BRPI0010635B1 - Método de envio de dados num sistema de comunicação de acesso múltiplo por divisão de código de espectro espalhado sem fio, estação base para o dito sistema de comunicação e equipamento de usuário integrado a tal sistema de comunicação - Google Patents

Description

“MÉTODO DE ENVIO DE DADOS NUM SISTEMA DE COMUNICAÇÃO DE ACESSO MÚLTIPLO POR DIVISÃO DE CÓDIGO DE ESPECTRO ESPALHADO SEM FIO, ESTAÇÃO BASE PARA O DITO SISTEMA DE COMUNICAÇÃO E EQUIPAMENTO DE USUÁRIO INTEGRADO A TAL SISTEMA DE COMUNICAÇÃO” FUNDAMENTOS A invenção diz respeito em geral à alocação de recursos em um sistema de comunicação de acesso múltiplo por divisão de código (CDMA) sem fio. Mais especificamente, a invenção diz respeito a designar canais de enlaces ascendentes e descendentes em resposta às solicitações de acesso por parte do equipamento de usuário.

Figura 1 mostra um sistema de comunicação de acesso múltiplo por divisão de código (CDMA) de espectro espalhado sem fio 18. Uma estação base 20 comunica-se com um equipamento de usuário (UE) 22-26 em sua área operacional. Em um sistema CDMA de espectro espalhado 18, sinais de dados são comunicados entre UEs 22-26 e a estação base 20 através da mesma largura de banda espalhada. Cada sinal de dados na largura de banda compartilhada é espalhado com uma sequência de código de chip singular. Mediante a recepção, utilizando uma réplica da sequência de código de chip, um sinal de dados em particular é recuperado. Já que sinais são distinguidos por suas sequências de código de chip (código), canais de comunicação dedicados separados são criados usando-se diferentes códigos. Sinais a partir da estação base 20 para os UEs 22-26 são enviados em canais de enlace descendente e sinais a partir dos UEs 22-26 para a estação base 20 são enviados em canais de enlace ascendente. Para a detecção coerente das transmissões de enlace descendente por parte dos UEs 22-26, os sinais piloto são transmitidos para todos os UEs 22-26 na faixa operacional da estação base. Os UEs 22-26 condicionam seus receptores baseados nos sinais piloto para permitir a recepção de dados.

Em vários sistemas CDMA,um canal de pacote comum (CPCH) é utilizado para transmissões de enlace ascendente. Um canal CPCH é capaz de portar pacotes de dados de diferentes UEs 22-26. Cada pacote é distinguido por seu código. Para detecção por parte da estação base 20, os pacotes possuem um preâmbulo que também o distingue dos outros pacotes. O CPCH é tipicamente utilizado para portar dados comunicados com pouca frequência a altas taxas.

Figura 2 mostra um esquema de acesso CPCH 28. O esquema de acesso CPCH 28 é um tempo dividido em intervalos possuindo intervalos de tempo 30-34, tais como 8 intervalos de tempo, propostos para o Sistema Móvel de Telecomunicações de Terceira Geração (IMT-2000). Um grupo de assinaturas predeterminadas 36-40 são designadas para tais intervalos de tempo 30-34 para permitir que mais de um UE 22-26 utilize o mesmo intervalo de tempo 30-34. Uma assinatura em particular empregada em um intervalo de tempo específico é referida como uma oportunidade de acesso 66-82. Por exemplo, para cada um dos 8 intervalos de tempo na referida proposta para IMT-2000, uma dentre 16 assinaturas está disponível para ser escolhida, resultando em 128 oportunidades de acesso. Cada assinatura 36-40 é previamente designada a um canal virtual. Um canal virtual define, singularmente, parâmetros de operação para ambos os enlaces ascendentes e descendentes, isto é, um fator de espalhamento de enlace ascendente e um código singular para o enlace descendente.

Radiodifusão a partir da estação base 20 para cada UE 22-26 é a disponibilidade de cada canal virtual através de um canal de indicação de acuse de recebimento (AICH). Tal UE 22-26 monitora o dito AICH para determinar a disponibilidade de cada canal virtual. Com base nos parâmetros de operação necessários pelo UE 22-26 e na disponibilidade dos canais virtuais, o dito UE determina a oportunidade de acesso para selecionar. Depois de identificar uma oportunidade de acesso particular, a estação base 20 envia uma mensagem de aviso de recebimento (ACK), se o canal de enlace descendente correspondente ainda estiver disponível. Naquela proposta para IMT-2000, ACK simplesmente repete as assinaturas 36-40 associadas com a tentativa de acesso. Se o canal de enlace descendente não estiver disponível, um aviso de recebimento negativo (NAK) é enviado.

