Por ejemplo, en el ejemplo de realización recién descrito,
cada bit de información ha sido codificado por un codificador
convolutivo 602 de tasa 1/2. Por lo tanto, cada bit tiene al menos
dos símbolos de modulación, teniendo las tasas inferiores aún más
redundancia añadida por el repetidor 604 de símbolos. Además, los
símbolos de modulación adyacentes son dispersados en gran medida en
el tiempo por el intercalador 606 de bloques. Además, tanto la
longitud de restricción del codificador convolutivo 602 como la
unicidad de los símbolos de código utilizados contribuyen a la
robustez del esquema de codificación. Como resultado, suponiendo la
energía suficiente en la señal transmitida, el periodo de
conmutación puede ser del orden de milisegundos, sin pérdida
significativa de datos. Suponiendo una trama de 20 ms, el periodo de
conmutación puede aproximarse a los 10 ms. Alternativamente, el
periodo de conmutación puede ser menor, del orden de la duración de
un único símbolo de modulación, en cuyo caso se perdería un símbolo
de cada dos. En otra realización más, el periodo de conmutación
puede ser incluso menor, del orden de la duración de un único chip
de SR. En otra realización más, el periodo de conmutación puede
hacerse aleatorio. La determinación de un periodo aceptable de
conmutación depende mucho del diseño en enlace directo empleado por
la macroestación base 204 y la microestación base 202 en sus
respectivos enlaces directos. En el ejemplo de un sistema conforme
al estándar IS-95, el periodo
T_{i+1}-T_{i} debería ser lo bastante largo como
para que el retardo sea mayor que un chip dispersor de SR (para que
el multicamino creado por la microestación base 202 esté separado
por al menos un chip) y como para que el espectro transmitido sea
el de la señal IS-95 original. Sin embargo, el
periodo T_{i+1}-T_{i} no debería ser tan largo
que la estación móvil 222 no pueda rastrear la fase y temporización
de las estaciones base. Cabe una consideración adicional con los
sistemas IS-95 con enlaces directos ortogonales
separados por funciones de Walsh. Cuando la estación móvil recibe
sólo una parte de una función de Walsh, entonces se pierde algo de
la ortogonalidad, y aumenta la razón requerida entre señal y ruido,
debido al acoplamiento entre los canales de Walsh del enlace
directo. Para mantener la ortogonalidad, podría realizarse la
conmutación por cada función de Walsh, o un múltiplo exacto de una
extensión temporal de una función de Walsh. Para ser aún más
específicos, en el contexto de un sistema IS-95, las
ubicaciones de bits de control de potencia se aleatorizan y
multiplexan en el flujo de datos, según se muestra en la Fig. 6.
Estos bits de control de potencia ocupan una o dos funciones de
Walsh en cada 1,25 ms en el enlace directo. Para el sistema
IS-95, se podría aleatorizar el tiempo de
conmutación, para que la estación móvil 222 que recibe a la
macroestación base 204 reciba todos los bits de control de
potencia. La duración exacta de la conmutación y el tiempo exacto de
conmutación que se escogen dependen de estos elementos, más otros
tales como la complejidad del retardo 304.
Debería observarse que la estación móvil 222
(véase la Fig. 2) que está comunicándose con la macroestación base
204 continúa transmitiendo datos en enlace inverso a la
macroestación base 204 por el camino 228 en enlace inverso. Incluso
aunque la estación móvil 222 esté recibiendo la señal combinada en
enlace directo desde la microestación base 202 por el camino 230 en
enlace directo de la microestación base, la microestación base 202
no demodula la señal de la estación móvil 222, incluso aunque la
señal de la estación móvil 222 pudiera ser lo bastante fuerte como
para demodularse. En otras palabras, la estación móvil 222 no
ejecuta un traspaso a la microestación base 202, incluso aunque la
potencia de la señal pilo de la microestación base 202 pueda
superar el umbral nominal para el traspaso, según se expone en la
precitada Patente Estadounidense Nº 5.101.501.
La señal combinada en enlace directo recibida
desde la microestación base 202 por el camino 230 en enlace directo
aparece ante la estación móvil 222 como muy similar a cualquier otro
componente multicamino originado en la macroestación base 204,
excepto en que la señal estará "recortada" en el semiintervalo.
