ES2309192T3 - Procedimiento y aparato para el control de potencia en un sistema de comunicacion inalambrica. - Google Patents
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Abstract
Un aparato de estación base que comprende: un procesador que es operativo para controlar la transmisión y la retransmisión de datos; y un dispositivo de almacenamiento de memoria operativo para almacenar una pluralidad de instrucciones legibles por parte de un ordenador, que comprende: un primer conjunto de instrucciones para determinar una tasa de error de tramas de transmisión y una tasa de error de tramas de retransmisión; un segundo conjunto de instrucciones para determinar un punto de reglaje de energía de transmisión como una función de la tasa de error de tramas de transmisión y la calidad de la transmisión; y un tercer conjunto de instrucciones para determinar un punto de reglaje de energía de retransmisión como una función de la tasa de error de tramas de retransmisión y la calidad de la retransmisión.
Description
Procedimiento y aparato para el control de
potencia en un sistema de comunicación inalámbrica.
La presente invención y el presente aparato se
refieren en general a las comunicaciones y de manera más específica
al control de potencia en un sistema de comunicación
inalámbrica.
La demanda creciente en la transmisión
inalámbrica y la expansión de servicios disponibles a través de la
tecnología de comunicación inalámbrica han conducido al desarrollo
de sistemas capaces de manejar servicios de voz y de datos. Un
sistema de espectro expandido diseñado para manejar los varios
requisitos de estos dos servicios es un sistema de acceso múltiple
por división de código, CDMA, designado como cdma2000, que se
especifica en la "Norma TIA/EIA/IS-2000 para
Sistemas de Espectro Expandido cdma2000". También se encuentran
en desarrollo las mejoras para cdma2000 así como tipos alternativos
de sistemas de voz y de datos.
A medida que aumenta la cantidad de datos
transmitidos y aumenta el número de transmisiones, el ancho de banda
limitado disponible para las transmisiones radio comienza a ser un
recurso crítico. Existe una necesidad, por lo tanto, de un
procedimiento eficiente y preciso para la transmisión de información
en un sistema de comunicaciones que optimice el uso del ancho de
banda disponible.
Las realizaciones descritas en este documento
abordan las necesidades declaradas con anterioridad mediante la
provisión en un sistema de comunicación inalámbrica de un
procedimiento de control de la potencia que determine un punto de
reglaje de energía para conseguir una tasa de error de tramas de
transmisión, ajuste el punto de reglaje de energía al producirse la
aparición de un error de transmisión, que determine un punto de
reglaje de energía de de retransmisión para conseguir una tasa de
error de tramas de retransmisión y ajuste el punto de reglaje de
energía de retransmisión al producirse la aparición de un error de
retransmisión.
En un aspecto, un aparato de estación base
incluye un procesador operativo para controlar la transmisión y la
retransmisión de datos, y un dispositivo de almacenamiento de
memoria operativo para almacenar una pluralidad de instrucciones
legibles por un ordenador. Las instrucciones incluyen un primer
conjunto de instrucciones para determinar una tasa de error de
tramas de transmisión y una tasa de error de tramas de
retransmisión, un segundo conjunto de instrucciones para determinar
un punto de reglaje de energía de transmisión como una función de
la tasa de error de tramas de transmisión y la calidad de la
transmisión, y un tercer conjunto de instrucciones para determinar
el punto de reglaje de energía de retransmisión como una función de
la tasa de error de tramas de retransmisión y la calidad de la
retransmisión. En una realización, la calidad de la transmisión se
mide por medio de una señal de indicación de error recibida, en la
que la señal de indicación de error puede ser un bit de indicación
de error. De acuerdo con otra realización, el tercer conjunto de
instrucciones determina el punto de reglaje de energía de
retransmisión como una función de la tasa de error de tramas de
retransmisión, la calidad de la retransmisión y el punto de reglaje
de energía de transmisión, como por ejemplo por medio del
mantenimiento de un valor delta entre el punto de reglaje de energía
de transmisión y el punto de reglaje de energía de
retransmisión.
En otro aspecto, un procedimiento en un sistema
de comunicación inalámbrica incluye la determinación de un punto de
reglaje de energía de transmisión para conseguir una tasa de error
de tramas de transmisión, ajustar el punto de reglaje de energía de
transmisión al producirse la ocurrencia de un error de transmisión,
determinar un punto de reglaje de energía de retransmisión para
conseguir una tasa de error de tramas de retransmisión y ajustar el
punto de reglaje de energía de retransmisión al producirse la
aparición de un error de retransmisión. En una realización, el
ajuste del punto de reglaje de energía de retransmisión incluye
además el ajuste del punto de reglaje de energía de retransmisión
como una función del punto de reglaje de energía de transmisión. En
otra realización, el ajuste del punto de reglaje de energía de
retransmisión incluye además el ajuste del punto de reglaje de
energía de retransmisión para conseguir una tasa de error de tramas
deseada para la retransmisión.
La figura 1 es un diagrama de una arquitectura
de canal en un sistema de comunicación inalámbrica.
La figura 2 es un diagrama de un sistema de
comunicación inalámbrica.
La figura 3 es un diagrama de un escenario de
transmisión en un sistema de comunicación inalámbrica.
La figura 4 es un diagrama de escenarios de
transmisión y de retransmisión en un sistema de comunicación
inalámbrica.
La figura 5 es un diagrama de temporización que
ilustra el ajuste del bucle exterior de un procedimiento de control
de la potencia de bucle cerrado en un sistema inalámbrico.
La figura 6 es un diagrama de temporización que
ilustra la relación de la intensidad de la señal de tráfico
respecto a la intensidad de la señal de piloto en un sistema
inalámbrico.
La figura 7 es un diagrama de flujo de un
procedimiento para el ajuste del punto de reglaje de energía en un
sistema de comunicación inalámbrica.
La figura 8 es un diagrama de un procedimiento
alternativo para el ajuste de un punto de reglaje de energía en un
sistema de comunicación inalámbrica.
La figura 9 es un diagrama de un transceptor en
un sistema de comunicación inalámbrica.
La figura 10 es un diagrama de un procedimiento
de ajuste del punto de reglaje de energía en un sistema de
comunicación inalámbrica.
La palabra "ejemplar" se usa de manera
exclusiva en este documento como significativa de que sirve como un
ejemplo, caso o ilustración''. Cualquier realización descrita en
este documento como "ejemplar" no debe interpretarse de manera
necesaria como preferente o como ventajosa sobre las otras
realizaciones.
Los sistemas de comunicaciones de espectro
expandido, tales como los sistemas de acceso múltiple por división
de código, CDMA detallados en las normas que incluyen pero que no se
limitan a la "Norma de Compatibilidad de Estación Móvil -
Estación Base TIA/EIA/IS-95 para Sistema Celular de
Espectro Expandido de Banda Ancha en Modo Dual", a la que se
hará referencia en este documento de aquí en adelante como la
"norma IS-95", las "Normas
TIA/EIA/IS-2000 para Sistemas de Espectro Expandido
cdma2000", a las que se hace referencia en este documento de aquí
en adelante como la "norma cdma2000", y/o la "Especificación
de la Interfaz en el Aire de paquetes de datos de alta velocidad
TIA/EIA/IS-856" a la que se hace referencia en
este documento como "la Norma HDR", expanden señales de manera
que múltiples señales ocupen el mismo ancho de banda de canal, en el
que cada una de las señales ocupa un mismo ancho de banda de canal,
en el que cada una de las señales tiene su propia secuencia de
ruido pseudoaleatorio PN distintiva.
El funcionamiento de un sistema CDMA se describe
en las siguientes patentes de los Estados Unidos: Patente número
4,901,307, titulada "Sistema de comunicaciones de acceso múltiple
de espectro expandido que usa repetidores por satélite o repetidores
terrestres"; patente de los Estados Unidos número 5,103,459,
titulada "Sistema y procedimiento para generar formas de onda de
la señal en un sistema de telefonía celular CDMA"; y patente de
los Estados Unidos número 5,504,773, titulada "Procedimiento y
aparato para el formato de datos para su transmisión".
En un sistema de espectro expandido, múltiples
usuarios transmiten mensajes de manera simultánea sobre un mismo
ancho de banda de canal. Como el espectro de frecuencia es un
recurso finito, estos sistemas proporcionan procedimientos para
maximizar el uso de este recurso mediante la participación en el
espectro mientras soportan un gran número de usuarios con una
mínima interferencia. La ampliación de estos procedimientos a la
transmisión de datos a alta velocidad permite la reutilización del
hardware y del software existentes. Los diseñadores que ya estén
familiarizados con dichas normas y procedimientos pueden usar este
conocimiento y esta experiencia para extender estos sistemas a las
transmisiones de datos a alta velocidad.
En un sistema de comunicación inalámbrica,
incluyendo los sistemas de espectro expandido, una unidad móvil se
comunica con la red o las redes de comunicaciones de línea terrestre
a través de una estación base. Se puede hacer referencia a la
unidad móvil como una estación móvil, una estación remota, abonado,
terminal de acceso, etc. Se puede hacer referencia a la estación
base como una red de acceso, etc. La estación móvil transmite
señales a la estación base a través de un enlace de comunicaciones
denominado un Enlace Inverso, RL, y la estación base envía señales
a una estación móvil a través de un enlace de comunicaciones
denominado un Enlace Directo, FL. En el RL, cada una de las
estaciones móviles transmisoras o cada una de las estaciones remotas
transmisoras actúan como interferencia para las otras estaciones
remotas de la red.
