BRPI0112403B1 - multiplexação de serviços em tempo real e serviços em tempo não real para sistemas ofdm - Google Patents
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Abstract
"multiplexação de serviços em tempo real e serviços em tempo não real para sistemas ofdm". unidades transmissora e receptora para uso em um sistema de comunicações ofdm e configurável para suportar múltiplos tipos de serviços. a unidade transmissora inclui um ou mais codificadores, um elemento de mapeamento de símbolo, e um modulador. cada codificador recebe e codifica uma corrente de dados de canal respectiva para gerar uma corrente de dados codificada correspondente. o elemento de mapeamento de símbolo recebe e mapeia os dados das correntes de dados codificadas para gerar vetores de símbolo de modulação, com cada vetor de símbolo de modulação incluindo um conjunto de valores de dados utilizados para modular um conjunto de tons para gerar um símbolo ofdm. o modulador modula os vetores de símbolo de modulação para fornecer um sinal modulado adequado para transmissão. os dados de cada corrente de dados codificada são mapeados em um conjunto respectivo de um ou mais 'circuitos'. cada circuito pode ser definido para incluir um número de tons de um número de símbolos ofdm, um número de tons de um símbolo ofdm único, todos os tons de um ou mais símbolos ofdm, ou alguma outra combinação dos tons. os circuitos podem ter tamanho igual ou tamanhos diferentes. circuitos diferentes podem ser utilizados para dados de taxa cheia (por exemplo, fala ativa) e dados de taxa baixa (por exemplo, períodos de silêncio).
Description
(54) Título: MULTIPLEXAÇÃO DE SERVIÇOS EM TEMPO REAL E SERVIÇOS EM TEMPO NÃO REAL PARA SISTEMAS OFDM (51) Int.CI.: H04L 27/26; H04L 5/02 (30) Prioridade Unionista: 12/07/2000 US 09/614,970 (73) Titular(es): QUALCOMM INCORPORATED (72) Inventor(es): AHMAD JALALI; JAY R. WALTON; MARK WALLACE (85) Data do Início da Fase Nacional: 10/01/2003
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MULTIPLEXAÇÃO DE SERVIÇOS EM TEMPO REAL E SERVIÇOS EM TEMPO NÃO REAL PARA SISTEMAS OFDM
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
Campo da Invenção
A presente invenção refere-se à comunicação de dados. Mais particularmente, a presente invenção refere-se a um sistema de comunicações novo e aperfeiçoado empregando modulação por muitiportadoras e possuindo alta eficiência, desempenho aperfeiçoado, e flexibilidade melhorada.
Descrição da Técnica Relacionada
Um sistema de comunicações moderno e atual é requerido para suportar uma variedade de aplicações. Um desses sistemas de comunicações é um sistema de acesso múltiplo por divisão de código (CDMA) que se conforma ao
TIA/EIA/IS-95 Mobile Station-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum System, doravante referido como padrão IS-95. O sistema CDMA suporta comunicação de voz e dados entre usuários através de um link terrestre. A utilização de técnicas CDMA em um sistema de comunicação de acesso múltiplo é descrito na patente U.S. N° 4.901.307, intitulada SPREAD SPECTRUM MULTIPLE ACCESS COMMUNICATION SYSTEM USING SATELLITE OR TERRESTRIAL REPEATERS, e patente U.S. No. 5.103.459, intitulada SYSTEM AND METHOD FOR GENERATING WAVEFORMS IN A
CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM, ambas cedidas para o cessionário da presente invenção e incorporada aqui por referência.
Um sistema CDMA em conformidade com o IS-95 é capaz de suportar serviços de voz e dados através dos links de comunicações de emissão e reverso. Tipicamente, cada chamada de voz ou cada transmissão de dados de tráfego é designada para um canal dedicado possuindo uma taxa de
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dados variável, porém limitada. De acordo com o padrão IS95, os dados de tráfego ou voz são divididos em frames de canal de código que possuem 2 0 ms de duração com as taxas de dados tão altas quanto 14,4 Kbps. Os frames são então transmitidos através do canal designado. Um método para transmitir dados de tráfego em frames de canal de código de tamanho fixo é descrito na patente U.S. N° 5.504.773, intitulada METHOD AND APPARATUS FOR THE FORMATTING OF DATA FOR TRANSMISSION, cedida para o cessionário da presente invenção e incorporada aqui por referência.
Um número de diferenças significativas existem entre as características e requisições dos serviços de voz e dados. Uma diferença é o fato de os serviços de voz imporem restrições e requisições de retardo fixas ao passo que os serviços de dados podem normalmente tolerar quantidades variáveis de retardo. O retardo de via única geral dos frames de fala é tipicamente inferior a 100 ms. Em contraste, o retardo para os frames de dados é tipicamente um parâmetro variável que pode ser vantajosamente utilizado para otimizar a eficiência geral do sistema de comunicações de dados.
A maior tolerância a retardo permite que os dados de tráfego sejam agregados e transmitidos em rajadas, que podem prover um nível superior de eficiência e desempenho. Por exemplo, os frames de dados podem empregar técnicas de codificação (coding) de correção de erro mais eficiente requerendo retardos maiores que não podem ser tolerados pelos frames de voz. Em contraste, os frames de voz podem ser limitados à utilização de técnicas de codificação menos eficiente possuindo retardos mais curtos.
Outra diferença significativa entre serviços de voz e dados é que o primeiro tipicamente requer um grau de serviço fixo e comum (GOS - Grade of Service) para todos os
3/76 usuários, que é normalmente não-requerido ou implementado para o último. Para sistemas de comunicações digitais provendo serviços de voz, isso tipicamente se traduz em uma taxa de transmissão fixa e igual para todos os usuários e um valor tolerável máximo para a taxa de erro dos frames de fala. Em contraste, para serviços de dados, o GOS pode ser diferente de usuário para usuário e também é tipicamente um parâmetro que pode ser vantajosamente otimizado para aumentar a eficiência geral do sistema. O GOS de um sistema de comunicações de dados é tipicamente definido como o retardo total apresentado na transferência de uma quantidade específica de dados.
Outra diferença significativa entre os serviços de voz e dados é que o primeiro requer um link de comunicações confiável que, em um sistema CDMA, é provido por soft handoff. 0 soft handoff resulta em transmissões redundantes de duas ou mais estações base para aperfeiçoar a confiabilidade. No entanto, essa confiabilidade adicional pode não ser requerida para a transmissão de dados visto que os frames de dados recebidos com erro podem ser retransmitidos. Para serviços de dados, a potência de transmissão necessária para suportar o soft handoff pode ser mais eficientemente utilizada para a transmissão de dados adicionais.
Em vista das diferenças significativas notadas acima, é um desafio se projetar um sistema de comunicações capaz de suportar de forma eficiente ambos os serviços de voz e dados. O sistema CDMA IS-95 é projetado para transmitir de forma eficiente os dados de voz, e também é capaz de transmitir dados de tráfego. O projeto da estrutura de canal e o formato de frame de dados pertencente ao IS-95 foram otimizados para dados de voz. Um sistema de comunicações com base em IS-95 que é melhorado
4/76 para serviços de dados é descrito no pedido de patente U.S. N° de Série 08/963.386, intitulado METHOD AND APPARATUS FOR HIGH RATE PACKET DATA TRANSMISSION, depositado em 3 de novembro de 1997, cedido para o cessionário da presente invenção e incorporado aqui por referência.
De acordo com a crescente demanda por comunicação de voz e dados sem fio, . no entanto, um sistema de comunicações sem fio de desempenho maior e eficiência maior capaz de suportar serviços de voz e dados é desejável.
.Sumário da Invenção
A presente invenção provê um sistema de aperfeiçoado capaz de suportar serviços possuindo diferentes Tais tipos de serviços podem comunicações novo e múltiplos tipos de requisições de retardo, incluir, por exemplo, serviços em tempo real full duplex (FDRT - Full Duplex Real Time) que requerem um retardo de via única curto (por exemplo, voz), serviços em tempo real half duplex (HDRT - Half Duplex Real Time) que podem tolerar retardos de via única mais longos, desde que o retardo não varie por uma quantidade grande (por exemplo, vídeo, áudio), serviços em tempo não-real(NRT - Non-Real Time) que não são tão sensíveis aos retardos (por exemplo, dados em pacote), e outros. Os dados para esses diferentes tipos de serviços podem ser eficientemente transmitidos utilizando vários mecanismos, alguns dos quais são descritos abaixo.
Uma modalidade da invenção provê uma unidade transmissora para utilização em um sistema de comunicação de multiportadoras (por exemplo, OFDM) e configurável para suportar múltiplos tipos de serviços. A unidade transmissora inclui um ou mais encodificadores (encoders), um elemento de mapeamento de símbolo, e um modulador. Cada encodificador recebe e codifica (codes) um respectivo fluxo
5/Ί6 de dados de canal para gerar um fluxo de dados codificados correspondentes. O elemento de mapeamento de símbolo recebe e mapeia os dados dos fluxos de dados codificados para gerar modulação de vetores de símbolo, com cada vetor de símbolo de modulação incluindo um conjunto de valores de dados utilizados para modular um conjunto de tons para gerar um símbolo OFDM. Os dados de cada fluxo de dados codificados são mapeados para um conjunto respectivo de um ou mais circuitos, com cada circuito incluindo um conjunto específico de um ou mais tons. O modulador modula os vetores de símbolo de modulação para prover um sinal modulado adequado para transmissão. A unidade transmissora pode adicionalmente incluir um conjunto de elementos de escalonamento que escalonam os fluxos de dados codificados com um conjunto de fatores de escalonamento para prover ajuste de potência.
O modulador pode incluir um transformador de inversa de Fourier, um gerador de prefixo cíclico e um conversor de subida (upconverter). O transformador de inversa de Fourier recebe os vetores de símbolo de modulação e gera uma representação no domínio do tempo de cada vetor de símbolo de modulação para prover o símbolo OFDM correspondente. O gerador de prefixo cíclico repete uma parte de cada símbolo OFDM para gerar um símbolo de transmissão correspondente, e o conversor de subida modula os símbolos de transmissão para gerar o sinal modulado.
Cada circuito pode ser definido para incluir um número de tons a partir de um número de símbolos OFDM (para prover diversidade temporal e de freqüência), um número de tons de um único símbolo OFDM, todos os tons de um ou mais símbolos OFDM, ou algumas outras combinações de tons. Os circuitos podem ter tamanho igual ou tamanhos diferentes.
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Os dados para cada fluxo de dados de canal podem ser transmitidos em pacotes. Cada pacote pode ser definido para incluir vários campos, dependendo da implementação específica. Em uma implementação, cada pacote inclui um identificador do tipo de pacote indicativo de uma mudança no circuito a ser utilizado para transmitir o próximo pacote, um identificador de circuito indicativo de um circuito específico a ser utilizado para transmitir o próximo pacote e um campo de dados para a carga útil. Em outra implementação, cada pacote inclui um identificador de usuário indicativo de um recipiente pretendido do pacote e um campo de dados para a carga útil.
Os fluxos de dados de canal podem ser transmitidos através de slots, com cada slot incluindo um número de símbolos OFDM. Cada slot pode ser dividido adicionalmente em duas ou mais partições, com cada partição incluindo um ou mais símbolos OFDM e utilizados para suportar um ou mais tipos de serviço. Por exemplo, uma partição de cada slot pode ser utilizada para suportar os serviços em tempo real full duplex possuindo requisições de retardo curto e outra partição de cada slot pode ser utilizada para suportar serviços em tempo real half duplex/tempo não-real possuindo requisições de retardo mais relaxadas.
Para uma eficiência aperfeiçoada, os dados de taxa total para um fluxo de dados de canal específico podem ser transmitidos através de um primeiro circuito e dados de taxa mais baixa podem ser transmitidos através de um segundo circuito. O segundo circuito pode ser transmitido a cada X número de slots (X > 1) ou pode ser um circuito de capacidade menor. Uma indicação de utilização de um novo circuito pode ser enviada em um campo do pacote transmitido no circuito de fluxo ou pode ser enviada
7/76 £3 através de um canal de controle. O novo circuito pode ser utilizado após receber uma confirmação de recebimento de tal indicação para utilizar o. novo circuito.
Em outra implementação específica, a unidade transmissora inclui um ou mais elementos de cobertura acoplados aos respectivos encodificadores. Cada elemento de cobertura recebe e cobre um respectivo fluxo de dados codificado com uma sequência Walsh específica designada para esse fluxo de dados codificado para gerar um fluxo de dados coberto correspondente. Os elementos de escalonamento então escalonam os fluxos de dados cobertos com respectivos fatores de escalonamento para gerar fluxos de dados escalonados. Um somador recebe e soma os fluxos de dados escalonados para prover um fluxo de dados combinado que é então provido para o modulador. Cada seqüência Walsh pode ser transmitida através de múltiplos tons de cada um dos símbolos OFDM utilizados para a seqüência Walsh. Além disso, o comprimento da seqüência Walsh pode ser coincidido com o número de tons em cada símbolo OFDM. Por exemplo, as seqüências Walsh de comprimento 128 podem ser utilizadas para símbolos OFDM possuindo 128 tons, e os 128 chips de cada seqüência Walsh podem ser transmitidos nos 128 tons de um símbolo OFDM.
Outra modalidade da invenção provê um método para gerar e transmitir um sinal modulado capaz de suportar múltiplos tipos de serviços. De acordo com o método, um ou mais fluxos de dados de canal são recebidos, e cada fluxo de dados de canal ê codificado codificação específico para gerar codificado correspondente. Os dados codificados são mapeados para gerar vetores de símbolo de modulação, cada vetor de símbolo de modulação incluindo um número de valores de dados utilizados para modular um
| com | um esquema de | ||
| um | fluxo | de | dados |
| dos | fluxos | de | dados |
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número de tons para gerar um símbolo OFDM. Os dados de cada fluxo de dados codificado são mapeados em um respectivo conjunto de um ou mais circuitos, com cada circuito incluindo um respectivo conjunto de um ou mais tons. Os fluxos de dados codificados podem ser escalonados com respectivos fatores de escalonamento para prover um ajuste de energia. Os vetores de símbolo de modulação são então modulados para prover um sinal modulado adequado para transmissão.
Para se realizar a modulação de multiportadoras, cada vetor de símbolo de modulação é primeiro transformado em uma representação no domínio do tempo para prover um símbolo OFDM correspondente. Uma parte de cada símbolo OFDM ê então repetida para gerar um símbolo de transmissão correspondente, e os símbolos de transmissão são adicionalmente processados para gerar um sinal modulado.
A invenção provê adicionalmente uma unidade receptora capaz de receber e processar o sinal modulado gerado da forma descrita acima.
Breve Descrição dos Desenhos
As características, natureza e vantagens da presente invenção tornar-se-ão mais aparentes a partir da descrição detalhada apresentada abaixo quando levada em consideração em conjunto com os desenhos nos quais as referências numéricas similares identificam por todo similares correspondentemente e em que:
A figura 1 é um diagrama de um sistema de comunicações de múltiplas entradas e múltiplas saídas (MIMO - Multiple-Input Multiple-Output);
A figura 2 é um diagrama que ilustra de forma gráfica um exemplo específico de uma transmissão de uma antena transmissora em uma unidade transmissora;
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A figura 3 é um diagrama de blocos de uma modalidade de um processador de dados e um modulador do sistema de comunicações ilustrado na figura 1;
As figuras 4A e 4B são diagramas de blocos de duas modalidades de um processador de dados de canal que pode ser utilizado para processar um fluxo de dados de canal tal como dados de controle, difusão, voz ou tráfego;
As figuras 5A a 5C são diagramas de blocos de uma modalidade das unidades de processamento que podem ser utilizados para gerar o sinal de transmissão ilustrado na figura 2;
A figura 6 é um diagrama de blocos de uma modalidade de uma unidade receptora possuindo múltiplas antenas receptoras, que pode ser utilizado para receber um ou mais fluxos de dados de canal;
A figura 7 ilustra representações que ilustram a eficiência espectral que pode ser obtida com alguns dos modos de operação de um sistema de comunicações de acordo com uma modalidade;
A figura 8A é um diagrama de uma modalidade de uma estrutura que pode ser utilizada para transmitir vários tipos de serviços;
As figuras 8B e 8C são diagramas de uma modalidade específica de estruturas de dois pacotes que pode ser utilizada para a transmissão de dados;
A figura 9 é um diagrama de blocos de uma modalidade de um processador de dados e um modulador que pode ser utilizada para multiplicar os vários usuários em tons OFDM ortogonais; e
A figura 10 é um diagrama de blocos de uma modalidade de um processador de dados e um modulador que pode ser utilizado para multiplexar os vários usuários nos
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2/ operacional para prover freqüência e diversidade mesmos tons OFDM utilizando códigos ortogonais (por exemplo. Walsh).
