ES2288661T3 - Arquitectura de canal de enlace inverso para un sistema de comunicaciones sin hilos. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para la transmisión de datos sobre un enlace inverso de un sistema de comunicaciones sin hilos (100), comprendiendo el procedimiento: la transmisión (532) de una trama de datos sobre el enlace inverso a través de un canal de datos; la retención temporal de la trama de datos en una memoria intermedia; la supervisión de un mensaje (538) sobre un enlace directo que indica un estado de recibido de la trama de datos transmitida; la supervisión de una segunda transmisión (540) del mensaje; y el procesado (542) de la trama de datos en base a uno o más de los mensajes recibidos (538, 540) para la trama de datos, caracterizado por la combinación de los mensajes recibidos (538, 540) para la trama de datos para proporcionar un mensaje más fiable.
Description
Arquitectura de canal de enlace inverso para un
sistema de comunicaciones sin hilos.
La presente invención se refiere, en general, a
comunicaciones de datos, y de manera más específica a una
arquitectura novedosa y mejorada de enlace inverso para un sistema
de comunicaciones sin hilos.
Los sistemas de comunicaciones sin hilos están
ampliamente desplegados para proporcionar varios tipos de
comunicaciones incluyendo servicios de voz y de datos en paquetes.
Estos sistemas se pueden basar en el acceso múltiple por división
del código (CDMA), en el acceso múltiple por división en el tiempo
(TDMA) o en algunas otras técnicas de modulación. Los sistemas CDMA
pueden proporcionar ciertas ventajas sobre otros tipos de sistemas,
incluyendo una capacidad aumentada del sistema.
En un sistema de comunicaciones sin hilos, un
usuario con un terminal remoto (por ejemplo, un teléfono celular)
se comunica con otro usuario a través de las transmisiones sobre los
enlaces directo e inverso a través de una o más estaciones base. El
enlace directo (es decir, el enlace descendente) se refiere a la
transmisión desde la estación base hasta el terminal del usuario, y
el enlace inverso (es decir, el enlace ascendente) se refiere a la
transmisión desde el terminal del usuario a la estación base. A los
enlaces directo e inverso se les asigna típicamente diferentes
frecuencias, un procedimiento denominado multiplexación por división
en frecuencia (FDM).
Las características de la transmisión de datos
de paquete sobre los enlaces directo e inverso son de manera
típica, muy diferentes. En el enlace directo, la estación base
conoce por lo general si tiene o no datos para transmitir, la
cantidad de datos y la identidad de los terminales remotos
destinatarios. Se puede proporcionar además a la estación base la
"eficiencia" conseguida por cada terminal remoto destinatario,
que se puede cuantificar como la cantidad de potencia de
transmisión necesaria por bit. En base a la información conocida, la
estación base puede ser capaz de programar de manera eficiente
transmisiones de datos a los terminales remotos a las horas y a las
velocidades de datos seleccionadas para conseguir el funcionamiento
deseado.
En el enlace inverso, la estación base de manera
típica no sabe a priori qué terminales remotos tienen datos
de paquete para su transmisión, o cuántos tienen. La estación base
de manera típica está al tanto de cada eficiencia de los terminales
remotos recibidos, lo que se puede cuantificar por medio de la
relación energía por bit respecto al ruido más interferencia
totales, Ec/(N0+I0), necesaria en la estación base para recibir de
manera correcta una transmisión de datos. La estación base puede
asignar entonces recursos a los terminales remotos siempre que se
solicite y según estén disponibles.
Debido a la incertidumbre en las demandas del
usuario, el uso en el enlace inverso puede fluctuar en gran medida.
Si muchos terminales remotos transmiten al mismo tiempo, se general
una alta interferencia en la estación base. Se necesitaría aumentar
la potencia de transmisión desde los terminales remotos para
mantener la relación objetivo Ec/(N0 + I0), lo que daría como
resultado niveles más altos de interferencia. Si adicionalmente se
aumenta la potencia de transmisión de esta manera, puede darse como
resultado en último caso un "oscurecimiento" y puede que no se
reciba de manera apropiada las transmisiones de todos o de un gran
porcentaje de los terminales remotos. Esto es debido a que el
terminal remoto no es capaz de transmitir a una potencia suficiente
para cerrar el enlace con la estación base.
En un sistema CDMA, la carga de canal en el
enlace inverso se caracteriza a menudo por lo que se conoce como el
"umbral sobre la temperatura". El umbral sobre la temperatura
es la relación de la potencia total recibida en el receptor de la
estación base respecto de la potencia del ruido térmico. En base a
cálculos de capacidad teóricos para un enlace inverso CDMA, existe
una curva teórica que muestra el incremento del umbral sobre la
temperatura con la carga. Se hace referencia a menudo a la carga a
la que el umbral sobre la temperatura es infinito a la que se hace
referencia como el "polo". Una carga que tenga un umbral sobre
la temperatura de 3 dB corresponde a una carga del 50%, o a la
mitad del número de usuarios que se pueden soportar cuando se está
en el polo. A medida que aumenta el número de usuarios y a medida
que aumentan las velocidades de los usuarios, la carga comienza a
ser mayor. De manera correspondiente, a medida que la carga aumenta,
aumenta la cantidad de potencia que debe transmitir un terminal
remoto. El umbral sobre la temperatura y la carga de canal son
descritos con mayor detalle por A. J. Viterbi, en "CDMA:
Principios de Comunicaciones de Espectro Expandido", Serie
Addison-Wesley Wireless Communications, mayo de
1995, ISBN: 0201633744.
La referencia de Viterbi proporciona las
ecuaciones clásicas que muestran la relación entre el umbral sobre
la temperatura, el número de usuarios y las velocidades de datos de
los usuarios. Las ecuaciones también muestran que existe una
capacidad mayor (en bits/segundo) si unos pocos usuarios transmiten
a una alta velocidad que si un gran número de usuarios transmiten a
una velocidad más alta. Esto es debido a la interferencia entre
usuarios transmisores.
En un sistema CDMA típico, las velocidades de
datos de muchos usuarios están continuamente cambiando. Por
ejemplo, en un sistema IS-95 o en un sistema
cdma2000, un usuario de voz típicamente transmite a una de cuatro
velocidades, correspondientes a la actividad de voz en el terminal
remoto, como se describe en las Patentes de los Estados Unidos
números 5.657.420 y 5.778.338, ambas tituladas "Vocoder de
velocidad variable" y en la Patente de los Estados Unidos número
5.742.734 titulada "Selección de la velocidad de codificación en
un vocoder de velocidad variable". De manera similar, muchos
usuarios de datos están continuamente variando sus velocidades de
datos. Todo esto crea una considerable cantidad de variación en la
cantidad de datos que se están transmitiendo de manera simultánea,
y de esta forma una variación considerable en el umbral sobre la
temperatura.
Como se puede ver a partir de lo anterior,
existe una necesidad en la técnica de una estructura de canal de
enlace inverso capaz de conseguir un alto rendimiento para la
transmisión de datos de paquete, y que tiene en consideración las
características de la transmisión de datos de los enlaces
inversos.
La Patente de los Estados Unidos número
6.021.124 describe un procedimiento de pregunta de retransmisión
automático multicanal en el que los paquetes de datos se
retransmiten si no se les da de manera positiva un acuse de
recibo.
Los aspectos de la invención proporcionan
mecanismos para facilitar la transmisión de datos eficiente y
fiable. En particular, se proporcionan un esquema fiable de acuse
de recibo/acuse de recibo negativo y un esquema eficiente de
retransmisión.
Las realizaciones descritas proporcionan además
procedimientos y aparato que implementan varios aspectos,
realizaciones y características de la invención, como se describe
con mayor detalle a continuación.
Las características, la naturaleza y las
ventajas de la presente invención serán más aparentes a partir de
la descripción detallada declarada a continuación cuando se tome
junto con los dibujos en los que idénticos caracteres de referencia
identifican de manera correspondiente en todo el documento y en los
que:
La figura 1 es un diagrama de un sistema de
comunicaciones sin hilos que soporta un número de usuarios;
La figura 2 es un diagrama de bloques
simplificado de una realización de una estación base y de un
terminal remoto;
Las figuras 3A y 3B son diagramas de una
estructura de canal inverso y directo, respectivamente;
La figura 4 es un diagrama que ilustra una
comunicación entre el terminal remoto y la estación base para
asignar un canal suplementario de enlace inverso
(R-SCH);
Las figuras 5A y 5B son diagramas que ilustran
una transmisión de datos sobre el enlace inverso y una transmisión
de mensaje Ack/Nak para dos escenarios diferentes;
Las figuras 6A y 6B son diagramas que ilustran
una secuencia de acuse de recibo con retardos de acuse de recibo
corto y largo, respectivamente;
La figura 7 es un diagrama de flujo que ilustra
una transmisión de datos a velocidad variable sobre el
R-SCH con control rápido de congestión; y
La figura 8 es un diagrama que ilustra la mejora
que puede ser posible con control rápido del
R-SCH.
La figura 1 es un diagrama de un sistema de
comunicaciones sin hilos 100 que soporta un número de usuarios y
que es capaz de implementar varios aspectos de la invención. El
sistema 100 proporciona comunicación para un número de celdas,
dando servicio a cada una de las celdas una estación base 104
correspondiente. También se hace referencia de manera común a las
estaciones base como sistemas transceptores base (BTS). Varios
terminales remotos 106 están dispersados por todo el sistema. Cada
terminal remoto 106 puede comunicar con una o más estaciones base
104 sobre el enlace directo y sobre el enlace inverso en cualquier
momento particular, dependiendo de si el terminal remoto está
activo o no y si está en un traspaso blando o no. El enlace directo
se refiere a la transmisión desde la estación base 104 a un
terminal remoto 106, y el enlace inverso se refiere a la
transmisión desde el terminal remoto 106 a la estación base 104.