Como cada uno de los usuarios transmite y recibe
a y desde la estación base, otros usuarios están de manera
concurrente comunicando con la estación base. Cada una de las
transmisiones de usuario sobre el RL introduce interferencia a los
otros usuarios. Para superar la interferencia en las señales
recibidas, un demodulador busca mantener una relación suficiente de
energía de bit respecto a la densidad espectral de potencia de
interferencia, a la que se hace referencia como la relación
E_{b}/N_{0}, con el fin de demodular la señal con una
probabilidad de error aceptable. El control de la potencia, PC, es
un proceso que ajusta la potencia del transmisor de uno o de ambos
transmisores del FL y el RL para satisfacer un criterio de error
dado. Idealmente, el proceso de control de potencia ajusta la
potencia o las potencias del transmisor para conseguir al menos la
relación mínima requerida E_{b}/N_{0} en el receptor designado.
Todavía más, es deseable que ningún transmisor use más de la mínima
relación E_{b}/N_{0} requerida para conseguir una Calidad de
Servicio QoS deseada. Esto asegura que cualquier beneficio para un
usuario conseguido a través del proceso de control de potencia no
sea de manera innecesaria a expensas de cualquier otro de los
usuarios.
En un sistema de comunicaciones CDMA, cada uno
de los usuarios aparece como ruido aleatorio para los otros
usuarios en el sistema debido a los varios códigos de expansión para
la identificación de usuarios. El control de la potencia de un
usuario individual reduce la interferencia para los otros en todo el
sistema. Sin el control de la potencia, múltiples usuarios a
diferentes distancias desde una estación base común transmitirían a
un mismo nivel de potencia. Las transmisiones desde esos usuarios
próximos a la estación base son recibidas entonces en la estación
base teniendo una energía más alta dando como resultado una
disparidad entre usuarios en la relación Señal a Ruido, SNR. A esta
desigualdad se le da el término de "problema
cerca-lejos". Como cada uno de los usuarios
necesita conseguir un nivel de SNR requerido, el problema
cerca-lejos limita la capacidad del sistema. El
control de la potencia se usa para proporcionar el funcionamiento
gradual en un sistema de espectro expandido.
El control de potencia tiene impacto sobre la
capacidad del sistema asegurando que cada uno de los transmisores
solamente introduzca una cantidad mínima de interferencia a otros
usuarios; y de esta manera, aumente la ganancia de procesamiento.
La ganancia de procesamiento es la relación del ancho de banda de
transmisión, W, respecto de la velocidad de datos, R. La relación
de E_{b}/N_{0} respecto de W/R está relacionada con la SNR. La
ganancia de procesamiento supera una cantidad finita de
interferencia proveniente de otros usuarios, es decir, el ruido
total. La capacidad del sistema es, por lo tanto, proporcional a la
ganancia de procesamiento y a la SNR. La información de
realimentación se proporciona desde un receptor a un transmisor como
una medida de la calidad del enlace. La realimentación de manera
ideal es una transmisión rápida que tiene una baja latencia. El
control de potencia usa después esta información de realimentación
relativa a la calidad del enlace para ajustar los parámetros de la
transmisión.
El control de la potencia permite al sistema
adaptarse a las condiciones cambiantes dentro de un entorno,
incluyendo pero no limitándose a las condiciones geográficas y a la
velocidad del móvil. Como las condiciones cambiantes tienen impacto
en la calidad de un enlace de comunicaciones, los parámetros de la
transmisión se ajustan para acomodarse a los cambios. Se hace
referencia a este proceso como "adaptación de enlace". Es
deseable para la adaptación de enlace hacer un seguimiento de las
condiciones del sistema de la manera tan precisa y tan rápida como
sea posible.
De acuerdo con una realización, la adaptación de
enlace está controlada por la calidad de un enlace de
comunicaciones, en el que la SNR del enlace proporciona una métrica
de calidad para evaluar el enlace. La SNR del enlace puede medirse
como una función de la relación Portadora a Interferencia, C/I, en
el receptor. Para las comunicaciones de voz, la métrica de calidad
C/I se puede usar para proporcionar órdenes de control de la
potencia que ordenen al transmisor aumentar o disminuir la
potencia. Para las comunicaciones de paquetes de datos, tales como
los transmitidos en un sistema HDR como se especifica en la
"Especificación de Interfaz en el Aire de Paquetes de Datos de
Alta Velocidad cdma2000 TIA-856", y en la 3GPP2,
las comunicaciones de datos son programadas entre múltiples
usuarios, en donde en cualquier instante de tiempo dado, solamente
un usuario recibe datos desde la red de acceso o la estación base.
En un sistema de datos por conmutación de paquetes, la medida de la
métrica de calidad, tal como la SNR, puede proporcionar información
valiosa a la estación base o al transmisor de la red de acceso para
determinar la velocidad de datos, la codificación, la modulación y
la programación de las comunicaciones de datos apropiadas. Por lo
tanto, es beneficioso proporcionar la eficiencia de la métrica de
calidad desde la estación remota a la estación
base.
base.
Para minimizar la interferencia y para maximizar
la capacidad del RL, la potencia de transmisión de cada una de las
estaciones remotas está controlada por medio de tres bucles de
control de la potencia de RL. El primer bucle de control de la
potencia, al que se hace referencia como control de potencia de
"bucle abierto", ajusta la potencia de transmisión de la
estación o de las estaciones remotas de manera que la potencia
recibida desde cada uno de los usuarios sea aproximadamente igual
en la estación base. Un esquema de control de la potencia fija la
potencia de transmisión de manera inversamente proporcional a la
potencia recibida en el FL. En un sistema de acuerdo con una
realización, la potencia de transmisión viene dada por la cota = -73
- Pin, donde Pin es la potencia recibida por la estación remota
dada en dBm, y -73 es una constante. El control de potencia de
bucle abierto se realiza en la estación remota y se realiza sin la
dirección desde la estación base. El control de potencia de bucle
abierto se inicia cuando una estación remota consigue el acceso a la
estación base y se establece una comunicación. El entorno operativo
continúa cambiando mientras una comunicación se encuentre activa;
por lo tanto, las pérdidas de trayecto experimentadas sobre el FL y
sobre el RL entre la estación base y la estación remota cambian
como una función del tiempo.
El control de potencia de bucle abierto compensa
la variación lenta y los efectos de sombra
logaritmo-normal, en donde existe una correlación
entre el desvanecimiento FL y RL. Otros efectos son dependientes de
la frecuencia, tales como el desvanecimiento rápido de Rayleigh y
otros. De manera específica, para un enlace de comunicaciones dado,
se da una única asignación de frecuencia al FL que es diferente de
la asignación de frecuencia del RL. El control de potencia usando
la señal recibida desde un enlace solamente no es suficiente para
corregir los efectos dependientes de la frecuencia sobre los otros
enlaces. Por ejemplo, el comportamiento de las señales FL recibidas
en la estación remota no proporciona necesariamente información
suficiente para el ajuste de las transmisiones RL que son
procesadas a una frecuencia diferente. En otras palabras, el control
de la potencia de bucle abierto aislado no compensa los efectos
dependientes de la frecuencia.
Otro mecanismo o un mecanismo adicional de
control de la potencia, al que se hace referencia como control de
la potencia de "bucle cerrado", se puede usar para resolver
fluctuaciones de la potencia debidas a efectos desvanecimientos de
Rayleigh, así como otros efectos dependientes de la frecuencia.
Después del establecimiento de la llamada, se usa el control de la
potencia de bucle cerrado en coordinación con el control de la
potencia de bucle abierto. El control de la potencia de bucle
cerrado tiene un bucle interior y un bucle exterior. El bucle
interior usa un umbral SNR o punto de reglaje predeterminado para
tomar decisiones de subir o de bajar la potencia. El bucle exterior
ajusta de manera dinámica el umbral SNR para mantener una calidad de
enlace deseada.
Con respecto al bucle interior del control de
potencia de bucle cerrado, la estación base supervisa de manera
continua el RL y mide la calidad del enlace. Para el RL, el control
de la potencia de bucle cerrado ajusta la potencia de transmisión
de la estación remota de forma que se mantenga a un nivel
predeterminado la calidad del enlace, medida por la relación de
Energía por bit respecto al ruido más la interferencia,
E_{b}/I_{0}, de la señal RL recibida en la estación base. Se
hace referencia a este nivel como el punto de reglaje
E_{b}/I_{0}. La estación base mide la relación E_{b}/I_{0}
de la señal RL recibida en la estación base y transmite un bit de
control de potencia RL a la estación remota sobre el canal de
tráfico directo en respuesta a la relación medida E_{b}/I_{0}.