Após receber um aviso de recebimento correspondente, os UEs 22-26 determinam o código adequado para recuperar as comunicações no canal de enlace descendente com base na oportunidade de acesso 66-82 utilizada para enviar o pacote dos UEs. Ou armazenada nos UEs 22-26, ou transmitida em um Canal de Radiodifusão da Estação Base, está uma lista dos códigos designados para cada oportunidade de acesso 66-82. Esse esquema aumenta severamente a probabilidade de colisão do pacote, e, por conseguinte, o retardo do pacote que é indesejável.

Em algumas situações, a monitoração do AICH não é desejável. Em um momento específico, alguns UEs 22-26 estarão operando em um modo inativo (“sleep”). No modo “sleep”, tal UE 22-26 roda apenas quando há uma necessidade de enviar dados. A monitoração do AICH durante o modo “sleep” irá reduzir a vida útil da batería e irá introduzir um retardo na transmissão do primeiro pacote. Adicionalmente, quando um UE 22-26 estiver fazendo fronteira entre duas áreas de operação de estação base, monitoração de múltiplos AICHs exacerba ainda mais essas desvantagens. A monitoração cria outros problemas. Complica adicionalmente o circuito de recepção do UE, tomando o UE 22-26 mais caro. A monitoração resulta em um uso abaixo do ideal do CPCH. A monitoração do AICH provê informação quando um canal se toma ocupado. O momento no qual o canal se toma livre é deduzido no pior caso de extensão de pacote máxima. Se um pacote não tiver extensão máxima, o canal permanecerá inativo enquanto os UEs 22-26 estiverem aguardando para transmitir. Por outro lado, se a monitoração não for realizada num sistema desse tipo, a informação sobre disponibilidade de canal estará indisponível. O UE 22-26 pode escolher, de forma randômica, um canal virtual ocupado aumentando o retardo do pacote causando-se uma colisão. Consequentemente, seria desejável se permitir que os UEs 22-26 aguardem um período menor do que a extensão de pacote máxima e forneçam algum outro mecanismo de redução de colisão.

Uma técnica para se reduzir a possibilidade de colisão é elevar o número de códigos, por exemplo, para 128 códigos diferentes. Em tal proposta para o IMT-2000, as 128 sequências representam aproximadamente metade das sequências disponíveis na estação base 20. Consequentemente, essa solução é indesejável. Adicionalmente, uma vez que a monitoração do AICH complica o circuito do receptor do EU, aumentando o seu custo, a mesma é indesejável. W09849857 revela um sistema para transmitir pacotes de acesso aleatório a partir de estações móveis para uma estação base. Uma assinatura de preâmbulo é adicionada a cada pacote a ser transmitido pela estação móvel num intervalo de tempo de quadros repetitivos. A referida assinatura é um código de espalhamento curto que é concatenado com um código de espalhamento longo singular. Os pacotes incluindo o preâmbulo são recebidos pela estação base. O preâmbulo facilita a recuperação de dados do pacote. TIA/EIA-95-B, “Mobile Station-Base Station Systems” divulga uma abordagem para designação de canal num sistema de acesso múltiplo por divisão de código. Uma mensagem de designação de canal é enviada para uma estação móvel. A mensagem indica informação acerca de um canal, tal como seu código de espalhamento. Consequentemente, uma abordagem alternativa para se designar canais virtuais é desejável.

SUMÁRIO

Equipamento de usuário selecionado transmite uma assinatura num intervalo selecionado dos intervalos de tempo do canal de pacote comum. A estação base, em resposta à recepção da assinatura transmitida, seleciona um código não utilizado no momento, se houver a disponibilidade, a partir de uma pluralidade de códigos associados com a oportunidade de acesso definida pela assinatura selecionada e intervalo de tempo selecionado. Aquela estação base transmite um sinal de aviso de recebimento compreendendo um identificador do código selecionado. O equipamento de usuário selecionado recebe o sinal de aviso de recebimento. O equipamento de usuário selecionado e a estação base comunicam-se utilizando o código selecionado. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS Figura 1 é uma ilustração de um sistema típico de comunicação CDMA de espectro espalhado sem fio.

Figura 2 é uma ilustração de um esquema de acesso de canal de pacote comum.

Figura 3 é uma ilustração designando canais virtuais.