Así, la estación móvil 222 que, en la realización preferida, es
capaz de combinar diversamente señales multicamino, estará lo
suficientemente asistida por la energía adicional proporcionada por
el camino 230 en enlace directo para evitar tasas inaceptablemente
altas de errores de demodulación. Además, dado que la microestación
base 202 retransmite todo lo que recibe en la asignación específica
de frecuencia, es decir, el enlace directo entero de la
macroestación base, el agregar más unidades móviles 222
"extrañas" no aumenta la carga sobre la microestación base
202.
En muchos casos, la microestación base 202
estará dentro del área de cobertura de una macroestación base 204.
En este caso, está retransmitiendo sólo el enlace directo de esa
macroestación base 204. Sin embargo, como se revela en la Patente
Estadounidense Nº 5.101.501, emitida el 31 de marzo de 1992,
titulada "METHOD AND SYSTEM FOR PROVIDING A SOFT HANDOFF IN
COMMUNICATIONS IN A CDMA CELLULAR SYSTEM" ["Procedimiento y
sistema para proporcionar un traspaso suave en comunicaciones en un
sistema celular CDMA"], todas las estaciones base CDMA
transmiten en la misma frecuencia, y el traspaso suave puede ser
utilizado por las estaciones móviles. En este caso, la
microestación base 202 retransmitirá las señales de aquellas
estaciones base que esté recibiendo, con una potencia proporcional
a la potencia con la que estén siendo recibidas por la microestación
base 202.
Según otro aspecto de la presente invención, la
microestación base 202 demodula al menos un canal lógico de la
señal en enlace directo de la macroestación base 204, a fin de
obtener una referencia estable de hora y frecuencia. Como se ha
explicado anteriormente, la macroestación base 204, típicamente,
incluye un medio para mantener una referencia de hora y frecuencia
extremadamente exacta. Esto se logra, generalmente, por medio de un
receptor (no mostrado) de satélite del Sistema de Localización
Global (GPS) u otro equipo caro. Sin embargo, puede ser
prohibitivamente caro proporcionar tal equipo de precisión a la
microestación base 202. Por ello, en la presente invención, la
microestación base 202 obtiene la referencia exacta de hora y
frecuencia desde la macroestación base 204.
Nuevamente con referencia a la Fig. 3, la antena
206 captura la señal en enlace directo de la macroestación base
desde el camino 224 en enlace directo, y la encamina al receptor
(RCVR) 324 por medio del duplexor 208. El receptor 324 subconvierte
la señal de RF y la pasa al demodulador (DEMOD) 326. El demodulador
326 busca, adquiere y demodula el canal piloto que se transmite
como parte de la señal en enlace directo de la macroestación base.
En el ejemplo de sistema CDMA, esta señal piloto puede emplearse
para obtener la sincronización inicial del sistema, y para
proporcionar un robusto rastreo de frecuencia temporal y fase de la
señal en enlace directo de la estación base. Además, en el ejemplo
de sistema CDMA, cada estación base transmite por un canal de
sincronización que utiliza la misma secuencia de SR y fase de SR
que el canal piloto, y que puede demodularse toda vez que se está
rastreando el canal piloto. Este canal de sincronización lleva un
mensaje que contiene la identificación de la macroestación base 204
y el desplazamiento exacto de fase de la señal piloto portadora de
SR de la macroestación base 204.
Esta información de sincronización se pasa desde
el demodulador 326 a la unidad 330 de hora y frecuencia (TFU). La
TFU 330 es capaz entonces de determinar la Hora exacta del Sistema y
de obtener una referencia estable de frecuencia de la macroestación
base 204. La TFU 330 proporciona entonces esta información de
temporización y de frecuencia al transmisor 314 y al receptor 324,
y proporciona información de temporización al duplexor 208 si el
duplexor 208 está llevando a cabo la función de conmutación. En el
contexto del sistema IS-95, la microestación base
202 puede no necesitar demodular el canal de sincronización de la
macroestación base 204 para obtener la identificación de la
macroestación base y el desplazamiento de fase de la portadora
piloto de SR. Esto es porque la microestación base 202 no se mueve,
y esta información es estática. Por lo tanto, esta información
puede suministrarse a la microestación base 202 por otros medios,
tales como el instalador de la microestación base 202.