Cuando la relación E_{b}/I_{0} medida sea demasiado alta, la
estación base ordena a la estación remota que disminuya la potencia
de transmisión. Si la E_{b}/I_{0} es demasiado baja, la
estación base ordena a la estación remota que aumente la potencia de
transmisión. Las instrucciones son enviadas sobre un subcanal del
FL. En una realización, las instrucciones de control de la potencia
son enviadas como bits de control de la potencia, en la que los
incrementos son en pasos de +1 dB y las disminuciones son en pasos
de -1 dB. De acuerdo con esta realización, los bits de control de la
potencia RL son enviados 16 veces por cada trama de 20 ms, o a una
velocidad de 800 bps. El canal de tráfico directo porta los bits de
control de potencia RL junto con los datos provenientes de la
estación base a la estación remota.
Para la transmisión de datos por paquetes, el
sistema de espectro expandido transmite paquetes de datos como
tramas discretas de datos. El nivel deseado de rendimiento o de
calidad del enlace se mide de manera típica como una función de la
Tasa de Error de Tramas, FER. El cálculo de la FER introduce
retardos en el tiempo con el fin de acumular suficientes bits para
llevar a cabo el cálculo.
El control de potencia de bucle interior ajusta
el punto de reglaje E_{b}/I_{0} de forma que se mantenga el
nivel deseado de rendimiento, medido por la FER. La relación
requerida E_{b}/I_{0} para obtener una FER dada depende de las
condiciones de propagación. El control de potencia de bucle exterior
ajusta el punto de reglaje E_{b}/I_{0} en respuesta a los
cambios en el sistema.
Para la transmisión de datos por paquetes, el
sistema de espectro expandido transmite paquetes de datos como
tramas discretas de datos. El nivel deseado de rendimiento o de
calidad del enlace es medido de manera típica como una función de
la FER. El cálculo de la FER introduce retardos en el tiempo con el
fin de acumular bits. El control de potencia de bucle interno
ajusta después el punto de reglaje E_{b}/I_{0} de forma que se
mantenga el nivel deseado de rendimiento, medido por la FER. La
relación requerida E_{b}/I_{0} depende de las condiciones de
propagación, en las que la E_{b}/I_{0} se calcula para obtener
una FER dada. Este control de la potencia a menudo se denomina el
bucle exterior.
En el FL, la potencia de transmisión de la
estación base está controlada por varias razones. Una alta potencia
de transmisión desde la estación base puede provocar una excesiva
interferencia con las señales recibidas en otras estaciones
remotas. Existe otro problema para los multitrayectos recibidos en
una estación móvil, en la que al menos algunos de los
multitrayectos no son resolubles en las señales constituyentes. Esos
multitrayectos que no son resolubles crean
"autointerferencia". De manera alternativa, si la potencia de
transmisión de la estación base es demasiado baja, la estación
remota puede recibir transmisiones de datos erróneas. Puede que no
haya energía suficiente para la estación base para que pueda
comunicar con todas las estaciones móviles, en particular con las
estaciones móviles que no estén próximas a la estación base. El
desvanecimiento de canal terrestre y otros factores conocidos
pueden afectar a la calidad de la señal FL recibida por la estación
remota. Como resultado, cada una de las estaciones base intenta
ajustar su potencia de transmisión para mantener el nivel deseado
de rendimiento en la estación remota.
El control de potencia sobre el FL es
especialmente importante para las transmisiones de datos. La
transmisión de datos es de manera típica asimétrica, siendo la
cantidad de datos transmitidos sobre el FL mayor que la cantidad de
datos transmitidos sobre el RL. Con un mecanismo efectivo del
control de la potencia sobre el FL, en el que la potencia de
transmisión esté controlada para mantener el nivel deseado de
rendimiento, se puede mejorar la capacidad global del FL.
En una realización, la estación remota transmite
un mensaje de Bit Indicador de Error (EIB) a la estación base
cuando se recibe con errores una trama de datos transmitida. El EIB
puede ser un bit contenido en la trama de canal de tráfico inverso
o puede ser un mensaje separado enviado sobre el canal de tráfico
inverso. En respuesta al mensaje EIB, la estación base aumenta su
potencia de transmisión a la estación remota.
Una desventaja de este procedimiento es el largo
tiempo de respuesta. El retardo de procesamiento abarca el
intervalo de tiempo desde el instante en que la estación base
transmite la trama con potencia no adecuada hasta el instante en
que la estación base ajusta su potencia de transmisión en respuesta
al mensaje de error proveniente de la estación remota. Este retardo
de procesamiento incluye el tiempo que tarda para que: (1) la
estación base transmita la trama de datos con potencia no adecuada;
(2) la estación remota reciba la trama de datos; (3) la estación
remota detecte el error de la trama (por ejemplo, un borrado de
trama); (4) la estación remota transmita el mensaje de error a la
estación base; y (5) la estación base reciba el mensaje de error y
ajuste de manera apropiada su potencia de transmisión. La trama de
canal de tráfico directo se debe recibir, demodular y codificar
antes de que se genere el mensaje EIB. Después, se debe generar,
codificar, transmitir, descodificar y procesar la trama de canal de
tráfico inverso que porta el mensaje EIB antes de que se pueda usar
el bit para ajustar la potencia de transmisión del canal de tráfico
directo.
De manera típica, el nivel deseado de
rendimiento es de un uno por ciento de la Tasa de Error de Trama,
FER. Por lo tanto, como promedio, la estación remota transmite un
mensaje de error indicativo de un error de trama cada 100 tramas.
De acuerdo con la norma IS-95-A,
cada trama es de 20 ms de duración. Este tipo de control de la
potencia basado en el EIB funciona bien para ajustar la potencia de
transmisión de FL para manejar las condiciones de ensombrecimiento,
pero debido a su lenta velocidad no maneja tan bien las condiciones
de desvanecimiento.
Un procedimiento para controlar la potencia de
transmisión de FL utiliza la E_{b}/I_{0} de la señal recibida
en la estación remota. Como la FER depende de la E_{b}/I_{0} de
la señal recibida, se puede diseñar un mecanismo de control de la
potencia para mantener la E_{b}/I_{0} al nivel deseado. Este
diseño encuentra dificultad si los datos son transmitidos sobre el
FL a velocidades variables. En el FL, se ajusta la potencia de
transmisión dependiendo de la velocidad de transmisión de datos de
la trama de datos.
A bajas velocidades de transmisión de datos,
cada uno de los bits de datos es transmitido sobre un período de
tiempo más largo por medio de la repetición del símbolo de
modulación. La energía por bit, E_{b} es la acumulación de la
potencia recibida sobre un período de tiempo de un bit y se obtiene
por medio de la acumulación de la energía en cada símbolo de
modulación. Para una cantidad equivalente de E_{b}, cada bit de
datos se puede transmitir a una potencia de transmisión
proporcionalmente menor a las velocidades de transmisión de datos
más bajas. De manera típica, la estación remota no conoce la
velocidad de transmisión a priori y no puede calcular la
energía por bit E_{b} recibida hasta que se haya demodulado y
descodificado la trama completa de datos, y se haya determinado la
velocidad de trasmisión de datos de la trama de datos, en la que la
velocidad es un mensaje de control de la potencia por trama. Esto
contrasta con la aproximación RL en la que puede haber un mensaje
de control de la potencia (bit) dieciséis veces por trama como en
una realización.
A velocidades inferiores, la estación remota
puede no transmitir de manera continua. Cuando la estación remota
esté transmitiendo, la estación remota transmite al mismo nivel de
potencia y la misma estructura de forma de onda con independencia
de la velocidad de transmisión. La estación base determina el valor
de un bit de control de la potencia y envía este bit a la estación
remota dieciséis veces por trama. Como la estación remota conoce a
velocidad de transmisión, la estación remota puede ignorar los bits
de control de la potencia correspondientes a las veces en las que
no se transmitió. Esto permite un rápido control de la potencia RL.
Sin embargo, la velocidad efectiva de control de la potencia varía
con la velocidad de transmisión. Para una realización, la velocidad
es de 800 bps para tramas a velocidad completa, y de 100 bps para
tramas a una velocidad de 1/8.
Las normas CDMA originales se han optimizado
para la transmisión de tramas de voz a velocidad variable. Con el
fin de soportar las comunicaciones bidireccionales, como se tipifica
en las aplicaciones de telefonía sin hilos, es deseable que un
sistema de comunicaciones proporcione un retardo de datos mínimo y
casi constante. Por esta razón, muchos sistemas CDMA están
diseñados con potentes protocolos de Corrección de Error en
Recepción, FEC, y codificadores de la voz que están diseñados para
responder airosamente a los errores de la trama de voz. Los
protocolos de control de errores que implementan los procedimientos
de retransmisión de trama añaden retardos inaceptables para la
transmisión de la voz.
El empaquetado de los datos permite una
velocidad y una precisión aumentadas de la comunicación, y es
deseable por lo tanto para las comunicaciones de datos
inalámbricas. En esfuerzos para integrar la comunicación sin hilos
y otros medios de comunicaciones con Internet, se están
desarrollando un número creciente de aplicaciones usando un
Protocolo de Internet normalizado, o IP. Este IP es una norma
software que describe cómo hacer un seguimiento de las direcciones
de trabajo de Internet, encaminar mensajes y reconocer los mensajes
entrantes; de esta manera se permite que un paquete de datos
atraviese varias redes que se encuentre en su camino desde el
originador hasta el destinatario objetivo. El originador es la
unidad móvil que inicia la comunicación, y el objetivo es el
participante deseado. Dentro de una red IP, cada uno de los
recursos, tales como un ordenador, está asignado a una dirección IP
para su identificación.
