"MÉTODO E APARELHO PARA GERENCIAMENTO DE COMUNICAÇÕESMULTIPORTADORA EM UM SISTEMA DE COMUNICAÇÃO SEM FIO"
Reivindicação de Prioridade sob 35. U.S.C. § 119
0 presente pedido de patente reivindicaprioridade do pedido provisório No. 60/668.437, intitulado"METHOD AND APPARATUS FOR RECEIVER CONTROL IN A WIRELESSCOMMUNICATION SYSTEM," depositado em 4 , de abril de 2005, ecedido para o cessionário do presente pedido eexpressamente incorporado aqui por referência.
FUNDAMENTOS
Campo
A presente invenção se refere geralmente asistemas de comunicação celular, e mais especificamente, aum método e aparelho para o gerenciamento de comunicaçõesmultiportadora.
Fundamentos
Os sistemas de comunicação .'celular de SistemaGlobal para Comunicação Móvel (GSM) fornecem serviços decomunicação para dispositivos móveis e portáteis através deuma disposição de estações base. Nos sistemas GSM, quadrosde partições de tempo e blocos de rádio são transmitidos erecebidos na estação móvel utilizando multiplexação pordivisão de tempo. Apesar de os sistemas GSM originalmentefornecerem serviços de comunicação de voz, os sistemas GSMevoluíram para fornecer serviços de comunicação de dadostambém. Os padrões tal como o serviço de rádio em pacotegeral (GPRS) e os Dados Aprimorados para Evolução Global(EDGE) definem adicionalmente os protocolos para acomunicação de dados dentro de sistemas com base em GSM. Osterminais de acesso, algumas vezes também referidos comodispositivos móveis, dispositivos portáteis e por outrosnomes, se comunicam através de canais nas direções deuplink e downlink. A fim de aumentar o desempenho, algunsterminais de acesso utilizam técnicas de diversidade derecepção onde duas ou mais antenas são utilizadas parareceber sinais transmitidos em um único canal. Devido àsdiferenças entre as antenas de forma que, por exemplo, aposição da antena, pelo menos alguns dos sinais de entradapossam ser recebidos com uma qualidade maior. Por exemplo,devido às características de multidesvanecimento dopercurso de comunicação, os múltiplos sinais podem combinarde forma destrutiva em uma antena e combinar de formaconstrutiva em outra antena. Pela utilização da diversidadede recepção, no entanto, mudanças aumentam de recepção deum sinal de qualidade superior. Em alguns casos adiversidade de recepção os sinais de múltiplas antenas sãocombinados pra aumentar a qualidade de sinal.
À medida que os sistemas GSM evoluem parafornecer serviços de dados e voz aumentados, a necessidadede se ter uma largura de banda e capacidade de sistemaaumenta. Em um sistema de comunicação multiportadora, ossinais são transmitidos utilizando-se múltiplos canais emdiferentes freqüências portadoras. 0 receptor recebesimultaneamente os múltiplos canais através de múltiplasantenas resultando em uma largura de banda geral aumentada.Os sistemas convencionais não incluem um método parautilização de múltiplas antenas para comunicações dediversidade e múltiplos canais em um único terminal de acesso.
Portanto, existe a necessidade de se ter umaparelho e método para se gerenciar a comunicaçãomultiportadora em um sistema de comunicação GSM.
SUMÁRIO
Uma modalidade é um transmissor configurado paratransmitir uma mensagem para um terminal de acessoinstruindo o terminal de acesso a comutar entre um modo dediversidade onde cada módulo de antena dentre umapluralidade de módulos de antena recebe um único sinal deportador transmitido em uma única freqüência portadora e ummodo multiportadora onde um primeiro módulo de antenadentre a pluralidade de módulos de antena recebe umprimeiro sinal multiportadora transmitido em uma primeirafreqüência portadora e um segundo módulo de antena recebeum segundo sinal multiportadora transmitido em uma segundafreqüência portadora.