Las mismas revelaciones son aplicables a la
realización de la Fig. 4 con respecto al receptor 403 y al
transmisor 414. La microestación base 202 puede rastrear luego
continuamente el canal piloto de la macroestación base, o puede
"derivar" durante un periodo de tiempo determinado, y obtener
sólo periódicamente actualizaciones de la referencia de Hora de
Sistema y de frecuencia.
Debería observarse que, aunque el aspecto de la
referencia de hora y frecuencia de la presente invención ha sido
descrito aquí con referencia a un ejemplo de sistema CDMA, las
revelaciones de la presente invención son igualmente aplicables a
otros sistemas de comunicación, ya sean digitales o analógicos,
independientemente del esquema de modulación o canalización
empleado. Por ejemplo, la presente invención también puede
utilizarse en un sistema de comunicación donde el mismo canal
piloto de la macroestación base lleva una referencia a la Hora del
Sistema. Además, el canal piloto puede no estar en la misma
frecuencia portadora o ranura temporal que cualquiera de los otros
canales en enlace directo. La presente invención no está concebida
para limitarse a los ejemplos específicos aquí mostrados, y alguien
medianamente versado en la técnica puede aplicar sus revelaciones a
una amplia variedad de sistemas de comunicación.
Según otro aspecto de la presente invención, la
microestación base 202 controla el nivel de potencia del enlace
inverso de la estación portátil 236 para evitar una interferencia
excesiva con las señales en enlace inverso de otras estaciones de
abonado, tales como la estación móvil 222, que se reciben en la
macroestación base 204. Según se conoce en la técnica, el sistema
200 de comunicación inalámbrica puede utilizar una combinación de
procedimientos de control de potencia de bucle abierto y de bucle
cerrado, a fin de maximizar la capacidad y de impedir una excesiva
interferencia entre las estaciones de abonado. En los procedimientos
de control de potencia de bucle abierto, la potencia transmitida de
la señal piloto se mide según se recibe en la estación de abonado.
La estación de abonado ajusta entonces, en respuesta, su potencia
transmisora inversamente: cuanto más débil la señal recibida, más
fuerte la potencia transmisora de la estación de abonado. En
procedimientos de control de potencia de bucle cerrado, la sede
celular transmite comandos de ajuste de potencia a la estación de
abonado, a fin de aumentar o disminuir nominalmente la potencia
transmisora de la estación de abonado en una magnitud
predeterminada. Tal sistema y procedimiento de control de potencia
se revela en la Patente Estadounidense Nº 5.056.109, emitida el 8
de octubre de 1991, titulada "METHOD AND APPARATUS FOR
CONTROLLING TRANSMISSION POWER IN A CDMA CELLULAR MOBILE
TELEPHONE SYSTEM" ["Procedimiento y aparato para controlar la
potencia de transmisión en un sistema telefónico celular móvil de
CDMA"], transferida al cesionario de la presente invención, e
incorporada aquí por referencia.
En la patente recién mencionada, la combinación
de control de potencia de bucle abierto y cerrado se emplea para
ajustar la potencia de transmisión de todas las estaciones móviles
222 que están en comunicación con la macroestación base 204, a fin
de llegar a la macroestación base 204 a esencialmente el mismo nivel
de potencia predeterminado. Pueden emplearse las mismas técnicas de
control de potencia para controlar la potencia de transmisión de
todas las estaciones portátiles 236 que están comunicándose con la
microestación base 202 a fin de llegar a la microestación base 202
a esencialmente el mismo nivel de potencia predeterminado. Sin
embargo, dado que la estación portátil 236, típicamente, no estará
en comunicación con la macroestación base 204 mientras tenga
comunicaciones satisfactorias con la microestación base 202 (a fin
de evitar cargos de acceso al sistema celular), la macroestación
base 204 no puede utilizar comandos de control de potencia de bucle
cerrado para instruir a la estación portátil 236 a "bajar" su
potencia transmisora. Como se muestra en la Fig. 2, la potencia
recibida desde la microestación base 202 se debilita según la
estación portátil 236 se aleja de la microestación base 202. Como
resultado del control tanto de bucle cerrado como abierto, la
estación portátil 236, en comunicación con la microcélula 202,
transmitirá la potencia suficiente como para ser recibida por la
microcélula 202. En consecuencia, según la estación portátil 202 se
aleje más de la microestación base 202, continuaría aumentando la
potencia hasta un nivel que podría causar interferencia inaceptable
en el camino 228 en enlace inverso.