En muchas aplicaciones que no son de voz, tales
como la transmisión de datos IP, los requisitos de retardo del
sistema de comunicaciones son mucho menos restrictivos que en las
aplicaciones de voz. En el Protocolo de Control de la Transmisión,
TCP, probablemente el más extendido de los protocolos usados en una
red IP, se permiten los retardos de transmisión virtualmente
infinitos con el fin de garantizar la transmisión libre de errores.
El TCP usa retransmisiones de datagramas IP, como los paquetes IP
son denominados comúnmente, para proporcionar esta fiabilidad en el
transporte.
Los datagramas IP se transmiten en tramas, en
donde cada una de las tramas está definida por una duración de
tiempo predeterminada. Por lo general, los datagramas IP son
demasiado largos para caber dentro de una única trama como se
define para la transmisión de voz. Incluso después de dividir un
datagrama IP en segmentos lo suficientemente pequeños para caber
dentro de un conjunto de tramas, el conjunto entero de tramas
tendría que ser recibido sin errores para que el datagrama IP único
sea útil para el TCP. La FER objetivo típica de un sistema de voz
CDMA hace que la probabilidad de la recepción libre de errores de
todos los segmentos de un único datagrama sea muy baja.
Las normas CDMA proporcionan para dichas
opciones de servicio alternativas, servicios de datos por ejemplo,
para hacer posible la transmisión de otros tipos de datos en lugar
de tramas de voz. En una realización, un protocolo de enlace radio,
RLP incorpora un protocolo de control de errores con procedimientos
de retransmisión de trama sobre una capa de tramas CDMA. El RLP es
de una clase de protocolos de control de errores conocidos como
basados en acuse de recibo negativo o basados en NAK, Solicitud de
Repetición Automática o protocolos ARQ, que son bien conocidos en
la técnica. El RLP facilita la transmisión de un flujo de octetos,
en lugar de una serie de tramas de voz, a través de un sistema de
comunicaciones CDMA.
La figura 1 ilustra una estructura en capas
arquitectónica 10 de una realización ejemplar de un protocolo de
sistema inalámbrico. La capa física 12 indica la estructura del
canal, la frecuencia, la salida de potencia, el tipo de modulación
y las especificaciones de la codificación para el enlace directo y
los RL. La capa de control de acceso al medio, MAC, 14 define los
procedimientos usados para recibir y transmitir sobre la capa
física 12. Para un sistema HDR, la capa MAC 14 incluye capacidades
de programación para equilibrar a los usuarios o las conexiones.
Dicho equilibrio programa de manera típica una baja capacidad de
procesado a la salida para los canales con una pobre cobertura,
liberando de esta manera recursos permitiendo una alta capacidad de
procesado a la salida para los canales con buenas conexiones.
También, la capa MAC procesa las transmisiones cuando un canal
tiene una buena conexión. La siguiente capa, la capa de control de
acceso al enlace, LAC, 16, proporciona un procedimiento de acceso
para el enlace radio. De acuerdo con una realización, la capa del
protocolo de enlace radio, RLP, 18 proporciona la retransmisión y
la detección por duplicado de un flujo de datos alineado por
octetos. RLP es de una clase de protocolos de control de error
conocidos como protocolos ARQ basados en NAK, que son bien
conocidos en la técnica. En una realización, RLP facilita la
transmisión de un flujo de octetos, en lugar de una serie de tramas
de voz, a través de un sistema de comunicaciones.
En el contexto de un servicio por paquetes, la
capa LAC 16 lleva paquetes de protocolo punto a punto, paquetes
PPP. La capa HDLC de enlace de datos de nivel alto 20 es una capa de
enlace para las comunicaciones PPP. La información de control se
coloca en patrones específicos que son totalmente diferentes de los
datos con el fin de reducir errores. La capa HDLC 20 realiza la
conformación de las tramas de los datos antes del procesado PPP. La
capa PPP 22 proporciona después la compresión, autenticación,
encriptado y soporte multiprotocolo. La capa IP 24 conserva el
seguimiento del direccionamiento de funcionamiento Internet para
diferentes nodos, encamina los mensajes salientes y reconoce los
mensajes entrantes.
Los protocolos que se estén ejecutando sobre la
parte superior de PPP, tales como la capa IP 24, llevan tráfico de
usuario. Nótese que cada una de estas capas puede contener uno o más
protocolos. Los protocolos usan mensajes de señalización y/o
cabeceras para llevar información a una entidad del mismo nivel en
el otro lado de la interfaz aire. Por ejemplo, en un sistema de
alta velocidad de datos, HDR, los protocolos envían mensajes con
una aplicación de señalización por defecto.
La arquitectura 10 es aplicable a una Red de
Acceso, AN, para proporcionar conectividad de datos entre una red
IP, tal como Internet, y terminales de acceso, incluyendo las
unidades móviles inalámbricas. Los terminales de acceso, AT,
proporcionan conectividad de datos a un usuario. Un AT se puede
conectar a un dispositivo de cómputo tal como un ordenador personal
portátil, o puede ser un dispositivo de datos autocontenidos tal
como un asistente digital personal. Existe una variedad de
aplicaciones sin hilos y un número siempre en crecimiento de
dispositivos, a los que a menudo se hace referencia como equipos IP
o equipos web.
Como se ilustra en la figura 1, las capas por
encima de la capa RLP 18 son capas de red de servicio y las capas
por debajo de la capa HDLC 20 son capas de red radio. En otras
palabras, las capas de redes radio afectan a los protocolos de la
interfaz aire. Las capas de red radio de la realización de ejemplo
son consecuentes con aquéllas aplicables en un sistema HDR. HDR
proporciona por lo general un procedimiento eficiente de transmitir
datos en un sistema de comunicación inalámbrica. Las realizaciones
alternativas pueden implementar la norma cdma2000, una norma
IS-95 u otros sistemas de conexión de acuerdo con el
usuario, tales como la Norma Borrador ANSI
J-STD-01 para la Norma de
Compatibilidad de la Interfaz Aire W-CDMA (Acceso
Múltiple por División de Código de Banda Ancha) para aplicaciones
PCS de 1,85 a 1,99 GHz'', a la que se hace referencia como
"W-CDMA".
Como se ilustra en la figura 1, en una
realización de un protocolo sin hilos, varias capas de protocolo
residen de manera típica por encima de la capa RLP. Los datagramas
IP, por ejemplo, son convertidos de manera típica en un flujo de
octetos PPP antes de ser presentados como un flujo de octetos a la
capa de protocolo RLP. Como la capa RLP ignora el protocolo y la
conformación de tramas de las capas de protocolo superiores, el
flujo de datos transportado por RLP se dice que es un "flujo de
octetos sin función especial".
RLP se designó originariamente para satisfacer
los requisitos de enviar grandes datagramas a través de un canal
CDMA. Por ejemplo, si un datagrama IP de 500 octetos se iba a enviar
simplemente en tramas llevando 20 octetos cada una, el datagrama IP
rellenaría 25 tramas consecutivas. Sin ninguna clase de capa de
control de errores, todas estas 25 tramas RLP tendrían que ser
recibidas sin errores en orden para que el datagrama IP sea útil
para las capas de protocolo superiores. En un canal CDMA que tenga
un 1% de tasa de error de tramas, la tasa de error efectiva de la
entrega de datagramas IP sería de (1 - (0,99)^{25}), o de
un 22%. Ésta es una tasa de error muy alta en comparación con la
mayoría de las redes usadas para el tráfico IP. RLP se diseñó como
un protocolo de capa de enlace que disminuiría la tasa de error del
tráfico IP para ser comparable con la tasa de error típica de un
canal Ethernet 10^{-2}.
En un sistema de comunicación inalámbrica de
espectro expandido, tal como un sistema cdma2000, múltiples usuarios
transmiten a un transceptor, a menudo a una estación base en el
mismo ancho de banda al mismo tiempo. La estación base puede ser
cualquier dispositivo de datos que se comunique a través de un canal
sin hilos o a través de un canal cableado, por ejemplo usando fibra
óptica o cables coaxiales. Un usuario puede ser cualquiera de una
variedad de dispositivos móviles y/o estacionarios incluyendo pero
no limitándose a una tarjeta de PC, una memoria flash
compacta, un módem interno o externo o un teléfono sin hilos o con
línea de cable. También se hace referencia a un usuario como una
estación remota. Nótese que los sistemas de espectro expandido
alternativos incluyen, pero no están limitados a, sistemas tales
como: servicios de datos por conmutación de paquetes; CDMA de banda
ancha, W-CDMA, sistemas tales como los que se
especifican por parte del Proyecto Asociación de Tercera
Generación, 3GPP; sistemas de voz y de datos, tales como los que se
especifican por parte del Proyecto Asociación de Tercera Generación
Dos, 3GPP2.