Como se muestra en la figura 1, la estación base 104a se comunica
con los terminales remotos 106a, 106b, 106c y 106d, y la estación
base 104b se comunica con los terminales remotos 106d, 106e y 106f.
El terminal remoto 106d está en traspaso blando y comunica de
manera concurrente con las estaciones base 104a y
104b.
104b.
En el sistema 100, un controlador de estación
base (BSC) 102 se acopla con las estaciones base 104 y además se
puede acoplar con una red telefónica pública con conmutación (RTPC).
El acoplamiento a la RTPC se consigue de manera típica a través de
un centro de conmutación de móviles (MSC), que no se muestra en la
figura 1 por razones de simplicidad. La BSC también se puede
acoplar dentro de una red de paquetes, lo que se consigue de manera
típica a través de un nodo servidor de datos de paquete (PDSN) que
tampoco se muestra en la figura 1. La BSC 102 proporciona la
coordinación y el control para las estaciones base acopladas a la
misma. La BSC 102 controla además el encaminamiento de las llamadas
de teléfono entre terminales remotos 106, y entre terminales
remotos 106 y usuarios acoplados a la RTPC (por ejemplo, teléfonos
convencionales) y a la red de paquetes a través de las estaciones
base 104.
El sistema 100 puede estar diseñado para
soportar uno o más estándares CDMA tales como (1) el "TIA/EIA -
95-B Norma de Compatibilidad Estación Móvil -
Estación Base para un Sistema Celular de Espectro Expandido de
Banda Ancha en Modo Dual", (la norma IS-95), (2)
la "TIA/EIA - 98-D Norma Mínima recomendada para
la Estación Móvil Celular de Espectro Expandido de Banda Ancha en
Modo Dual", (la norma IS-98), (3) los documentos
ofrecidos por el consorcio denominado "Proyecto Asociativo de
Tercera Generación" (3GPP) y encarnado en un conjunto de
documentos que incluye los documentos números 3G TS 25.211, 3G TS
25.212, 3G TS 25.213 y 3G TS 25.214 (la norma
W-CDMA), (4) los documentos ofrecidos por un
consorcio denominado "Proyecto Asociativo de Tercera Generación
2" (3GPP2) y encarnado en un conjunto de documentos que incluye
los documentos números C.S00002-A,
C.S0005-A, C.S0010-A,
C.S0011-A, C.S0024 y C.S0026 (la norma cdma2000), y
(5) algunas otras normas. En el caso de los documentos del 3GPP y
del 3GPP2, éstos son convertidos por los organismos normativos de
todo el mundo (por ejemplo, TIA, ETSI, ARIB, TTA y CWTS) en normas
regionales y se han convertido a normas internacionales por la
Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT).
La figura 2 es un diagrama de bloques
simplificado de una realización de estación base 104 y de un
terminal remoto 106, que son capaces de implementar varios aspectos
de la invención. Para una comunicación particular, datos de voz,
datos de paquete y/o mensajes pueden ser intercambiados entre la
estación base 104 y el terminal remoto 106. Se pueden transmitir
varios tipos de mensajes, tales como mensajes usados para establecer
una sesión de comunicaciones entre una estación base y un terminal
remoto y mensajes usados para controlar una transmisión de datos
(por ejemplo, control de la potencia, información de la velocidad de
datos, acuse de recibo, etc.). Algunos de estos tipos de mensajes
se describen con mayor detalle a continuación.
Para el enlace inverso, en el terminal remoto
106, se proporcionan datos de voz y/o de paquete (por ejemplo,
desde una fuente de datos 210) y mensajes (por ejemplo, desde un
controlador 230) a un procesador de datos de transmisión (TX) 212,
que formatea y codifica los datos y los mensajes con uno o más
esquemas de codificación para generar datos codificados. Cada
esquema de codificación puede incluir cualquier combinación de
comprobación de redundancia cíclica (CRC), codificación
convolucional, turbo codificación, codificación de bloque y otras
codificaciones, o puede no incluir ningún tipo de codificación. De
manera típica, los datos de voz, los datos de paquete y los
mensajes se codifican usando diferentes esquemas, y diferentes tipos
de mensaje se pueden codificar también de manera diferente.
Los datos codificados se entregan a un modulador
(MOD) 214 y son adicionalmente procesados (por ejemplo, cubiertos,
expandidos con secuencias PN cortas y aleatorizados con una
secuencia PN larga asignada al terminal de usuario). Los datos
modulados se entregan entonces a una unidad de transmisor (TMTR) 216
y se acondicionan (por ejemplo, se convierten en una o más señales
analógicas, se amplifican, se filtran y se modulan en cuadratura)
para generar una señal de enlace inverso. La señal de enlace
inverso se encamina a través de un duplexor (D) 218 y se transmite
a través de una antena 220 a la estación base 104.
En la estación base 104, la señal de enlace
inverso es recibida por una antena 250, es encaminada a través de
un duplexor 252, y se entrega a una unidad receptora (RCVR) 254. La
unidad receptora 254 acondiciona (por ejemplo, filtra, amplifica,
convierte a una frecuencia inferior y digitaliza) la señal recibida
y proporciona muestras. Un demodulador (DEMOD) 256 recibe y procesa
(por ejemplo, desexpande, descubre y demodula con piloto) las
muestras para proporcionar símbolos recuperados. El demodulador 256
puede implementar un receptor de barrido que procese múltiples
casos de la señal recibida y genere símbolos combinados. Un
procesador de datos de recepción (RX) 258 descodifica después los
símbolos para recuperar los datos y los mensajes transmitidos sobre
el enlace inverso. Los datos recuperados de voz/paquetes se
entregan a un colector de datos 260 y los mensajes recuperados
pueden ser entregados a un controlador 270. El procesado por medio
del demodulador 256 y el procesador de datos RX 258 son
complementarios al procesado que se realiza en el terminal remoto
106. Además se puede hacer funcionar al demodulador 256 y al
procesador de datos RX 258 para procesar múltiples transmisiones
recibidas a través de múltiples canales, por ejemplo, un canal
fundamental inverso (R-FCH) y un canal suplementario
inverso (R-SCH). También, se pueden recibir las
transmisiones de manera simultánea desde múltiples terminales
remotos, cada uno de los cuales puede estar transmitiendo sobre un
canal inverso fundamental, un canal inverso suplementario o
ambos.
En el enlace directo, en la estación base 104,
los datos de voz y/o de paquetes (por ejemplo, provenientes de una
fuente de datos 262) y los mensajes (por ejemplo, provenientes del
controlador 270) son procesados (por ejemplo, son formateados y
codificados) por un procesador de datos de transmisión (TX) 264,
además se procesan (por ejemplo, se cubren y se expanden) por un
modulador (MOD) 266, y se acondicionan (por ejemplo, se convierten
a señales analógicas, se amplifican, se filtran y se modulan en
cuadratura) por una unidad de transmisión (TMTR) 268 para generar
una señal de enlace directo. La señal de enlace directo se encamina
a través de un duplexor 252 y se transmiten a través de una antena
250 al terminal remoto 106.
En el terminal remoto 106, la señal de enlace
directo es recibida por la antena 220, encaminada a través del
duplexor 218 y se entrega a una unidad de receptor 222. La unidad de
receptor 222 acondiciona (por ejemplo, convierte a una frecuencia
inferior, filtra, amplifica, demodula en cuadratura y digitaliza) la
señal recibida y proporciona muestras. Las muestras son procesadas
(por ejemplo, desexpandidas, descubiertas y demoduladas con piloto)
por un demodulador 224 para proporcionar símbolos, y los símbolos
son procesados de manera adicional (por ejemplo, descodificados y
comprobados) por un procesador de datos de recepción 226 para
recuperar los datos y los mensajes transmitidos sobre el enlace
directo. Los datos recuperados son entregados a un colector de
datos 228, y los mensajes recuperados pueden ser entregados a un
controlador 230.
El enlace inverso tiene algunas características
que son muy diferentes de las del enlace directo. En particular,
las características de transmisión de los datos, los comportamientos
de traspaso blando y el fenómeno del desvanecimiento son de manera
típica muy diferentes entre los enlaces directo e inverso.
Como se ha hecho notar anteriormente, en el
enlace inverso, la estación base de manera típica no conoce a
priori qué terminales remotos tienen datos de paquete para
transmitir, o cuántos tienen. De esta manera, la estación base
puede asignar recursos a los terminales remotos siempre que se le
solicite y que se encuentren disponibles. Debido a la incertidumbre
en las demandas del usuario, el uso del enlace inverso puede
fluctuar en gran medida.
Se pueden proporcionar mecanismos para asignar
de manera efectiva y de manera eficiente y para utilizar los
recursos del enlace inverso. Por ejemplo, se pueden proporcionar
mecanismos para asignar rápidamente recursos según se necesiten, y
para desasignar rápidamente recursos cuando no sean necesarios o
para mantener la estabilidad del sistema. Los recursos del enlace
inverso pueden ser asignados a través de un canal suplementario que
se use para la transmisión de datos de paquete. De acuerdo con la
invención, se proporcionan mecanismos para facilitar la transmisión
eficiente y fiable de datos. En particular, se proporcionan un
esquema de acuse de recibo fiable y un esquema de retransmisión
eficiente. Se pueden proporcionar mecanismos para controlar la
potencia de transmisión de los terminales remotos para conseguir un
alto rendimiento y para evitar la inestabilidad. Estos mecanismos
se describen con mayor detalle más adelante.