Descrição Detalhada das Modalidades Específicas A figura 1 é um diagrama de um sistema de comunicações de múltiplas-entradas e múltiplas-saídas (MIMO) 100 capaz de implementar algumas modalidades da invenção. O sistema de comunicações 100 pode ser uma combinação de antena, temporal para aumentar a eficiência espectral, aperfeiçoar o desempenho e melhorar a flexibilidade. A eficiência espectral aumentada é caracterizada pela capacidade de transmissão de mais bits por segundo por Hertz (bps/Hz) quando e onde possível para utilizar de forma melhor a largura de banda disponível do 15 sistema. As técnicas para se obter uma eficiência espectral superior são descritas em maiores detalhes abaixo. O desempenho aperfeiçoado pode ser quantificado, por exemplo, por uma taxa de erro de bit menor (BER - Bit Error Rate) ou taxa de erro de frame (FER - Frame Error Rate) para uma 20 determinada relação portadora de link / ruído mais E, a flexibilidade melhorada é capacidade de acomodar múltiplos usuários possuindo requisições diferentes e tipicamente muito diferentes. Esses objetivos podem ser alcançados, em 25 parte, pelo emprego de modulação de multiportadoras, multiplexação por divisão de tempo (TDM), antenas de múltiplas transmissões e/ou recepções, e outras técnicas. As características, aspectos e vantagens descritos detalhadamente abaixo.
0 Como ilustrado na figura 1, comunicações 100 inclui um primeiro comunicação com um segundo sistema 120 inclui um processador de dados (transmissão) 112 que (1) (C/I) pela interferência caracterizada
| da | invenção | são |
| o | sistema | de |
| sistema 110 | em | |
| 0 | sistema | 110 |
| são) | 112 que | (1) |
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recebe ou gera dados, (2) processa os dados para prover antena, freqüência, ou diversidade temporal ou uma combinação dos mesmos, e (3) provê símbolos de modulação processados para vários moduladores (MOD) 114a a 114t. Cada modulador 114 processa adicionalmente os símbolos de modulação e gera um sinal modulado em RF adequado para transmissão. Os sinais modulados RF dos moduladores 114a a 114t são então transmitidos a partir das respectivas antenas 116a a 116t através dos links de comunicações 118 para o sistema 120.
Na modalidade ilustrada na figura 1, o sistema 120 inclui um número de antenas receptoras 122a a 112r que recebem os sinais transmitidos e proveem os sinais recebidos para os respectivos demoduladores (DEMOD) 124a a
124r. Como ilustrado na figura 1, cada antena receptora 122 pode receber sinais de uma ou mais antenas transmissoras 116 dependendo de um número de fatores tais como, por exemplo, o modo operacional utilizado no sistema 110, o direcionamento das antenas transmissora e receptora, as características dos links de comunicações, e outros. Cada demodulador 124 demodula o respectivo sinal recebido utilizando um esquema de demodulação que é complementar com relação ao esquema de modulação utilizado no transmissor. Os símbolos demodulados dos demoduladores 124a a 124r são então providos para um processador de dados (recepção) 126 que processa adicionalmente os símbolos para prover os dados de saída. O processamento de dados nas unidades transmissora e receptora é descrito em maiores detalhes abaixo.
A figura 1 ilustra apenas a transmissão de link de emissão do sistema 110 para o sistema 120. Essa configuração pode ser utilizada para difundir dados e outras aplicações de transmissão de dados de via única. Em
12/76 um sistema de comunicações bidirecional, um link reverso do sistema 120 para o sistema 110 também é provido, apesar de não ilustrado na figura 1 para fins de simplicidade. Para o sistema de comunicações bidirecional, cada um dos sistemas
110 e 120 pode operar como uma unidade transmissora ou uma unidade receptora, ou ambas simultaneamente, dependendo de se os dados estão sendo transmitidos a partir de, ou recebidos na unidade.
Para fins de simplicidade, o sistema de 10 comunicações 100 é ilustrado de forma a incluir uma unidade transmissora (isso é, sistema 110) e uma unidade receptora (isso é, sistema 120) . No entanto, outras variações e configurações do sistema de comunicações são possíveis. Por exemplo, em um sistema de comunicações de acesso múltiplo e multiusuários, uma única unidade transmissora pode ser utilizada para transmitir dados simultaneamente para um número de unidades receptoras. Além disso, de uma forma similar ao soft handoff em um sistema CDMA IS-95, uma unidade receptora pode simultaneamente receber transmissões de um número de unidades transmissoras. O sistema de comunicações da invenção pode incluir qualquer número de unidades transmissoras e receptoras.
Cada unidade transmissora pode incluir uma única antena transmissora ou um número de antenas transmissoras, tal como as ilustradas na figura 1. De maneira similar, cada unidade receptora pode incluir uma única antena receptora ou um número de antenas receptoras, novamente tais como as ilustradas na figura 1. Por exemplo, o sistema de comunicações pode incluir um sistema central (isso é, similar a uma estação base no sistema CDMA IS-95) possuindo um número de antenas que transmitem dados para, e recebem dados de um número de sistemas remotos (isso é, unidades de assinante, similares às estações remotas no sistema CDMA),
13/76 alguns dos quais pode incluir uma antena e outros dos quais podem incluir múltiplas antenas. Geralmente, à medida que o número de antenas transmissoras e receptoras aumenta, a diversidade da antena aumenta e o desempenho é aperfeiçoado, como descrito abaixo.
Como utilizado aqui, uma antena se refere a uma coleção de um ou mais elementos de antena que são distribuídos no espaço. Os elementos de antena podem ser fisicamente localizados em um único local ou distribuídos através de múltiplos locais. Os elementos de antena colocalizados fisicamente em um único local podem ser operados como um arranjo de antena (por exemplo, tal como para uma estação base CDMA). Uma rede de antena consiste de uma coleção de arranjos de antena ou elementos que são fisicamente separados (por exemplo, várias estações base CDMA) . Um arranjo de antena ou uma rede de antena pode ser projetada com a capacidade de formar feixes e para transmitir múltiplos feixes do arranjo de antena ou rede. Por exemplo, uma estação base CDMA pode ser projetada com a capacidade de transmitir até três feixes em três seções diferentes de uma área de cobertura (ou setores) do mesmo arranjo de antena. Dessa forma, os três feixes podem ser observados como três transmissões das três antenas.
O sistema de comunicações da invenção pode ser projetado para prover um esquema de comunicações de acesso múltiplo e multiusuários capaz de suportar unidades de assinante possuindo requisições diferentes além de capacidades. 0 esquema permite que a largura de banda operacional total do sistema, W, (por exemplo, 1,2288 MHz) seja eficientemente compartilhado entre diferentes tipos de serviços que podem ter requisições de taxa de dados, retardo e qualidade de serviço (QOS - Quality of Service) altamente diferentes.
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Exemplos de tais tipos muito diferentes de serviços incluem serviços de voz e serviços de dados. Os serviços de voz são tipicamente caracterizados por uma baixa taxa de dados (por exemplo, 8 kbps a 32 kbps) , um retardo de processamento curto (por exemplo, 3 ms a 100 ms de retardo total de via única) e a utilização sustentada de um canal de comunicações por um período e tempo estendido. As requisições de retardo curto impostas pelos serviços de voz requerem tipicamente que uma pequena fração dos recursos do sistema seja dedicada a cada chamada de voz pela duração da chamada. Em contraste, os serviços de dados são caracterizados por tráfegos de rajada nos quais as quantidades variáveis de dados são enviadas em momentos esporádicos. A quantidade de dados pode variar significativamente de rajada para rajada e de usuário para usuário. Para uma maior eficiência, o sistema de comunicações da invenção pode ser projetado com a capacidade de alocar uma parte dos recursos disponíveis para serviços de voz como requerido e os recursos restantes para serviços de dados. Em algumas modalidades da invenção, uma fração dos recursos disponíveis do sistema também pode ser dedicada a determinados serviços de dados ou determinados tipos de serviços de dados.
A distribuição das taxas de dados que pode ser alcançada por cada unidade de assinante pode variar muito entre alguns valores instantâneos mínimos e máximos (por exemplo, de 200 kbps a mais de 20 Mbps) . A taxa de dados alcançável para uma unidade de assinante específica em qualquer momento determinado pode ser influenciada por um número de fatores tais como a quantidade de potência de transmissão disponível, a qualidade do link de comunicações (isso é, a C/l), o esquema de codificação, e outros. A taxa de dados requerida de cada unidade de assinante também pode
15/76 ?/ variar muito entre um valor mínimo (por exemplo, 8 kbps, para uma chamada de voz) por todo o caminho até a taxa de pico instantâneo suportada máxima (por exemplo, 20 Mbps para serviços de dados por rajada).
A porcentagem de tráfego de voz e dados é tipicamente uma variável aleatória que muda através do tempo. De acordo com determinados aspectos da invenção, para se suportar de forma eficiente ambos os tipos de serviços simultaneamente, o sistema de comunicações da invenção é projetado com a capacidade de alocar de forma dinâmica os recursos disponíveis com base na quantidade de tráfego de voz e dados. Um esquema para alocar dinamicamente recursos é descrito abaixo. Outro esquema para se alocar os recursos é descrito no pedido de patente U.S. supracitado N° 08/963.386.
O sistema de comunicações da invenção provê características e vantagens descritas acima, e é capaz de suportar diferentes tipos de serviços possuindo requisições muito diferentes. As características são alcançadas pelo emprego de diversidade de antena, freqüência ou tempo, ou uma combinação das mesmas. Em algumas modalidades da invenção, a diversidade de antena, freqüência ou tempo pode ser independentemente alcançada e dinamicamente selecionada.
Como utilizado aqui, diversidade de antena se refere à transmissão e/ou repetição de dados através de mais de uma sub-banda, e diversidade temporal se refere à transmissão de dados através de mais de um período de tempo. A diversidade de antena, freqüência e tempo pode incluir subcategorias. Por exemplo, a diversidade de transmissão se refere à utilização de mais de uma antena transmissora de uma forma a aperfeiçoar a confiabilidade do link de comunicações, diversidade de recepção se refere aa
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utilização de mais de uma antena receptora de uma forma a aperfeiçoar a confiabilidade do link de comunicações e a diversidade espacial se refere à utilização de múltiplas antenas transmissoras e receptoras para aperfeiçoar a confiabilidade e/ou aumentar a capacidade do link de comunicações. A diversidade de transmissão e recepção também pode ser utilizada em combinação para aperfeiçoar a confiabilidade do link de comunicações sem aumentar a capacidade de conexão. Várias combinações de diversidade de antena, freqüência e tempo pode dessa forma ser alcançada e estão dentro do escopo da presente invenção.
A diversidade de freqüência pode ser provida pela utilização de um esquema de modulação de muitiportadora tal como uma multiplexação por divisão de freqüência ortogonal (OFDM - Orthogonal Frequency Division Multiplexing), que permite a transmissão de dados através de várias sub-bandas da largura de banda operacional. A diversidade temporal é alcançada pela transmissão de dados através de momentos diferentes, que pode ser mais prontamente realizada com a utilização da multiplexação por divisão de tempo (TDM). Esses vários aspectos do sistema de comunicações da invenção são descritos em maiores detalhes abaixo.
De acordo com um aspecto da invenção, a diversidade de antena é alcançada pelo emprego de um número de antenas transmissoras (NT) na unidade transmissora ou um número de antenas receptoras (NR) na unidade receptora, ou múltiplas antenas em ambas as unidades transmissora e receptora. Em um sistema de comunicações terrestre (por exemplo, um sistema celular, um sistema por broadcast, um sistema MMDS, e outros) , um sinal modulado de RF de uma unidade transmissora pode alcançar a unidade receptora através de um número de percursos de transmissão. As características dos percursos de transmissão tipicamente
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variam com o tempo com base em um número de fatores. Se mais de uma antena transmissora ou receptora for utilizada, e se os percursos de transmissão entre as antenas transmissoras e receptoras são independentes (isso é, não correlacionados), que é geralmente verdadeiro até determinado ponto, então a probabilidade de receber corretamente o sinal transmitido aumenta à medida que o número de antena aumenta. Geralmente, à medida que o número de antenas transmissoras e receptoras aumenta, a diversidade aumenta e realiza aperfeiçoamentos.
Em algumas modalidades da invenção, a diversidade de antena é dinamicamente provida com base nas características do link de comunicações para prover o desempenho necessário. Por exemplo, o maior grau de diversidade de antena pode ser provido para alguns tipos de comunicação (por exemplo, sinalização), para alguns tipos de serviços (por exemplo, voz), para algumas características de link de comunicações (por exemplo, C/I baixa), ou para algumas outras considerações ou condições.
Como utilizado aqui, a diversidade de antena inclui a diversidade de transmissão e a diversidade de recepção. Para a diversidade de transmissão, os dados são transmitidos através de múltiplas antenas transmissoras. Tipicamente, o processamento adicional é realizado nos dados transmitidos a partir das antenas transmissoras para alcançar a diversidade desejada. Por exemplo, os dados transmitidos a partir de antenas transmissoras diferentes podem ser retardados ou reordenados com o tempo, ou codificados e intercalados através de antenas transmissoras disponíveis. Além disso, a diversidade de frequência e tempo pode ser utilizada em conjunto com diferentes antenas transmissoras. Para a diversidade de recepção, os sinais modulados são recebidos em múltiplas antenas receptoras e a
18/76 diversidade ê alcançada pela recepção simples de sinais através de diferentes percursos de transmissão.
De acordo com outro aspecto da invenção, a diversidade de frequência pode ser alcançada pelo emprego de um esquema de modulação de multiportadoras. Um esquema assim que possui muitas vantagens é OFDM. Com a modulação OFDM, o canal de transmissão geral é essencialmente dividido em um número de subcanais paralelos (L) que são utilizados para transmitir dados iguais ou diferentes. O canal de transmissão geral ocupa a largura de banda de operação total de W, e cada um dos subcanais ocupa uma subbanda possuindo uma largura de banda de W/L e centralizado em uma freqüência central diferente. Cada subcanal possui uma largura de banda que é uma parte da largura de banda operacional total. Cada um dos subcanais também pode ser considerado em um canal de transmissão de dados independente que pode ser associado com um esquema de processamento, codificação e modulação específico (e possivelmente único) como descrito abaixo.
Os dados podem ser particionados e transmitidos através de qualquer conjunto definido de duas ou mais subbandas para prover a diversidade de freqüência. Por exemplo, a transmissão para uma unidade de assinante específica pode ocorrer através do subcanal 1 no time slot
1, subcanal 5 no time slot 2, subcanal 2 no time slot 3, e assim por diante. Como outro exemplo, os dados para uma unidade de assinante específica podem ser transmitidos através dos subcanais 1 e 2 no time slot 1 (por exemplo, com os mesmos dados sendo transmitidos em ambos os subcanais), subcanais 4 e 6 no time slot 2, apenas o subcanal 2 no time slot 3, e assim por diante. A transmissão de dados através de diferentes subcanais através do tempo pode aperfeiçoar o desempenho de um
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sistema de comunicações que sofre de desvanecimento seletivo de freqüência e distorção de canal. Outros benefícios da modulação OFDM são descritos abaixo.
De acordo com outro aspecto da invenção, a diversidade temporal é alcançada pela transmissão de dados em momentos diferentes, que pode ser mais facilmente realizada utilizando-se a multiplexação por divisão de tempo (TDM) . Para serviços de dados (e possivelmente para serviços de voz), a transmissão de dados ocorre através de time slots que podem ser selecionados para prover imunidade à degradação dependente de tempo no link de comunicações. A diversidade temporal também pode ser alcançada através da utilização de intercalação.
Por exemplo, a transmissão para uma unidade de assinante específica pode ocorrer através de time slots 1 através de x, ou em um subconjunto de possíveis intervalos de tempo de 1 a x (por exemplo, time slots 1, 5, 8 e assim por diante). A quantidade de dados transmitidos em cada time slot pode ser variável ou fixa. A transmissão através de múltiplos time slots aperfeiçoa a probabilidade de recepção correta de dados devido a, por exemplo, ruído de impulso e interferência.
A combinação da diversidade de antena, freqüência e tempo permite que o sistema de comunicações da invenção proveja um desempenho robusto. A diversidade de antena, freqüência e/ou tempo aperfeiçoa a probabilidade da recepção correta de pelo menos alguns dos dados transmitidos, que podem então ser utilizados (por exemplo, através de decodificação (decoding) para corrigir alguns erros que podem ter ocorrido em outras transmissões. A combinação da diversidade de antena, freqüência, e tempo também permite que o sistema de comunicações acomode de forma simultânea diferentes tipos de serviços possuindo
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requisições diferentes de taxa de dados , retardo de processamento, e de qualidade de serviço.
O sistema de comunicações da invenção pode ser projetado e operado de vários modos de comunicações diferentes, com cada modo de comunicações empregando diversidade de antena, freqüência ou tempo ou uma combinação dos mesmos. Os modos de comunicações incluem, por exemplo, um modo de comunicações de diversidade e um modo de comunicações MIMO. Várias combinações da diversidade e modos de comunicações MIMO também podem ser suportados pelo sistema de comunicações. Além disso, outros modos de comunicações podem ser implementados e estão dentro do escopo da presente invenção.
O modo de comunicações de diversidade emprega a diversidade de transmissão e/ou recepção, diversidade de freqüência ou tempo, ou uma combinação das mesmas, e é geralmente utilizado para aperfeiçoar a confiabilidade do link de comunicações. Em uma implementação do modo de comunicações de diversidade, a unidade transmissora seleciona um esquema de modulação e codificação (isso é, configuração) de um conjunto finito de possíveis configurações, que são conhecidas como unidades receptoras. Por exemplo, cada canal de overhead e comum pode ser associado a uma configuração específica que é ilustrada para todas as unidades receptoras. Quando se utiliza o modo de comunicações de diversidade para um usuário específico (por exemplo, para uma chamada de voz ou uma transmissão de dados), o modo e/ou configuração pode ser conhecido a priori (por exemplo, de uma configuração anterior) ou negociado (por exemplo, através de um canal comum) pela unidade receptora.