La figura 2 ilustra una realización de un
sistema de comunicación inalámbrica 30, en el que el sistema 30 es
un sistema CDMA de espectro expandido capaz de hacer transmisiones
de voz y de datos. El sistema 30 incluye dos segmentos: un
subsistema cableado y un subsistema inalámbrico. El subsistema
cableado es la Red Telefónica Pública con Conmutación, RTPC 36, y
la Internet 32. La parte de Internet 32 del subsistema cableado hace
de interfaz con el subsistema inalámbrico a través de la Función de
Interoperación de Internet, IWF 34. La siempre creciente demanda de
comunicaciones de datos está de manera típica asociada con la
Internet y por lo tanto, con la facilidad de acceso a los datos
disponibles. Sin embargo, las aplicaciones de vídeo y de audio
avanzadas aumentan la demanda de ancho de banda de transmisión.
El subsistema cableado puede incluir pero no
está limitado a, otros módulos tales como una unidad de
instrumentación, una unidad de vídeo, etc. El subsistema
inalámbrico incluye el subsistema de estación base, que implica al
Centro de Conmutación de Móviles, MSC 38, al Controlador de Estación
Base, BSC, 40 la estación o estaciones base transceptoras BTS 42,
44 y a las Estaciones Móviles MS 46, 48. El MSC 38 es la interfaz
entre el subsistema inalámbrico y el subsistema cableado. Es un
conmutador que habla a una variedad de aparatos sin hilos. El BSC
40 es el sistema de control y de gestión para una o más BTS, 42, 44.
El BSC 40 intercambia mensajes con las BTS 42, 44 y el MSC 38. Cada
una de las BTS 42, 44 consiste en uno o más transceptores colocados
en una única localización. Cada una de las BTS 42, 44, termina el
trayecto radio sobre el lado de red. Las BTS 42, 44 pueden estar
co-situadas con el BSC 40 o pueden estar localizadas
de manera independiente.
El sistema 30 incluye canales físicos de
interfaz aire radio 50, 52 entre las BTS 42, 44 y las MS 46, 48.
Los canales físicos 50, 52 son trayectos de comunicaciones descritos
en términos de codificación digital y características de RF.
Como se ha tratado con anterioridad en este
documento, un FL se define como un enlace de comunicaciones para
las transmisiones desde una de las BTS 42, 44 a una de las MS 46,
48. Un RL se define como un enlace de comunicaciones para las
transmisiones desde una de las MS 46, 48 a una de las BTS 42, 44. De
acuerdo con una realización, el control de potencia dentro del
sistema 30 incluye el controlar la potencia de transmisión tanto
para el RL como para el FL. Se pueden aplicar múltiples mecanismos
de control de la potencia al FL y al RL en el sistema 30,
incluyendo el control de potencia de bucle abierto inverso, el
control de potencia de bucle cerrado inverso, el control de
potencia de bucle cerrado directo, etc. El control de potencia de
bucle cerrado inverso ajusta la potencia de transmisión del canal
de acceso inicial de las MS 46, 48, y compensa las variaciones en la
atenuación por pérdidas en el trayecto del RL. El RL usa dos tipos
de canales de código: canales de tráfico y canales de acceso.
Nótese que para los servicios de datos se puede
hacer referencia a una estación remota como un AT, en los que un AT
es un dispositivo que proporciona conectividad de datos a un
usuario. Un AT se puede conectar a un dispositivo de cómputo tal
como un ordenador personal portátil o puede ser un dispositivo de
datos autocontenido, tal como un asistente digital personal.
Además, se puede hacer referencia a la estación base como una AN,
en la que la AN es equipo de red que proporciona conectividad de
datos entre una red de datos con conmutación de paquetes, tal como
la Internet, y al menos un AT. El canal de acceso inverso es usado
por los AT para comunicar con la AN cuando no hay ningún canal de
tráfico asignado. En una realización, existe un canal de acceso
inverso independiente para cada uno de los sectores de la AN.
Con referencia a la figura 2, cada canal de
comunicaciones 50, 52 incluye un FL, que lleva información desde
las BTS 42, 44 a las MS 46, 48, y un RL que lleva información desde
las BTS 42, 44 a las MS 46, 48. La información comunicada entre las
BTS 42, 44 a las MS 46, 48 respectivamente, se requiere para cumplir
con un nivel de fiabilidad predeterminado. En la realización de
ejemplo, la información en el FL se transmite en tramas, y el nivel
de fiabilidad requerido está expresado como una FER objetivo
recibida por las MS 46, 48.
Un procedimiento para conseguir la FER requerida
en un sistema tal como el sistema 30, es la retransmisión de la
información transmitida. Una estación transmisora transmite
información, contenida en tramas, con una primera energía E_{1}.
La información transmitida es recibida por una estación receptora
con una primera tasa de error de tramas FER_{1}, en la que el
subíndice 1 se refiere a la primera transmisión o a la transmisión
original. La estación receptora informa de la primera FER_{1} y la
identidad de aquellas tramas recibidas de vuelta con error a la
estación transmisora. La estación transmisora selecciona una segunda
energía de transmisión E_{2} y retransmite las tramas recibidas
con error. La estación receptora recibe las tramas recibidas con
una segunda tasa de error de tramas FER_{2}, en la que el
subíndice 2 se refiere a la segunda transmisión. Las realizaciones
alternativas pueden incluir cualquier número de retransmisiones, en
las que cada una de las retransmisiones i tiene una
E_{i} y una FER asociadas. Cuando las energías E_{1} y
E_{2} se seleccionen de manera apropiada, la FER efectiva después
de la segunda transmisión será igual a la FER objetivo. En otras
palabras, la tasa de error de tramas total resultante de la
transmisión y de la retransmisión será igual a una FER objetivo.
Existe un número infinito de combinaciones de E_{1} y de E_{2}
que conseguirían una FER efectiva igual a la FER objetivo.
Como los sistemas de comunicaciones, y como los
sistemas de comunicaciones CDMA en particular están limitados por
el ruido, tiene ventajas elegir E_{1} y E_{2} de una manera que
produzca una energía de transmisión total mínima. La energía total
de transmisión (E) es igual a la energía usada para la primera
transmisión más la energía para la retransmisión de esas tramas
recibidas inicialmente con errores, en donde <E> = E_{1} +
f(E_{1})\cdotE_{2}. E_{1} es la energía para
la primera transmisión, E_{2} es la energía para la
retransmisión, y f(E_{1}) es una tasa de error de tramas
para la transmisión con energía E_{1}. La condición de que la FER
efectiva sea igual a la FER objetivo se puede expresar como
T_{FER} = f(E_{1})\cdotf(E_{2}), en
donde T_{FER} es la tasa de error de tramas objetivo. La tasa de
error de tramas efectiva es el producto de f(E_{1}), una
tasa de error de tramas para la transmisión con energía E_{1}, y
f(E_{2}), una tasa de error de tramas para la transmisión
con energía E_{2}.
La tarea de seleccionar E_{1} y E_{2} para
la energía mínima total <E>, mientras se asegura que la FER
efectiva después de la segunda transmisión será igual a la FER
objetivo, es equivalente a resolver (E) sujeta a T_{FER}. Dicha
solución requiere el conocimiento de la FER como una función de la
energía o una medida de la energía, en donde FER = f(E). La
medida de la energía E puede, por ejemplo, ser la relación de la
energía por bit respecto al ruido (E_{b}/N_{0}). Esta relación
es una función de varias variables, incluyendo, poro no
limitándose, a la atenuación, el desvanecimiento, el número de
multitrayectos, la velocidad relativa de la estación remota con
respecto a la estación base, etc.
La retransmisión proporciona la corrección de
errores en un sistema de comunicación inalámbrica que es aplicable
de manera particular a transmisiones de datos empaquetados. La
retransmisión se puede realizar a un nivel de energía aumentado con
respecto al nivel de energía de la transmisión original. Se hace
referencia al proceso de aumentar el nivel de energía usado para la
retransmisión como "aumento de potencia". En una realización,
el aumento de la potencia supone que el nivel de energía de la
primera transmisión no fue el suficiente como para conseguir la
tasa de error de tramas objetivo, y por lo tanto, se aplica energía
aumentada a la retransmisión posterior. El aumento de la potencia
reduce la energía total usada para conseguir una FER objetivo en
comparación con la retransmisión a un mismo nivel de energía que el
de la transmisión original, es decir, igual caso de energía.
Como se ilustra en la figura 3, para el caso de
una única transmisión que satisfaga la FER objetivo, la FER_{0}
corresponde a una transmisión a un nivel de potencia E_{0}. En el
nivel de energía E_{0}, las tramas transmitidas son recibidas con
una FER aceptable para permitir un procesamiento adicional. En un
único escenario de transmisión, el bucle externo de control de
potencia ajusta el nivel de energía E_{0} en respuesta a la FER de
la transmisión recibida. La FER se puede proporcionar desde el
receptor de vuelta a la estación base por medio de un mensaje de
FER. En una realiza-
ción, la estación móvil proporciona un bit de indicación de error, EIB como realimentación para la estación base.
ción, la estación móvil proporciona un bit de indicación de error, EIB como realimentación para la estación base.
La figura 4 ilustra una especificación para la
transmisión y para la retransmisión. En una realización, se usa
igual energía para la transmisión y para la retransmisión. La FER
objetivo se consigue por medio de la aplicación de FER_{1} a la
transmisión, y de FER_{2} a la retransmisión. La FER total
efectiva es igual a FER_{1} * FER_{2}. En la primera
transmisión, el nivel de energía se fija a E_{1}, mientras que la
retransmisión aplica un nivel de energía E_{2}.