La figura 3A es un diagrama de una estructura de
canal inverso. La estructura de canal inverso incluye un canal de
acceso, un canal de acceso mejorado, un canal de piloto
(R-PICH), un canal de control común
(R-CCCH), un canal de control dedicado
(R-DCCH), un canal fundamental
(R-FCH), canales suplementarios
(R-SCH) y un canal indicador de la velocidad
inversa (R-RICH). También se pueden soportar
diferentes canales, menos canales y/o canales adicionales y están
dentro del alcance de la invención. Estos canales se pueden
implementar de manera similar a aquellos canales definidos en la
norma cdma2000. Las características de algunos de estos canales se
describen más
adelante.
adelante.
Para cada comunicación (es decir, cada llamada)
un conjunto específico de canales que se pueden usar para la
comunicación y sus configuraciones se definen por uno de un número
de configuraciones radio (RC). Cada RC define un formato de
transmisión específico que se caracteriza por varios parámetros capa
física tales como, por ejemplo, las velocidades de transmisión, las
características de la modulación, la velocidad de expansión, etc.
Las configuraciones radio pueden ser similares a las configuraciones
definidas para la norma cdma2000.
El canal de control dedicado inverso
(R-DCCH) se usa para transmitir y para señalizar
información (por ejemplo, información de control) a la estación
base durante una comunicación. El R-DCCH se puede
implementar de manera similar al R-DCCH definido en
la norma cdma2000.
El canal fundamental inverso
(R-FCH) se usa para transmitir información de
usuario y señalización (por ejemplo, datos de voz) a la estación
base durante una comunicación. El R-FCH se puede
implementar de manera similar al R-FCH definido en
la norma cdma2000.
El canal suplementario inverso
(R-SCH) se usa para transmitir información de
usuario (por ejemplo, datos de paquete) a la estación base durante
una comunicación. El R-SCH es soportado por algunas
configuraciones radio (por ejemplo, RC3 a RC11), y se asigna a los
terminales remotos según se necesite si se encuentra disponible. En
una realización, se pueden asignar cero, uno o dos canales
suplementarios (es decir, R-SCH1, y
R-SCH2) al terminal remoto en cualquier momento
dado. El R-SCH puede soportar la retransmisión en la
capa física, y puede utilizar diferentes esquemas de codificación
para la retransmisión. Por ejemplo, una retransmisión puede usar
una velocidad de código de 1/2 para la transmisión original. La
misma velocidad de 1/2 símbolos de código se puede repetir para la
retransmisión. De manera alternativa, el código subyacente puede ser
un código a una velocidad 1/4. La transmisión original puede usar
1/2 de los símbolos y la retransmisión puede usar la otra mitad de
los símbolos. Si se hace una tercera retransmisión, puede repetir
uno de los grupos de símbolos, parte de cada grupo, un subconjunto
de cualquiera de los grupos y otras posibles combinaciones de
símbolos.
Se puede usar el R-SCH2 junto
con el R-SCH1 (por ejemplo, para RC11). En
particular, el R-SCH2 se puede usar para
proporcionar una calidad de servicio (QoS) diferente. También, los
esquemas ARQ híbridos tipo I y tipo II se pueden usar junto con el
R-SCH. Los esquemas ARQ híbridos son descritos
generalmente por S. B. Wicker en "Sistema de Control del Error
para Comunicación y Almacenamiento digitales",
Prentice-Hall, 1995, capítulo 15. Los esquemas ARQ
híbridos también son descritos en la norma cdma2000.
El canal indicador de la velocidad inversa
(R-RICH) es usado por el terminal remoto para
proporcionar información que pertenece a la velocidad de
transmisión (paquete) sobre uno o más canales suplementarios
inversos. La tabla 1 lista los campos para un formato específico
del R-RICH. Para cada transmisión de trama de datos
en el R-SCH, el terminal remoto puede enviar un
símbolo de indicador de velocidad inversa (RRI), que indique la
velocidad de datos para la estructura de los datos. El terminal
remoto también envía el número de secuencia de la trama de datos
que se está transmitiendo, y si la trama de datos es una primera
transmisión o una retransmisión. También se pueden usar diferentes
campos, menos campos y/o campos adicionales para el
R-RICH. La información de la tabla 1 se envía por
el terminal remoto para cada trama de datos transmitida sobre el
canal suplementario (por ejemplo, cada 20 ms).
Si hay múltiples canales suplementarios inversos
(por ejemplo, R-SCH1 y R-SCH2),
entonces puede haber múltiples canales R-RICH (por
ejemplo, R-RICH1 y R-RICH2), cada
uno con los campos RRI, SEQUENCE_NUM y RETRAN_NUM. De manera
alternativa, los campos para múltiples canales suplementarios
inversos se pueden combinar en un solo canal
R-RICH. En disposiciones particulares, el campo RRI
no se usa, y se usan velocidades de transmisión fijas o la estación
base realiza una determinación de la velocidad a ciegas en la que la
estación base determina la velocidad de transmisión a partir de los
datos. La determinación de la velocidad a ciegas se puede conseguir
de una manera descrita en la Patente de los Estados Unidos número
6.175.590, titulada "Procedimiento y aparato para determinar la
velocidad de los datos recibidos en un sistema de comunicaciones de
velocidad variable", emitida el 16 de enero de 2001, la Patente
de los Estados Unidos número 5.751.725, titulada "Procedimiento y
aparato para determinar la velocidad de los datos recibidos en un
sistema de comunicaciones de velocidad variable", emitida el 12
de mayo de 1998, ambas transferidas al cesionario de la presente
aplicación.
La figura 3B es un diagrama de una estructura de
canal directo. La estructura de canal directo incluye canales
comunes, canales de piloto y canales dedicados. Los canales comunes
incluyen un canal de radiodifusión (F-BCCH), un
canal de radio-búsqueda rápida
(F-QPCH), un canal de control común
(F-CCCH) y un canal de control de la potencia común
(F-CPCCH). Los canales de piloto incluyen un canal
de piloto básico y un canal de piloto auxiliar. Y los canales
dedicados incluyen un canal fundamental (F-FCH), un
canal suplementario (F-SCH), un canal auxiliar
dedicado (F-APICH), un canal de control dedicado
(F-DCCH) y un canal de control de paquetes dedicado
(F-CPDCCH). De nuevo, se pueden soportar también
canales diferentes, menos canales y/o canales adicionales. Estos
canales se pueden implementar de manera similar a los canales
definidos en la norma cdma2000. Las características de algunos de
estos canales se describen más adelante.
El canal de control de potencia común directo
(F-CPCCH) es usado por la estación base para
transmitir subcanales de control de potencia (por ejemplo, un bit
por subcanal) para el control de la potencia del
R-PICH, R-FCH,
R-DCCH y R-SCH. Al producirse la
asignación de canal, a un terminal remoto se le puede asignar un
subcanal de control de potencia de enlace inverso desde una de tres
fuentes - el F-DCCH, el F-SCH y el
F-CPCCH. El F-CPCCH puede ser
asignado si el subcanal de control de potencia de enlace inverso no
se proporciona ni desde el F-DCCH ni desde el
F-SCH.
Los bits disponibles en el
F-CPCCH se pueden usar para formar uno o más
subcanales de control de potencia, que pueden ser asignados después
para diferentes usos. Por ejemplo, se puede definir un número de
subcanales de control de potencia y se pueden usar para el control
de la potencia de un número de canales de enlace inverso. El
control de potencia para múltiples canales basado en subcanales de
control de potencia múltiple se puede implementar como se describe
en la Patente de los Estados Unidos número 5.991.284, titulada
"Control de potencia de subcanal" emitida el 23 de noviembre
de 1999, concedida al cesionario de la presente solicitud.
En implementaciones específicas, un subcanal de
control de potencia de 800 bps puede controlar la potencia del
canal piloto inverso (R-PICH). Todos los canales de
tráfico inversos (por ejemplo, el R-FCH, el
R-DCCH y el R.SCH) tienen sus niveles de potencia
relacionados con el R-PICH por una relación
conocida, por ejemplo, como se describe en C.S0002. Se hace
referencia a menudo a la relación entre dos canales como la relación
de tráfico respecto de piloto. La relación de tráfico respecto de
piloto (es decir, el nivel de potencia del canal de tráfico inverso
con relación al R-PICH) se puede ajustar por medio
de un mensaje desde la estación base. Sin embargo, este servicio de
mensajería es lento, de forma que se puede definir y se puede usar
un subcanal de control de la potencia de 100 bit/s (bps) para el
control de la potencia del R-SCH. Este subcanal de
control de la potencia del R-SCH puede controlar el
R-SCH con relación al R-PICH o la
potencia absoluta de transmisión del R-SCH.
También se puede definir un subcanal de control
de la "congestión" para controlar el R-SCH, y
este subcanal de control de la congestión se puede implementar en
base al subcanal de control de potencia R-SCH u otro
subcanal.
El control de la potencia para el enlace inverso
se describe con mayor detalle más adelante.