Outra modalidade é um método para o gerenciamentode comunicações em um sistema de comunicação, o métodocompreendendo a transmissão de uma mensagem para umterminal de acesso instruindo o terminal de acesso acomutar entre um modo de diversidade onde cada módulo deantena dentre uma pluralidade de módulos de antena recebeum único sinal de portador transmitido em uma únicafreqüência portadora e um modo multiportadora onde umprimeiro módulo de antena dentre a pluralidade de módulosde antena recebe um primeiro sinal multiportadoratransmitido em uma primeira freqüência portadora e umsegundo módulo de antena recebe um segundo sinalmultiportadora transmitido em uma segunda freqüênciaportadora.
Outra modalidade adicional é um terminal deacesso em um sistema de comunicação sem fio, o terminal deacesso sendo configurado para responder a uma mensagem, amensagem instruindo o terminal de acesso a comutar entre ummodo de diversidade onde cada módulo de antena dentre umapluralidade de módulos de antena recebe um único sinal deportador transmitido em uma única freqüência portadora e ummodo multiportadora onde um primeiro módulo de antenadentre a pluralidade de módulos de antena recebe umprimeiro sinal multiportadora transmitido em uma primeirafreqüência portadora e um segundo módulo de antena recebeum segundo sinal multiportadora transmitido em uma segundafreqüência portadora.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
A figura 1 é um diagrama em blocos de um terminalde acesso se comunicando com uma estação base de acordo coma modalidade ilustrativa da invenção;
A figura 2 é um diagrama em blocos de mensagensde sinalização permutadas entre a rede GSM e o terminal deacesso de acordo com a modalidade ilustrativa;
A figura 3 é um diagrama em blocos de umamensagem de capacidades de acordo com a modalidadeilustrativa;
A figura 4 é um diagrama em blocos de umamensagem de comando de comutação multiportadora de acordocom a modalidade ilustrativa;
A figura 5 é um diagrama em blocos de umamensagem de comando de comutação RXDIV de acordo com amodalidade ilustrativa;
A figura 6 é um fluxograma de um método degerenciamento da comunicação multiportadora em um sistemade comunicação sem fio de acordo com a modalidadeilustrativa.
DESCRIÇÃO DETALHADA
A figura 1 é um diagrama em bloco de um sistemade comunicação GSM 100 de acordo com a modalidadeilustrativa da invenção. O termo "ilustrativo" é utilizadoaqui para significar "servidor como um exemplo, caso ouilustração". Qualquer modalidade descrita aqui como"ilustrativa", portanto, não deve ser consideradanecessariamente como preferida ou vantajosa sobre outrasmodalidades. As várias funções e operações dos blocosdescritos com referência ao sistema GSM 100 podem serimplementadas em qualquer número de dispositivos, circuitosou elementos. Dois ou mais blocos funcionais podem serintegrados em um único dispositivo e as funções descritascomo realizadas em qualquer dispositivo único podem serimplementadas através de vários dispositivos em algumascircunstâncias. Apesar de o sistema GSM 100 incluircaracterísticas, mensagens e outros aspectos atualmente nãodefinidos pelos padrões de Rede de Acesso de Rádio EDGE GSM(GERAN), o sistema GSM 100, do contrário, opera de acordocom as técnicas de comunicação GERAN na modalidadeilustrativa. De acordo, a modalidade ilustrativa fornece umexemplo de mudanças para o padrão de comunicação GERAN atual.
O sistema GSM 100 inclui uma rede GSM 114 quefornece serviços de comunicação para uma pluralidade determinais de acesso 102. Um terminal de acesso 102 pode serqualquer um dentre vários tipos de dispositivos quefacilitam qualquer combinação de comunicação de voz e/oudados com a rede GSM 114. Os terminais de acesso 102,algumas vezes referidos como aparelhos, estações móveis(MS), dispositivos de comunicação sem fio e outros termos,incluem dispositivos tais como, por exemplo, telefonescelulares e assistentes digitais pessoais sem fio (PDAs). Arede GSM 114 inclui uma pluralidade de estações base 104que permutam sinais sem fio com os terminais de acesso 102além de outras infra-estruturas, bases de dados e canal detransporte de retorno. A rede GSM 114 gerencia os recursospelo controle das comunicações dos terminais de acessoutilizando mensagens de comando e controle de acordo com umprotocolo de comunicação freqüentemente definido por umprotocolo padrão. As estações base 104 com a rede GSM 114incluem transmissores para a transmissão de voz, dados emensagens de sinalização para os terminais de acesso 102.Os receptores dentro das estações base 104 recebem voz,dados e mensagens de sinalização transmitidos a partir dosterminais de acesso 102.