No modo de comunicações de diversidade, os dados são transmitidos em um ou mais subcanais, de uma ou mais
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antenas, e em um ou mais períodos de tempo. Os subcanais alocados podem ser associados à mesma antena, ou podem ser subcanais associados a diferentes antenas. Em uma aplicação comum do modo de comunicações de diversidade, que também é referido como um modo de comunicações de diversidade puro, dados são transmitidos a partir de todas as antenas transmissoras disponíveis para a unidade receptora de destino. O modo de comunicações de diversidade pura pode ser utilizado em casos onde as requisições de taxa de dados são baixas ou quando a C/l está baixa, ou quando ambas são verdadeiras.
O modo de comunicações MIMO emprega a diversidade de antena em ambas as extremidades do link de comunicação e é geralmente utilizado para aperfeiçoar a confiabilidade e aumentar a capacidade do link de comunicações. O modo de comunicações MIMO pode adicionalmente empregar diversidade de freqüência e/ou tempo em combinação com a diversidade de antena. O modo de comunicações MIMO, que pode também ser referido aqui como modo de comunicações espacial, emprega um ou mais modos de processamento a serem descritos abaixo.
O modo de comunicações de diversidade geralmente possui eficiência espectral inferior do que a do modo de comunicações MIMO, especialmente em altos níveis C/I. No entanto, com valores C/I de baixo a moderado, o modo de comunicações de diversidade alcança uma eficiência comparável e pode ser mais simples de implementar. Em geral, a utilização de um modo de comunicações MIMO provê uma eficiência espectral maior quando utilizado, especificamente com valores C/I de moderado a alto. O modo de comunicações MIMO pode dessa forma ser vantajosamente utilizado quando as requisições de taxa de dados são de moderadas a alta.
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Ο sistema de comunicações pode ser projetado para suportar simultaneamente os modos de comunicações de diversidade e MIMO. Os modos de comunicações podem ser aplicados de várias formas e, para uma flexibilidade aumentada, podem ser aplicados independentemente com base em subcanal. O modo de comunicações MIMO é tipicamente aplicado a usuários específicos. No entanto, cada modo de comunicações pode ser aplicado em cada subcanal independentemente, através de um subconjunto de subcanais, através de todos os subcanais, ou em alguma outra base. Por exemplo, a utilização do modo de comunicações MIMO pode ser aplicada a um usuário específico (por exemplo, um usuário de dados) , e, simultaneamente, a utilização de um modo de comunicações de diversidade pode ser aplicada a outro usuário específico (por exemplo, um usuário de voz) em um subcanal diferente. O modo de comunicações de diversidade também pode ser aplicado, por exemplo, em subcanais com perda de percurso mais alta.
sistema de comunicações da invenção também pode ser projetado para suportar um número de modos de processamento. Quando a unidade transmissora é provida com informação indicando as condições (isso é, o estado) dos links de comunicações, um processamento adicional pode ser realizado na unidade transmissora para aperfeiçoar adicionalmente o desempenho e aumentar a eficiência. A informação de estado de canal total (CSI) ou CSI parcial pode estar disponível para a unidade transmissora. CSI total inclui caracterização suficiente do percurso de propagação (isso é, amplitude e fase) entre todos os pares de antenas transmissoras e receptoras para cada sub-banda. CSI total também inclui C/l por sub-banda. CSI total pode ser incorporado em um conjunto de matrizes de valores de ganho complexo que são descritivos das condições dos
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percursos de transmissão das antenas transmissoras para as antenas receptoras, como descrito abaixo. CSI parcial pode incluir, por exemplo, C/I da sub-banda. Com CSI total e CSI parcial, a unidade transmissora pré-condiciona os dados antes da transmissão para a unidade receptora.
Em uma implementação específica do modo de processamento de CSI total, a unidade transmissora précondiciona os sinais apresentados paras as antenas transmissoras de uma forma que seja única para uma unidade receptora específica (por exemplo, o pré-condicionamento é realizado para cada sub-banda designada para essa unidade receptora). Desde que o canal não mude muito do momento em que é medido pela unidade receptora e subseqüentemente enviado de volta para o transmissor e utilizado para précondicionar a transmissão, a unidade receptora pretendida pode demodular a transmissão. Nessa implementação, uma comunicação MIMO com base em CSI total só pode ser demodulada pela unidade receptora associada à CSI utilizada para pré-condicionar os sinais transmitidos.
Em uma implementação específica dos modos de processamento de CSI parcial ou sem CSI, a unidade transmissora emprega um esquema de modulação e codificação comum (por exemplo, em cada transmissão de canal de dados), que então pode (teoricamente) ser demodulado por todas as unidades receptoras. Em uma implementação do modo de processamento de CSI parcial, uma única unidade receptora pode especificar seu C/l, e a modulação empregada em todas as antenas pode ser selecionada de acordo (por exemplo, para a transmissão confiável) para essa unidade receptora. Outras unidades receptoras podem tentar demodular a transmissão e, se tiverem C/l adequada, podem ser capazes de recuperar com sucesso a transmissão. Um canal comum (por
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exemplo, broadcast) pode utilizar um modo de processamento sem CSI para alcançar todos os usuários.
O processamento de CSI total é brevemente descrito abaixo. Quando a CSI é disponível na unidade transmissora, uma abordagem simples é decompor o canal de múltiplas entradas e múltiplas saídas em um conjunto de canais independentes. De acordo com a função de transferência de canal nos transmissores, os vetores próprios (eigenvectors) esquerdos podem ser utilizados para a transmissão de diferentes fluxos de dados. O alfabeto de modulação utilizado com cada vetor próprio é determinado pela C/I disponível desse modo, dado por valores próprios (eigenvalues) . Se H é a matriz NR x NT que provê a resposta de canal para os elementos de antena transmissora NT e NR elementos de antena receptora em um momento específico, e x é o vetor NT de entradas no canal, então o sinal recebido pode ser expresso como:
y = Hx + n;
onde n é um vetor NR representando ruído mais interferência. A decomposição do vetor próprio da matriz Hermitian formada pelo produto da matriz do canal com sua transposição conjugada pode ser expressa como:
Η·Η = ΕΛΕ*;
onde o símbolo * denota a transposição conjugada, E é a matriz do vetor próprio, e A é uma matriz diagonal de valores próprios, ambos com dimensão NTxNT. O transmissor converte um conjunto de símbolos de modulação NT b utilizando a matriz de vetor próprio E. Os símbolos de modulação transmitidos a partir das antenas transmissoras NT podem ser expressos como:
x = Eb.
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4/
Para todas as antenas, o pré-condicionamento pode dessa forma ser alcançado por uma operação de multiplicação de matriz expressa como:
onde bi, b2,
| eil» ei2’ eiNT e21’ e22’ e2NT | • | 1- ... |
| _eNTl, βΝτΙ, eNTNT _ | Ή 1_ |
Eq(l) e òNt são respectivamente os símbolos de
modulação para um subcanal específico nas antenas transmissoras 1, 2, ..., NT, onde cada símbolo de modulação pode ser gerado utilizando, por exemplo, M-PSK, M-QAM, e assim por diante, como descrito abaixo;
E = é a matriz de vetores próprios relacionada à perda de transmissão das antenas transmissoras para as antenas receptoras; e
Xi, x2, ..., xN são símbolos de modulação précondicionados, que podem ser expressos como:
Xi = bi · eu + b2 · ei2 + ... + bN? · e 1^ ; x2 = bi · e2i + b2 · e22 + . . . + bN? · e 2N^ , e xnt = bi · e„TÍ + b2 · e„r2 + ... + bNr · eNrNr .
Visto que H*H é Hermitian, a matriz de vetor próprio é unitária. Dessa forma, se os elementos de b possuírem energia igual, os elementos de x também possuem energia igual. 0 sinal recebido pode então ser expresso como:
y = Heb + n.
O receptor realiza uma operação de filtro casado com canal, seguida pela multiplicação pelos vetores próprios direitos. 0 resultado da operação de filtro casado com canal é o vetor z, que pode ser expresso como:
= E*H*HEb + E*H*n = Ab + n ;
Eq. (2)
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onde o novo termo ruído possui co-variância que pode ser expressa como:
E (««*)=E(E*H*nn*HE)=E*H*HE=A isso é, as componentes de ruído são independentes com variação determinada pelos valores próprios. A C/I da componente i-ésima de z é λ±, o elemento diagonal i-ésimo de A.
A unidade transmissora pode dessa forma selecionar um alfabeto de modulação (isso é, constelação de sinal) para cada um dos vetores próprios com base em C/I que é determinado pelo valor próprio. Desde que as condições de canal não mudem de forma apreciável no slot entre o momento em que a CSI é medida no receptor e reportada e utilizada para pré-condicionar a transmissão no transmissor, o desempenho do sistema de comunicações será então equivalente ao de um conjunto de canais AWGN independentes com C/I conhecida.
Como um exemplo, assuma-se que o modo de comunicações MIMO seja aplicado a um fluxo de dados de canal que é transmitido em um subcanal específico a partir de quatro antenas transmissoras. O fluxo de dados de canal é demultiplexado em quatro subfluxos de dados, um subfluxo de dados para cada antena transmissora. Cada subfluxo de dados é então modulado utilizando um esquema de modulação específico (por exemplo, M-PSK, M-QAM, ou outro) selecionado com base na CSI para essa sub-banda e para essa antena transmissora. Quatro' subfluxos de modulação são gerados dessa forma para os quatro subfluxos de dados, com cada subfluxo de modulação incluindo um fluxo de símbolos de modulação. Os quatro subfluxos de modulação são então pré-condicionados utilizando-se a matriz de vetor próprio, como expressado acima na equação (1), para gerar os
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símbolos de modulação pré-condicionados. Os quatro fluxos de símbolos de modulação pré-condicionados são respectivamente providos para os quatro combinadores das quatro antenas transmissoras. Cada combinador combina os símbolos de modulação pré-condicionados recebidos com os símbolos de modulação para os outro subcanais para gerar um fluxo de vetor de símbolo de modulação para a antena transmissora associada.
O processamento baseado em CSI total é tipicamente empregado no modo de comunicações MIMO onde os fluxos de dados paralelos são transmitidos para um usuário específico em cada um dos modos próprios (eigenmodes) de canal para cada um dos subcanais alocados. O processamento similar baseado em uma CSI total pode ser realizado onde a transmissão de apenas um subconjunto dos modos próprios disponíveis é acomodada em cada um dos subcanais alocados (por exemplo, para implementar o direcionamento de feixe). Devido ao custo associado com o processamento de CSI total (por exemplo, complexidade aumentada nas unidades transmissora e receptora, overhead aumentado para a transmissão de CSI da unidade receptora para a unidade transmissora e assim por diante), o processamento de CSI total pode ser aplicado em determinados casos no modo de comunicações MIMO onde o aumento adicional em desempenho e eficiência é justificado.
Em casos onde a CSI total não está disponível, a informação menos descritiva no caminho de transmissão (ou CSI parcial) pode estar disponível e pode ser utilizada para pré-condicionar os dados antes da transmissão. Por exemplo, a C/I de cada um dos subcanais pode estar disponível. A informação C/I pode então ser utilizada para controlar a transmissão de várias antenas transmissoras
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para prover o desempenho necessário nos subcanais de interesse e aumentar a capacidade do sistema.
Como utilizado aqui, os modos de processamento com base em CSI total denotam modos de processamento que utilizam CSI total e CSI parcial com base nos modos de processamento denotam modos de processamento que utilizam CSI parcial. Os modos de processamento com base em CSI total incluem, por exemplo, o modo MIMO CSI total que utiliza o processamento baseado em CSI total no modo de comunicações MIMO. Os modos baseados em CSI parcial incluem, por exemplo, o modo MIMO de CSI parcial que utiliza a CSI parcial com base no processamento no modo de comunicações MIMO.
Nos casos onde o processamento de CSI total ou CSI parcial é empregado para permitir que a unidade transmissora pré-condicione os dados utilizando a informação de estado de canal disponível (por exemplo, os modos próprios ou C/I), informação de feedback da unidade receptora é requerida, utilizando uma parte da capacidade de link reverso. Portanto, existe um custo associado aos modos de processamento com base em CSI total e CSI parcial. O custo deve ser fatorado na escolha de qual modo de processamento empregar. O modo de processamento com base em CSI parcial requerer menos overhead e pode ser mais eficiente em alguns caso. O modo de processamento com base em sem CSI não requer qualquer overhead e pode também ser mais eficiente do que o modo de processamento com base em CSI total ou modo de processamento com base em CSI parcial sob algumas outras circunstâncias.
Se a unidade transmissora possuir CSI e utilizar os modos próprios que representam as características dos links de comunicações para transmitir fluxos de dados de canal independentes, então os subcanais alocados nesse caso
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são tipicamente designados de forma única para um único usuário. Por outro lado, se o esquema de modulação e codificação empregado for comum a todos os usuários (isso é, a CSI empregada no transmissor não for específica de usuário), então é possível que a informação transmitida nesse modo de processamento possa ser recebida e decodificada (decoded) por mais de um usuário, dependendo de sua C/I.
A figura 2 é um diagrama que ilustra graficamente pelo menos alguns dos aspectos do sistema de comunicações da invenção. A figura 2 ilustra um exemplo específico de uma transmissão de um dentre as antenas transmissoras NT em uma unidade transmissora. Na figura 2, o eixo horizontal é o tempo e o eixo vertical é a freqüência. Nesse exemplo, o canal de transmissão inclui 16 subcanais e é utilizado para transmitir uma seqüência de símbolos OFDM, com cada símbolo OFDM cobrindo todos os 16 subcanais (um símbolo OFDM é indicado no topo da figura 2 e inclui todas as 16 subbandas) . Uma estrutura TDM é ilustrada também na qual a transmissão de dados é particionada em time slots, com cada time slot possuindo a duração de, por exemplo, o comprimento de um símbolo de modulação (isso é, cada símbolo de modulação é utilizado como o intervalo TDM).
Os subcanais disponíveis podem ser utilizados para transmitir dados de sinalização, voz e tráfego e outros. No exemplo ilustrado na figura 2, o símbolo de modulação no time slot 1 corresponde a dados piloto, que são periodicamente transmitidos para auxiliar as unidades receptoras a sincronizar e realizar a estimativa de canal. Outras técnicas de distribuição de dados piloto como tempo e freqüência também podem ser utilizadas e estão dentro do escopo da presente invenção. Adicionalmente, pode ser vantajoso se utilizar um esquema de modulação específico
30/76 /6 durante o intervalo piloto se todos os subcanais forem empregados (por exemplo, um código PN com uma duração de chip de aproximadamente 1/W) . A transmissão do símbolo de modulação piloto ocorre tipicamente em uma taxa de frame específica, que é normalmente selecionada para ser rápida o suficiente para permitir um rastreamento preciso de variações no link de comunicações.
Os time slots não utilizados para as transmissões piloto podem então ser utilizados para transmitir vários tipos de dados. Por exemplo, os subcanais 1 e 2 podem ser reservados para a transmissão de dados de controle e difusão para as unidades receptoras. Os dados nesses subcanais são geralmente destinados a serem recebidos por todas as unidades receptoras. No entanto, algumas dessas mensagens no canal de controle podem ser específicas de usuário, e podem ser encodifiçadas (encoded) de acordo.
Os dados de voz e dados de tráfego podem ser transmitidos nos subcanais restantes. Por exemplo, ilustrado na figura 2, o subcanal 3 nos time slots 2 a 9 é utilizado para chamada de voz 1, o subcanal 4 nos time slots de 2 a 9 é utilizado para chamada de voz 2, o subcanal 5 nos time slots 5 a 9 é utilizado para chamada de voz 3, e o subcanal 6 nos time slots 7 a 9 é utilizado para chamada de voz 5.
Os subcanais disponíveis restantes e time slots podem ser utilizados para transmissões de dados de tráfego. No exemplo ilustrado na figura 2, a transmissão de dados 1 utiliza subcanais 5 a 16 no time slot 2 e os subcanais 7 a 16 no time slot 7, a transmissão de dados 2 utiliza os subcanais 5 a 16 nos time slots 3 e 4 e os subcanais 6 a 16 nos time slots 5, a transmissão de dados 3 utiliza subcanais 6 a 16 no time slot 6, a transmissão de dados 4 utiliza subcanais 7 a 16 no time slot 8, a transmissão de
31/76 dados 5 utiliza os subcanais 7 a 11 no time slot 9, e a transmissão de dados 6 utiliza os subcanais 12 a 16 no time slot 9. As transmissões de dados 1 a 6 podem representar transmissões dos dados de tráfego para uma ou mais unidades receptoras.
O sistema de comunicações da invenção suporta de forma flexível as transmissões de dados de tráfego. Como ilustrado na figura 2, uma transmissão de dados específica (por exemplo, dados 2) pode ocorrer através de múltiplos subcanais e/ou múltiplos time slots , e múltiplas transmissões de dados (por exemplo, dados 5 e 6) podem ocorrer em um time slot. Uma transmissão de dados (por exemplo, dados 1) também pode ocorrer através de time slots não-contíguos. O sistema também pode ser projetado para suportar múltiplas transmissões de dados em um subcanal. Por exemplo, dados de voz podem ser multiplexados com os dados de tráfego e transmitidos em um único subcanal.