El canal de control de paquetes dedicado directo
(F-DPCCH) se usa para transmitir información de
usuario y señalización a un terminal remoto específico durante una
comunicación. El F-DPCCH se puede usar para
controlar una transmisión de datos de paquete de enlace inverso. El
F-DPCCH se puede codificar y se puede intercalar
para mejorar la fiabilidad, y se puede implementar de manera similar
al F-DCCH definido en la norma cdma2000.
La tabla 2 lista los campos para un formato
específico del F-DPCCH- El F-DPCCH
puede tener un tamaño de trama de 48 bits, de los cuales, se usan
16 para el CRC, 8 bits se usan para la cola del codificador y 24
bits se encuentran disponibles para datos y mensajería. La
velocidad de transmisión por defecto para el F-DPCCH
puede ser 9600 bps, en cuyo caso, se puede transmitir una trama de
48 bits en un intervalo de tiempo de 5 ms. Cada transmisión (es
decir, cada trama F-DPCCH) puede estar cubierta con
un código largo público del terminal remoto receptor al que está
dirigida la trama. Esto evita la necesidad de usar una dirección
explícita (así, se hace referencia al canal como un canal
"dedicado"). Sin embargo, el F-DPCCH es también
"común" ya que un gran número de terminales remotos en el modo
de canal dedicado pueden supervisar de manera continua el canal. Si
el mensaje está dirigido a un terminal remoto en particular y se
recibe correctamente, entonces el CRC lo comprobará.
El F-DPCCH se puede usar para
transmitir minimensajes, tales como los que se definen en la norma
cdma2000. Por ejemplo, el F-DPCCH se puede usar
para transmitir un Mini mensaje de asignación de canal
suplementario inverso (RSCAMM) usado para garantizar el
F-SCH al terminal remoto.
El canal Ack/Nak de paquete común directo
(F-CPANCH) es usado por la estación base para
transmitir (1) acuses de recibo (Ack) y acuses de recibo negativos
(Nak) para una transmisión de datos de paquete de enlace inverso y
(2) otra información de control. En una realización, los acuses de
recibo y los acuses de recibo negativos se transmiten como mensajes
Ack/Nak de n bits, estando asociado con cada uno de los mensajes una
trama de datos correspondiente transmitida sobre el enlace inverso.
En una realización, cada mensaje Ack/Nak puede incluir 1, 2, 3 ó 4
bits (o más posibles bits) con el número de bits en el mensaje
dependiendo del número de canales de enlace inverso en la
configuración de servicio. El mensaje Ack/Nak de n bits puede ser
codificado en bloque para aumentar la fiabilidad o ser transmitido
sin codificar.
En un aspecto, para mejorar la fiabilidad, el
mensaje Ack/Nak para una trama de datos particular se retransmite
en una trama posterior (por ejemplo, 20 ms más tarde) para
proporcionar diversidad en el tiempo para el mensaje. La diversidad
en el tiempo proporciona una fiabilidad adicional, o puede permitir
la reducción en la potencia usada para enviar el mensaje Ack/Nak a
la vez que mantiene la misma fiabilidad. El mensaje Ack/Nak puede
usar codificación para la corrección de errores como se conoce bien
en la técnica. Para la retransmisión, el mensaje Ack/Nak puede
repetir exactamente la misma palabra de código o puede usar una
redundancia incremental. La transmisión y la retransmisión del
Ack/Nak se describen con mayor detalle más adelante.
Se usan varios tipos de control en el enlace
directo para controlar el enlace inverso. Éstos incluyen controles
para la petición y para garantizar el canal suplementario, Ack/Nak
para una transmisión de datos de enlace inverso, control de la
potencia de la transmisión de datos y posiblemente otros.
Se puede hacer funcionar al enlace inverso para
mantener el umbral sobre la temperatura en la estación base
relativamente constante mientras haya datos de enlace inverso por
transmitir. La transmisión en el R-SCH se puede
asignar de varias maneras, dos de las cuales se describen a
continuación:
- \bullet
- Por medio de asignación infinita. Este procedimiento se usa para el tráfico en tiempo real que no puede tolerar demasiado retardo. Se permite al terminal remoto transmitir inmediatamente hasta una cierta velocidad de datos asignada.
- \bullet
- Por medio de programación. El terminal remoto envía una estimación de su tamaño de memoria intermedia. La estación base determina cuándo se le permite al terminal remoto transmitir. Este procedimiento se usa para el tráfico de velocidad binaria disponible. El objetivo de un programador es limitar el número de transmisiones simultáneas de forma que el número de terminales remotos que transmitan de manera simultánea esté limitado, reduciendo de esta forma la interferencia entre terminales remotos.
Como la carga de canal puede cambiar
relativamente de una manera drástica, se puede usar un mecanismo de
control rápido para controlar la potencia de transmisión del
R-SCH (por ejemplo, con relación al canal piloto
inverso), como se describe más adelante.
Se puede conseguir una comunicación entre el
terminal remoto y la estación base para establecer una conexión de
la siguiente manera. Inicialmente, el terminal remoto está en el
modo inactivo o está supervisando los canales comunes con el
temporizador por ranuras activado (es decir, el terminal remoto está
supervisando cada una de las ranuras). En un instante particular,
el terminal remoto desea una transmisión de datos y envía un
mensaje corto a la estación base solicitando una reconexión del
enlace. En respuesta a esto, la estación base puede enviar un
mensaje que especifique los parámetros que se van a usar para la
comunicación y las reconfiguraciones de varios canales. Esta
información se puede enviar a través de un Mensaje de asignación
de canal ampliado (ECAM), un mensaje especialmente definido o
algún otro mensaje. Este mensaje especifica lo siguiente:
- \bullet
- La MAC_ID para cada miembro del Conjunto Activo del terminal remoto o un subconjunto del Conjunto Activo. La MAC_ID se usa con posterioridad para el direccionamiento en el enlace directo.
- \bullet
- Si se usa el R-DCCH o el R-FCH en el enlace inverso.
- \bullet
- Para el F-CPANCH, los códigos de expansión (por ejemplo, de Walsh) y el Conjunto Activo que se vayan a usar. Esto se puede conseguir por medio de (1) el envío de los códigos de expansión en el ECAM, o (2) la transmisión de los códigos de expansión en un mensaje de radiodifusión, que es recibido por el terminal remoto. Puede que se necesite incluir los códigos de expansión de las celdas vecinas. Si se pueden usar los mismos códigos de expansión en las celdas vecinas, solamente se necesitará enviar un único código de expansión.
- \bullet
- Para el F-CPCCH, el Conjunto Activo, el canal de identidad y las posiciones de bit. La MAC_ID puede que esté codificado con clave para las posiciones de bit F-CPCCH para obviar la necesidad de enviar las posiciones de bit reales o la ID del subcanal al terminal remoto. Esta codificación con clave es un procedimiento pseudoaleatorio para hacer corresponder una MAC_ID a un subcanal en el F-CPCCH. Como se asignan a diferentes terminales remotos simultáneos diferentes MAC-ID, la codificación con clave puede ser tal que estas MAC_ID también correspondan a distintos subcanales F-CPCCH. Por ejemplo, si hay k posibles posiciones de bit y N posibles MAC_ID, entonces K = N x ((40503 x CLAVE) mod 2^{16})/2^{16}, donde CLAVE es el número que está fijado en este ejemplo. Existen otras muchas funciones de codificación con clave que se pueden usar y se pueden encontrar discusiones acerca de las mismas en muchos libros de texto con algoritmos de ordenador.
El mensaje desde la estación base (por ejemplo,
el ECAM) se puede entregar con un campo específico,
USE_OLD_SERV_CONFIG, usado para indicar si se van a usar o no los parámetros establecidos en la última conexión para la reconexión. Este campo se puede usar para obviar la necesidad de enviar un Mensaje de Conectar Servicio al producirse la reconexión, lo que reduce el retardo en el restablecimiento de la conexión.
USE_OLD_SERV_CONFIG, usado para indicar si se van a usar o no los parámetros establecidos en la última conexión para la reconexión. Este campo se puede usar para obviar la necesidad de enviar un Mensaje de Conectar Servicio al producirse la reconexión, lo que reduce el retardo en el restablecimiento de la conexión.
Una vez que el terminal haya inicializado el
canal dedicado, continúa, por ejemplo, como se describe en la norma
cdma2000.
Como se ha hecho notar anteriormente, se puede
conseguir una mejor utilización de los recursos de enlace inverso
si se pueden asignar rápidamente los recursos según se necesiten y
si se encuentran disponibles. En un entorno sin hilos (y
especialmente móvil), las condiciones del enlace fluctúan de manera
continua, y el retardo prolongado en la asignación de recursos
puede dar como resultado una asignación imprecisa y/o un uso
impreciso. De esta forma, se pueden proporcionar mecanismos para la
rápida asignación y desasignación de canales suplementarios.
La figura 4 es un diagrama que ilustra una
comunicación entre el terminal remoto y la estación base para
asignar y desasignar un canal suplementario de enlace inverso
(R-SCH). El R-SCH puede ser
rápidamente asignado y desasignado según se necesite. Cuando el
terminal remoto tiene datos de paquete para su envío que requieran
el uso del R-SCH, el terminal remoto solicita el
R-SCH por medio del envío a la estación base de un
Mini Mensaje de solicitud de canal suplementario (SCRMM)
(paso 412). El SCRMM es un mensaje de 5 ms que se puede enviar
sobre el R-DCCH o el R-FCH. La
estación base recibe el mensaje y lo reenvía a la BSC (paso 414). La
petición puede o no estar garantizada. Si la petición está
garantizada, la estación base recibe la garantía (paso 416) y
transmite la garantía R-SCH usando un Mini
mensaje de asignación de canal suplementario inverso (RSCAMM)
(paso 418). El RSCAMM también es un mensaje de 5 ms que se puede
enviar sobre el F-FCH o el F-DCCH
(si está asignado al terminal remoto) o sobre el
F-DPCCH (en cualquier otro caso). Una vez asignado,
el terminal remoto puede tras esto, transmitir sobre el
R-SCH (paso 420).