Os sinais transmitidos por uma ou mais estaçõesbase 104 na rede GSM 114 são recebidos por um receptor 116através de um sistema de antena 120 onde o sistema deantena 120 inclui pelo menos uma antena 106, 108. Um oumais terminais de acesso 102 podem incluir sistemas deantena 102 com múltiplas antenas 106, 108. Um terminal deacesso 102 com múltiplas antenas 106, 108 pode utilizar astécnicas de diversidade de recepção para aperfeiçoar odesempenho do receptor. Durante a operação de diversidadede recepção, múltiplas antenas 106, 108 são sintonizadas namesma freqüência portadora para receber múltiplas versõesde um sinal transmitido. O desempenho é aperfeiçoado onde ainformação adicional é obtida a partir dos sinais recebidosatravés de uma antena adicional ou a partir de umacombinação de sinais recebidos a partir de mais de umaantena 106, 108. Em algumas circunstâncias, a freqüênciaportadora para o sinal recebido pode mudar com o curso deuma transmissão. Tal situação ocorre onde o pulo defreqüência é utilizado, por exemplo, caso no qual um sinalde freqüência portadora é transmitido mediante mudanças emuma base de quadro TDMA, seguindo uma seqüênciapredeterminada. As múltiplas antenas 106, 108, portanto,permanecem sintonizadas no mesmo sinal e seguem afreqüência portadora "pulando".
Como mencionado acima, a comunicaçãomultiportadora fornece uma técnica para aumento da taxa dedados de pico da comunicação de downlink em uma infra-estrutura GERAN existente. Em um modo multiportadora, pelomenos duas antenas 106, 108 recebem diferentes sinais emdiferentes freqüências portadoras. Pela utilização demúltiplos sinais portadores, mais largura de banda éutilizada para o recebimento de informação resultando emtaxas de dados de recepção aumentadas no terminal de acesso 102.
O terminal de acesso 102 de acordo com amodalidade ilustrativa é capaz de operar em um modo dediversidade de recepção (RXDIV) e dentro de um modomultiportadora. O terminal de acesso 102 inclui um sistemade antena 120 que inclui uma pluralidade de antenas 106,108. O sistema de antena 120 inclui uma primeira antena 106e uma segunda antena 108 na modalidade ilustrativa. Oreceptor RXDIV e de multiportadora 202 inclui hardware,software, e/ou firmware adequados para o recebimento demúltiplas versões de um sinal através de pelo menos duasantenas 106, 108 no modo RXDIV. Adicionalmente, o receptor202 é capaz de receber um primeiro sinal 110 em umaprimeira freqüência portadora (Cl) através de uma dasantenas 106 e um segundo sinal 112 em uma segundafreqüência portadora (C2) através da outra antena 108.
O controlador 118 é qualquer combinação dehardware, software e/ou firmware configurada para realizaras funções descritas aqui além de facilitar afuncionalidade geral do terminal de acesso. O controlador118 pode incluir qualquer número e combinação de conjuntode circuitos, dispositivos elétricos, memória edispositivos de processamento onde os dispositivos deprocessamento podem incluir um único processador, microprocessador, disposição de processador ou portas lógicas.Pelo menos partes do controlador 118 podem serimplementadas utilizando-se os componentes discretos, comoparte do circuito integrado, ou como parte de um circuitointegrado especifico de aplicativo (ASIC). Na modalidadeilustrativa, software e firmware rodando em um processadorrealizam as funções de controle descritas aqui. Com basenas instruções recebidas da rede GSM 114, o controlador 116gera sinais de controle para configurar o receptor 116. Emadição à configuração de hardware e à invocação de código,o controlador 118 gera resposta, aviso de recebimento emensagens de solicitação de acordo com o protocolo dosistema GSM 100.