En la presente invención, esta interferencia
inaceptable es evitada por la microestación base 202, ya sea
terminando la comunicación con la estación portátil 236 o bien
ejecutando un traspaso de la estación portátil 236 a la
macroestación base 204 cuando la potencia de transmisión de la
estación portátil 236 supera un umbral predeterminado. En una
primera realización, la microestación base 202 determina por sí
misma cuándo la potencia de transmisión de la estación portátil 236
puede ser demasiado alta.
En esta primera realización, aplicable tanto a
la Fig. 3 como a la 4, la señal en enlace inverso desde la estación
portátil 236 es recibida por la antena 206 y pasada al receptor 324
(Fig. 3) o al receptor 403 (Fig. 4). El receptor 324 o 403
subconvierte la señal recibida en enlace inverso según se ha
expuesto anteriormente, y la pasa al demodulador 326. El generador
332 de comandos de control de potencia mide la potencia media de la
señal demodulada del enlace inverso desde la estación portátil 236,
compara esa potencia media con un umbral deseado y genera un
comando, bien de "subir" o de "bajar", para su transmisión
a la estación portátil 236 a través del transmisor 314 (Fig. 3) o
414 (Fig. 4) de la manera expuesta en la precitada Patente
Estadounidense Nº 5.056.109.
Intuitivamente, según la estación portátil 236
se aleja de la microestación base, la potencia media de la señal en
enlace inverso, según lo medido por el generador 332 de comandos de
control de potencia, tenderá a disminuir, debido a la pérdida de
camino. En respuesta, el generador 332 de comandos de control de
potencia transmitirá una serie de comandos de "subir" a la
estación portátil 236. En esta primera realización, el generador
332 de comandos de control de potencia mantiene el rastro de cuán
frecuentemente se requiere transmitir un comando de "subir" a
la estación portátil 236. Si transmite más de un número
predeterminado de comandos de "subir" en una secuencia de
comandos de control de potencia, correspondientes a la condición en
que la estación portátil 236 está teniendo que transmitir a un
nivel de potencia relativamente alto a fin de suministrar una señal
suficiente en enlace inverso por el camino 234 en enlace inverso, la
microestación base 202 bien terminará la comunicación con la
estación portátil 236, o bien ejecutará un traspaso de la estación
portátil 236 a la macroestación base 204. Por ejemplo, si la
microestación base transmitió K comandos de "subir" en un grupo
de N comandos de control de potencia, entonces la microestación
base puede determinar que la estación personal ha superado la gama
deseada.
En una segunda realización, la potencia de
transmisión de la estación portátil 236 está limitada a un máximo
nivel predeterminado al comunicarse con la microestación base 202.
Esto puede lograrse por medio de algunas reglas prefijadas en la
programación de la estación portátil 236, de manera tal que, cuando
la estación portátil esté utilizando la microestación base 202, su
potencia de transmisión se limite al máximo nivel predeterminado.
Debería observarse que la estación portátil 236 no efectuaría tal
limitación al comunicarse con la macroestación base
204.
204.
Esta limitación de potencia puede ser lograda
inmediatamente por alguien versado en la técnica, por ejemplo,
modificando las revelaciones de la precitada Patente Estadounidense
Nº 5.056.109 para conseguir que la estación portátil 236 ignore
comandos de "subir" una vez que su potencia de transmisión ha
superado el nivel máximo predeterminado mientras está comunicándose
con la microestación base 202. Un circuito diseñado para ignorar
comandos de "subir" después de que la potencia de transmisión
de la estación portátil 236 supera un umbral predeterminado se
revela en la Patente Estadounidense Nº 5.452.473, titulada
"REVERSE LINK TRANSMIT POWER CORRECTION AND LIMITATION IN
A RADIOTELEPHONE SYSTEM" ["Corrección y limitación de potencia
de transmisión en enlace inverso en un sistema de
radiotelefonía"], emitida el 19 de septiembre de 1995,
transferida al cesionario de la presente invención e incorporada
aquí por referencia. En esta realización, la microestación base 202
podrá detectar que la estación portátil 236 está en el límite de la
cobertura celular, observando que la estación portátil 236 no ha
cumplido una serie de comandos de "subir". La microestación
base 202 puede cancelar entonces la llamada. Sin embargo, un máximo
nivel convencional de potencia sería utilizado por la estación
portátil 236 al comunicarse con la macroestación base 204.