La tabla 3 lista los campos para un formato
específico del RSCAMM. En esta configuración, el RSCAMM incluye 8
bits de campos de capa 2 (es decir, los campos MSG_TYPE, ACK_SEQ,
MSG_SEQ y ACK_REQUIREMENT), 14 bits de campos de capa 3, y dos bits
reservados que se usan también para el relleno como se describe en
C.S0004 y en C.S0005. La capa 3 (es decir, la capa de señalización)
puede ser como se define en la norma cdma2000.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Cuando el terminal remoto no tiene ya más datos
para enviar en el R-SCH, envía un Mini mensaje de
solicitud de liberación de recursos (RRRMM) a la estación base.
Si no hay señalización adicional requerida entre el terminal remoto
y la estación base, la estación base responde con un Mini mensaje
de liberación ampliada (ERMM). El RRRMM y el ERMM también son
mensajes de 5 ms que se pueden enviar sobre los mismos canales
usados para el envío de la petición y de la garantía,
respectivamente.
Existen muchos algoritmos de programación que se
pueden usar para programar las transmisiones del enlace inverso de
los terminales remotos. Estos algoritmos pueden sopesar entre
velocidad, capacidad, retardo, tasas de error y equidad (que da a
los usuarios algún nivel mínimo de servicios), para indicar algunos
de los principales criterios. Además, el enlace inverso no está
sometido a las limitaciones de potencia del terminal remoto. En un
entorno de celda única, la mayor capacidad existirá cuando se
permita el más pequeño número de terminales remotos para transmitir
con la velocidad más alta que el terminal remoto pueda soportar -
tanto en términos de capacidad y la capacidad para proporcionar una
potencia suficiente. Sin embargo, en un entono de múltiples celdas,
puede ser preferible para los terminales remotos que estén cerca de
los límites con otra celda transmitir a una velocidad más baja.
Esto es debido a que sus transmisiones provocan interferencia a
múltiples celdas - no solamente a una única celda. Otro aspecto que
tiende a maximizar la capacidad del enlace inverso es operar a un
alto umbral sobre la temperatura en la estación base, lo que indica
una carga alta en el enlace inverso. Es por esta razón que se usa
la programación de manera preferible. La programación intenta tener
un número de terminales remotos transmitiendo simultáneamente -
aquéllos que transmitan se les permite transmitir a las velocidades
más altas que puedan soportar.
Sin embargo, un alto umbral sobre la temperatura
tiende a dar como resultado una menor estabilidad ya que el sistema
es más sensible a pequeños cambios en la carga. Es por esta razón
que la programación y el control rápidos son importantes. La
programación rápida es importante porque las condiciones del canal
cambian rápidamente. Por ejemplo, los procesos de desvanecimiento y
de sombras pueden dar como resultado que una señal que se reciba
débilmente en la estación base de repente pase a ser muy intensa en
la estación base. Para los datos de vos o cierta actividad de
datos, el terminal remoto cambia de manera autónoma la velocidad de
transmisión. Mientras que la programación puede ser capaz de tener
algo de esto en cuenta, la programación no puede ser capaz de
reaccionar lo suficientemente rápido. Por esta razón, se
proporcionan de manera preferible las técnicas de control de
potencia rápido, que se describen con mayor detalle más
adelante.
Un aspecto de la invención proporciona un
esquema fiable de acuse de recibo/acuse de recibo negativo para
facilitar la transmisión eficiente y fiable de datos. Como se ha
descrito con anterioridad, los acuses de recibo (Ack) y los acuses
de recibo negativos (Nak) son enviados por la estación base para la
transmisión de datos sobre el R-SCH. El Ack/Nak se
puede enviar usando el F-CPANCH.
La tabla 4 muestra un formato específico para un
mensaje Ack/Nak. En esta realización específica, el mensaje Ack/Nak
incluye 4 bits que están asignados a cuatro canales de enlace
inverso - el R-FCH, el R-DCCH, el
R-SCH1 y el R-SCH2. En una
realización, un acuse de recibo se representa por medio de un valor
binario de cero ("0"), y un valor de acuse de recibo negativo
se representa por medio de un valor binario uno ("1"). Otros
formatos de mensaje Ack/Nak se pueden usar también y están dentro
del alcance de la invención.
\vskip1.000000\baselineskip
En una realización, el mensaje Ack/Nak se envía
codificado en bloque pero no se usa un CRC para los errores. Esto
conserva el mensaje Ack/Nak corto y además permite que se pueda
enviar el mensaje con una pequeña cantidad de energía. Sin embargo,
la no codificación se puede usar también para el mensaje Ack/Nak, o
se puede anexar al mensaje un CRC, y estas variaciones se
encuentran dentro del alcance de la invención. En una realización,
la estación base envía un mensaje Ack/Nak correspondiente a cada
trama en la que se ha dado permiso al terminal remoto para que
transmita sobre el R-SCH, y no envíe mensajes
Ack/Nak durante las tramas en las que el terminal remoto no tiene
permiso para transmitir.
Durante una transmisión de datos de paquete, el
terminal remoto supervisa el F-CPANCH para ver si
hay mensajes Ack/Nak que indiquen los resultados de la transmisión.
Los mensajes Ack/Nak se pueden transmitir desde cualquier número de
estaciones base en el Conjunto Activo del terminal remoto (por
ejemplo, desde una o desde todas las estaciones base del Conjunto
Activo). El terminal remoto puede realizar diferentes acciones
dependiendo de los mensajes Ack/Nak recibidos. Algunas de estas
acciones se describen a continuación.
Si el terminal remoto recibe un Ack, la trama de
datos correspondiente al Ack puede ser eliminada de la memoria
intermedia de transmisión de la capa física del terminal remoto (por
ejemplo, la fuente de datos 210 de la figura 2) ya que la trama de
datos se recibió correctamente por la estación base.
Si el terminal remoto recibe un Nak, la trama de
datos correspondiente al Nak puede ser retransmitida por el
terminal remoto si aún está en la memoria intermedia de transmisión
de la capa física. En una realización, existe una correspondencia
biunívoca entre un mensaje Ack/Nak de enlace directo y una trama de
datos de enlace inverso transmitida. El terminal remoto es capaz de
esta manera de identificar el número de secuencia de la trama de
datos no recibidos de manera correcta por la estación base (es
decir, la trama borrada) en base a la trama en la que se recibió el
Nak. Si esta trama de datos no ha sido descartada por el terminal
remoto, puede ser retransmitida en el siguiente intervalo de tiempo
disponible, lo que es típicamente la siguiente trama.
Si no se ha recibido un Ack ni un Nak, hay
varias posibles acciones siguientes para el terminal remoto. En una
posible acción, la trama de datos se mantiene en la memoria
intermedia de transmisión de la capa física y se retransmite. Si la
trama de datos retransmitida se recibe de manera correcta en la
estación base, entonces la estación base transmite un Ack. Al
producirse la correcta recepción de esta Ack, el terminal remoto
descarta la trama. Ésta sería la mejor aproximación si la estación
base no recibió la transmisión de enlace inverso.
Otra posible acción es que el terminal remoto
descarte la trama de datos si no se recibió ni un Ack ni un Nak.
Ésta sería la mejor alternativa si la estación base hubiese recibido
la trama pero la transmisión Ack no fue recibida por el terminal
remoto. Sin embargo, el terminal remoto no sabe el escenario que se
produjo y se necesita elegir una política. Una política sería
establecer la probabilidad de que los dos eventos ocurran y
realicen la acción que maximice la salida del sistema.
En una realización, cada mensaje Ack/Nak se
retransmite un tiempo particular posterior (por ejemplo, en la
siguiente trama) para mejorar la fiabilidad del Ack/Nak.
De esta manera, si no se recibió ni un Ack ni un
Nak, el terminal remoto combina el Ack/Nak retransmitido con el
Ack/Nak original. Después, el terminal remoto puede proceder como se
ha descrito anteriormente. Y si el Ack/Nak combinado no da como
resultado un Ack o un Nak válidos, el terminal remoto puede
descartar la trama de datos y continuar transmitiendo la siguiente
trama de datos de la secuencia. La segunda transmisión del Ack/Nak
puede ser con el mismo nivel de potencia o con un nivel de potencia
más bajo con relación al nivel de potencia de la primera
transmisión.
Si la estación base no recibió realmente la
trama de datos tras las retransmisiones, entonces una capa de
señalización superior en la estación base puede generar un mensaje
(por ejemplo, un RLP NAK), que puede dar como resultado la
retransmisión de toda la secuencia de tramas de datos que incluya la
trama borrada.
La figura 5A es un diagrama que ilustra una
transmisión en el enlace inverso (por ejemplo, el
R-SCH) y una transmisión Ack/Nak en el enlace
directo. El terminal remoto transmite inicialmente una trama de
datos, en la trama k, en el enlace inverso (paso 512). La
estación base recibe y procesa la trama de datos y proporciona la
trama demodulada a la BSC (paso 514). Si el terminal remoto está en
un traspaso blando, la BSC puede recibir también tramas demoduladas
para el terminal remoto desde otras estaciones base.