Na modalidade ilustrativa, o terminal de acesso102 permanece no modo de diversidade de recepção como umaconfiguração padrão. Em resposta a uma mensagem de comandode comutação multiportadora recebida a partir da rede GSM114, o terminal de acesso comuta para o modomultiportadora. O terminal de acesso comuta de volta para omodo de diversidade de recepção em resposta a uma mensagemde comando de comutação RXDIV recebida da rede GSM 114.Quando a mensagem de comando de comutação multiportadora érecebida, o terminal de acesso 102 gera os sinais decontrole adequados e configura o receptor 116 para receberum primeiro sinal 110 em uma primeira freqüência portadoraatravés da primeira antena 106 e para receber um segundosinal 112 em uma segunda freqüência portadora através dasegunda antena 108. Na modalidade ilustrativa, o receptorinclui uma ramificação de receptor conectada a cada antena106, 108 permitindo que cada ramificação de receptor sejasintonizada a uma freqüência portadora diferente. Umexemplo de uma ramificação de receptor adequada inclui umou mais misturadores para mudar a freqüência do sinal deentrada para a freqüência intermediária desejada ou para abanda de base pela mistura do sinal de entrada com um sinalde mistura adequado. O sinal mudado em freqüência éadicionalmente processado e demodulado por outroscomponentes receptores 116. Em algumas circunstâncias, cadaramificação de receptor pode incluir filtros em adição aosfiltros comuns compartilhados pelas múltiplas ramificaçõesde receptor. Cada ramificação de receptor responde aossinais de controle para sintonizar uma freqüência portadoraindicada. Durante o modo de diversidade de recepção, asramificações de receptor são sintonizadas na mesmafreqüência permitindo que múltiplas versões de único sinalsejam recebidas. Durante o modo multiportadora pelo menosuma das ramificações de receptor é sintonizada a umafreqüência portadora diferente da outra ramificação dereceptor. De acordo, o receptor 116 é capaz de sintonizarmúltiplas ramificações de receptor para uma únicafreqüência portadora durante o modo de diversidade derecepção e sintonizar as ramificações de receptor adiferentes freqüências portadoras durante o modomultiportadora em resposta ao controlador. Outras técnicaspodem ser utilizadas no receptor 116 em algumascircunstâncias para facilitar as capacidades demultiportadora e diversidade. Apesar de a descrição aquiser limitada a duas antenas e dois portadores, a discussãopode ser aplicada a qualquer configuração incluindo mramificações de diversidade e n portadores onde n ^ m.
A figura 2 é um diagrama em bloco de mensagens desinalização 202 - 212 permutadas entre a rede GSM 114 e oterminal de acesso 102 de acordo com a modalidadeilustrativa. As mensagens de sinalização 202 - 212 podemser incorporadas a mensagens de sinalização convencionaisatualmente definidas nas especificações GERAN ou podem serimplementadas como mensagens adicionais às especificaçõesGERAN onde partes das mensagens 202 - 212 podem serimplementadas através de múltiplas mensagens de sinalizaçãoconvencionais e onde duas ou mais mensagens 202 - 212 podemser implementadas em uma única mensagem.terminal de acesso deva comutar para o modo de diversidadede recepção. Na modalidade ilustrativa, a mensagem decomando de comutação RXDIV 210 inclui um indicador decomutação RXDIV 502, um indicador de canal de únicaportadora504 e outros comandos relacionados com asconfigurações de partição de tempo da única portadora parao qual o terminal é designado. Um exemplo de tal comandoinclui uma modificação ou extensão de uma mensagem deacordo com a especificação GERAN existente tal como amensagem de Designação de Downlink de Pacote ou a mensagemde Reconfiguração de Partição de Tempo de Pacote, oumensagens similares. O indicador de canal de únicaportadora504 indica o canal único que será utilizado paratransmissão de sinais para o terminal de acesso.