A multiplexação das transmissões de dados pode mudar potencialmente de símbolo OFDM para símbolo. Ademais, o modo de comunicações pode ser diferente de usuário para usuário (por exemplo, de uma transmissão de voz ou dados para outra). Por exemplo, os usuários de voz podem utilizar o modo de comunicações de diversidade, e os usuários de dados podem utilizar os modos de comunicações MIMO. Esse conceito de características pode ser estendido ao nível de subcanal. Por exemplo, um usuário de dados pode utilizar o modo de comunicações MIMO nos subcanais que possuem C/I suficiente e modo de comunicações de diversidade nos subcanais restantes.
Diversidade de antena, freqüência e tempo pode ser respectivamente alcançada pela transmissão de dados a partir de múltiplas antenas, em múltiplos subcanais em diferentes sub-bandas, e através de múltiplos time slots.
32/76 ά,
Por exemplo, a diversidade de antena para uma transmissão específica (por exemplo, chamada de voz 1) pode ser alcançada pela transmissão de dados (voz) em um subcanal específico (por exemplo, subcanal 1) através de duas ou mais antenas. A diversidade de freqüência para uma transmissão específica (por exemplo, chamada de voz 1) pode ser alcançada pela transmissão de dados em dois ou mais subcanais em diferentes sub-bandas (por exemplo, subcanais 1 e 2). Uma combinação de diversidade de antena e freqüência pode ser obtida pela transmissão de dados a partir de duas ou mais antenas e em dois ou mais subcanais. A diversidade temporal pode ser alcançada pela transmissão de dados através de múltiplos time slots. Por exemplo, como ilustrado na figura 2, a transmissão de dados 1 no time slot 7 é uma parte (por exemplo, nova ou repetida) da transmissão de dados 1 no time slot 2.
Os dados iguais ou diferentes podem ser transmitidos a partir de múltiplas antenas e/ou em múltiplas sub-bandas para obter a diversidade desejada. Por exemplo, os dados podem ser transmitidos em: (1) um subcanal de uma antena; (2) um subcanal (por exemplo, o subcanal 1) de múltiplas antenas, (3) um subcanal de todas as antenas NT, (4) um conjunto de subcanais (por exemplo, subcanais 1 e 2) de uma antena, (5) um conjunto de subcanais de múltiplas antenas, (6) um conjunto de subcanais de todas as antenas NT, ou (7) um conjunto de canais de um conjunto de antenas (por exemplo, subcanal 1 das antenas 1 e 2 em um time slot, subcanais 1 e 2 da antena 2 em outro time slot, e assim por diante) . Dessa forma, qualquer combinação de subcanais e antenas pode ser utilizada para prover diversidade de antena e freqüência.
De acordo com determinadas modalidades da invenção que provêem maior flexibilidade e são capazes de
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alcançar um alto desempenho e uma alta eficiência, cada subcanal em cada time slot para cada antena transmissora pode ser observado como uma unidade independente de transmissão (isso é, um símbolo de modulação) que pode ser utilizada para transmitir qualquer tipo de dados tais como dados piloto, de sinalização, de difusão, de voz, de dados de tráfego e outros ou uma combinação dos mesmos (por exemplo, dados de voz e tráfego multiplexados) . Em cada projeto, uma chamada de voz pode receber dinamicamente diferentes subcanais com o tempo.
Flexibilidade, desempenho e eficiência são adicionalmente alcançados permitindo-se a independência entre os símbolos de modulação, como descrito abaixo. Por exemplo, cada símbolo de modulação pode ser gerado a partir de um esquema de modulação (por exemplo, M-PSK, M-QAM e outros) que resultam na melhor utilização do recurso nesse momento, freqüência e espaço específicos.
Um número de restrições pode ser apresentado para simplificar o projeto e a implementação das unidades transmissora e receptora. Por exemplo, uma chamada de voz pode ser designada para um subcanal específico pela duração da chamada, ou até que tal momento de redesignação de subcanal ocorra. Além disso, os dados de sinalização e/ou difusão podem ser designados para alguns subcanais fixos (por exemplo, subcanal 1 para dados de controle e subcanal 2 para dados de difusão, como ilustrado na figura 2) de forma que as unidades receptoras conheçam a priori quais subcanais demodular a fim de receber dados.
Além disso, cada canal de transmissão de dados ou subcanal pode ser restrito a um esquema de modulação específico (por exemplo, M-PSK, M-QAM) pela duração da transmissão ou até o momento no qual um novo esquema de modulação é designado. Por exemplo, na figura 2, a chamada
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de voz 1 no subcanal 3 pode utilizar QPSK, a chamada de voz 2 no subcanal 4 pode utilizar 16-QAM, a transmissão de dados 1 no time slot 2 pode utilizar 8-PSK, a transmissão de dados 2 nos time slots 3 a 5 pode utilizar 16-QAM e assim por diante.
A utilização de TDM permite uma maior flexibilidade na transmissão de dados de voz e dados de tráfego e várias designações de recursos podem ser contempladas. Por exemplo, um usuário pode designar um subcanal para cada time slot, ou, de forma equivalente, quatro subcanais a cada quarto time slot, ou outras alocações. TDM permite que os dados sejam agregados e transmitidos em time slots designados a fim de aperfeiçoar a eficiência.
Se atividade de voz for implementada no transmissor, então nos intervalos onde nenhuma voz está sendo transmitida, o transmissor pode designar outros usuários para o subcanal de forma que a eficiência do subcanal seja maximizada. No caso de nenhum outro dado estar disponível para transmitir durante os períodos de voz ociosos, o transmissor pode diminuir (ou desligar) a energia transmitida no subcanal, reduzindo os níveis de interferência apresentados a outros usuários no sistema que estão utilizando o mesmo subcanal em outra célula na rede. A mesma característica também pode ser estendida aos canais de overhead, controle, dados e outros canais.
A alocação de uma pequena parte dos recursos disponíveis em um período de tempo contínuo tipicamente resulta em menores retardos, e podem ser melhor adequados para serviços sensíveis a retardo tal como voz. A transmissão durante TDM pode prover uma maior eficiência, ao custo de possíveis retardos adicionais. O sistema de comunicações da invenção pode alocar recursos para
35/76 satisfazer às requisições do usuário e alcançar uma maior eficiência e desempenho.
A figura 3 é um diagrama de blocos de uma modalidade do processador de dados 112 e modulador 114 do sistema 110 da figura 1. O fluxo de dados de entrada agregada que inclui todos os dados a serem transmitidos pelo sistema 110 é provido para um demultiplexador (DEMUX) 310 dentro do processador de dados 112. O demultiplexador 310 demultiplexa o fluxo de dados de entrada em um número de fluxos de dados de canal (K) , Sx a Sk. Cada fluxo de dados de canal pode corresponder a, por exemplo, um canal de sinalização, um canal de broadcast, um canal de voz, ou uma transmissão de dados de tráfego. Cada fluxo de dados de canal é provido para um encodificador respectivo 312 que encodifica os dados utilizando um esquema de encodificação (encoding) específico.
A encodificação pode incluir codificação de correção de erro, ou codificação de detecção de erro, ou ambas, utilizadas para aumentar a confiabilidade do link. Mais especificamente, tal encodificação pode incluir, por exemplo, intercalamento, codificação convolucional, codificação Turbo, codificação de treliça, codificação em bloco (por exemplo, codificação Reed-Solomon), codificação de verificação por redundância cíclica (CRC) e outras. A encodificação Turbo é descrita em maiores detalhes no pedido de patente U.S. N° 09/205.511, depositado em 4 de dezembro de 1998 intitulado Turbo Code Interleaver Using Linear Congruential Sequences e em um documento intitulado The CDMA2000 ITU-R RTT Candidate Submission, doravante referido como o padrão IS-2000, ambos os quais são incorporados aqui por referência.
A encodif icação pode ser realizada com base em canal, isso ê, em cada fluxo de dados de canal, como
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SR ilustrado na figura 3. No entanto, a encodificação também pode ser realizada no fluxo de dados de entrada agregada, em um número de fluxos de dados de canal, em uma parte do fluxo de dados de canal, através de um conjunto de antenas, através de um conjunto de subcanais, através de um conjunto de subcanais e antenas, através de cada subcanal em cada símbolo de modulação, ou em alguma outra unidade de tempo, espaço e freqüência. Os dados encodifiçados dos encodif icadores 312a a 312k são então providos para um processador de dados 320 que processa os dados para gerar símbolos de modulação.
Em uma implementação, o processador de dados 320 designa cada fluxo de dados de canal para um ou mais subcanais, em um ou mais time slots, e em uma ou mais antenas. Por exemplo, para um fluxo de dados de canal correspondente a uma chamada de voz, o processador de dados 32 0 pode designar um subcanal em uma antena (se a diversidade de transmissão não for utilizada) ou múltiplas antenas (se a diversidade de transmissão for utilizada) por qualquer número de time slots necessários para essa chamada. Para um fluxo de dados de canal correspondente a um canal de sinalização ou broadcast, o processador de dados 32 0 pode designar os subcanais designados em uma ou mais antenas, novamente dependendo de se a diversidade de transmissão é utilizada ou não. O processador de dados 320 então designa os recursos disponíveis restantes para os fluxos de dados de canal correspondentes às transmissões de dados. Devido à natureza de rajadas das transmissões de dados e da maior tolerância aos retardos, o processador de dados 32 0 pode designar os recursos disponíveis de forma que os objetivos do sistema de alto desempenho e alta eficiência sejam alcançados. As transmissões de dados são
37/76 <Γ“ dessa forma programadas para alcançar os objetivos do sistema.
Depois de designar cada fluxo de dados de canal para seu(s) respectivo(s) time slot(s), o(s) subcanal(is) e a(s) antena(s), os dados no fluxo de dados de canal são modulados utilizando-se a modulação de muitiportadora. Em uma modalidade, a modulação OFDM é utilizada para prover várias vantagens. Em uma implementação da modulação OFDM, os dados em cada um dos fluxos de dados de canal são agrupados em blocos, com cada bloco possuindo um número específico de bits de dados. Os bits de dados em cada bloco são então designados para um ou mais subcanais associados ao fluxo de dados de canal.
Os bits em cada bloco são então demultiplexados em subcanais separados, com cada subcanal transportando um número potencialmente diferente de bits (isso é, com base na C/l do subcanal e se o processamento MIMO for empregado) . Para cada um desses subcanais, os bits são agrupados em símbolos de modulação utilizando um esquema de modulação específico (por exemplo, M-PSK ou M-QAM) associado a esse subcanal. Por exemplo, com 16-QAM, a constelação de sinal é constituída de 16 pontos em um plano complexo (isso é, a + j*b) , com cada ponto no plano complexo transportando 4 bits de informação. No modo de processamento MIMO, cada símbolo de modulação no subcanal representa uma combinação linear de símbolos de modulação, cada um dos quais pode ser selecionado a partir de uma constelação diferente.
A coleção de símbolos de modulação L forma um vetor de símbolo de modulação V de dimensão L. Cada elemento do vetor de símbolo de modulação V é associado a um subcanal específico possuindo uma freqüência ou tom único, no qual os símbolos de modulação são transportados.
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A coleta desses símbolos de modulação L são ortogonais um para o outro. Em cada time slot e para cada antena, os símbolos de modulação L correspondentes aos subcanais L são combinados em um símbolo OFDM utilizando uma transformada inversa de Fourier rápida (IFFT - Inverse Fast Fourier Transform). Cada símbolo OFDM inclui dados dos fluxos de dados de canal designados para os subcanais L.
A modulação OFDM é descrita em maiores detalhes em um artigo intitulado Multicarrier Modulation for Data Transmission: An Idea Whose Time Has Come, por John A.C. Bingham, IEEE Communications Magazine, maio 1990, que é incorporado aqui por referência.
O processador de dados 320 recebe e processa dessa forma os dados encodifiçados correspondentes aos fluxos de dados de canal K para prover vetores de símbolo de modulação NT, Vx a VN , um vetor de símbolo de modulação para cada antena transmissora. Em algumas implementações, alguns dos vetores de símbolo de modulação pode ter informação duplicada em subcanais específicos destinados a diferentes antenas transmissoras. Os vetores de símbolo de modulação Vi a VN são providos para os moduladores 114a a 114t, respectivamente.
Na modalidade ilustrada na figura 3, cada modulador 114 inclui um IFFT 330, um gerador de prefixo de ciclo 332, e um conversor de subida (upconverter) 334. O IFFT 330 converte os vetores de símbolo de modulação recebidos em suas representações no domínio do tempo chamados símbolos OFDM. O IFFT 330 pode ser projetado para realizar o IFFT em qualquer número de subcanais (por exemplo, 8, 16, 32 e assim por diante) . Em uma modalidade, para cada vetor de símbolo de modulação convertido em um símbolo OFDM, o gerador de prefixo de ciclo 332 repete uma
39/76 parte da representação no domínio do tempo do símbolo OFDM para formar o símbolo de transmissão para a antena específica. O prefixo cíclico garante que o símbolo de transmissão retenha suas propriedades ortogonais na presença de um espalhamento de retardo de multipercurso aperfeiçoando o desempenho contra efeitos de percurso prejudiciais, como descrito abaixo. A implementação do IFFT 330 e gerador de prefixo de ciclo 332 é conhecido na técnica e não é descrito em detalhes aqui.
As representações no domínio do tempo de cada gerador de prefixo de ciclo 332 (isso é, os símbolos de transmissão para cada antena) são então processadas pelo conversor de subida 334, convertidas em um sinal analógico, modulado em uma freqüência de RF e condicionado (por exemplo, amplificado e filtrado) para gerar um sinal modulado de RF que é então transmitido a partir da respectiva antena 116.
A figura 3 também ilustra um diagrama de blocos de uma modalidade do processador de dados 320. Os dados encodifiçados para cada fluxo de dados de canal (isso é, fluxo de dados encodifiçado, X) são providos para um processador de dados de canal respectivo 322. Se o fluxo de dados de canal for transmitido através de múltiplos subcanais e/ou múltiplas antenas (sem duplicação em pelo menos algumas das transmissões) , o processador de dados de canal 332 demultiplexa o fluxo de dados de canal em um número de (até L · NT) subfluxos de dados. Cada subfluxo de dados corresponde a uma transmissão em um subcanal específica em uma antena específica. Em implementações típicas, o número de subfluxos de dados é inferior a L · NT visto que alguns dos subcanais são utilizados para dados de sinalização, voz e outros tipos de dados. Os subfluxos de dados são então processados para gerar subfluxos
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correspondentes para cada um dos subcanais designados que são então providos para os combinadores 324 combinam os combinadores símbolos de
324. Os modulação designados para cada antena em vetores de símbolo de modulação que são então providos como um fluxo de vetor de símbolo de modulação. Os fluxos de vetor de símbolo de modulação NT para as antenas NT são então providos para os blocos de processamento subsequentes (isso é, moduladores 114) .
Em um projeto que provê a maior flexibilidade, melhor desempenho e maior eficiência, o símbolo de modulação a ser transmitido em cada time slot, em cada subcanal, pode ser individual e independentemente selecionado. Essa característica permite a melhor utilização do recurso disponível em todas as três dimensões - tempo, freqüência e espaço. 0 número de bits de dados transmitido por cada símbolo de modulação pode dessa forma diferir.
A figura 4A é um diagrama de blocos de uma modalidade de um processador de dados de canal 400 que pode ser utilizado para processar um fluxo de dados de canal. O processador de dados de canal 400 pode ser utilizado para implementar um processador de dados de canal 322 na figura 3. A transmissão de um fluxo de dados de canal pode ocorrer em múltiplos subcanais (por exemplo, para os dados 1 na figura 2) e também pode ocorrer a partir de múltiplas antenas. A transmissão em cada subcanal e a partir de cada antena pode representar dados não-dupliçados.
Dentro do processador de dados de canal 400, um demultiplexador 420 recebe e demultiplexa o fluxo de dados encodif içado, Xlz em um número de fluxos de dados de subcanal, Xí,i a X1(M, um fluxo de dados de subcanal para cada subcanal sendo utilizado para transmitir dados. A
41/76 demultiplexação de dados pode ser uniforme ou não-uniforme. Por exemplo, se alguma informação sobre os percursos de transmissão for conhecida (isso é, CSI total ou CSI parcial é conhecida), o demultiplexador 420 pode direcionar mais bits de dados para os subcanais capazes de transmitir mais bps/Hz. No entanto, se nenhuma CSI for conhecido, o demultiplexador 420 pode direcionar uniformemente um número aproximadamente igual de bits para cada um dos subcanais alocados.
Cada fluxo de dados de subcanal é então provido para um respectivo processador de divisão espacial 430. Cada processador de divisão espacial 430 pode adicionalmente demultiplexar o fluxo de dados de subcanal recebido em um número de (até NT) dados. Dessa forma, depois do desmultiplexador 420 e do processador de divisão espacial 430, o fluxo de dados encodif içado Xi pode ser demultiplexado em até L · NT subfluxos de dados a serem transmitidos em até L subcanais a partir de até NT antenas.