En base a las tramas demoduladas recibidas, la
BSC genera un Ack o un Nak para la trama de datos. La BSC envía
entonces el Ack/Nak a la estación base o a las estaciones base (paso
516), que transmiten entonces el Ack/Nak al terminal remoto durante
la trama k+1 (paso 518). El Ack/Nak se puede transmitir desde una
estación base (por ejemplo, la mejor estación base) o desde un
número de estaciones base en el Conjunto Activo del terminal
remoto. El terminal remoto recibe el Ack/Nak durante la trama k+1.
Si se recibe un Nak, el terminal remoto retransmite la trama
borrada en el siguiente tiempo de transmisión disponible, que en
este ejemplo es la trama k+2 (paso 520). En cualquier otro caso, el
terminal remoto transmite la siguiente trama de datos de la
secuencia.
La figura 5B es un diagrama que ilustra una
transmisión de datos en el enlace inverso y una segunda transmisión
del mensaje Ack/Nak. El terminal remoto inicialmente transmite una
trama de datos, en la trama k, sobre el enlace inverso (paso 532).
La estación base recibe y procesa la trama de datos y proporciona la
trama demodulada a la BSC (paso 534). De nuevo, para el traspaso
blando, la BSC puede recibir otras tramas demoduladas para el
terminal remoto desde otras estaciones base.
En base a las tramas demoduladas recibidas, la
BSC genera un Ack o un Nak para la trama. La BSC envía entonces el
Ack/Nak a la estación o estaciones base (paso 536), que transiten
entonces el Ack/Nak al terminal remoto durante la trama k+1 (paso
538). En este ejemplo, el terminal remoto no recibe el Ack/Nak
transmitido durante la trama k+1. Sin embargo, el Ack/Nak para la
trama de datos transmitida en la trama k se transmite una segunda
vez durante la trama k+2, y es recibida por el terminal remoto (paso
540). Si se recibe un Nak, el terminal remoto retransmite la trama
borrada en el siguiente tiempo de transmisión disponible, que en
este ejemplo es la trama k+3 (paso 542). En cualquier otro caso, el
terminal remoto transmite la siguiente trama de datos de la
secuencia. Como se muestra en la figura 5B, la segunda transmisión
del Ack/Nak mejora la fiabilidad de la realimentación y puede dar
como resultado un funcionamiento mejorado para el enlace
inverso.
En una realización alternativa, las tramas de
datos no se envían de vuelta a la BSC desde la estación base, y el
Ack/Nak se genera desde la estación base.
La figura 6A es un diagrama que ilustra una
secuencia de acuse de recibo con un retardo de acuse de recibo
corto. El terminal remoto transmite inicialmente una trama de datos
con un número de secuencia de cero, en la trama k, sobre el enlace
inverso (paso 612). Para este ejemplo, la trama de datos se recibe
con errores en la estación base, que entonces envía un Nak durante
la trama k+1 (paso 614). El terminal remoto supervisa también el
F-CPANCH para ver la existencia de un mensaje
Ack/Nak para cada trama de datos transmitida sobre el enlace
inverso. El terminal remoto continúa transmitiendo una trama de
datos con un número de secuencia de uno en la trama k+1 (paso
616).
Al recibir el Nak en la trama k+1, el terminal
remoto retransmite la trama borrada con el número de secuencia de
cero, en la trama k+2 (paso 618). La trama de datos transmitida en
la trama k+1 se recibió correctamente, como se indica por un Ack
recibido durante la trama k+2, y el terminal remoto transmite una
trama de datos con un número de secuencia de dos en la trama k+3
(paso 620). De manera similar, la trama de datos transmitida en la
trama k+2 se recibió correctamente, como se indica por un Ack
recibido durante la trama k+3, y el terminal remoto transmite una
trama de datos con un número de secuencia de tres en la trama k+4
(paso 622). En la trama k+5, el terminal remoto transmite una trama
de datos con un número de secuencia de cero para un nuevo paquete
(paso 624).
La figura 6B es un diagrama que ilustra una
secuencia de acuse de recibo con retardo de acuse de recibo largo
tal como cuando el terminal remoto demodula la transmisión Ack/Nak
en base a la retransmisión del Ack/Nak como se ha descrito
anteriormente. El terminal remoto inicialmente transmite una trama
de datos con un número de secuencia de cero, en la trama k, sobre
el enlace inverso (paso 632). La trama de datos es recibida con
error en la estación base, que entonces envía un Nak (paso 634).
Para este ejemplo, debido al retardo de procesado más largo, el Nak
para la trama k se transmite durante la trama k+2. El terminal
remoto continúa con la transmisión de una trama de datos con un
número de secuencia de uno en la trama k+1 (paso 636) y una trama de
datos con un número de secuencia de dos en la trama k+2 (paso
638).
Para este ejemplo, el terminal remoto recibe el
Nak en la trama k+2, pero no es capaz de retransmitir la trama
borrada en el siguiente intervalo de retransmisión. En lugar de
esto, el terminal remoto transmite una trama de datos con un número
de secuencia de tres en la trama k+3 (paso 640). En la trama k+4, el
terminal remoto retransmite la trama borrada con un número de
secuencia de cero (paso 642) ya que esta trama está aún en la
memoria intermedia de la capa física. De manera alternativa, la
retransmisión puede ser en la trama k+3. Y como la trama de datos
transmitida en la trama k+1 se recibió de manera correcta, como se
indica por un Ack recibido durante la trama k+3, y el terminal
remoto transmite una trama de datos con un número de secuencia de
cero para un nuevo paquete (paso 644).
Como se muestra en la figura 6B, la trama
borrada puede ser retransmitida en cualquier momento mientras se
encuentre disponible en la memoria intermedia y no exista ambigüedad
de a qué paquete de capa superior pertenece la trama de datos. El
retraso más largo para la retransmisión puede ser debido a
cualquiera de un número de razones tales como (1) un retardo mayor
para procesar y transmitir el Nak, (2) la no detección de la primera
transmisión del Nak, (3) un retraso mayor para retransmitir la
trama borrada, y otras.
Un esquema Ack/Nak eficiente y fiable puede
mejorar la utilización de un enlace inverso. Un esquema Ack/Nak
fiable también puede permitir que se transmitan tramas de datos a
una potencia de transmisión más baja. Por ejemplo, sin
retransmisión, una trama de datos necesita ser transmitida a un
nivel de potencia más alto (P_{1}) requerido para conseguir una
tasa de error de trama de un uno por ciento (FER 1%). Si se usa
retransmisión y ésta es fiable, se puede retransmitir una trama de
datos a un nivel de potencia más bajo (P_{2}) requerido para
conseguir una FER del 10%. EL 10% de tramas borradas se puede
retransmitir para conseguir una FER global de un 1% para la
transmisión. De manera típica, 1,1\cdotP_{2} < P_{1} y se
usa menos potencia de transmisión para una transmisión usando el
esquema de retransmisión. Además, la retransmisión proporciona
diversidad en el tiempo, lo que puede mejorar el funcionamiento. La
trama retransmitida también se puede combinar con la primera
transmisión de la trama en la estación base, y la potencia combinada
de las dos transmisiones también puede mejorar el funcionamiento.
La recombinación puede permitir que una trama borrada sea
retransmitida a un nivel de potencia inferior.
Se pueden proporcionar varios esquemas de
control de potencia para el enlace inverso. Por ejemplo, se puede
soportar el control de potencia de enlace inverso para
R-FCH, R-SCH y
R-DCCH. Esto se puede conseguir a través de un
canal de control de potencia (por ejemplo, 800 bps) que se pueda
particionar en un número de subcanales de control de potencia. Por
ejemplo, se puede definir y usar para el R-SCH un
subcanal de control de potencia de 100 bps. Si no se ha asignado al
terminal remoto un F-FCH o un
F-DCCH, entonces se puede usar un
F-DCCH para enviar los bits de control de la
potencia al terminal remoto.
En una implementación, el canal de control de
potencia (por ejemplo, 800 bps) se usa para ajustar la potencia de
transmisión del piloto del enlace inverso. La potencia de
transmisión de los otros canales (por ejemplo, el
R-FCH) se fija relativa a la potencia del piloto (es
decir, por un delta particular). De esta forma, la potencia de
transmisión para todos los canales del enlace inverso se puede
ajustar junto con el piloto. El delta para cada canal no piloto se
puede ajustar por medio de señalización. Esta implementación no
proporciona flexibilidad para ajustar rápidamente la potencia de
transmisión de diferentes canales.
El canal de control de potencia común directo
(F-CPCCH) se puede usar para formar uno o más
subcanales de control de potencia que puedan ser usados entonces
para varios propósitos. Cada subcanal de control de potencia puede
ser definido usando un número de bits disponibles en el
F-CPCCH (por ejemplo, el bit m-ésimo en cada
trama). Por ejemplo, algunos de los bits disponibles en el
F-CPCCH pueden ser asignados para un subcanal de
control de potencia de 100 bps para el R-SCH. Este
subcanal de control de potencia R-SCH puede ser
asignado a un terminal remoto durante la asignación de canal. El
subcanal de control de potencia R-SCH se puede usar
entonces para ajustar (más rápidamente) la potencia de transmisión
del R-SCH designado, por ejemplo, con relación a la
potencia del canal de piloto. Para un terminal remoto en traspaso
blando, el control de potencia R-SCH se puede basar
en la regla de "función lógica OR de las disminuciones", que
disminuye la potencia de transmisión si cualquier estación base en
el Conjunto Activo del terminal remoto dirige una disminución. Como
se mantiene el control de la potencia en la estación base, esto
permite que la estación base ajuste la potencia transmitida con una
cantidad mínima de retardo y de esta forma ajustar la carga sobre el
canal.