A figura 6 é um fluxograma de um método degerenciamento das comunicações multiportadora em um sistemade comunicação sem fio de acordo com a modalidadeilustrativa da invenção. 0 método pode ser realizadoutilizando-se qualquer combinação de hardware, softwaree/ou firmware. Na modalidade ilustrativa o método érealizado em uma estação base ou outra entidade de rede 104dentro da rede GSM 114. Apesar de o o método ser discutidocom referência a um terminal de acesso único 102, o métodoé simultaneamente realizado para qualquer número determinais de acesso 102 se comunicando dentro da rede GSM 114.
Na etapa 602, a estação base 104 recebe amensagem de capacidades 204 indicando pelo menos ascapacidades de diversidade de recepção e multiportadora doterminal de acesso 102.
Na etapa 604, é determinado se o terminal deacesso 102 possui capacidades de multiportadora. Se oterminal de acesso 102 não possuir capacidades de múltiplospercursos, o gerenciamento de múltiplos percursos para oterminal de acesso particular 102 termina e o métodoprossegue para a etapa 606. Do contrário, o método continuana etapa 608.
Na etapa 608, é determinado se o terminal deacesso 102 deve ser comutado para o modo multiportadora.Como discutido acima, o terminal de acesso 102 tem comopadrão o modo de diversidade de recepção na modalidadeilustrativa e, portanto, é comutado apenas para o modomultiportadora como determinado pela rede GSM 114. Adecisão pode ser baseada em qualquer número de fatores edepende da implementação particular do sistema GSM ecapacidades de sistema. A determinação para a "comutaçãopode ser baseada em qualquer um dentre vários fatores talcomo, por exemplo, a largura de banda disponível, aquantidade de dados que será recebida pelo terminal deacesso 102, o número de outros terminais de acesso próximos(102), as taxas de dados de outros terminais de acesso(102), as capacidades de outros terminais de acesso (102)na área, ou qualquer outra razão dependendo dos algoritmosde rede. Se for determinado que o terminal de acesso 102deva permanecer na diversidade de recepção (RXDIV), ométodo retorna para a etapa 608 para continuar o sistema demonitoramento. Se for determinado que o terminal de acesso102 deva ser comutado para o modo multiportadora, o métodocontinua na etapa 610.
Na etapa 610, a mensagem de comando de comutaçãomultiportadora 206 é transmitida para o terminal de acesso102. Na modalidade ilustrativa, a mensagem de comando decomutação multiportadora 206 é transmitida por umtransmissor na estação base 104.
Na etapa 612, a mensagem de aviso de recebimentode comutação 208 é recebida a partir do terminal de acesso.Na modalidade ilustrativa, a mensagem de aviso derecebimento de comutação 208 é recebida através de umreceptor na estação base 104. A estação base 104 engata emum procedimento de retransmissão ou resolução se a mensagemde recebimento acusado 208 não for recebida.
Na etapa 614, é determinado se o terminal deacesso 102 deve ser comutado para o modo de diversidade dereceptor de única portadora. Se a rede GSM 114 determinarque o terminal de acesso deva ser comutado para o modoRXDIV para alocação eficiente de recurso ou outras razões,o método continua na etapa 616. Do contrário, o métodoretorna para a etapa 614 para continuar o monitoramento dosistema 100.
Na etapa 616, a mensagem de comando de comutaçãoRXDIV 210 é transmitida para o terminal de acesso. Comodiscutido acima, a mensagem de comando de comutação RXDIV210 inclui um indicador de canal de única portadora504 namodalidade ilustrativa.
Na etapa 618, uma mensagem de aviso derecebimento de comutação 212 indicando que a comutação domodo multiportadora para o modo de diversidade de recepçãofoi bem sucedida é recebida. A estação base 104 engata emum procedimento de retransmissão ou resolução se a mensagemde aviso de recebimento 208 não for recebida. O métodoentão retorna para a etapa 608 para monitorar o sistemapara determinar se o terminal de acesso 102 deve sercomutado para o modo multiportadora. Em algumascircunstâncias, as mensagens de aviso de recebimento podemnão ser utilizadas.