Figura 4 é um gráfico da probabilidade de uma colisão versus a demanda para a técnica anterior e para a designação de canal virtual.

Figura 5 ilustra uma estação base simplificada e equipamento de usuário.

Figura 6 é um circuito de transmissor de identificador.

Figura 7 é um circuito de receptor de identificador.

Figura 8 é uma tabela de uma designação de sequências Golay. Figura 9 é um circuito para detecção daquelas sequências Golay da Figura 8.

Figura 10 é uma tabela de designação para um sistema que tem canais físicos com dois intervalos de tempo.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS

As modalidades preferidas serão descritas com referência àquelas figuras dos desenhos onde sinais de referência similares representam elementos similares por todos eles. A Figura 3 ilustra um esquema de designação de canal virtual. Cada canal virtual 48-64 é definido pelos seus parâmetros operacionais, tais como, o fator de espalhamento de enlace ascendente e o código de enlace descendente. Ademais, ao invés de designar canais virtuais 48-64, os mesmos princípios poderão ser aplicados para designar canais físicos, que são definidos por seu código de enlace descendente.

Para se reduzir o número de canais físicos utilizados e aumentar o nível de potência de cada canal, cada canal físico poderá ser multiplexado, tal como pelo uso de dois intervalos de tempo. O uso dos dois intervalos de tempo elevará a taxa de dados efetiva do canal, tal como de 8 Kbps para 16 Kbps. Num sistema como este, o canal virtual 48-64 também define que sinal multiplexado é designado para o UE 22-26.

Em vez de designar um único canal virtual para cada assinatura 36-40 como na técnica anterior, um conjunto 42-46 de canais virtuais é designado para cada agrupamento 116-120 de oportunidades de acesso. Um agrupamento pode conter todos os canais num grupo ou somente 2 ou 3 canais. Um possível agrupamento do canal virtual pode agrupar todos os canais virtuais com mesma taxa de dados para o enlace ascendente. Para grupos com mesma taxa de dados de enlace ascendente, o UE 22-26 seleciona uma oportunidade de acesso dentre os grupos tendo a taxa de dados de enlace ascendente desejada dos UEs. Outro agrupamento pode ser formado com base na assinatura 36-40 de oportunidades de acesso. Com base na solicitação de acesso selecionada e a prioridade do UE, um dos canais virtuais 48-64 designado para o grupo 116-120 associado com a tentativa de acesso é usado para o UE se disponível. Uma vez que o canal virtual é designado, o mesmo não será designado novamente até que a transação de um UE particular seja concluída. Adicionalmente, um circuito de recepção naquela estação base 20 com a taxa de dados adequada é designado para o UE 22-26.

No sistema da técnica anterior, os UEs 22-26 determinam qual canal é designado para o enlace descendente baseado na oportunidade de acesso 66-82. Designação de canal virtual transmite um identificador de canal 84-88, preferencialmente, juntamente com a ACK, indicando qual do conjunto 42-46 de canais designados para o grupo 116-120 é selecionado. Quando todos dos canais virtuais estiverem no mesmo grupo, o identificador 84-88 indica o canal virtual selecionado. Se nenhum canal estiver disponível dentre o grupo 42-46, um identificador de nenhum canal disponível (NAK) é enviado. Uma vez que mais de um canal virtual fica potencialmente designado para uma tentativa de acesso particular, a probabilidade de colisões de UEs é reduzida.

Figura 4 é um gráfico 91 exibindo a probabilidade de uma colisão (Colisões) versus o número de UEs 22-26 solicitando acesso (Demanda). Como mostrado, as colisões usando 2 ou 3 canais virtuais por grupo (2 estados/AP ou 3 estados/AP) são inferiores àquelas da técnica anterior (monitoração de AICH), independentemente da demanda.