El subcanal de control de potencia
R-SCH se puede usar de varias maneras para controlar
la transmisión sobre el R-SCH. El subcanal de
control de potencia R-SCH se puede usar para dirigir
al terminal remoto para ajustar la potencia de transmisión sobre el
R-SCH en una cantidad particular por ejemplo, 1 dB,
2 dB o algún otro valor). El subcanal se puede usar para dirigir el
terminal remoto para disminuir o aumentar la potencia de
transmisión en un paso grande (por ejemplo, 3 dB o posiblemente
más). En ambos ejemplos, el ajuste en la potencia de transmisión
puede ser relativo a la potencia de transmisión de piloto. El
subcanal se puede dirigir para ajustar la velocidad de datos
asignada al terminal remoto (por ejemplo, a la siguiente velocidad
más alta o a la siguiente velocidad más baja). El subcanal se puede
usar para dirigir al terminal remoto para que temporalmente cese la
transmisión. El terminal remoto puede aplicar diferentes procesados
(por ejemplo, diferentes intervalos de intercalado, diferente
codificación, etc.) en base a la orden control de potencia. El
subcanal de control de potencia R-SCH también se
puede particionar en un número de "subcanales", cada uno de los
cuales se puede usar en cualquiera de las maneras descritas
anteriormente. Los subcanales pueden tener las mismas o diferentes
velocidades de datos. El terminal remoto puede aplicar el control de
potencia de manera inmediata al recibir la orden, o puede aplicar
la orden en el siguiente límite de trama.
La capacidad de reducir la potencia de
transmisión R-SCH en una gran cantidad (o bajarla a
cero) sin terminar la sesión de comunicaciones es especialmente
ventajosa para conseguir una mejor utilización del enlace inverso.
La reducción temporal o la suspensión temporal de una transmisión de
datos de paquete pueden ser toleradas de manera típica por el
terminal remoto. Estos esquemas de control de la potencia se pueden
usar de manera ventajosa para reducir la interferencia desde un
terminal remoto de alta velocidad.
El control de la potencia del
R-SCH se puede conseguir de varias maneras. Por
ejemplo, una estación base puede supervisar la potencia recibida
desde los terminales remotos con un medidor de potencia. La estación
base incluso puede ser capaz de determinar la cantidad de potencia
recibida de cada canal (por ejemplo, el R-FCH, el
R-DCCH, el R-SCH, etc.). La estación
base también es capaz de determinar la interferencia, alguna de las
cuales puede ser contribución de terminales remotos a los que no da
servicio esta estación base. En base a la información recogida, la
estación base puede ajustar la potencia de transmisión de alguno o
de todos los terminales remotos en base a varios factores. Por
ejemplo, el control de la potencia se puede basar en la categoría
de servicio de los terminales remotos, del funcionamiento reciente,
la salida reciente, etc. El control de la potencia se realiza de
una manera para conseguir los objetivos del sistema deseados.
El control de la potencia se puede implementar
de varias maneras. Implementaciones de ejemplo se describen en la
Patente de los Estados Unidos número 5.485.486 titulada
"Procedimiento y aparato para controlar la potencia de
transmisión en un sistema de telefonía móvil celular", emitida el
16 de enero de 1996, la Patente de los Estados Unidos número
5.822.318, titulada "Procedimiento y aparato para controlar la
potencia en un sistema de comunicaciones de velocidad variable",
emitida el 13 de octubre de 1998, y la Patente de los Estados Unidos
número 6.137.840, titulada "Procedimiento y aparato para realizar
un control de potencia rápido en un sistema de comunicaciones
móviles", emitida el 24 de octubre de 2000, todas ellas
transferidas al cesionario de la presente solicitud.
En un procedimiento típico de control de la
potencia que se use para controlar el nivel del canal
R-PICH, la estación base mide el nivel del
R-PICH y lo compara con un umbral, y después
determina si aumentar o disminuir la potencia del terminal remoto.
La estación base transmite un bit al terminal remoto ordenándole que
aumente o que disminuya su potencia de salida. Si el bit se recibe
con errores, el terminal remoto transmitirá a la potencia
incorrecta. Durante la siguiente medida del nivel de
R-PICH por la estación base, la estación base
determinará que el nivel recibido no está al nivel deseado y enviará
un bit al terminal remoto para cambiar su potencia de transmisión.
De esta manera, los errores de bits no se acumulan y el lazo que
controla la potencia de transmisión del terminal remoto se
estabilizará al valor correcto.
Los errores en los bits enviados al terminal
remoto para controlar la relación de tráfico respecto de piloto
para el control de la potencia de congestión pueden provocar que la
relación de tráfico respecto de piloto sea otra distinta a la
deseada. Sin embargo, la estación base de manera típica supervisa el
nivel del R-PICH para el control de potencia
inversa o para la estimación de canal. La estación base también
puede supervisar el nivel del R-SCH recibido.
Tomando la relación del nivel R-SCH respecto del
nivel R-PICH, la estación base puede estimar la
relación de tráfico respecto de piloto en uso por el terminal
remoto. Si la relación de tráfico respecto de piloto no es la que
se desea, entonces la estación base puede fijar el bit que controla
la relación de tráfico respecto de piloto para corregir la
discrepancia. De esta manera, existe una autocorrección para los
errores de bits.
Una vez que un terminal remoto haya recibido una
garantía para el R-SCH, el terminal remoto de manera
típica transmitirá a la velocidad garantizada (o por debajo en el
caso de que no tenga suficientes datos para enviar o no tenga una
potencia suficiente) durante la duración de la garantía. La carga de
canal desde otros terminales remotos puede variar completamente
deprisa como resultado del desvanecimiento y similares. Como tal,
puede ser difícil para la estación base estimar la carga de una
manera precisa por adelantado.
Se puede proporcionar un subcanal de control de
potencia de "congestión" para controlar un grupo de estaciones
terminales remotos de la misma manera. En este caso, en lugar de un
único terminal remoto que supervise el subcanal de control de
potencia para controlar el R-SCH, un grupo de
terminales remotos supervisa el subcanal de control. Este subcanal
de control de la potencia puede ser a 100 bps o a cualquier otra
velocidad de transmisión. El subcanal de control de congestión se
puede implementar con el subcanal de control de potencia usado para
el R-SCH o como un "subcanal" del subcanal de
control de potencia R-SCH o como un subcanal
diferente del subcanal de control de potencia
R-SCH. También se pueden contemplar otras
implementaciones del subcanal de control de congestión.
Los terminales remotos del grupo pueden tener el
mismo servicio de categoría (por ejemplo, terminales remotos que
tengan servicios de velocidad binaria disponibles de baja prioridad)
y pueden ser asignados a un único bit de control de potencia por
estación base. Este control de grupo basado en un único flujo de
control de potencia funciona de manera similar al grupo dirigido a
un único terminal remoto para proporcionar el control de congestión
sobre el enlace inverso. En el caso de sobrecarga de capacidad, la
estación base puede dirigir este grupo de terminales remotos para
reducir su potencia de transmisión o sus velocidades de datos, o
para cesar de manera temporal la transmisión, en base a una única
orden de control. La reducción en la potencia de transmisión
R-SCH en respuesta a la orden de control de
congestión puede ser un gran paso hacia abajo con relación a la
potencia de transmisión del canal de piloto.
La ventaja de un flujo de control de potencia
que vaya a un grupo de terminales remotos en lugar de a un único
terminal remoto es que se requiere menos potencia de de carga fija
en el enlace directo para soportar el flujo de control de potencia.
Se debería notar que la potencia de transmisión de un bit en el
flujo de control de potencia puede ser igual a la potencia del
flujo de control de potencia normal usado para controlar el canal
de piloto para el terminal remoto que requiere la máxima potencia.
Esto es, la estación base puede determinar el terminal remoto en el
grupo que requiera la potencia más alta en su flujo de control de
potencia normal y usar después esta potencia para transmitir el bit
de control de la potencia usado para el control de la
congestión.
La figura 7 es un diagrama de flujo que ilustra
una transmisión de datos a velocidad variable sobre el
R-SCH con control rápido de la congestión. Durante
la transmisión sobre el R-SCH, el terminal remoto
transmite de acuerdo con la velocidad de datos garantizada en el
Mini Mensaje de asignación de canal suplementario inverso
(RSAMM). Si se permite el funcionamiento a velocidad variable sobre
el R-SCH, el terminal remoto puede transmitir a
cualquiera de un número de velocidades de datos permitidas.
Si se ha asignado el R-SCH del
terminal remoto a un subcanal de control de la congestión, entonces,
el terminal remoto puede ajustar la relación de tráfico respecto de
piloto en base a los bits recibidos en el subcanal de control de la
congestión. Si se permite el funcionamiento a velocidad variable
sobre el R-SCH, el terminal remoto comprueba la
relación de tráfico respecto de piloto actual. Si ésta se encuentra
por debajo del nivel para una velocidad de datos inferior, entonces
el terminal remoto reduce su velocidad de transmisión a la
velocidad más baja. Si es igual o superior que el nivel para una
velocidad de datos superior, entonces el terminal remoto aumenta su
velocidad de transmisión a la velocidad de transmisión más alta si
tiene suficientes datos para enviar.