Em qualquer time slot específico, até NT símbolos de modulação podem ser gerados por cada processador de divisão espacial 430 e providos para NT combinadores 400a a 400t. Por exemplo, o processador de divisão espacial 430a designado para o subcanal 1 pode prover até NT símbolos de modulação para o subcanal 1 das antenas 1 a NT. De forma similar, o processador de divisão espacial 430k designado para o subcanal k pode prover até NT símbolos para o subcanal k das antenas 1 a NT. Cada combinador 440 recebe os símbolos de modulação para os subcanais L, combina os símbolos para cada time slot em um vetor de símbolo de modulação, e provê os vetores de símbolo de modulação como um fluxo de vetor de símbolo de modulação, V, para o próximo estágio de processamento (por exemplo, modulador 114) .
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O processador de dados de canal 4 00 também pode ser designado para prover o processamento necessário para implementar os modos de processamento de CSI total ou CSI parcial descritos acima. O processamento de CSI pode ser realizado com base na informação CSI disponível e em fluxos de dados de canal selecionados, subcanais, antenas, etc. O processamento de CSI também pode ser ativado e desativado de forma seletiva e dinâmica. Por exemplo, o processamento de CSI pode ser ativado para uma transmissão específica e desativado para algumas outras transmissões. O processamento de CSI pode ser ativado sob determinadas condições, por exemplo, quando o link de transmissão possuir uma C/l adequada.
O processador de dados de canal 400 na figura 4A provê um alto nível de flexibilidade. No entanto, tal flexibilidade é tipicamente não necessária para todos os fluxos de dados de canal. Por exemplo, os dados para uma chamada de voz são tipicamente transmitidos através de um subcanal pela duração da chamada, ou até um momento no qual o subcanal é redesignado. O projeto do processador de dados de canal pode ser muito simplificado para esses fluxos de dados de canal.
A figura 4B é um diagrama de blocos do processamento que pode ser empregado para um fluxo de dados de canal tal como dados de overhead, sinalização, voz ou tráfego. Um processador de divisão espacial 450 pode ser utilizado para implementar um processador de dados de canal 322 na figura 3 e pode ser utilizado para suportar um fluxo de dados de canal tal como, por exemplo, uma chamada de voz. Uma chamada de voz é tipicamente designada para um subcanal para múltiplos time slots (por exemplo, voz 1 na figura 2) e pode ser transmitida a partir de múltiplas antenas. 0 fluxo de dados encodifiçado, Xj, é provido para
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o processador de divisão espacial 450 que agrupa os dados em blocos, com cada bloco possuindo um número específico de bits que são utilizados para gerar um símbolo de modulação. Os símbolos de modulação do processador de divisão espacial 450 são então providos para um ou mais combinadores 44 0 associados a uma ou mais antenas utilizadas para transmitir o fluxo de dados de canal.
Uma implementação específica de uma unidade transmissora capaz de gerar o sinal de transmissão ilustrado na figura 2 é agora descrita para uma melhor compreensão da invenção. No time slot 2 na figura 2, os dados de controle são transmitidos no subcanal 1, os dados de difusão são transmitidos no subcanal 2, as chamadas de voz 1 e 2 são designadas aos subcanais 3 e 4, respectivamente, e os dados de tráfego são transmitidos nos subcanais 5 a 16. Nesse exemplo, a unidade transmissora é considerada como incluindo quatro antenas transmissoras (isso é, NT = 4) e quatro sinais de transmissão (isso é, quatro sinais modulados de RF) são gerados para as quatro antenas.
A figura 5A é um diagrama de blocos de uma parte das unidades de processamento que podem ser utilizadas para gerar o sinal de transmissão para o time slot 2 na figura 2. O fluxo de dados registrado é provido para um demultiplexador (DEMUX) 510 que demultiplexa o fluxo em cinco fluxos de dados de canal, Sx a S5, correspondentes a dados de controle, difusão, voz 1, voz 2 e dados 1 na figura 2. Cada fluxo de dados de canal é provido para um respectivo encodificador 512 que encodifica os dados utilizando um esquema de encodificação selecionado para esse fluxo.
Nesse exemplo, os fluxos de dados de canal Si a S3 são transmitidos utilizando-se diversidade de
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transmissão. Dessa forma, cada um dos fluxos de dados encodif içado X3 a X3 é provido para um respectivo processador de dados de canal 532 que gera os símbolos de modulação para esse fluxo. Os símbolos de modulação de cada um dos processadores de dados de canal 532a a 532c são então providos para todos os quatro combinadores 540a a 540d. Cada combinador 540 recebe os símbolos de modulação para todos os 16 subcanais designados para a antena associada ao combinador, combina os símbolos em cada subcanal em cada time slot para gerar um vetor de símbolo de modulação, e provê os vetores de símbolo de modulação como um fluxo de vetor de símbolo de modulação, V, para um modulador associado 114. Como indicado na figura 5A, o fluxo de dados de canal Sx é transmitido no subcanal 1 a partir de todas as quatro antenas, o fluxo de dados de canal S2 é transmitido no subcanal 2 a partir de todas as quatro antenas, e o fluxo de dados de canal S3 é transmitido no subcanal 3 a partir de todas as quatro antenas.
A figura 5B é um diagrama de blocos de uma parte das unidades de processamento utilizadas para processar os dados encodif içados para o fluxo de dados de canal S4. Nesse exemplo, o fluxo de dados de canal S4 é transmitido utilizando-se a diversidade espacial (e não transmitir a diversidade como utilizada para os fluxos de dados de canal Si a S3) . Com diversidade espacial, os dados são demultiplexados e transmitidos (simultaneamente em cada um dos subcanais designados ou através de diferentes time slots) através de múltiplas antenas. O fluxo de dados encodificado X4 é provido para um processador de dados de canal 532d que gera os símbolos de modulação para esse fluxo. Os símbolos de modulação nesse caso são combinações lineares de símbolos de modulação selecionados a partir dos
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alfabetos de símbolo que correspondem a cada um dos modos próprios do canal. Nesse exemplo, existem quatro modos próprios distintos, cada um dos quais é capaz de transportar uma quantidade diferente de informação. Como um exemplo, supondo-se que o modo próprio 1 tenha uma C/l que permita que 64-QAM (6 bits) sejam transmitidos de forma confiável, o modo próprio 2 permite que 16-QAM (4 bits), o modo próprio 3 permite que QPSK (2 bits) e o modo próprio 4 permite que BPSK (1 bit) sejam utilizados. Dessa forma, a combinação de todos os quatro modos próprios permite que um total de 13 bits de informação sejam transmitidos simultaneamente como um símbolo de modulação efetivo em todas as quatro antenas no mesmo subcanal. O símbolo de modulação efetivo para o subcanal designado em cada antena é uma combinação linear dos símbolos individuais associados a cada modo próprio, como descrito pela multiplicação de matriz provida na equação (1) acima.
A figura 5C é um diagrama de blocos de uma parte das unidades de processamento utilizada para processar o fluxo de dados de canal S5. O fluxo de dados encodifiçado X5 é provido para um demultiplexador (DEMUX) 53 0 que demultiplexa o fluxo X5 em doze fluxos de dados de subcanal X5,n a X5,i6, um fluxo de dados de subcanal para cada um dos subcanais alocados 5 a 16. Cada fluxo de dados de subcanal é então provido para um processador de dados de subcanal respectivo 536 que gera os símbolos de modulação para o fluxo de dados de subcanal associado. O fluxo de símbolo de subcanal dos processadores de dados de subcanal 53 6a a 53 61 são então providos para os demultiplexadores 538a a 5381, respectivamente. Cada demultiplexador 538 demultiplexa o fluxo de símbolo de subcanal recebido em quatro subfluxos de símbolo, com cada subfluxo de símbolo correspondendo a um subcanal específico em uma antena
46/76 específica. Os quatro subfluxos de símbolo de cada demultiplexador 538 são então providos para quatro combinadores 540a a 54Od.
Na modalidade descrita na figura 5C, um fluxo de dados de subcanal é processado para gerar um fluxo de símbolo de subcanal que é então demultiplexado em quatro
| subfluxos | de | símbolo, | um | subfluxo | de | símbolo para um |
| subcanal | específico de | cada | antena. | Essa implementação é | ||
| diferente | da | descrita | para | a figura | 4A. Na modalidade | |
| descrita | para | a figura | 4A, | o fluxo | de | dados de subcanal |
designado para um subcanal específico é demultiplexado em um número de subfluxos de dados, um subfluxo de dados para cada antena, e então processado para gerar os subfluxos de símbolo correspondentes. A demultiplexação na figura 5C é realizada depois da modulação de símbolo ao passo que a demultiplexação na figura 4A é realizada antes da modulação de símbolo. Outras implementações também podem ser utilizadas e estão dentro do escopo da presente invenção.
Cada combinação do processador de dados de subcanal 536 e demultiplexador 538 na figura 5C realiza, de forma similar, a combinação do processador de dados de subcanal 532d e demultiplexador 534d na figura 5B. A taxa de cada subf luxo de símbolo de cada desmultiplexador 53 8, é, na média, um quarto da taxa de fluxo de símbolo do processador de dados de canal associado 536.
A figura 6 é um diagrama de blocos de uma modalidade de uma unidade receptora 600, possuindo múltiplas antenas receptoras, que podem ser utilizadas para receber um ou mais fluxos de dados de canal. Um ou mais sinais transmitidos de uma ou mais antenas transmissoras pode ser recebido por cada uma das antenas 610a a 610r e direcionados para um respectivo processador front-end 612. Por exemplo, a antena receptora 610a pode receber um número
47/76 / 3 de sinais transmitidos a partir de um número de antenas transmissoras, e antena receptora 610r pode receber de forma similar múltiplos sinais transmitidos. Cada processador front-end 612 condiciona (por exemplo, filtra e amplifica) o sinal recebido, converte para recepção (downconverts) o sinal condicionado para uma freqüência intermediária ou banda base, e amostra e quantiza o sinal convertido para receção. Cada processador front-end 612 demodula tipicamente e adicionalmente as amostras associadas à antena específica com o piloto recebido para gerar amostras coerentes que são então providas para um respectivo processador FFT 614, um para cada antena receptora.
Cada processador FFT 614 gera representações transformadas das amostras récebidas e provê um respectivo fluxo de vetores de símbolo de modulação. Os fluxos de vetor de símbolo de modulação dos processadores FFT 614a a 614r são então providos para o demultiplexador e combinadores 620, que canalizam o fluxo dos vetores de símbolo de modulação de cada processador FFT 614 em um número de (até L) fluxos de símbolo de subcanal. Os fluxos de símbolo de subcanal de todos os processadores FFT 614 são então processados, com base (por exemplo, na diversidade ou MIMO) no modo de comunicações utilizado, antes da demodulação e decodificação.
Para um fluxo de dados de canal transmitido utilizando-se o modo de comunicações de diversidade, os fluxos de símbolo de subcanal de todas as antenas utilizadas para a transmissão do fluxo de dados de canal são apresentados para um combinador que combina a informação redundante com o tempo, espaço e freqüência. O fluxo de símbolos de modulação combinados é então provido
48/76 para um processador de canal (diversidade) 630 e demodulado de acordo.
Para um fluxo de dados de canal transmitido utilizando-se o modo de comunicações MIMO, todos os fluxos de símbolo de subcanal utilizados para a transmissão do fluxo de dados de canal são apresentados a um processador MIMO que ortogonaliza os símbolos de modulação recebidos em cada subcanal em modos próprios distintos. O processador MIMO realiza o processamento descrito pela equação (2) acima e gera um número de subfluxos de símbolo independentes correspondentes ao número de modos próprios utilizados na unidade transmissora. Por exemplo, o processador MIMO pode realizar a multiplicação dos símbolos de modulação recebidos com os vetores próprios esquerdos para gerar símbolos de modulação pós-condicionados, que correspondem aos símbolos de modulação antes do processador de CSI total na unidade transmissora. Os subfluxos de símbolo (pós-condicionados) são então providos a um processador de canal (MIMO) 630 e demodulados de acordo. Dessa forma, cada processador de canal 63 0 recebe um fluxo de símbolos de modulação (para o modo de comunicações de diversidade) ou um número de subfluxos de símbolo (para o modo de comunicações MIMO). Cada fluxo ou subfluxo de símbolos de modulação é então provido para um respectivo demodulador (DEMOD) que implementa um esquema de demodulação (por exemplo, M-PSK, M-QAM, e outros) que é complementar ao esquema de modulação utilizado na unidade transmissora para o subcanal sendo processado. Para o modo de comunicações MIMO, os dados demodulados de todos os demoduladores designados podem então ser decodificados independentemente ou multiplexados em um fluxo de dados de canal e então decodificados, dependendo do método de codificação e modulação empregado na unidade transmissora.
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Para ambos os modos de comunicações por diversidade e MIMO, o fluxo de dados de canal do processador de canal 630 pode então ser provido para um respectivo decodificador 640 que implementa um esquema de decodificação complementar ao utilizado na unidade transmissora para o fluxo de dados de canal. Os dados decodificados de cada decodificador 540 representa uma estimativa dos dados transmitidos para esse fluxo de dados de canal.
A figura 6 representa uma modalidade de uma unidade receptora. Outros projetos podem ser contemplados e estão dentro do escopo da presente invenção. Por exemplo, uma unidade receptora pode ser projetada com apenas uma antena receptora, ou pode ser projetada capaz de múltiplos processamentos simultâneos de fluxos de dados de canal (por exemplo, voz, dados).
Como notado acima, a modulação de multiportadoras é utilizada no sistema de comunicações da invenção, Em particular, a modulação OFDM pode ser empregada para prover um número de benefícios incluindo o desempenho aperfeiçoado em um ambiente de multipercurso, implementação reduzida de complexidade (em um sentido relativo, para o modo de operação MIMO), e flexibilidade. No entanto, outras variações da modulação de multiportadoras também podem ser utilizadas e estão dentro do escopo da presente invenção.
A modulação OFDM pode aperfeiçoar o desempenho do sistema devido ao espalhamento de retardo de multipercurso ou retardo diferencial de percurso introduzido pelo ambiente de propagação entre a antena transmissora e a antena receptora. O link de comunicações (isso é, o canal de RF) possui um espalhamento de retardo que pode potencialmente ser superior à alternância da largura de banda operacional do sistema, W. Devido a isso, um sistema de comunicações empregando um esquema de modulação que
50/76 possui uma duração de símbolo de transmissão menor do que a do espalhamento de retardo sofrerá de interferência intersímbolo (ISI - Inter-symbol Interference). A ISI distorce o símbolo recebido e aumenta a probabilidade de detecção incorreta.
Com a modulação OFDM, o canal de transmissão (ou largura de banda operacional) é essencialmente dividido em um (grande) número de subcanais paralelos (ou sub-bandas) que são utilizados para comunicar os dados. Visto que cada um dos subcanais possui uma largura de banda que é tipicamente muito menor do que a largura de banda de coerência do link de comunicações, a ISI devido ao espalhamento de retardo no link é significativamente reduzida ou eliminada utilizando-se a modulação OFDM. Em contraste, a maior parte dos esquemas de modulação convencionais (por exemplo, QPSK) é sensível à ISI a menos que a taxa de símbolo de transmissão seja pequena em comparação ao espalhamento de retardo do link de comunicações.
Como notado acima, um prefixo cíclico pode ser utilizado para combater os efeitos prejudiciais do multipercurso. Um prefixo cíclico é uma parte de um símbolo OFDM (normalmente a parte dianteira, após o IFFT) que é enrolada para o fundo do símbolo. O prefixo cíclico é utilizado para reter a ortogonalidade do símbolo OFDM, que é tipicamente destruída pelo multipercurso.
Como um exemplo, considerando-se um sistema de comunicações no qual o espalhamento de retardo de canal é inferior a 10 gs. Cada símbolo OFDM possui anexado ao mesmo um prefixo cíclico que garante que o símbolo geral retenha suas propriedades ortogonais na presença de um espalhamento de retardo de multipercurso. Visto que o prefixo cíclico não transporta qualquer informação adicional, o mesmo é
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C Ί~ essencialmente elevado. Para se manter uma boa eficiência, a duração do prefixo cíclico é selecionada de forma que seja uma fração pequena da duração total do símbolo de transmissão. Para o exemplo acima, utilizando-se um overhead de 5% para compensar o prefixo cíclico, uma duração de símbolo de transmissão de 200 μΞ é adequada para um espalhamento de retardo de canal de no máximo 10 gs. A duração do símbolo de transmissão de 200 με corresponde a uma largura de banda de 5 kHz para cada uma das sub-bandas.
Se a largura de banda geral do sistema for de 1.2288 MHz, 250 subcanais de aproximadamente 5 kHz podem ser providos. Na prática, é conveniente para o número de subcanais ser uma potência de dois. Dessa forma, se a duração do símbolo de transmissão for aumentada para 205 μθ e a largura de banda do sistema for dividida em M = 256 sub-bandas, cada subcanal terá uma largura de banda de 4,88 kHz.
Em determinadas modalidades da invenção, a modulação OFDM pode reduzir a complexidade do sistema. Quando o sistema de comunicações incorpora a tecnologia
MIMO, a complexidade associada à unidade receptora pode ser significativa, particularmente quando o multipercurso está presente. A utilização de modulação OFDM permite que cada um dos subcanais seja tratado de forma independente pelo processamento MIMO empregado. Dessa forma, a modulação OFDM pode simplificar de forma significativa o processamento de sinal na unidade receptora quando a tecnologia MIMO é utilizada.