Figura 5 ilustra uma estação base simplificada 20 e um UE 22, para uso na implementação da designação de canal. UE 22 tem um controlador 144 para determinar o código das comunicações de enlace ascendente e enlace descendente. Transmissor de UE 140 envia comunicações, como oportunidades de acesso, e sinais de pacote de enlace ascendente, para a estação base 20. Um receptor de UE 142 recebe comunicações, como mensagens ACK, mensagens NAK e sinais de enlace descendente. A estação base 20 possui um controlador 134 para determinar o código de enlace ascendente e as comunicações de enlace descendente, além de determinar disponibilidade do canal. Um transmissor de estação base 136 envia comunicações, tais como mensagens ACK, mensagens NAK, e sinais de enlace descendente, ao UE 22. O receptor de estação base 138 recebe comunicações, tais como oportunidades de acesso e sinais de pacote de enlace ascendente. Técnicas de envio de identificadores são fixar bits ‘extra’ à ACK ou mudar a fase da ACK para indicar o identificador selecionado. Para um dito sistema utilizando um grupo único de canais virtuais, os bits ‘extra’ identificam o canal virtual selecionado. Circuitos de envio de identificadores por mudança de fase da ACK são apresentados nas Figuras 6 e 7. Os circuitos são capazes de enviar até quatro identificadores de canal, sem um identificador NAK, ou três identificadores de canal com um identificador NAK. No circuito de transmissor 92 da Figura 6, a sequência de ACK é gerada por um gerador de sequência 94. A sequência propriamente dita esta associada com a oportunidade de acesso de preâmbulo e é única para a tentativa de acesso. Várias de tais sequências assim podem ser transmitidas para diversos usuários ao mesmo tempo. A sequência de ACK é passada através de um misturador 96 que multiplica o sinal com +1 ou -1. O sinal misturado é subsequentemente passado através de outro misturador 98, onde o sinal é misturado com uma portadora em fase (cos wt), ou portadora em quadraiura (sen wt). Como resultado daqueles dois misturadores 96, 98, tal ACK transmitida está numa dentre as quatro fases 0o, 90°, 180° ou 270°. Cada identificador 84-88 é previamente designado a uma das fases. O circuito de receptor 114 da Figura 7 é usado para determinar a fase da ACK enviada pelo circuito de transmissor 92 da Figura 6. A ACK é misturada com uma portadora em fase pelo misturador 100 e uma portadora em quadratura pelo misturador 102. Cada um dos sinais misturados é correlacionado com uma réplica da sequência de ACK por meio de dispositivos de correlação de sequência 104, 106. Os sinais de correlação em fase, e ainda, em quadratura são, cada um, negados por meio dos misturadores 108, 110 pela multiplicação dos sinais de correlação por -1. Os dois sinais correlacionados e os dois sinais negados são supridos para um circuito de identificador 112. O dito circuito de identificador 112 determina qual daquelas quatro versões em fase do dito sinal correlacionado possui a maior magnitude. Visto que as transmissões de enlace descendente provenientes da estação base são sincronizadas, e jã que a sua fase é conhecida, o circuito de identificador 112 determina qual identificador 84-88 foi enviado com base na fase da ACK. Uma lista armazenada ou no UEs 22-26 ou transmitida em um Canal de Radiodifusão da Estação Base é utilizada para determinar o canal virtual 48-64 associado com o identificador 84-88 c o grupo 116-120 da solicitação de acesso do UE. Mediante a utilização do canal virtual 48-64 determinado, as transmissões enviadas pela estação base 20 empregando o código do canal de enlace descendente selecionado são recuperadas naquele UE 22-26.

Uma outra técnica para o envio do identificador 84-88 é utilizar a ACK e um sinal de resolução de colisão (CR). Após uma colisão entre UEs 22-26 ser detectada numa estação base 20, em vários sistemas de espectro espalhado, a estação base 20 envia um CR dirigido aos UEs colidentes. O CR possui uma sequência que é associada com um UE 22 específico para detecção por parte do UE 22. Ao inverter a ACK e o CR, um identificador 84-88 é enviado para o UE 22 específico. Uma ACK invertida indica uma NAK. Ao inverter o CR, um canal virtual é designado para +CR, um segundo canal virtual é designado para -CR. Por conseguinte, usando a ACK e CR, um identificador indicando ou uma NAK ou um dos dois canais é enviado. Adicionalmente, usando um CR com múltiplos estados, tais como três, um dos múltiplos canais é designado ao CR.

Alternativamente, o identificador é enviado com um sinal o qual utiliza uma sequência Golay. Uma sequência Golay é construída de sequências curtas, tais como X e Y. Invertendo-se as sequências mais curtas e modificando-se a sua ordem, diversas sequências únicas mais longas poderão ser construídas como ilustrado na tabela 122 da Figura 8. Para se reduzir o tamanho da tabela 122, apenas metade das sequências possíveis estão ilustradas. Pela negação de cada sequência, outra sequência única Golay resulta. Como exibido na Figura 8, a cada UE 22-26 é designado um conjunto único de sequências Golay, tal como 4. Por exemplo, a um usuário 0 é designado quatro sequências, as duas sequências superiores e a negação daquelas sequências. Ao designar um canal virtual para cada uma das sequências Golay, mediante a recepção, o UE 22-26 de recepção determina o código da transmissão de enlace descendente.