De acuerdo con un escenario de potencia igual,
FER_{1} es igual a FER_{2} y los correspondientes niveles de
energía son iguales, es decir, E_{1} = E_{2}. Se da una FER
objetivo como FER_{1} * FER_{2}. En este caso, los niveles de
energía individuales, E_{1} y E_{2} son cada uno de ellos
menores que el nivel de energía E_{0} del caso de la transmisión
única de la figura 3.
De acuerdo con una realización, los valores de
FER especificados no son iguales, sino que más bien FER_{1} es
menor que FER_{2}. La energía menor se aplica a la transmisión
original con el fin de reducir la potencia de transmisión y se usa
para conseguir la FER objetivo. Si la primera transmisión consigue
la FER objetivo, no existe una retransmisión de datos. En contraste
a esto, si la primera transmisión no consigue la FER objetivo, se
procesa una retransmisión a un nivel de energía aumentado E_{2}.
El aumento en la energía supone que E_{1} fue insuficiente para
conseguir la FER objetivo.
De acuerdo con una realización, E_{1} y
E_{2} se mantienen a una relación predeterminada. El control de
la potencia como se ilustra en la figura 5 se usa para ajustar la
E_{1} para conseguir la FER_{1} especificada. En respuesta a
esto, el valor de E_{2} se calcula en base al valor ajustado de
E_{1}para mantener la relación predeterminada. El mantenimiento
de la relación entre puntos fijados de energía se lleva a la
práctica de una manera fácil por medio de una instrucción
software.
En una realización alternativa, los bucles de
control de la potencia en paralelo, tales como los que se ilustran
en la figura 5, son usados para ajustar E_{1} y E_{2}. Los
errores de trama de retransmisión se usan para ajustar el nivel de
energía E_{2}, mientras que los errores de trama de transmisión se
usan para ajustar el nivel de energía E_{1}. El ajuste dinámico a
diferentes valores de FER proporciona un control de la potencia
mejorado. En este caso, se aplica un criterio para actualizar los
valores de la FER tal como un disparador de actualizaciones. En una
realización, el ajuste de la FER se dispara al producirse la
ocurrencia de un error. Las realizaciones alternativas pueden
ajustar la FER al producirse la ocurrencia de un número
predeterminado de errores. De manera adicional, los ajustes de
E_{1} y de E_{2} pueden ser diferentes permitiendo que la
relación entre ellas cambie. En una realización, los valores de paso
para los ajustes incrementales para ajustar E_{1} y E_{2} son
direccionales, en los que se usa un primer valor para incrementar
E_{1} y un segundo valor para incrementar E_{2}. De manera
similar, de acuerdo con una realización, se usa un tercer valor
para disminuir E_{1} y un cuarto valor para disminuir E_{2}. Las
realizaciones alternativas pueden usar un mismo valor para
cualquiera de los pasos de incremento o pueden usar cualquier
combinación de valores de incremento. De manera similar, los
valores de incremento se pueden ajustar de manera dinámica en base
al rendimiento del sistema.
La figura 5 ilustra el bucle exterior de control
de potencia en el que la estación base aplica un ajuste en forma de
diente de sierra al nivel de energía de transmisión como respuesta a
la realimentación proveniente de la estación móvil. El proceso es
ilustrado como una función del tiempo. Para una transmisión dada
entre una estación base y una estación móvil, la estación base
ajusta la energía de transmisión en respuesta a un EIB recibido
(que no se muestra). La afirmación del EIB corresponde a una
indicación de error de trama, mientras que la negación del EIB
corresponde a ningún error de tramas. Al producirse la afirmación
del EIB, la energía de transmisión se ve incrementada en un valor
de incremento predeterminado o tamaño de paso. Al producirse la
negación del EIB, la energía de la transmisión se ve disminuida en
un valor de disminución predeterminado o tamaño de paso. En el
instante t_{1} se indica un primer error de trama por medio de la
afirmación del EIB. En respuesta a esto, la estación base
incrementa o refuerza el nivel de energía para la siguiente
retransmisión. Como se ilustra, en los instantes de tiempo t_{2,}
t_{3}, t_{4,} los errores de trama_{ }de las tramas recibidas
se encuentran por debajo de una FER objetivo, y los correspondientes
EIB son negados. Al producirse la ocurrencia de cada negación de
EIB, el nivel de energía de transmisión se ve disminuido en una
cantidad predeterminada. En el instante de tiempo t_{5} se
detecta un segundo error de trama y se afirma el EIB
correspondiente. Como respuesta a esto, la estación base aumenta la
energía de la transmisión. De acuerdo con una realización, la
relación del tamaño del paso es igual a 1/FER. El mensaje de error
puede ser un EIB, o de manera alternativa puede ser un acuse de
recibo negativo o señal NAK. Las realizaciones alternativas pueden
implementar cualquier señal que proporcione información a la
estación base con relación a la calidad de la transmisión y/o de la
retransmisión, tal como acusando el recibo de la transmisión o
acusando el recibo de que la transmisión se recibió de manera
incorrecta.
La figura 6 ilustra la relación entre la
intensidad de la señal de tráfico y la intensidad de la señal de
piloto de acuerdo con una realización. Como se ilustra, durante una
primera parte del funcionamiento, la relación de tráfico respecto
de piloto se mantiene en una primera relación etiquetada como
RELACIÓN 1. El transmisor puede reforzar la relación a RELACIÓN 2
como respuesta al traspaso duro entre frecuencias u otro evento. De
acuerdo con una realización, un sistema de comunicación inalámbrica
realiza el control de potencia de la señal de piloto, tal como la
señal de piloto del RL. Al producirse la ocurrencia de las tasas de
error de tramas, la relación TR/P se ajusta como se ilustra en la
figura 6. Una vez que se ha ajustado la señal de piloto en
respuesta al control de la potencia, se calculan las energías de
transmisión y de retransmisión respectivamente como relaciones
TR/P, mientras que el piloto se mantiene a un nivel constante. Como
se ilustra en la figura 6, RELACIÓN 1 corresponde a la transmisión,
mientras que RELACIÓN 2 corresponde a la retransmisión. Mientras
que el piloto permanezca a un nivel de energía constante, las
energías de transmisión y de retransmisión son determinadas con
respecto a su relación con el nivel de energía de piloto. De acuerdo
con una realización, el control de potencia se realiza sobre la
señal de piloto del RL y las energías de transmisión y de
retransmisión se ajustan en respuesta a lo anterior. Las relaciones
TR/P asociadas con la transmisión y con la retransmisión se pueden
ajustar de manera dinámica una con respecto a la otra en respuesta
al funcionamiento del sistema. La relación o las relaciones TR/P
son determinadas para conseguir una FER objetivo.
Para implementar el control de potencia de bucle
externo, a menudo las FER objetivo para la transmisión y para la
retransmisión son determinadas fuera de línea mediante simulación
para proporcionar un rendimiento robusto y consistente sobre una
variedad de condiciones operativas. En general, la FER de
transmisión o FER_{1} no es igual a la FER de retransmisión o
FER_{2}.
La figura 7 ilustra un procedimiento 100 para
implementar el control de potencia de bucle exterior en la estación
base. El proceso se inicia en el paso 102 por medio de la
inicialización de E_{1} y E_{2} antes de la transmisión. Los
valores por defecto de FER_{1} y de FER_{2} así como de E_{1}
y de E_{2} se determinan antes de la transmisión y pueden estar
basados en simulaciones hechas para optimizar el rendimiento del
sistema. Se pueden usar una variedad de criterios para determinar
los valores por defecto. En una realización, los valores por
defecto se usan para iniciar las transmisiones, en la que los
valores se actualizan en base a la realimentación proveniente de la
estación móvil con relación a los errores de tramas recibidos. En el
rombo de decisión 104, la estación base determina si se envío por
parte de la estación móvil un mensaje de error de trama. Si no se
recibió ningún mensaje de error de trama, el proceso continúa con el
paso 108 para disminuir el nivel de energía E_{1}. Si se recibió
un mensaje de error en el rombo de decisión 104, la estación base
aumenta el nivel de energía E_{1} en el paso 106. Después del
ajuste de E_{1}, el procesado continúa con el paso 110 para fijar
E_{2} igual a E_{1} más un valor delta. Después de un período de
tiempo predeterminado, el procesado vuelve al rombo de decisión 104
para comprobar la recepción de un mensaje de error. En una
realización, el mensaje de error de trama es un mensaje EIB, en el
que el ajuste de E_{1} es de acuerdo con un patrón de diente de
sierra, tal como se ilustra en la figura 5. De esta manera, el
ajuste en diente de sierra se hace al nivel de energía E_{1} de
la primera transmisión, mientras que el nivel de energía de
retransmisión E_{2} se calcula como una función de E_{1}. Como
la mayoría de los errores ocurren en la primera transmisión, el
nivel E_{1} se ajusta primero, mientras que se mantiene una
diferencia entre E_{1} y E_{2.} La diferencia entre E_{1} y
E_{2} puede ser un valor fijo predeterminado o puede ser ajustado
de manera dinámica como una función del rendimiento. En una
realización, E_{2} es una función de E_{1}, en la que la
diferencia entre E_{1} y E_{2} cambia de acuerdo con el
rendimiento del enlace.