La limitación de potencia de la estación
portátil 236 también puede lograrse por medio de un comando desde
la microestación base 202, que indica a la estación portátil 236 que
limite su potencia de transmisión a un nivel máximo. La
microestación base 202 puede determinar este nivel máximo
monitorizando (con el contador 310 de potencia de las Figs. 3 y 4)
la magnitud de la potencia recibida desde la macroestación base 204.
Cuanto mayor sea la potencia recibida desde la macroestación 204,
mayor será la máxima potencia permitida de transmisión de la
estación portátil 236, sin causar interferencia indebida a otras
estaciones móviles que operan dentro de la célula 204 de la
macroestación base.
Alternativamente, la estación portátil 236 puede
enviar una señal a la microestación base 202, con un mensaje de
señalización que indica que ha llegado a su límite de potencia o a
un umbral de potencia. Junto con este mensaje de señalización, la
estación portátil 236 puede indicar las potencias piloto de las
estaciones base circundantes, como se hace con el existente Mensaje
de Medición de Potencia de Piloto IS-95, y que se
describe en mayor detalle en la precitada Patente Estadounidense
Nº 5.101.501. Esto permite a la microestación base 202 determinar
si traspasa o no la estación portátil 236 a la macroestación base
204.
La anterior descripción de las realizaciones
preferidas se proporciona para permitir a cualquier persona versada
en la técnica hacer o utilizar la presente invención. Las diversas
modificaciones a estas realizaciones serán inmediatamente evidentes
a aquellos versados en la técnica, y los principios genéricos aquí
definidos pueden aplicarse a otras realizaciones sin el empleo de
la facultad inventiva. La presente invención no está concebida para
limitarse a las realizaciones aquí mostradas, sino que ha de
concedérsele el más amplio alcance coherente con las
reivindicaciones adjuntas.
Claims (32)
1. Un procedimiento para operar una
macroestación base inalámbrica (204) en la misma banda de frecuencia
que una microestación base inalámbrica (202) en la misma célula de
un sistema de comunicación celular, generando y transmitiendo dicha
macroestación base inalámbrica (204) una primera señal (224, 226) de
datos en enlace directo, y comunicándose con una primera estación
(222) de abonado, generando dicha microestación base inalámbrica
(202) una segunda señal (230) de datos en enlace directo, y
comunicándose con una segunda estación (236) de abonado,
comprendiendo el procedimiento las etapas de:
a. recibir, en dicha microestación base
inalámbrica (202) dicha primera señal (224, 226) de datos en enlace
directo;
b. combinar, en dicha microestación base
inalámbrica (202), dicha primera señal (224, 226) recibida de datos
en enlace directo con dicha segunda señal (230) de datos en enlace
directo, para formar una señal combinada (230) de datos en enlace
directo; y
c. transmitir, desde dicha microestación base
inalámbrica (202), dicha señal combinada de datos en enlace
directo, en donde la primera estación (222) de abonado es capaz de
recibir y combinar diversamente los datos en enlace directo de la
macroestación base a partir de la señal (230) de datos en enlace
directo combinada, transmitida por la microestación base (202).
2. El procedimiento de la reivindicación 1, que
comprende adicionalmente la etapa de retardar dicha primera señal
(224, 226) de datos en enlace directo, recibida durante un periodo
de retardo.
3. El procedimiento de la reivindicación 2, que
comprende adicionalmente la etapa de conmutar entre dicha etapa de
recepción de dicha primera señal (224, 226) de datos en enlace
directo y la transmisión de dicha señal combinada (230) de datos en
enlace directo en un periodo de conmutación.
4. El procedimiento de la reivindicación 3, en
el cual dicha etapa de conmutación se realiza en un ciclo de
operación del 50%.
5. El procedimiento de la reivindicación 3, en
el cual dicho periodo de retardo es mayor en duración que un chip
de dispersión de SR.
6. El procedimiento de la reivindicación 3, en
el cual dicha etapa de conmutación sólo ocurre en los límites de la
función de Walsh.
7. El procedimiento de la reivindicación 3, en
el cual dicho periodo de conmutación es de duración aleatoria.