Os versados na técnica compreenderão que ainformação e os sinais podem ser representados utilizando-se qualquer uma dentre uma variedade de diferentestecnologias e técnicas. Por exemplo, dados, instruções,comandos, informação, sinais, bits, simbolos e chips quepodem ser referidos por toda a descrição cima podem serrepresentados por voltagens, correntes, ondaseletromagnéticas, partículas ou campos magnéticos,partículas ou campos óticos, ou qualquer combinação dosmesmos.
Os versados na técnica apreciarão adicionalmenteque os vários blocos lógicos, módulos, circuitos e etapasde algoritmo ilustrativos descritos com relação àsmodalidades descritas aqui podem ser implementados comohardware eletrônico, software de computador, ou combinaçõesde ambos. Para se ilustrar claramente essa capacidade deintercâmbio de hardware e software, vários componentes,blocos, módulos, circuitos e etapas ilustrativos foramdescritos acima de forma geral em termos de suafuncionalidade. Se tal funcionalidade será implementadacomo hardware ou software depende da aplicação emparticular e das restrições de desenho impostas ao sistemacomo um todo. Os versados na técnica podem implementar afuncionalidade descrita de várias formas para cadaaplicação em particular, mas tais decisões de implementaçãonão devem ser interpretadas como responsáveis pelodistanciamento do escopo da presente invenção.
Os vários blocos lógicos, módulos, e circuitosilustrativos descritos com relação às modalidades descritasaqui podem ser implementados ou realizados com umprocessador de finalidade geral, um processador de sinaldigital (DSP), um circuito integrado especifico deaplicativo (ASIC), um conjunto de porta programável emcampo (FPGA) ou outro dispositivo lógico programável, portadiscreta ou lógica de transistor, componentes de hardwarediscretos, ou qualquer combinação dos mesmos projetada pararealizar as funções descritas aqui. Um processador definalidade geral pode ser um microprocessador, mas naalternativa, o processador pode ser qualquer processadorconvencional, controlador, micro controlador, ou máquina deestado. Um processador também pode ser implementado comouma combinação de dispositivos de computação, por exemplo,uma combinação de um DSP e um microprocessador, umapluralidade de microprocessadores, um ou maismicroprocessadores em conjunto com um núcleo DSP, ouqualquer outra configuração similar.
As etapas de um método ou algoritmo descrito comrelação às modalidades descritas aqui podem serconsubstanciadas diretamente em hardware, em um módulo desoftware executado por um processador, ou em uma combinaçãodos dois. Um módulo de software pode residir na memóriaRAM, memória flash, memória ROM, memória EPROM, memóriaEEPROM, registros, disco rigido, disco removível, um CD-ROM, ou qualquer outra forma de meio de armazenamentoconhecida da técnica. Um meio de armazenamento ilustrativoé acoplado ao processador de forma que o processador possaler informação a partir de e escrever informação no meio dearmazenamento. Na alternativa, o meio de armazenamento podeser integral com o processador. 0 processador e o meio dearmazenamento podem residir em um ASIC. 0 ASIC pode residirem um terminal de usuário. Na alternativa, o processador eo meio de armazenamento podem residir como componentesdiscretos em um terminal de usuário.
A descrição anterior das modalidades descritas éfornecida para permitir que qualquer pessoa versada natécnica crie ou faça uso da presente invenção. Váriasmodificações a essas modalidades serão prontamenteaparentes aos versados na técnica, e os princípiosgenéricos definidos aqui podem ser aplicados a outrasmodalidades sem se distanciar do espirito ou escopo dainvenção. Dessa forma, a presente invenção não precisa serlimitada às modalidades ilustradas aqui, mas deve seracordado o escopo mais amplo consistente com os princípiose características de novidade descritos aqui.