A modulação OFDM também pode permitir uma flexibilidade adicional no compartilhamento da largura de banda do sistema, W, entre múltiplos usuários. Especificamente, o espaço de transmissão disponível para símbolos OFDM pode ser compartilhado entre um grupo de
52/76 usuários. Por exemplo, usuários de voz de baixa taxa podem receber um subcanal ou uma fração de um subcanal no símbolo OFDM, enquanto qué os subcanais restantes podem ser alocados para usuários de dados com base na demanda agregada. Adicionalmente, dados de overhead, difusão e controle podem ser transportados em alguns subcanais disponíveis ou (possivelmente) em uma parte de um subcanal.
Como descrito acima, cada subcanal em cada time slot ê associado a um símbolo de modulação que é selecionado a partir de algum alfabeto tal como M-PSK ou MQAM. Em determinadas modalidades, o símbolo de modulação em cada um dos subcanais L pode ser selecionado de forma que a utilização mais eficiente seja feita desse subcanal. Por exemplo, o subcanal 1 pode ser gerado utilizando-se QPSK, o subcanal 2 pode ser gerado utilizando-se BPSK, o subcanal 3 pode ser gerado utilizando-se 16-QAM, e assim por diante. Dessa forma, para cada time slot, até L símbolos de modulação para os subcanais L são gerados e combinados para gerar o vetor de símbolo de modulação para esse time slot.
0 Um ou mais subcanais podem ser alocados para um ou mais usuários. Por exemplo, cada usuário de voz pode receber um único subcanal. Os subcanais restantes podem ser dinamicamente alocados para usuários de dados. Nesse caso, os subcanais restantes podem ser alocados para um único usuário de dados ou divididos entre múltiplos usuários de dados. Adicionalmente, alguns subcanais podem ser reservados para a transmissão de dados de overhead, difusão e controle. Em determinadas modalidades da invenção, pode ser desejável se mudar a designação do subcanal (possivelmente) de símbolo de modulação para símbolo de uma forma pseudo-aleatória para aumentar a diversidade e prover alguma média de interferência.
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Em um sistema CDMA, a potência de transmissão em cada transmissão de link reverso ê controlada de forma que a taxa de erro de frame requerida (FER - Frame Error Rate) seja alcançada na estação base na potência de transmissão mínima, minimizando assim a interferência para outros usuários no sistema. No link de emissão do sistema CDMA, a potência de transmissão também é ajustada para aumentar a capacidade do sistema.
No sistema de comunicações da invenção, a potência de transmissão nos links de emissão e reverso pode ser controlada de forma a minimizar a interferência e maximizar a capacidade do sistema. O controle da potência pode ser alcançado de várias formas. Por exemplo, o controle de energia pode ser realizado em cada fluxo de dados de canal, em cada subcanal, em cada antena, ou em alguma outra unidade de medição. Quando operando no modo de comunicações de diversidade, se a perda de percurso de uma antena específica for grande, a transmissão dessa antena pode ser reduzida ou emudecida visto que pouco pode ser ganho na unidade receptora. De forma similar, se a transmissão ocorrer através de múltiplos subcanais, menos energia pode ser transmitida nos subcanais sofrendo da maior perda de percurso.
Em uma implementação, o controle de potência pode ser alcançado com um mecanismo de feedback similar ao utilizado no sistema CDMA. A informação de controle de potência pode ser enviada de forma periódica ou autônoma a partir da unidade receptora para a unidade transmissora para direcionar a unidade transmissora para aumentar ou diminuir sua potência de transmissão. Os bits de controle de energia podem ser gerados com base em, por exemplo, o BER ou FER na unidade receptora.
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A figura 7 ilustra uma representação que ilustra a eficiência espectral associada a alguns dos modos de comunicações do sistema de comunicações da invenção. Na figura 7, o número de bits por símbolo de modulação para uma determinada taxa de erro de bit é dado como uma função de C/I para um número de configurações de sistema. A anotação NtxNr denota a dimensão da configuração, com NT = o número de antenas transmissoras e NR = o número de antenas receptoras. Duas configurações de diversidade, isso é, 1x2 e 1x4, e quatro configurações MIMO, isso é, 2x2, 2x4, 4x4 e 8x4 são simuladas e os resultados são providos na figura 7.
Como ilustrado nas representações, o número de bits por símbolo para uma BER determinada varia de menos de
1 bps/Hz para quase 20 bps/Hz. Com baixos valores de C/l, a eficiência espectral do modo de comunicações de diversidade e o modo de comunicações MIMO é similar, e o aperfeiçoamento na eficiência é menos notado. No entanto, com valores mais altos de C/I, o aumento na eficiência espectral com a utilização do modo de comunicações MIMO se torna mais dramático. Em determinadas configurações MIMO e para determinadas condições, o aperfeiçoamento instantâneo pode atingir até 20 vezes.
A partir dessas representações, pode-se observar que a eficiência espectral aumenta geralmente à medida que o número de antenas transmissoras e receptoras aumenta. O aperfeiçoamento também é geralmente limitado ao menor dentre NT e NR. Por exemplo, as configurações de diversidade, 1x2, e 1x4, alcançam ambas de forma sintomática aproximadamente 6 bps/Hz.
Durante o exame de várias taxas de dados que podem ser alcançadas, os valores de eficiência espectral providos na figura 7 podem ser aplicados aos resultados com
55/76 base em subcanal para se obter a faixa de taxas de dados possíveis para o subcanal. Como um exemplo, para uma unidade de assinante operando a uma C/I de 5 dB, a eficiência espectral alcançada para essa unidade de assinante está entre 1 bps/Hz e 2,25 bps/Hz, dependendo do modo de comunicações empregado. Dessa forma, em um subcanal de 5 kHz, essa unidade de assinante pode sustentar uma taxa de dados de pico na faixa de 5 kbps a 10,5 kbps. Se a C/l for de 10 dB, a mesma unidade de assinante pode sustentar taxas de dados de pico na faixa de 10,5 kbps a 25 kbps por subcanal. Com 256 subcanais disponíveis, a taxa de dados sustentada de pico para uma unidade de assinante operando a 10 dB C/l é então de 6,4 Mbps. Dessa forma, de acordo com as requisições de taxa de dados da unidade de assinante e da C/I operacional para a unidade de assinante, o sistema pode alocar o número necessário de subcanais para corresponder às requisições. No caso de serviços de dados, o número de subcanais alocados por time slot pode variar dependendo, por exemplo, de outro carregamento de tráfego.
0 O link reverso do sistema de comunicações pode ser designado de forma similar em estrutura ao link de emissão. No entanto, ao invés de canais de broadcast e controle comuns, podem haver canais de acesso aleatório definidos nos subcanais específicos ou nas posições específicas de símbolo de modulação do frame, ou ambos. Os mesmos podem ser utilizados por algumas ou todas as unidades de assinante para enviar solicitações curtas (por exemplo, registro, solicitação por recursos, e assim por diante) para a estação central. Nos canais de acesso comuns, as unidades de assinante podem empregar modulação e codificação comuns. Os canais restantes podem ser alocados para usuários separados como no link de emissão. Em uma modalidade, a alocação e desalocação de recursos (em ambos
56/76 os links de emissão e reverso) são controladas pelo sistema e comunicadas no canal de controle no link de emissão.
Uma consideração de projeto para um link reverso é o retardo de propagação diferencial máximo entre a unidade de assinante mais próxima e a unidade de assinante mais distante. Em sistemas nos quais esse retardo é muito pequeno com relação à duração do prefixo cíclico, pode não ser necessário se realizar a correção na unidade transmissora. No entanto, nos sistemas nos quais o retardo é significativo, o prefixo cíclico pode ser estendido para compensar o retardo incrementado. Em alguns casos, pode ser possível se realizar uma estimativa razoável do retardo de ida e volta e corrigir o tempo de transmissão de forma que o símbolo chegue na estação central no momento correto. Normalmente existe algum erro residual, de forma que o prefixo cíclico possa também ser adicionalmente estendido para acomodar esse erro residual.
No sistema de comunicações, algumas unidades de assinante na área de cobertura podem ser capazes de receber sinais de uma ou mais estação central. Se a informação transmitida pelas múltiplas estações centrais for redundante em dois ou mais subcanais e/ou de duas ou mais antenas, os sinais recebidos podem ser combinados e demodulados pela unidade de assinante utilizando-se um esquema de combinação de diversidade. Se o prefixo cíclico empregado for suficiente para manusear o retardo de propagação diferencial entre o que chega primeiro e o que chega por último, os sinais podem ser (de forma ideal) combinados no receptor e demodulados de forma correta. Essa recepção de diversidade é bem conhecida das aplicações de difusão do OFDM. Quando os subcanais são alocados para unidades de assinante específicas, é possível que a mesma informação em um subcanal específico seja transmitida de um
57/76 número de estações centrais para uma unidade de assinante específica. Esse conceito ê similar ao soft handoff utilizado nos sistemas CDMA.
sistema de comunicações descrito acima pode ser 5 utilizado para várias aplicações e para prover vários serviços. Tais serviços podem incluir, por exemplo, serviços em tempo real, serviços em tempo não-real, ou ambos os serviços em tempo real e de tempo não-real multiplexados juntos. Os serviços a serem suportados pelo sistema de comunicações podem ser definidos e categorizados de várias formas (por exemplo, pela qualidade de serviço (QoS) associada aos serviços). Como um exemplo, os serviços suportados podem ser categorizados em três tipos definidos como se segue:
· Serviços em tempo real full duplex (FDRT) serviços que requerem um retardo curto de via única (por exemplo, voz);
• Serviços em tempo real half duplex (HDRT) serviços que podem tolerar retardo de via única mais longo,
20. desde que o retardo não varie por uma quantidade grande (por exemplo, vídeo, áudio); e • Serviços em tempo não-real (NRT) - serviços que não são tão sensíveis ao retardo (por exemplo, dados em pacote).
Serviços adicionais e/ou diferentes também podem ser suportados e estão dentro do escopo da invenção. Por exemplo, serviços de difusão, serviços de paging e outros podem ser suportados. De forma similar, tipos adicionais e/ou diferentes de serviços também podem ser definidos e estão dentro do escopo da invenção.
Uma vez que os serviços foram definidos e categorizados, os mesmos podem ser multiplexados de várias
58/76 formas. Por exemplo, os serviços HDRT e NRT podem ser multiplexados em uma única transmissão de dados, com os serviços HDRT recebendo maior prioridade. Os serviços FDRT também podem ser multiplexados com os serviços HDRT e NRT, possivelmente utilizando-se um esquema de multiplexação diferente. Vários esquemas de multiplexação podem ser utilizados para transmitir os serviços suportados. Alguns desses esquemas são descritos em detalhes adicionalmente abaixo.
A figura 8A é um diagrama de uma modalidade de uma estrutura que pode ser utilizada para transmitir vários tipos de serviços. Nessa modalidade, os serviços suportados são multiplexados e transmitidos em slots (apenas um slot é ilustrado na figura 8A para fins de simplicidade) . Cada slot cobre N símbolos OFDM 810a a 810n, onde N pode ser definido como sendo qualquer inteiro. Em uma modalidade, cada slot é adicionalmente dividido em um número de partições 802 (duas são ilustradas na figura 8A para fins de simplicidade). Cada partição 802 pode incluir qualquer número de símbolos OFDM e pode ser utilizada para suportar quaisquer tipos de serviços. Por exemplo, a partição 802a pode ser utilizada para suportar os serviços FDRT (por exemplo, voz) , e a partição 802b pode ser utilizada para suportar os serviços HDRT e/ou NRT (por exemplo, dados em pacote). Outras estruturas também podem ser implementadas e estão dentro do escopo da invenção.
A partição utilizada para suportar os serviços FDRT e a partição utilizada para suportar os serviços HDRT e NRT podem cada uma ser compartilhada com múltiplos usuários. A partilha de uma partição pode ser alcançada por vários esquemas de multiplexação. Por exemplo, a partilha pode ser alcançada por:
59/76 • multiplexação de múltiplos usuários em diferentes tons OFDM (ortogonal);
• multiplexação de múltiplos usuários em tons OFDM comuns utilizando códigos Walsh;
· multiplexação de múltiplos usuários em símbolos OFDM comum s utilizando comutação de pacote; e • designação de múltiplos usuários para seus respectivos símbolos OFDM.
Esses esquemas de multiplexação são descritos em maiores detalhes abaixo. Outros esquemas de multiplexação também podem ser definidos e estão dentro do escopo da invenção.
A figura 9 é um diagrama de blocos de uma modalidade de um processador de dados 912 e um modulador
914 que pode ser utilizado para multiplexar vários usuários em tons OFDM ortogonais. Os fluxos de dados de canal Si a Sk podem ser utilizados para transportar dados para os usuários 1 a K, respectivamente. Fluxos de dados de canal adicionais (por exemplo, Sx) podem ser utilizados para transportar dados para os canais de controle, sinalização, broadcast e outros canais de overhead. Cada fluxo de dados de canal é provido para um respectivo encodificador 922 que codifica os dados recebidos com um esquema de codificação específico selecionado para esse canal. Por exemplo, o esquema de codificação pode incluir a codificação convolucional, a codificação Turbo, ou nenhuma codificação. Os fluxos de dados encodif içados Xx a XL dos encodif icadores 922a a 9221 são então providos para os respectivos multiplicadores 924a a 9241 que também recebem os respectivos fatores de escalonamento Gi a GL. Cada multiplicador 924 escalona o fluxo de dados recebido com o
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fator de escalonamento recebido para prover um ajuste de potência para o fluxo de dados.
Os fluxos de dados escalonados dos multiplicadores 924a a 9241 são então providos para um conversor serial para paralelo (P/S) 926 que multiplexa os fluxos de dados recebidos em um fluxo de dados combinado. Um elemento de mapeamento de símbolo 928 então recebe o fluxo de dados combinado e intercala (isso é, reordena) os dados no fluxo para prover uma diversidade temporal. 0 elemento de mapeamento de símbolo 928 mapeia adicionalmente os dados em cada fluxo de dados recebido aos tons designados para o fluxo de dados, como descrito abaixo. A saída do elemento de mapeamento de símbolo 928 é um fluxo dos vetores de símbolo de modulação V, que é provido para o modulador 914.
Dentro do modulador 914, um IFFT 930 recebe e converte os vetores de símbolo de modulação V em suas representações no domínio do tempo chamadas de símbolos OFDM. Em uma modalidade, para cada vetor de símbolo de modulação convertido em um símbolo OFDM, o gerador de prefixo de ciclo 932 repete uma parte da representação no domínio do tempo do símbolo OFDM para formar um símbolo de transmissão. O prefixo cíclico garante que o símbolo de transmissão retenha suas propriedades ortogonais na presença do espalhamento de retardo de multipercurso, aperfeiçoando assim o desempenho contra os efeitos prejudiciais de percurso, como descrito acima. Os símbolos de transmissão do gerador de prefixo de ciclo 932 são então processados pelo conversor de subida 934, convertidos em um sinal analógico, modulados a uma freqüência de RF, e condicionados (por exemplo, amplificados e filtrados) para gerar um sinal modulado de RF que é então transmitido de uma antena 916.
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Em uma modalidade, o elemento de mapeamento de símbolo 928 mapeia os símbolos para cada fluxo de dados de canal (por exemplo, cada usuário) a fim de determinar os tons que são designados ao canal. Com referência novamente à figura 8A, cada partição inclui um número de símbolos OFDM e, com referência novamente à figura 1, cada símbolo OFDM inclui um número de tons transmitidos em um número de subcanais. Dessa forma, um número de tons em cada partição está disponível para transmissão dos fluxos de dados de canal.
Em uma modalidade, os tons disponíveis em cada partição de multiusuários são agrupados em um número de conjuntos de tons. Cada conjunto de tons é referido como um circuito e recebe um canal específico. Os fluxos de dados de canal L podem dessa forma ser designados aos circuitos L. Um fluxo de dados de canal específico também pode ser designado a múltiplos circuitos em uma ou mais partições (por exemplo, um ou mais circuitos na partição 802a e um ou mais circuitos na partição 802b). Além disso, um usuário pode ser designado com múltiplos fluxos de dados de canal ou um fluxo de dados de canal pode ser compartilhado entre múltiplos usuários. Vários fluxos de dados de canal também podem compartilhar o mesmo circuito.
Cada um dos circuitos pode ser definido de forma a incluir qualquer número de tons. Mais tons podem ser alocados aos circuitos de alta taxa e menos tons podem ser alocados em circuitos de baixa taxa. Além disso, cada circuito pode ser designado com qualquer tom de qualquer símbolo OFDM. Para se ter uma freqüência aperfeiçoada e uma diversidade temporal aperfeiçoada, os tons para cada circuito podem ser selecionados de forma que tons diferentes de símbolos OFDM diferente sejam designados ao circuito. Por exemplo, um circuito específico pode receber
62/76 o tom 1 do primeiro símbolo OFDM, o tom 2 do segundo símbolo OFDM e assim por diante.