Antes del comienzo de cada trama, el terminal
remoto determina la velocidad de utilización para la transmisión de
la siguiente trama de datos. Inicialmente, el terminal remoto
determina si la relación de tráfico respecto de piloto del
R-SCH está por debajo de la relación para la
siguiente velocidad inferior más un margen \Delta_{bajo} en el
paso 712. Si la respuesta es sí, se toma una determinación de si la
configuración del servicio permite una reducción en la velocidad de
datos, en el paso 714. Si la respuesta es también que sí, la
velocidad de datos se disminuye y se usa la misma relación de
tráfico respecto de piloto en el paso 716. Y si la configuración
del servicio no permite una reducción de la velocidad, se puede
permitir que el terminal remoto cese de manera temporal de
transmitir.
Volviendo al paso 712, si la relación de tráfico
respecto de piloto del R-SCH no se encuentra por
encima de la relación para la siguiente velocidad de datos inferior
más el margen \Delta_{bajo}, se toma una determinación a
continuación de si la relación de tráfico respecto de piloto
R-SCH es superior que la relación para la siguiente
velocidad de datos superior menos un margen \Delta_{alto}, en el
paso 718. Si la respuesta es sí, se toma una determinación de si la
configuración del servicio permite un aumento en la velocidad de
datos, en el paso 720. Y si la respuesta también es sí, se aumenta
la velocidad de transmisión, y se usa la misma relación de tráfico
respecto de piloto, en el paso 722. Y si la configuración de
servicio no permite un aumento de la velocidad, el terminal remoto
transmite a la velocidad actual.
La figura 8 es un diagrama que ilustra la mejora
que puede ser posible con el control rápido del
R-SCH. En la trama de la izquierda, sin ningún
control rápido del R-SCH, el umbral sobre la
temperatura en la estación base varía más ampliamente, sobrepasando
el nivel de umbral sobre la temperatura deseado en una cantidad más
grande en algunos casos (lo que puede dar como resultado una
degradación del funcionamiento para las transmisiones de datos
desde los terminales remotos), y la caída por debajo del nivel de
umbral sobre la temperatura deseado en una cantidad más grande en
algunos otros casos (dando como resultado una infrautilización de
los recursos del enlace inverso). En contraste con esto, sobre la
trama de la derecha, con control rápido del R-SCH,
el umbral sobre la temperatura en la estación base se mantiene más
cercanamente al nivel de umbral sobre la temperatura deseado, lo
que da como resultado una utilización y un funcionamiento del enlace
inverso mejorados.
Una estación base puede programar más de un
terminal remoto (a través de SCAM o ESCAM) para transmitir, en
respuesta a la recepción de múltiples peticiones (a través de SCRM o
SCRMM) de diferentes terminales remotos. Los terminales remotos
garantizados pueden por lo tanto transmitir sobre el
R-SCH. Si se detecta una sobrecarga en la estación
base, se puede usar un flujo binario de "reducción rápida" para
apagar (es decir, inhabilitar) un conjunto de terminales remotos
(por ejemplo, todos excepto un terminal remoto).
De manera alternativa, el flujo binario de
reducción rápida se puede usar para reducir las velocidades de
datos de los terminales remotos (por ejemplo, a la mitad). La
inhabilitación temporal o la reducción de las velocidades de datos
sobre el R-SCH para un número de terminales remotos
se pueden usar para el control de la congestión, como se describe
en detalle más adelante. La capacidad de reducción rápida también
puede ser usada de manera ventajosa para acortar el retardo de
programación.
Cuando los terminales remotos no estén en
traspaso blando con otras estaciones base, la decisión sobre qué
terminal remoto es el más aventajado (eficiente) para usar la
capacidad del enlace inverso se puede tomar en la BTS. El terminal
remoto más eficiente puede ser asignado entonces para transmitir
mientras los otros están temporalmente inhabilitados. Si las
señales del terminal remoto lleguen al final de sus datos
disponibles, o posiblemente cuando algunos de los demás terminales
remotos pase a ser más eficiente, el terminal remoto activo puede
ser cambiado rápidamente. Estos esquemas pueden aumentar la salida
del enlace inverso.
En contraste, para una configuración usual en un
sistema cdma2000, una transmisión R-SCH solamente
puede comenzar o cesar a través de la mensajería de capa 3, que
puede tomar varias tramas de la composición para descodificar en el
terminal remoto para conseguir comunicar. Este retraso mayor provoca
que un programador (por ejemplo, en la estación base o en la BSC)
trabaje con (1) predicciones a largo plazo menos fiables acerca de
la eficiencia del estado del canal del terminal remoto (por
ejemplo, el piloto objetivo del enlace inverso Ec/(N0+I0) o el
punto fijo), o (2) huecos en la utilización del enlace inverso
cuando un terminal remoto notifica a la estación base el final de
sus datos (una ocurrencia común ya que un terminal remoto a menudo
reivindica que tiene una gran cantidad de datos para enviar a la
estación base cuando se solicita el R-SCH).
Con referencia de nuevo a la figura 2, los
elementos del terminal remoto 106 y de la estación base 104 pueden
estar diseñados para implementar varios aspectos de la invención,
como se ha descrito con anterioridad. Los elementos del terminal
remoto o de la estación base se pueden implementar con un procesador
digital de la señal (DSP), un circuito integrado específico de la
aplicación (ASIC), un procesador, un microprocesador, un
controlador, un microcontrolador, una matriz de puertas programable
en campo (FPGA), un dispositivo de lógica programable, otras
unidades electrónicas o cualquier combinación de las mismas. Algunas
de las funciones y del procesado descrito en este documento se
pueden implementar también con software ejecutado en un procesador,
tal como el controlador 230 ó 270.
Las cabeceras se usan en este documento para dar
servicio como indicaciones generales de los materiales que se están
describiendo, y no están destinadas a ser interpretadas como para el
alcance.
La descripción anterior de las realizaciones
descritas se proporciona para hacer posible que cualquier persona
experta en la técnica haga o use la presente invención. Varias
modificaciones a estas realizaciones serán fácilmente aparentes
para los que sean expertos en la técnica, y los principios generales
definidos en este documento se pueden aplicar a otras realizaciones
sin salirse del alcance de la invención. De esta manera, la
presente invención no está destinada a estar limitada a las
realizaciones mostradas en este documento, sino que se acuerda el
alcance más amplio como se define en las reivindicaciones.
Claims (10)
1. Un procedimiento para la transmisión de datos
sobre un enlace inverso de un sistema de comunicaciones sin hilos
(100), comprendiendo el procedimiento:
- la transmisión (532) de una trama de datos sobre el enlace inverso a través de un canal de datos;
- la retención temporal de la trama de datos en una memoria intermedia;
- la supervisión de un mensaje (538) sobre un enlace directo que indica un estado de recibido de la trama de datos transmitida;
- la supervisión de una segunda transmisión (540) del mensaje; y
- el procesado (542) de la trama de datos en base a uno o más de los mensajes recibidos (538, 540) para la trama de datos, caracterizado por
- la combinación de los mensajes recibidos (538, 540) para la trama de datos para proporcionar un mensaje más fiable.
2. El procedimiento de la reivindicación 1, en
el que el procesado incluye:
- la retransmisión (520) de la trama de datos si el mensaje indica que la trama de datos transmitida se recibió de manera incorrecta.
3. El procedimiento de la reivindicación 1, en
el que el procesado incluye:
- el descarte de la trama de datos proveniente de la memoria intermedia si el mensaje indica que la trama de datos transmitida se recibió de manera correcta.
4. El procedimiento de la reivindicación 1, en
el que el procesado incluye:
- la retención de la trama de datos en la memoria intermedia si el mensaje no se detectó de manera apropiada.
5. El procedimiento de cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, comprendiendo la identificación de la
trama de datos transmitida con un número de secuencia.
6. El procedimiento de la reivindicación 5,
comprendiendo la transmisión del número de secuencia de la trama de
datos transmitida a través de un canal de señalización.
7. El procedimiento de cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, comprendiendo la identificación de la
trama de datos transmitida como una primera transmisión o como una
retransmisión.
8. El procedimiento de cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el mencionado mensaje o
mensajes comprenden un acuse de recibo o un acuse de recibo
negativo correspondiente a la trama de datos.
9. El procedimiento de cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la segunda transmisión del
mensaje es al mismo nivel o a un nivel inferior de potencia con
relación a la potencia de la primera transmisión.
10. Un aparato (106) para transmitir datos sobre
un enlace inverso de un sistema de comunicaciones sin hilos (100),
el aparato (106) comprendiendo:
- un medio (216) para transmitir una trama de datos sobre el enlace inverso a través de un canal de datos;
- un medio para retener de manera temporal la trama de datos en una memoria intermedia;
- un medio para supervisar un mensaje (538) sobre un enlace directo que indica un estado de recibida de la trama de datos transmitida;
- un medio para supervisar una segunda transmisión (540) del mensaje; y
- un medio para procesar la trama de datos en base al mensaje o a los mensajes recibidos (538, 540) para la trama de datos, caracterizado por
- un medio para combinar los mensajes recibidos (538, 540) para la trama de datos para proporcionar un mensaje más fiable.
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