8. El procedimiento de la reivindicación 3, que
comprende adicionalmente las etapas de:
a. medir un nivel de potencia de dicha señal de
datos en enlace directo, recibida y retardada; y
b. ajustar dicho nivel de potencia de dicha
primera señal de datos en enlace directo, recibida y retardada, en
respuesta a dicha etapa de medición.
9. El procedimiento de la reivindicación 3, que
comprende adicionalmente las etapas de:
a. transmitir comandos de control de potencia a
dicha segunda estación (236) de abonado, indicando cada uno de
dichos comandos de control de potencia un aumento o disminución en
la potencia de transmisión; y
b. terminar la comunicación con dicha segunda
estación (236) de abonado si dicha microestación base (202)
transmite un número predeterminado de comandos consecutivos de
control de potencia que indican un aumento en la potencia de
transmisión.
10. El procedimiento de la reivindicación 3, que
comprende adicionalmente las etapas de:
a. transmitir comandos de control de potencia a
dicha segunda estación (236) de abonado, indicando cada uno de
dichos comandos de control de potencia un aumento o disminución en
la potencia de transmisión; y
b. ejecutar un traspaso de dicha segunda
estación (236) de abonado a dicha macroestación base (204) si dicha
microestación base (202) transmite un número predeterminado de
comandos consecutivos de control de potencia que indican un aumento
en la potencia de transmisión.
11. El procedimiento de la reivindicación 3, que
comprende adicionalmente la etapa de limitar dicha segunda estación
(236) de abonado la potencia de transmisión hasta un nivel máximo
predeterminado cuando se comunica con dicha microestación base
(202), siendo dicho nivel máximo predeterminado menor que un nivel
máximo convencional utilizado al comunicarse con dicha
macroestación base (204).
12. El procedimiento de la reivindicación 11,
que comprende adicionalmente la etapa de ordenar dicha microestación
base (202) a dicha segunda estación (236) de abonado la limitación
de la potencia de transmisión hasta dicho nivel máximo
predeterminado.
13. El procedimiento de la reivindicación 11,
que comprende adicionalmente la etapa de transmitir dicha segunda
estación (236) de abonado un mensaje de señalización, que indica que
dicha segunda estación (236) de abonado está transmitiendo, a dicho
nivel máximo predeterminado, a dicha microestación base (202).
14. El procedimiento de la reivindicación 3, que
comprende adicionalmente las etapas de:
a. demodular, en dicha microestación base (202),
dicha primera señal recibida de datos en enlace directo; y
b. determinar una referencia temporal a partir
de dicha primera señal de datos en enlace directo, recibida y
demodulada.
15. El procedimiento de la reivindicación 3, que
comprende adicionalmente las etapas de:
a. demodular, en dicha microestación base (202),
dicha primera señal recibida de datos en enlace directo; y
b. determinar una referencia de frecuencia a
partir de dicha primera señal de datos en enlace directo, recibida
y demodulada.
16. Un sistema para brindar operaciones
personales a una estación base dentro del área de cobertura de un
sistema de comunicación inalámbrico celular, comprendiendo el
sistema:
a. una macroestación base inalámbrica (204) para
generar y transmitir una primera señal (224, 226) de datos en
enlace directo en una banda de frecuencia predeterminada; y
b. una microestación base inalámbrica en la
misma célula de un sistema (202) de comunicación celular, para
generar una segunda señal (230) de datos en enlace directo,
comprendiendo dicha microestación base inalámbrica:
- 1)
- un receptor (324) para recibir dicha primera señal (224, 226) de datos en enlace directo;
- 2)
- un combinador (214) para combinar dicha primera señal recibida de datos en enlace directo con dicha segunda señal de datos en enlace directo, a fin de formar una señal combinada de datos en enlace directo; y
- 3)
- un transmisor (314) para transmitir dicha señal combinada de datos en enlace directo en dicha banda de frecuencia predeterminada, en donde una primera estación (222) de abonado, que está en comunicación con la macroestación (204), es capaz de recibir y combinar diversamente los datos en enlace directo de la macroestación base desde la señal combinada (230) de datos en enlace directo, transmitida por la microestación base (202).
17. El sistema de la reivindicación 16, que
comprende adicionalmente un elemento (304) de retardo para retardar
dicha primera señal recibida de datos en enlace directo durante un
periodo de retardo.