Diferentes tipos de circuitos podem ser definidos e utilizados para diferentes tipos de serviços. Por exemplo, um primeiro tipo de circuito pode ser definido de forma a incluir diferentes tons de diferentes símbolos OFDM, e um segundo tipo de circuito pode ser definido de forma a incluir todos os tons de um ou mais símbolos OFDM. O primeiro tipo de circuito (por exemplo, na partição 802a) pode ser utilizado para suportar os serviços FDRT, e o segundo tipo de circuito (por exemplo, na partição 802b) pode ser utilizado para suportar os serviços HDRT e NRT. Com o segundo tipo de circuito, cada símbolo OFDM pode ser designado para um usuário HDRT ou NRT específico.
Os circuitos podem ser definidos como conjuntos estáticos de tons ou pode ser dinamicamente configurado. Por exemplo, o sistema de comunicações pode definir cada um dos circuitos disponíveis para designação e depois disso informa cada terminal de usuário sobre o circuito designado e sua definição (por exemplo, durante início da sessão). A definição dinâmica, dos circuitos permite a personalização dos circuitos para coincidirem com os serviços sendo suportados, e pode resultar em uma utilização aperfeiçoada dos recursos disponíveis.
Os circuitos podem ser definidos de forma a terem o mesmo tamanho de cada circuito possuindo a capacidade de transportar um número específico de bits. Alternativamente, os circuitos podem ser projetados de forma a terem diferentes tamanhos. Os tamanhos de circuito podem ser baseados nas estatísticas dos usuários no sistema de comunicações ou algum outro critério. Por exemplo, circuitos de taxa mais baixa podem ser definidos se mais usuários estiverem utilizando serviços de baixa taxa.
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Alternativa ou adicionalmente, os circuitos podem ser definidos com base nos serviços específicos sendo suportados e/ou requisições de usuário. Os circuitos de alta taxa com mais tons podem ser designados para serviços de alta taxa, e circuitos de baixa taxa com tons menos tons (ou transmitidos menos frequentemente) podem ser designados a serviços de baixa taxa.
Os circuitos são tipicamente definidos a priori, antes do processamento de uma chamada (por exemplo, circuito N° 0 inclui tons x, y, z e assim por diante) . Um ou mais circuitos podem ser designados para uma sessão de comunicações específica, e os circuitos designados podem ser providos para um terminal de usuário, por exemplo, através das mensagens de parâmetro de sistema de canal de controle que descrevem como o link de emissão é configurado.
A figura 8B é um diagrama de uma modalidade específica de uma estrutura de pacote 82 0, que pode ser utilizada para transmitir dados no sistema de comunicações. A estrutura em pacote 820 inclui um campo tipo pacote 822, um campo de identificador de circuito 824 e um campo de dados 826. O campo de tipo de pacote 822 é utilizado para sinalizar se o circuito designado para um terminal de usuário será alterado para o próximo pacote a ser transmitido para o terminal. O campo de tipo de pacote 822 pode também ser utilizado para informar ao terminal de usuário sobre uma mudança no esquema de transmissão. Por exemplo, para serviço de voz, o campo tipo pacote 822 pode ser utilizado para sinalizar uma mudança da atividade de voz para silêncio e vice-versa, cada uma das quais pode ser associada a um esquema de transmissão diferente, como descrito abaixo. A Tabela 1 ilustra uma definição específica para o campo tipo pacote 822.
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Tabela 1
| Valor do Tipo de Pacote | Definição |
| 00 | Nenhuma mudança no circuito |
| 01 | Mudança para novo circuito |
| 10 | Transição para silêncio |
| 11 | Transição para atividade |
Se o campo tipo pacote 822 indica que o circuito a ser utilizado para o próximo pacote será diferente, então o campo de identificador de circuito 824 pode ser utilizado para identificar o circuito específico a ser utilizado para o próximo pacote. O campo de identificador de circuito 824 pode prover a identidade do novo circuito além de outra informação (por exemplo, o esquema de transmissão), como descrito abaixo. O campo de identificador de circuito 824 é tipicamente utilizado apenas se houver informação a ser enviada (por exemplo, para mudança no esquema de circuito ou transmissão). Do contrário, o campo de identificador de circuito 824 é um campo nulo.
O campo de dados 826 pode ser utilizado para transportar a carga útil (por exemplo, dados) para a transmissão. O campo de dados 826 também pode ser utilizado para transportar outra informação tal como, por exemplo, dados de controle, bits CRC, e assim por diante.
O campo tipo pacote 822 pode ser implementado com poucos bits (por exemplo, 2 bits) e o campo de identificador de circuito 824 pode ser implementado com um número pequeno de bits (por exemplo de 8 a 10 bits) . Os bits restantes em cada pacote podem ser utilizados para o campo de dados 826. Isso resulta em um formato de pacote eficiente no qual poucos bits de overhead são necessários.
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Cada pacote pode ser dimensionado para encaixar um circuito em um slot. No entanto, um pacote também pode ser segmentado e transmitido utilizando múltiplos circuitos através de um ou mais slots. O tamanho do pacote pode ser selecionado para uma transmissão de dados eficiente. Para serviços que podem tolerar maiores retardos de processamento, as transmissões de baixa taxa podem ser coletadas e montadas em um pacote maior (por exemplo, 20 ms ou 40 ms de dados) que pode ser processado e transmitido de forma mais eficiente.
A estrutura de pacote 820 suporta a sinalização de entrada de banda de uma mudança na designação de circuito e a identidade do novo circuito. Essa informação também pode ser provida através de um canal de controle. O terminal de usuário processa então o canal de controle para receber mudanças na designação do circuito. Outros esquemas de sinalização para comunicar informação de circuito para o terminal de usuário também podem ser utilizados e estão dentro do escopo da invenção.
Para dados de voz, vários esquemas de transmissão podem ser utilizados para reduzir a quantidade de transmissão durante períodos de silêncio (por exemplo, pausas) ou baixa atividade. Durante períodos de silêncio, um ruído confortável é tipicamente enviado para o terminal de usuário. Esse ruído pode ser enviado a uma taxa menor do que a da de fala total. Em um esquema de transmissão, durante os períodos de silêncio, um pacote de taxa total é enviado a cada X slots (por exemplo, X pode ser 4, 8, 16 ou algum outro valor) . Esse esquema permite que até X usuários compartilhem o mesmo circuito durante os períodos de silêncio, com cada usuário sendo designado para um dos X slots. Em outro esquema de transmissão, um circuito de baixa taxa que inclui menos tons pode ser
66/76 utilizado para enviar ruído confortável. Esse circuito de baixa taxa pode ser enviado a cada slot, ou a cada pouco s slots (mas tipicamente mais freqüentemente do que a cada X slots). Em outro esquema de transmissão, um circuito de taxa total pode ser enviado como ruído de conforto mas a uma taxa mais baixa (por exemplo, utilizando um código de baixa taxa) . Esse circuito de taxa total é tipicamente o mesmo que o utilizado para fala ativa. A potência de transmissão pode ser reduzida para esse circuito de taxa total durante períodos de silêncio. Vários outros esquemas de transmissão de envio de ruído confortável (ou outros dados) a uma taxa de bit mais baixa podem ser contemplados também e estão dentro do escopo da invenção.
Os esquemas de transmissão descritos acima para reduzir a quantidade de transmissão durante períodos de silêncio também podem ser utilizados para qualquer dado sendo enviado a uma taxa menos que total. Por exemplo, a atividade de fala possuindo um conteúdo de frequência baixa pode ser representada utilizando-se menos bits e pode ser enviada utilizando-se um circuito de baixa taxa ou um circuito de taxa total transmitido de forma menos frequente. O terminal de usuário pode ser informado de acordo toda vez que uma mudança nos esquemas de circuito e/ou transmissão estiver para ser realizada.
O formato de pacote 820 suporta a utilização de diferentes circuitos para atividade de voz e silêncio. Quando um usuário muda o estado de atividade para silêncio, o campo de tipo de pacote 822 para o pacote de usuário pode ser enviado de forma adequada para informar o terminal de usuário que utilize o circuito identificado no campo identificador de circuito 824 para o próximo pacote (por exemplo, ruído). O campo de identificador de circuito 824 também pode identificar o slot específico utilizado para
67/76 transportar ruído confortável para esse terminal de usuário. Depois disso, durante períodos de silêncio, o pacote de ruído pode ser enviado a cada X slots (em um esquema de transmissão) para atualizar o ruído confortável que é reproduzido no terminal. Dessa forma, cada circuito utilizado para silêncio pode ser compartilhado por até X usuários.
De uma forma complementar, um circuito de taxa total é solicitado quando um usuário muda o estado de 10 silêncio para atividade. Um programador recebe a solicitação e designa para o usuário um circuito de taxa total selecionado a partir de um conjunto de circuitos de taxa total disponíveis. A identidade do circuito designado é enviada para o terminal de usuário no próximo pacote.
Se o grupo de circuitos de taxa total disponíveis estiver vazio, o recorte com perda de fala (speech clipping) pode ocorrer até que um circuito se torne disponível. A probabilidade de recorte com perda de fala pode ser reduzida pela regulagem adequada do número de 2 0 chamadas que são conectadas, que é um parâmetro que pode ser ajustado por uma política de admissão de chamada se o recorte com perda de fala for detectado. Se um grande número de usuários for multiplexado junto, o ganho de multiplexação estatística da atividade de voz é maior e a 25 probabilidade de recorte com perda de fala é reduzida. Um protocolo de designação de canal e circuito pode ser projetado para minimizar a probabilidade de recorte com perda de fala sem a redução significativa de ganho de multiplexação estatística da atividade de voz.
Vários esquemas de sinalização podem ser utilizados para sinalizar ao terminal de usuário que a atividade de fala mudou de silêncio para ativa. Em um esquema, a sinalização é alcançada em banda utilizando, por
68/76 exemplo, o campo tipo pacote 822 no pacote de ruído confortável. Como notado acima, o pacote de ruído pode ser enviado a cada X-ésimos slots para alguns esquemas de transmissão. Para reduzir os retardos de sinalização durante os períodos de silêncio, pacotes de ruído menores podem ser enviados a uma taxa mais alta utilizando circuitos menores. Em outro esquema de sinalização, um canal de controle pode ser utilizado para informar ao terminal de usuário que a transição para a voz de taxa total ocorreu e para enviar a identidade do circuito que será utilizado para o próximo pacote de taxa total. Para esse esquema de sinalização, os terminais que estão em períodos de silêncio monitoram o canal de controle para receber a informação de circuito.
Vários mecanismos podem ser implementados para garantir que as mudanças para os novos circuitos sejam alcançadas de forma adequada. Em um mecanismo, o terminal de usuário envia uma confirmação para a estação base toda vez que recebe um pacote . que contém uma mudança de circuito. Para reduzir a quantidade de overhead, o terminal pode enviar um único bit para a estação base após o recebimento de um pacote de mudança de circuito. Esse bit de confirmação informa à estação base que o terminal decodificou com sucesso o pacote anterior e está pronto para receber dados utilizando o novo circuito. A estação base pode continuar a transmitir utilizando o circuito antigo até que receba a confirmação. Depois do recebimento da confirmação, a estação base transmite utilizando o novo circuito, e o circuito antigo é colocado de volta no grupo de circuitos disponíveis.
Vários esquemas podem ser utilizados para manusear confirmações falsas das mudanças de circuito que podem resultar de vários motivos. Por exemplo, uma
69/76 confirmação falsa pode resultar de um terminal de usuário decodificando o pacote com erro e não enviando um bit de confirmação, mas a estação base detectando de forma errônea uma transmissão do bit de confirmação. Nesse caso, a estação base começa a transmitir no circuito novo enquanto o terminal continua a decodificar o circuito antigo. Uma confirmação falsa também pode resultar do fato de o terminal de usuário decodificar de forma adequada o pacote e enviar um bit de confirmação, mas a estação base falhando em detectar a confirmação. Nesse caso, a estação base continua a transmitir no circuito antigo enquanto que o terminal começa a decodificar o circuito novo.
A probabilidade de ocorrer uma confirmação falsa pode ser reduzida pela utilização de um protocolo de confirmação melhorado. Por exemplo, o bit de confirmação pode ser codificado de forma que o erro de transmissão possa ser detectado e/ou corrigido. Um esquema de recuperação também pode ser implementado através do qual o terminal de usuário informa à estação base toda vez que
0 perder o link de emissão (por exemplo, como resultado do fato de o terminal decodificar o novo circuito enquanto a estação base transmite no circuito antigo, ou vice-versa) . Como parte do esquema de recuperação, a estação base pode enviar uma mensagem de designação de circuito para o terminal em um canal de controle toda vez que receber uma mensagem de canal perdido. O terminal pode então reiniciar utilizando a informação incluída na mensagem de designação de circuito. Outros mecanismos para garantir que as mudanças nos circuitos sejam implementadas de acordo podem ser projetados e estão dentro do escopo da invenção.
Como notado acima, uma partição pode ser compartilhada pela multiplexação de vários usuários nos mesmos símbolos OFDM utilizando comutação de pacote. Nesse
70/76 esquema de multiplexação, cada pacote inclui uma identificação do usuário específico para o qual o pacote é destinado. Cada pacote pode ser transmitido, por exemplo, utilizando um dos circuitos descritos acima. No entanto, nesse esquema, os circuitos não são individualmente designados para os usuários. Ao invés disso, cada terminal de usuário processa todos os pacotes transmitidos, extrai a identificação de usuário em cada pacote, decodifica o pacote direcionado para o terminal, e ignora os pacotes restantes. Os circuitos de tamanhos diferentes podem ser definidos e utilizados para a transmissão eficiente de dados.
A figura 8C é um diagrama de uma modalidade específica de uma estrutura de pacote 840, que pode ser utilizada para transmitir dados direcionados aos usuários. A estrutura de pacote 840 inclui um campo de identificação de usuário (ID) 842 e um campo de dados 844. O campo de ID de usuário 842 inclui a identidade do usuário específico para o qual o pacote é destinado e o campo de dados 844 contém a carga útil de pacote (por exemplo, os dados). A ID de usuário pode ser designada para cada usuário, por exemplo, durante a iniciação de sessão.
O campo de ID de usuário 842 pode ser implementado como um preâmbulo utilizando um esquema de codificação que é diferente do utilizado para o campo de dados 844. Por exemplo, a ID de usuário pode ser uma seqüência Walsh específica ou offset PN designado para o terminal de usuário. Isso permite que o terminal de usuário determine rapidamente se o pacote é destinado a ele. Alternativamente, a ID de usuário pode ser implementada como uma seqüência codificada.
Um campo de ID de usuário de 8 bits 842 pode suportar até 256 usuários. Para um pacote de taxa total, o
71/76 overhead de ID de usuário não causa um impacto significativo na eficiência da transmissão. Para pacotes de taxa mais baixa, o overhead pode ser uma parte maior do pacote e a eficiência pode ser comprometida. O overhead para pacotes com taxa mais baixa pode ser reduzido pelo acúmulo e transmissão de dados de taxa mais baixa em pacotes de taxa total que podem ser enviados de forma menos freqüente.
A figura 10 é um diagrama de blocos de uma 10 modalidade de um processador de dados 1012 e um modulador 1014 que pode ser utilizado para multiplexar os vários usuários nos mesmos tons OFDM utilizando códigos ortogonais (por exemplo, Walsh) . Similar à figura 9, fluxos de dados de canal SI a SL podem ser utilizados para transportar dados para usuários e para canais de controle, sinalização, broadcast e outros canais de overhead. Cada fluxo de dados de canal é provido para um respectivo encodificador 1022 que codifica os dados recebidos com um esquema de codificação específico selecionado para esse canal. Os fluxos de dados encodifiçados Xi a XL dos encodificadores 1022a a 10221 são então providos para os respectivos multiplicadores 1024a a 10241, que também recebem os respectivos fatores de escalonamento Gi a GL. Cada multiplicador 1024 escalona o fluxo de dados recebido com o fator de escalonamento recebido para prover controle de potência para o fluxo de dados.
Os fluxos de dados escalonados dos multiplicadores 1024a a 10241 são então providos para os respectivos multiplicadores 1026a a 10261, que também recebem as respectivas seqüências Walsh Wi a WL. Cada multiplicador 1026 cobre o fluxo de dados recebido com a seqüência Walsh recebida para prover um fluxo de dados coberto. Os fluxos de dados cobertos de multiplicadores
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1026a 10261 são providos para, e combinados por um somador 1027 para gerar um fluxo de dados combinado. Um elemento de mapeamento de símbolo 1028 recebe o fluxo de dados combinado e intercala os dados no fluxo para prover diversidade temporal. O resultado do elemento de mapeamento de símbolo 1028 é um fluxo dos vetores de símbolo de modulação V, que é então provido para o modulador 1014.
O modulador 1014 inclui um IFFT 1030, um gerador de prefixo cíclico 1032, e um conversor de subida 1034 que opera de forma similar ao IFFT 930, gerador de prefixo cíclico 932, e conversor de subida 934, respectivamente, na figura 9. O modulador 1014 gera um sinal modulado RF que é transmitido a partir de uma antena 1016.
Na modalidade ilustrada na figura 10, os dados para cada usuário são cobertos com uma respectiva seqüência Walsh e transmitidos através de tons comuns. Esses tons transportam dados associados com um ou mais usuários. Para múltiplos usuários, a ortogonalidade para os dados de usuário é mantida através da utilização das seqüências
Walsh.