La figura 8 ilustra un procedimiento alternativo
150, en el que tanto E_{1} como E_{2} son actualizados para
proporcionar la FER_{1} y la FER_{2} objetivos, respectivamente.
Los valores de E_{1} y de E_{2} se inicializan en el paso 152.
De acuerdo con una realización, los valores para FER_{1} y para
FER_{2} son determinados fuera de línea por medio de la
simulación por ordenador usando información estadística relativa al
funcionamiento del sistema y al tipo de datos transmitidos. Los
valores de inicialización de E_{1} y de E_{2} se pueden
determinar también fuera de línea como una función de los valores de
la FER_{1} y de la FER_{2}, respectivamente. En el rombo de
decisión 154 el procedimiento incluye una determinación de si la
comunicación actual es una transmisión o una retransmisión. En la
primera transmisión, el procesado continúa hasta el trayecto del
rombo de decisión 156. Si se detecta un error de trama en el rombo
de decisión 156, el punto de reglaje de energía E_{1} se
incrementa o se aumenta en el paso 158, de lo contrario el punto de
reglaje de energía es disminuido o decrementado en el paso 160. La
presente realización implementa de manera efectiva un ajuste de
diente de sierra similar al que se ilustra en la figura 5. Los
valores de incremento y de decremento pueden ser valores fijos
predeterminados, o pueden ser ajustados de manera dinámica en base
al funcionamiento del sistema. En una realización, el valor
incrementado y el valor decrementado tienen un valor absoluto
igual. A partir de los pasos 158 y 160, el punto de reglaje de
energía E_{1} se actualiza en el paso 162 y después de un período
de tiempo predeterminado el procesado vuelve al rombo de decisión
154 para la siguiente comunicación. De acuerdo con una realización,
la siguiente comunicación es la siguiente trama.
Continuando con el procedimiento 150 de la
figura 8, para una retransmisión, el procesado continúa desde el
rombo de decisión 154 al trayecto del rombo de decisión 164. Si se
detecta un error de trama en el rombo de decisión 164, el punto de
reglaje de energía E_{2} se incrementa o se aumenta en el paso
166, de lo contrario el punto de reglaje de energía se decrementa o
se disminuye en el paso 168. La presente realización implementa de
manera efectiva un ajuste en forma de diente de sierra independiente
similar al que se ilustra en la figura 5 para el punto de reglaje
de energía E_{2}. Los valores de incremento y de decremento pueden
ser valores fijos predeterminados o pueden ser ajustados de manera
dinámica en base al funcionamiento del sistema. En una realización
el valor de incremento y el valor de decremento tienen el valor
absoluto igual. A partir de los pasos 166 y 168 el punto de reglaje
de energía E_{2} se actualiza en el paso 170 y después de un
período de tiempo predeterminado el procesado vuelve al rombo de
decisión 154 para la siguiente comunicación.
Nótese que las realizaciones alternativas pueden
implementar múltiples retransmisiones, cada una de las cuales tiene
asociada una FER tal como la FER_{i} y un punto de reglaje de
energía asociado E_{i}. Los valores de cada uno de los E_{i}
pueden ser el mismo que el valor ajustado de E_{2}, o pueden ser
calculados de manera individual en un trayecto de procesado similar
al trayecto del rombo de decisión 164. En una realización, el valor
o los valores de E_{i} se calculan como función o como funciones
de E_{2}, para mantener una relación predeterminada con
E_{2}.
La figura 9 es un diagrama de bloques de una
realización de ejemplo de una estación transmisora operativa en un
sistema de comunicación inalámbrica. La información que va a ser
transmitida es generada por medio de una fuente de datos 302, y es
entregada a un elemento de canal 304 que particiona los datos,
codifica CRC los datos e inserta bits de cola de código como se
requiere por parte del sistema. El elemento de canal 304 después
codifica de manera convolucional los datos, los bits de paridad CRC
y los bits de cola de código, intercala los datos codificados,
aleatoriza los datos intercalados con la secuencia PN larga de
usuario y cubre los datos aleatorizados con una secuencia de Walsh.
El elemento de canal 304 proporciona después los datos cubiertos a
una etapa de ganancia 306, que dimensiona los datos en respuesta a
una señal proveniente de un procesador 308, de forma que los datos
con la energía requerida E_{i} se entregan a un transmisor 310.
El transmisor 310 expande los datos dimensionados con las secuencias
cortas PN_{I} y PN_{Q}, Los datos expandidos son después
modulados con las sinusoides en fase y en cuadratura de fase, y la
señal modulada se filtra, se convierte a una frecuencia superior y
se amplifica. La señal se transmite sobre el canal directo si la
estación transmisora es una estación base, o sobre un canal inverso
si la estación transmisora es una estación remota.
La señal de realimentación proveniente de la
estación receptora es recibida por medio de una antena 314, y se
entrega al receptor 316. El receptor 316 filtra, amplifica,
convierte a una frecuencia inferior, demodula en cuadratura y
cuantifica la señal. Los datos digitalizados se entregan al
demodulador 318 que desexpande los datos con las secuencias cortas
PN_{I} y PN_{Q}, y descubre los datos desexpandidos con la
secuencia de Walsh. Los datos desexpandidos provenientes de
diferentes correladores dentro del demodulador 318 son combinados y
desaleatorizados con la secuencia PN larga de usuario. Los datos
desaleatorizados (o demodulados) se entregan al descodificador 320
que realiza la inversa de la codificación realizada dentro del
elemento de canal 304. Los datos descodificados se entregan a un
colector de datos 322 y al procesador 308.
El procesador 308 está configurado para
controlar la etapa de ganancia 306 para dimensionar los datos que
se vayan a transmitir a una potencia. El procesador 308 es sensible
a la información proporcionada por el descodificador 320, si se
recibió la transmisión en la estación receptora sin errores. El
procesador 308 controla además la fuente de datos 302 junto con el
elemento de canal 304 y la etapa de ganancia 306 para retransmitir
tramas de información que se hayan recibido con errores con la
siguiente energía disponible.
La figura 10 es un diagrama de flujo que muestra
la estimación de carga de acuerdo con un sistema inalámbrico, tal
como se ilustra en la figura 9. El diagrama de flujo comienza en el
bloque 202 en el que la estación transmisora evalúa la FER como una
función de la energía. En una realización, la estación transmisora
evalúa de manera adaptativa la información de realimentación
recibida desde la estación de recepción. En otra realización, la
estación de transmisión evalúa las condiciones de un canal de
transmisión, por ejemplo, el desvanecimiento, el número de
multitrayectos, la velocidad relativa de la RS y de la BS, la
velocidad de datos. La estación transmisora usa después una tabla
de consulta que contiene una FER simulada como una función de la
energía para todas las condiciones potenciales de canal, para
seleccionar la relación apropiada para condiciones dadas.
En el bloque 204, la estación transmisora lee la
FER requerida. En el bloque 206, la estación transmisora evalúa la
energía de transmisión para la transmisión inicial E_{1}, y para
las retransmisiones potenciales E_{2},..., E_{N}, de acuerdo
con los principios esbozados con anterioridad. De esta manera, la
estación transmisora puede usar una solución precalculada en forma
de una tabla de consulta cuando sea apropiado, o resolución de
algoritmos por medio de procedimientos analíticos o numéricos.
En el bloque 208, la estación transmisora
transmite una trama de la información con la energía de transmisión
fijada a un valor E_{1}. En el bloque 210, la estación transmisora
evalúa si la trama de información se recibió sin errores. Si el
informe proveniente de la estación receptora es positivo, el flujo
se reinicia en el bloque 202. Si el informe proveniente de la
estación receptora es negativo, la estación transmisora evalúa en
el rombo de decisión 212 si existe otra energía de transmisión
E_{2},..., E_{N}. Si el resultado de la evaluación es positivo,
la estación transmisora continúa en el bloque 214, por medio de la
retransmisión de tramas de información que se hayan recibido con
errores con la siguiente energía disponible, y el flujo retorna al
bloque 210. Si el resultado de la evaluación es positivo, la
estación transmisora informa del fallo a un algoritmo de nivel
superior en el bloque 216, y el flujo continúa en el bloque 202.
Nótese que los procedimientos ilustrados en las
figuras 7 y 8 son también aplicables a un sistema tal como el que
se ilustra en la figura 9. El software para ajustar los puntos
fijados de energía puede almacenarse en el procesador 308 o se
puede almacenar en una localización de almacenamiento de memoria
alternativa (que no se muestra). Los puntos fijados de energía
ajustados son transmitidos a una estación remota a través de un
transmisor 310 y una antena 312. El mensaje o los mensajes de error
tales como un mensaje EIB o un indicador de error de trama, etc.
Son recibidos por un receptor 316 a través de la antena 314.
De acuerdo con una realización, las
inicializaciones del punto de reglaje de energía de transmisión
E_{1} y del punto de reglaje de energía de retransmisión E_{2}
se realizan por parte del procesador 308. De manera similar, el
procesador 308 determina si se recibió un mensaje de error desde una
estación remota, y aumenta o disminuye E_{1} en respuesta a esto.
El procesador 308 ajusta también E_{2} en respuesta a E_{1}. El
valor delta se puede determinar por parte del procesador 308 o se
puede almacenar en un dispositivo de almacenamiento de memoria (que
no se muestra).