Um detector de sequência Golay é ilustrado na Figura 9. O sinal recebido é correlacionado com um Dispositivo de Correlação Golay 123, e ainda intercalado por meio de um intercalador 124 para detectar os códigos curtos. A disposição daqueles códigos curtos para duas sequências designadas dentro dos códigos longos é ilustrada como Assinatura 0 e 1. Utilizando-se os misturadores 125, 126, aquelas assinaturas são misturadas com os códigos curtos detectados.

Somadores 127, 128 são acoplados ao misturador e também aos dispositivos de retardo 129,130. Os dispositivos de retardo 129,130 se apropriam da saída dos somadores 127, 128 e as alimentam de volta àqueles somadores 127, 128, para correlação com a próxima sequência curta. A saída de cada somador 127, 128 determina a sequência Golay do sinal recebido.

Figura 10 ilustra um esquema de designação para um sistema que utiliza a multiplexação de dois intervalos de tempo para os canais físicos. Na tabela 132, a cada uma das dezesseis assinaturas diferentes é designado um código de enlace descendente e um de dois intervalos de tempo. O intervalo de tempo selecionado é indicado pelo identificador transmitido.

Claims (7)

1. Método de envio de dados num sistema de comunicação de acesso múltiplo por divisão de código de espectro espalhado sem fio (18) que possui um canal de pacote comum (28) definido por um conjunto de códigos predeterminado (48-64), o canal de pacote comum possuindo uma pluralidade de oportunidades de acesso (66-82), cada uma definida por um intervalo de tempo (30-34) e assinatura (36-40), o método sendo caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: transmitir uma assinatura (36-40) no canal de pacote comum; receber um sinal de colisão combinado e identificador de canal, o identificador de canal indicando um código selecionado de uma pluralidade de códigos associados com o canal de pacote comum (28) e o identificador de canal sendo associado com a assinatura transmitida (36-40); e comunicar dados utilizando o código selecionado (48-64).

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a assinatura transmitida (36-40) ser selecionada a partir de um conjunto de dezesseis assinaturas e a assinatura ser enviada em um de oito intervalos de tempo.

3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o código selecionado (48-64) ser utilizado para definir um canal físico de enlace descendente para as comunicações de enlace descendente.

4. Estação base (20) para um sistema de comunicação de acesso múltiplo por divisão de código de espectro espalhado sem fio (18), a estação base sendo caracterizada pelo fato de compreender: um receptor (138) para receber uma assinatura (36-40) e dados de pacote através de um canal de pacote comum (28), canal de pacote comum este usando um conjunto de códigos predeterminado (48-64) e possuindo uma pluralidade de oportunidades de acesso (66-82), cada oportunidade de acesso (66-82) definida por um intervalo de tempo (30-34) e uma assinatura (36-40); um controlador de seleção de código (134) associado com dito receptor (138) para selecionar um código de uma pluralidade de códigos; e um transmissor (136) associado com dito controlador (134) para transmitir a um equipamento de usuário (22) um sinal de colisão combinado e identificador de canal, o identificador de canal indicando o código selecionado (48-64) e sendo associado com a assinatura recebida (36-40), por meio do que o transmissor (136) é disposto para enviar comunicações ao equipamento de usuário (22) codificadas com o dito código selecionado.

5. Equipamento de usuário integrado a sistema de comunicação de acesso múltiplo por divisão de código de espectro espalhado sem fio (18) o qual utiliza um canal de pacote comum para comunicação, o canal de pacote comum definido por um conjunto de códigos predeterminado (48-64) e tendo uma pluralidade de oportunidades de acesso (66-82), cada dita oportunidade de acesso (66-82) definida por um intervalo de tempo (30-34) e uma assinatura (36-40), o equipamento de usuário (22-26) sendo caracterizado pelo fato de ter: um meio (140) para transmissão de uma assinatura (36-40); um meio (142) para recepção de um sinal de colisão combinado e identificador de canal, o referido identificador de canal indicando um código selecionado (48-64) e sendo associado com a assinatura transmitida (36-40); e um meio (140) para a comunicação com uma estação base (20) utilizando o código selecionado (48-64).

6. Equipamento de usuário de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a assinatura transmitida (36-40) é selecionada a partir de um conjunto de dezesseis assinaturas e a assinatura é enviada em um de oito intervalos de tempo.

7. Equipamento de usuário de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o código selecionado (48-64) é utilizado para definir um canal físico de enlace descendente para as comunicações de enlace descendente.