Em uma modalidade específica, o comprimento das seqüências Walsh é coincidido com o número de tons para cada símbolo OFDM. Por exemplo, as seqüências Walsh de comprimento 128 podem ser utilizadas para símbolos OFDM possuindo 128 tons. Os 128 chips de cada seqüência Walsh podem ser transmitidos nos 128 tons de um símbolo OFDM. No entanto, outros comprimentos de seqüência Walsh também podem ser utilizados e estão dentro do escopo da invenção. Ademais, cada seqüência Walsh pode ser mapeada para múltiplos símbolos OFDM ou uma parte de um símbolo OFDM, e essas variações estão dentro do escopo da invenção. Por exemplo, se as seqüências Walsh possuírem comprimento de 64 e cada símbolo OFDM possuir 128 tons, então dois conjuntos
73/76 de sequências Walsh podem ser mapeadas para cada símbolo OFDM.
Vários esquemas de modulação podem ser utilizados para modular símbolos OFDM que foram cobertos. Esses esquemas de modulação incluem QPSK, QAM, e outros.
Em um terminal de usuário, os tons são processados e descobertos com a seqüência Walsh específica designada para esse terminal. Visto que os dados para múltiplos usuários foram cobertos com sequências Walsh ortogonais, os dados cobertos anteriormente com a seqüência Walsh específica podem ser recuperados pela descobertura com a mesma seqüência Walsh. Os dados previamente cobertos com outras seqüências Walsh são ortogonais e (de forma ideal) soma a zero na descobertura.
Se os dados cobertos Walsh (isso é, as seqüências Walsh) forem transmitidos através de múltiplos tons do símbolo OFDM, a ortogonalidade das seqüências Walsh podem ser diminuídas se os tons desvanecerem de forma independente. Isso pode ocorrer, por exemplo, com o desvanecimento seletivo de freqüência. Se a resposta de freqüência do canal de transmissão não for plana, a equalização de canal pode ser utilizada para se obter novamente a ortogonalidade. A equalização pode ser alcançada pela determinação do ganho de canal para cada tom no símbolo OFDM e utilizando os ganhos de canal determinados para equalizar o canal e torná-lo aproximadamente plano. Por exemplo, se um tom específico possuir uma perda de canal de Y dB de um valor nominal, esse tom pode ser amplificado por Y dB pelo terminal de usuário. Dessa forma, a ortogonalidade pode ser preservada na presença do desvanecimento seletivo de freqüência.
Visto que múltiplos usuários compartilham dos mesmos tons nesses esquema de multiplexação, a potência de
74/76 transmissão para cada usuário pode ser controlada para utilizar de forma eficiente o recurso disponível. A potência de transmissão para usuários possuindo relações sinal / ruído mais interferência mais alta (Eb/Io) podem ser reduzidas enquanto se mantém um nível específico de desempenho. A economia de potência de transmissão pode então ser utilizada para alguns outros usuários. O controle de potência pode ser alcançado, por exemplo, utilizando-se um esquema similar ao utilizado no sistema CDMA IS-95 onde um terminal de usuário envia um comando de controle de potência (por exemplo, um bit de eliminação de frame) para a estação base, que então ajusta sua potência de transmissão para esse terminal de acordo.
Os esquemas de multiplexação descritos acima podem ser utilizados para várias aplicações. Por exemplo, esses esquemas podem ser utilizados para aplicações móvel, fixa e outras aplicações.
Para aplicação fixa, uma antena direcional pode ser utilizada na estação base para as transmissões de link de emissão, e duas antenas receptoras podem ser providas no terminal de usuário para alcançar a diversidade de recebimento. Essa configuração pode prover uma relação portadora / interferência (C/I), que resulta em uma grande capacidade (por exemplo, cem ou mais usuários de voz podem ser servidos por 1,25 MHz no link de emissão) . Para o esquema de multiplexação de cobertura Walsh, as estimativas de canal podem ser mais precisas para aplicações fixas e onde as antenas direcionais são desenvolvidas. Isso permite uma equalização mais precisa do canal de transmissão para manter a ortogonalidade dos dados cobertos Walsh.
Para aplicação móvel, o soft handoff tal como o empregado nos sistemas CDMA IS-95 pode ser utilizado para transferir um terminal de usuário móvel de uma estação base
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para outra. Para se alcançar o soft handoff, um controlador de estação base pode solicitar que todas as estações base no soft handoff enviem os pacotes de usuário em um circuito comum ou tons OFDM comuns. As estações base podem ser coordenadas para alcançar isso. Alternativamente, as estações base no soft handoff podem transmitir pacotes em circuitos disponíveis para os mesmos. O terminal de usuário pode digitalizar o sinal recebido e processar as amostras para recuperar os pacotes transmitidos pelas estações base.
O processamento das transmissões das estações base pode ser realizado utilizando-se parâmetros diferentes (por exemplo, offsets PN diferentes, circuitos diferentes). O terminal de usuário pode também combinar os resultados processados (similar ao realizado por um receptor rake) para gerar um resultado combinado possuindo desempenho aperfeiçoado.
Os esquemas de multiplexação, transmissão e sinalização acima foram descritos para a transmissão de link de emissão da estação base para o terminal de usuário. Pelo menos alguns dos conceitos descritos aqui podem ser aplicados à transmissão de link reverso do terminal de usuário para a estação base.
Como ilustrado acima, a unidade transmissora e a unidade receptora são cada uma implementadas com várias unidades de processamento que incluem vários tipos de processador de dados, encodificadores, IFFTs, FFTs, demultiplexadores, combinadores, e assim por diante. Essas unidades de processamento podem ser implementadas de várias formas tal como um circuito integrado de aplicação específica (ASIC), um processador de sinal digital, um microcontrolador, um microprocessador, ou outros circuitos eletrônicos projetados para realizar as funções descritas aqui. Além disso, as unidades de processamento podem ser implementadas com um processador de finalidade geral ou um
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processador designado de forma especial operado para executar códigos de instrução que alcançam as funções descritas aqui. Dessa forma, as unidades de processamento descritas aqui podem ser implementadas utilizando hardware, software ou uma combinação dos mesmos.
A descrição acima das modalidades preferidas ê provida para permitir que qualquer pessoa versada na técnica crie ou utilize a presente invenção. Várias modificações a essas modalidades serão prontamente aparentes aos versados na técnica, e os princípios genéricos definidos aqui podem ser aplicados a outras modalidades sem a utilização de faculdade inventiva. Dessa forma, a presente invenção não deve ser limitada pelas modalidades ilustradas aqui mas deve-se acordar o escopo mais amplo consistente com os princípios e características de novidade descritas aqui.
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Claims (31)
- REIVINDICAÇÕES1. Unidade transmissora (110) para utilização em um sistema de comunicação (100) por múltiplas portadoras, caracterizada pelo fato de que compreende:um ou mais codificadores (922), cada codificador (922) operando para receber e codificar um respectivo fluxo de dados de canal para gerar um fluxo de dados codificados correspondente;um elemento de mapeamento de símbolo (928) acoplado ao um ou mais codificadores (922) e operando para receber e mapear os dados a partir de um ou mais fluxos de dados codificados para gerar vetores de símbolo de modulação, em que cada vetor de símbolo de modulação compreende uma pluralidade de valores de dados utilizados para modular uma pluralidade de tons para gerar um símbolo OFDM, em que os dados de cada fluxo de dados codificados são mapeados para um conjunto respectivo de um ou mais circuitos, e em que cada circuito compreende um conjunto específico de um ou mais tons, e em que adicionalmente cada circuito é específico para um serviço específico; e um modulador (914) acoplado ao elemento de mapeamento de símbolo (928) e operando para receber e modular os vetores de símbolo de modulação para prover um sinal modulado.
- 2. Unidade transmissora (110), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente:um ou mais elementos de escalonamento (924) acoplados ao um ou mais codificadores (922), cada elemento de escalonamento operando para receber e escalonar um respectivo fluxo de dados codificados com um fator de escalonamento específico para gerar um fluxo de dados escalonados correspondente que é então provido ao elemento de mapeamento de símbolo.2/9
- 3. Unidade transmissora (110), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o modulador (914)compreende:um transformador inverso de Fourier (930) operando para receber os vetores de símbolo de modulação e gerar uma representação no domínio do tempo de cada vetor de símbolo de modulação para prover um símbolo OFDM correspondente;um gerador de prefixo cíclico (932) acoplado ao transformador inverso de Fourier (930) e operando para repetir uma parte de cada símbolo OFDM para gerar um símbolo de transmissão correspondente; e um conversor de subida (934) acoplado ao gerador de prefixo cíclico (932) e operando para modular símbolos de transmissão para gerar o sinal modulado.
- 4. Unidade transmissora (110), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que dados para cada fluxo de dados de canal são transmitidos em pacotes.
- 5. Unidade transmissora (110), de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que cada pacote compreende:
um identificador de tipo de pacote (822) indicativo de uma mudança no circuito a ser utilizado para transmitir um próximo pacote; e um identificador de circuito (824) indicativo de um circuito específico a ser utilizado para transmitir o próximo pacote. - 6. Unidade transmissora (110), de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que as transmissões para o um ou mais fluxos de dados de canal ocorrem através de slots, e em que cada slot compreende uma pluralidade de símbolos OFDM.3/9
- 7. Unidade transmissora (110), de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que uma transmissão de baixa taxa é alcançada pela transmissão de um pacote em um circuito específico a cada número específico de slots.
- 8. Unidade transmissora (110), de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que cada slot é dividido em duas ou mais partições, e em que cada partição compreende um ou mais símbolos OFDM e suporta um ou mais tipos de serviço.
- 9. Unidade transmissora (110), de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que uma primeira partição de cada slot suporta um primeiro tipo de serviço possuindo primeiras requisições de retardos de processamento e uma segunda partição de cada slot suporta um segundo tipo de serviço possuindo segundas requisições de retardos de processamento.
- 10. Unidade transmissora (110), de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que o primeiro tipo de serviço é o de serviços em tempo real full duplex, e em que o segundo tipo de serviço é o de serviços em tempo real half duplex ou serviços de tempo não-real, ou ambos.
- 11. Unidade transmissora (110), de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que dados de taxa total para um fluxo de dados de canal específico são transmitidos através de um primeiro circuito e dados de taxa mais baixa são transmitidos através de um segundo circuito.
- 12. Unidade transmissora (110), de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que o segundo circuito é transmitido uma vez a cada número específico de slots.4/9
- 13. Unidade transmissora (110), de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que o segundo circuito possui uma capacidade inferior à do primeiro circuito.
- 14. Unidade transmissora (110), de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que uma indicação para utilizar o segundo circuito é enviada em um campo de um pacote transmitido no primeiro circuito.
- 15. Unidade transmissora (110), de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que uma indicação para utilizar o primeiro circuito é enviada em um canal de controle.
- 16. Unidade transmissora (110), de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que um novo circuito é utilizado após o recebimento de uma confirmação de recebimento de uma indicação para utilizar o novo circuito.
- 17. Unidade transmissora (110), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que cada circuito compreende uma pluralidade de tons de uma pluralidade de símbolos OFDM.
- 18. Unidade transmissora (110), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que cada circuito compreende uma pluralidade de tons de um único símbolo OFDM.
- 19. Unidade transmissora (110), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que cada circuito compreende todos os tons de um ou mais símbolos OFDM.
- 20. Unidade transmissora (110), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os circuitos utilizados para transmitir dados são definidos com capacidade igual.5/9
- 21. Unidade transmissora (110), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente:um ou mais elementos de cobertura (1026) acoplados ao um ou mais codificadores (922), cada elemento de cobertura (1026) operando para receber e cobrir um respectivo fluxo de dados codificados com uma seqüência Walsh específica designada para esse fluxo de dados codificados para gerar um fluxo de dados cobertos correspondente.
- 22. Unidade transmissora (110), de acordo com a reivindicação 21, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente:um ou mais elementos de escalonamento (1024) acoplados ao um ou mais elementos de cobertura (1026), cada elemento de escalonamento operando para receber e escalonar um respectivo fluxo de dados cobertos com um fator de escalonamento específico para gerar um fluxo de dados escalonados correspondente.
- 23. Unidade transmissora (110), de acordo com a reivindicação 22, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente:um somador (1027) acoplado ao um ou mais elementos de escalonamento (1024) e operando para receber e somar um ou mais fluxos de dados escalonados.
- 24. Unidade transmissora (110), de acordo com a reivindicação 21, caracterizada pelo fato de que cada seqüência Walsh é transmitida através de múltiplos tons de cada um dos símbolos OFDM utilizados para a seqüência Walsh.
- 25. Unidade transmissora (110), de acordo com a reivindicação 21, caracterizada pelo fato de que o6/9 comprimento da seqüência Walsh é coincidente com o número de tons em cada símbolo OFDM.
- 26. Unidade transmissora (110), de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que cada pacote compreende um identificador de usuário indicativo de um receptor de destino do pacote.
- 27. Unidade transmissora (110) para utilização em um sistema de comunicação por múltiplas portadoras, caracterizada pelo fato de que compreende:um ou mais codificadores, cada codificador operando para receber e codificar um respectivo fluxo de dados de canal para gerar um fluxo de dados codificados correspondente;um elemento de mapeamento de símbolo acoplado ao um ou mais codificadores e operando para receber e mapear os dados de um ou mais fluxos de dados codificados para gerar vetores de símbolo de modulação, em que cada vetor de símbolo de modulação compreende uma pluralidade de valores de dados utilizados para modular uma pluralidade de tons para gerar um símbolo OFDM, em que os dados de cada fluxo de dados codificados são mapeados para um respectivo conjunto de um ou mais circuitos, e em que cada circuito compreende um conjunto respectivo de um ou mais tons, e em que adicionalmente cada circuito é específico para um serviço específico; e um transformador inverso de Fourier acoplado ao elemento de mapeamento de símbolo e operando para receber os vetores de símbolo de modulação e gerar uma representação no domínio do tempo de cada vetor de símbolo de modulação para prover um símbolo OFDM correspondente;um gerador de prefixo cíclico acoplado ao transformador inverso de Fourier e operando para repetir7/9 uma parte de cada símbolo OFDM para gerar um símbolo de transmissão correspondente; e um conversor de subida acoplado ao gerador de prefixo cíclico e operando para modular símbolos de transmissão para gerar um sinal modulado; e em que as transmissões para o um ou mais fluxos de dados de canal ocorrem através de slots, em que cada slot compreende uma pluralidade de símbolos OFDM, e em que os dados de taxa total para um fluxo de dados de canal específico são transmitidos através de um primeiro circuito e, os dados de taxa inferior são transmitidos através de um segundo circuito.
- 28. Método para gerar e transmitir um sinal modulado, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:receber um ou mais fluxos de dados de canal; codificar cada fluxo de dados de canal com um esquema de codificação específico para gerar um fluxo de dados codificados correspondente;mapear dados de um ou mais fluxos de dados codificados para gerar vetores de símbolo de modulação, em que cada vetor de símbolo de modulação compreende uma pluralidade de valores de dados utilizados para modular uma pluralidade de tons para gerar um símbolo OFDM, em que os dados de cada fluxo de dados codificados são mapeados em um respectivo conjunto de um ou mais circuitos, e em que cada circuito compreende um conjunto específico de um ou mais tons, e em que adicionalmente cada circuito é específico para um serviço específico; e modular os vetores de símbolo de modulação para prover um sinal modulado.
- 29. Método, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente:8/9 escalonar cada um dos fluxos de dados codificados com um fator de escalonamento específico para gerar o fluxo de dados escalonados correspondente.
- 30. Método, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente:gerar uma representação no domínio do tempo de cada vetor de símbolo de modulação para prover um símbolo OFDM correspondente;repetir uma parte de cada símbolo OFDM para gerar um símbolo de transmissão correspondente; e modular símbolos de transmissão para gerar o sinal modulado.
- 31. Unidade receptora (600), caracterizada pelo fato de que compreende:uma antena (610) operando para receber um sinal modulado;um processador front-end (612) acoplado à antena (610) e operando para processar o sinal recebido para gerar amostras;um transformador de Fourier (614) acoplado ao processador front-end (612) e operando para receber amostras do processador front-end (612) e gerar representações transformadas das amostras;um processador (630) acoplado ao transformador de Fourier (614) e operando para processar as representações transformadas para gerar um fluxo de símbolos correspondente a uma transmissão específica sendo processada; e um decodificador (640) acoplado ao processador (630) e operando para receber e decodificar o fluxo de símbolos para gerar dados decodificados;em que o sinal modulado é gerado pela codificação de um ou mais fluxos de dados de canal com um esquema de9/9 codificação específico para gerar um ou mais fluxos de dados codificados, mapear dados de um ou mais fluxos de dados codificados para gerar vetores de símbolo de modulação, e modular os vetores de símbolo de modulação5 para prover um sinal modulado, e em que cada vetor de símbolo de modulação compreende uma pluralidade de valores de dados utilizados para modular uma pluralidade de tons para gerar um símbolo OFDM, em que os dados de cada fluxo de dados codificados são mapeados para um respectivo10 conjunto de um ou mais circuitos, e em que cada circuito compreende um respectivo conjunto de um ou mais tons e em que adicionalmente cada circuito é específico para um serviço específico.1/13
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