De acuerdo con otra realización, el procesador
308 ajusta el punto de reglaje de transmisión E_{1} de la primera
transmisión, y ajusta el punto de reglaje de retransmisión E_{2}
en la retransmisión. En esta realización, el procesador 308
determina si la comunicación actual es una transmisión o una
retransmisión. Para una transmisión, si se recibe un error de
trama, el procesador 308 aumenta E_{1}, de lo contrario el
procesador 308 disminuye E_{1}. Para una retransmisión, si se
recibe un error de trama, el procesador 308 aumenta E_{2}, de lo
contrario el procesador 308 disminuye E_{2}. Los valores de
incremento y de decremento se pueden predeterminar a un valor
fijado o pueden ajustarse de manera dinámica en base el rendimiento
del sistema o de algunos otros criterios. En esta realización, el
procesador 308 ajusta cada punto de reglaje de energía E_{1} y
E_{2} de manera independiente, en el que el ajuste de E_{2} no
es necesariamente una función del ajuste de E_{1}. En una
realización, los ajustes de E_{1} y de E_{2} se hacen de acuerdo
con un ajuste en forma de dientes de sierra tal como se ilustra en
la figura 5.
En una realización, el control de potencia es
implementado en la capa física. La implementación de capa física
proporciona la velocidad para el ajuste de retransmisión. Como la
capa física implementa los procesos ordenados por las capas
superiores, no es fácil conservar un seguimiento de la calidad de la
transmisión y/o de la retransmisión. En una realización
alternativa, el control de la potencia se realiza en la capa RLP que
está mejor adaptada para la contabilidad implicada en el
seguimiento de la calidad de la transmisión y/o de la retransmisión.
La capa RLP introduce un retardo en el procesado y por lo tanto no
puede ajustar los puntos fijados de energía de una manera tan
precisa.
Los que fueran expertos en la técnica
comprenderían que la información y que las señales se pueden
representar usando cualquiera de una variedad de diferentes
tecnologías y técnicas. Por ejemplo, datos, instrucciones, órdenes,
información, señales, bits, símbolos y segmentos a los que se puede
hacer referencia en toda la descripción anterior y que pueden ser
representados por medio de tensiones, corrientes, ondas
electromagnéticas, campos o partículas magnéticos, campos o
partículas ópticas o cualquier combinación de los mismos.
Los que sean expertos en la técnica apreciarán
además que los varios bloques lógicos, módulos, circuitos y pasos
de algoritmos ilustrativos descritos junto con las realizaciones
descritas en este documento se pueden implementar como hardware
electrónico, como software de ordenador o como una combinación de
ambos. Para ilustrar de una manera clara esta intercambiabilidad de
hardware y de software, se han descrito con anterioridad varios
componentes, bloques, módulos, circuitos y pasos ilustrativos por lo
general en términos de su funcionalidad. Si dicha funcionalidad se
implementa como hardware o como software depende de la aplicación
particular y de las restricciones de diseño impuestas sobre el
sistema global. Los expertos pueden implementar la funcionalidad
descrita de maneras variables para cada una de las aplicaciones
particulares, pero dichas decisiones de implementación no se
deberían interpretar como que provocan una salida del alcance de la
presente invención.
Los varios bloques lógicos, módulos y circuitos
ilustrativos descritos junto con las realizaciones descritas en
este documento se pueden implementar o se pueden realizar con un
procesador de propósito general; Un Procesador Digital de la Señal,
DSP; un Circuito Integrado Específico de la Aplicación, ASIC; una
Matriz de Puertas Programable en Campo, FPGA; u otros dispositivos
lógicos programables; puertas discretas o lógica de transistores;
componentes hardware discretos; o cualquier combinación de los
mismos diseñada para realizar las funciones descritas en este
documento. Un procesador de propósito general puede ser un
microprocesador; pero en la realización alternativa, el procesador
puede ser un procesador convencional, un controlador, un
microcontrolador o una máquina de estados. Un procesador también se
puede implementar como una combinación de dispositivos de cómputo,
por ejemplo, una combinación de un DSP y de un microprocesador, una
pluralidad de microprocesadores, uno o más microprocesadores junto
con un núcleo DSP o cualquier otra de tales configuraciones.
\newpage
Los pasos de un procedimiento o de un algoritmo
descritos junto con las realizaciones descritas en este documento
se pueden realizar directamente en hardware, en un módulo software
ejecutado por un procesador o en una combinación de los dos. Un
módulo software puede residir en una Memoria de Acceso Aleatorio,
(RAM); una memoria flash, una memoria de sólo lectura, ROM;
una ROM eléctricamente programable, EPROM; una ROM programable que
se puede borrar eléctricamente, EEPROM; registros; disco duro; un
disco extraíble, una ROM en disco compacto, CD-ROM;
o cualquier otra forma de medio de almacenamiento conocido en la
técnica. Un medio de almacenamiento de ejemplo se acopla al
procesador, de forma que el procesador pueda leer información desde,
y escribir información en el medio de almacenamiento, en la
realización alternativa, el medio de almacenamiento puede ser
integrado al procesador. El procesador y el medio de almacenamiento
pueden residir en un ASIC. El ASIC puede residir en un terminal de
usuario. En la realización alternativa, el procesador y el medio de
almacenamiento pueden residir como componentes discretos en un
terminal de usuario.
La descripción anterior de las realizaciones
descritas se proporciona para hacer posible a una persona que sea
experta en la técnica hacer o usar la presente invención. Varias
modificaciones a estas realizaciones serán rápidamente obvias para
los que sean expertos en la técnica, y los principios genéricos
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 debe
otorgársele el alcance más amplio consecuente con los principios y
las características novedosas descritas en este documento.
Claims (13)
1. Un aparato de estación base que
comprende:
- un procesador que es operativo para controlar la transmisión y la retransmisión de datos; y
- un dispositivo de almacenamiento de memoria operativo para almacenar una pluralidad de instrucciones legibles por parte de un ordenador, que comprende:
- un primer conjunto de instrucciones para determinar una tasa de error de tramas de transmisión y una tasa de error de tramas de retransmisión;
- un segundo conjunto de instrucciones para determinar un punto de reglaje de energía de transmisión como una función de la tasa de error de tramas de transmisión y la calidad de la transmisión; y
- un tercer conjunto de instrucciones para determinar un punto de reglaje de energía de retransmisión como una función de la tasa de error de tramas de retransmisión y la calidad de la retransmisión.
2. La estación base de la reivindicación 1, en
la que la calidad de la transmisión se mide por medio de una señal
de indicación de errores recibidos.
3. La estación base de la reivindicación 1, en
la que el punto de reglaje de la energía de transmisión y el punto
de reglaje de la energía de retransmisión se determinan como
relaciones de tráfico respecto de pilotos.
4. La estación base de la reivindicación 1, en
la que el tercer conjunto de instrucciones determina el punto de
reglaje de energía de retransmisión como una función de la tasa de
error de tramas de retransmisión, la calidad de la retransmisión y
el punto de reglaje de energía de transmisión.
5. La estación base de la reivindicación 4, en
la que el tercer conjunto de instrucciones determina el punto de
reglaje de energía de retransmisión por medio de la suma de un valor
delta en el punto de reglaje de energía de transmisión.
6. Un procedimiento para su uso en un sistema de
comunicación inalámbrica, comprendiendo el procedimiento:
- determinar un punto de reglaje de energía de transmisión para conseguir una tasa de error de tramas de transmisión;
- ajustar el punto de reglaje de energía de transmisión al producirse la ocurrencia de un error de transmisión;
- determinar un punto de reglaje de energía de retransmisión para conseguir una tasa de error de tramas de retransmisión; y
- ajustar el punto de reglaje de energía de retransmisión al producirse la ocurrencia de un error de retransmisión.
7. El procedimiento de la reivindicación 6, en
el que el ajuste del punto de reglaje de la energía de retransmisión
comprende de manera adicional:
- ajustar el punto de reglaje de energía de retransmisión como una función del punto de reglaje de energía de transmisión.
8. El procedimiento de la reivindicación 6, en
el que el ajuste del punto de reglaje de energía de retransmisión
comprende de manera adicional:
- ajustar el punto de reglaje de energía de retransmisión para conseguir una tasa de error de tramas deseada para la retransmisión.
9. El procedimiento de la reivindicación 6, en
el que el ajuste del punto de reglaje de energía de transmisión
comprende de manera adicional:
- ajustar el punto de reglaje de energía de transmisión para conseguir una tasa de error de tramas deseada para la transmisión.
10. El procedimiento de la reivindicación 6, en
el que la tasa de error de tramas de transmisión es mayor que la
tasa de error de tramas de retransmisión.
11. El procedimiento de la reivindicación 6, en
el que la tasa de error de tramas de transmisión y la tasa de error
de tramas de retransmisión dan como resultado una tasa de error de
tramas total deseada.
12. El procedimiento de la reivindicación 6, en
el que la tasa de error de tramas de transmisión y la tasa de error
de tramas de retransmisión son valores predeterminados.
13. El procedimiento de la reivindicación 6, en
el que la tasa de error de tramas de transmisión y la tasa de error
de tramas de retransmisión son valores dinámicos.
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