18. El sistema de la reivindicación 17, que
comprende adicionalmente un medio de conmutación (208) para conmutar
entre dicho receptor (324) y dicho transmisor (314) en un periodo
de conmutación.
19. El sistema de la reivindicación 18, en el
cual dicho medio (208) de conmutación conmuta entre dicho receptor
(324) y dicho transmisor (314) en un ciclo de operación del 50 por
ciento.
20. El sistema de la reivindicación 18, en el
cual dicho periodo de retardo es mayor en duración que un chip
dispersor de SR.
21. El sistema de la reivindicación 18, en el
cual dicho medio (208) de conmutación conmuta entre dicho receptor
(324) y dicho transmisor (314) sólo en límites de la función de
Walsh.
22. El sistema de la reivindicación 18, en el
cual dicho periodo de conmutación es de duración aleatoria.
23. El sistema de la reivindicación 18, que
comprende adicionalmente:
a. un contador (310) de potencia para medir un
nivel de potencia de dicha primera señal de datos recibida en
enlace directo; y
b. un ajustador de ganancia (312) para ajustar
dicho nivel de potencia de dicha primera medición del nivel
recibida en enlace directo.
24. El sistema de la reivindicación 18, que
comprende adicionalmente un generador (332) de comandos de control
de potencia para generar comandos de control de potencia, indicando
cada uno de dichos comandos de control de potencia un aumento o
disminución de la potencia de transmisión, y en donde dicha
microestación base (202) termina la comunicación con dicha segunda
estación (236) de abonado si dicha microestación base (202)
transmite K comandos de control de potencia indicando un aumento en
la potencia de transmisión dentro de un grupo de N comandos de
control de potencia, donde K es un número predeterminado, menor que
N.
25. El sistema de la reivindicación 18, que
comprende adicionalmente un generador (332) de comandos de control
de potencia para generar comandos de control de potencia, indicando
cada uno de dichos comandos de control de potencia un aumento o
disminución de la potencia de transmisión, y en donde dicha
microestación base (202) ejecuta un traspaso de dicha segunda
estación (236) de abonado a dicha macroestación base (204) si dicha
microestación base (202) transmite un número predeterminado de
comandos consecutivos de control de potencia que indican un aumento
en la potencia de transmisión.
26. El sistema de la reivindicación 18, en el
cual dicha segunda estación (236) de abonado limita la potencia de
transmisión hasta un máximo nivel predeterminado al comunicarse con
dicha microestación base (202), siendo dicho máximo nivel
predeterminado menor que un nivel máximo convencional utilizado al
comunicarse con dicha macroestación base (204).
27. El sistema de la reivindicación 26, en el
cual dicha microestación base (202) ordena a dicha segunda estación
(236) de abonado limitar la potencia de transmisión hasta dicho
máximo nivel predeterminado.
28. El sistema de la reivindicación 26, en el
cual dicha segunda estación (236) de usuario transmite un mensaje
de señalización, indicando que dicha segunda estación (236) de
abonado está transmitiendo, a dicho máximo nivel predeterminado, a
dicha microestación base (202).
29. El sistema de la reivindicación 18, que
comprende adicionalmente:
a. un demodulador (326) para demodular dicha
primera señal recibida de datos en enlace directo; y
b. un medio (330) de determinación de una
referencia temporal para determinar una referencia de hora a partir
de dicha primera señal de datos en enlace directo, recibida y
demodulada.
30. El sistema de la reivindicación 18, que
comprende adicionalmente:
a. un demodulador (326) para demodular dicha
señal de datos recibida; y
b. un medio de determinación de una referencia
de frecuencia, para determinar la referencia de frecuencia a partir
de dicha señal de datos en enlace directo, recibida y
demodulada.
31. El sistema de la reivindicación 18, en el
cual dicha microestación base (202) ordena a dicha segunda estación
(236) de abonado tener un umbral que se emplea para detectar cuándo
la potencia de salida de la estación de abonado supera este
umbral.
32. El sistema de la reivindicación 31, en el
cual dicha segunda estación (236) de abonado transmite un mensaje
de señalización, indicando que dicha segunda estación (236) de
abonado está transmitiendo, a dicho nivel predeterminado, a dicha
microestación base (202).
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