ES2285602T3 - Procedimiento para recibir o enviar mensajes. - Google Patents

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Abstract

Procedimiento para enviar mensajes en forma de una señal expandida espectralmente con ayuda de una primera secuencia de expansión, a un conjunto de receptores que para la detección de mensajes correlan la señal recibida en cada caso con una segunda secuencia de expansión, que es más corta que la primera secuencia de expansión, y en el que a) se expanden espectralmente señales de mensajes para receptores individuales con primeras secuencias de expansión distintas individualmente para cada receptor, b) las señales de mensajes que están destinadas a un grupo de receptores, se expanden espectralmente con una primera secuencia de expansión común a todos los receptores de este grupo, y en el que c) las primeras secuencias de expansión distintas individualmente se eligen o están elegidas tal que las segundas secuencias de expansión pertenecientes a estas primeras secuencias de expansión individualmente distintas, presentan una correlación lo más baja posible con una secuencia de expansión que se utiliza para este grupo de receptores.

Description

Procedimiento para recibir o enviar mensajes.
En la transmisión digital de mensajes entre un emisor y un receptor se utilizan a menudo las llamadas secuencias de expansión (spreading codes, códigos de expansión). Si se manipula una señal emisora con una secuencia de expansión como la indicada, aumenta la anchura espectral de la señal emisora. En general se utilizan secuencias de expansión con frecuencias de impulsos cuyas constantes del tiempo (chips, TC) son bastante inferiores a la anchura de impulso (T) de la señal digital del mensaje. Un impulso o un símbolo de la señal digital del mensaje se divide entonces en un conjunto N de chips de la secuencia de expansión, con lo que se multiplica correspondientemente la anchura de banda de la señal del mensaje.
Importantes ejemplos de tales procedimientos de transmisión con expansión espectral (spread spectrum) son los llamados procedimientos Code Division Multiple Access (CDMA), acceso múltiple por división de código, que por ejemplo juegan un papel cada vez más importante en el campo de la telefonía móvil o de la transmisión de datos sin hilos. En estos procedimientos se correlaciona en el receptor la señal expandida con una secuencia de expansión apropiada. Puesto que las secuencias de expansión distintas, no equivalentes, presentan entre sí prácticamente una correlación que puede despreciarse, permite este procedimiento la detección de exactamente una señal útil de entre un conjunto de señales útiles contenidas en la señal expandida, suprimiéndose de manera efectiva en el receptor todas las otras señales útiles que han sido manipuladas en el emisor con otras secuencias de expansión. Como premisa necesaria para ello, se considera en general que el receptor utilice para la correlación la misma secuencia de expansión que se ha utilizado también para la manipulación (expansión) de la señal útil destinada al mismo; ver al respecto la solicitud internacional WO 98/40972).
Los dispositivos para realizar tales procedimientos tienen en general una ejecución muy costosa. Debido a que se necesita una cantidad grande y continuamente creciente de canales útiles, las secuencias de expansión utilizadas se hacen bastante largas y los correspondientes tiempos de activación cada vez más pequeños. Esto exige por ejemplo correladores de la correspondiente complejidad y con la velocidad de impulsos correspondientemente alta.
Es una tarea de la presente invención indicar una teoría técnica con la que pueda reducirse el coste para la correlación y en general para la recepción de señales expandidas. Esta tarea se resuelve mediante un procedimiento según una de las reivindicaciones.
En estos procedimientos se utiliza para la recepción de los mensajes transmitidos una segunda secuencia de expansión que es más corta que la primera secuencia de expansión utilizada para la manipulación de la señal del mensaje en el emisor. Si incluye la primera secuencia de expansión N chips, a la segunda secuencia de expansión le son suficientes M chips, siendo M menor que N. Se simplifica así el proceso de la correlación de la señal expandida con la segunda secuencia de expansión en el receptor. Al enviar mensajes, prevé la invención la utilización de secuencias de expansión adecuadas, con las que pueda salvaguardarse la ortogonalidad de las secuencias de expansión de distintos canales.
Ciertamente, tal como se conoce por ejemplo por el documento de patente US 5,673,260 (Method and System for CDMA Mobile Communication, método y sistema para comunicación móvil CDMA) de 30 septiembre 1997, existen sistemas en los cuales para sincronizar el receptor con el emisor se utiliza en el receptor una secuencia de expansión más corta que en el emisor. No obstante, para la sincronización se utilizan secuencias de datos de sincronización muy largas, que son exactamente conocidas al receptor. El problema no consiste aquí por lo tanto en la detección de los datos (mensajes), sino en la averiguación del retardo adecuado entre emisor y receptor con ayuda de datos de sincronización conocidos. Por el contrario, la presente invención sirve para la detección de datos desconocidos al receptor. Si se utilizan aquí secuencias de expansión acortadas o más cortas en el receptor, entonces se diferencia este procedimiento y los problemas a resolver con el mismo básicamente de la sincronización con secuencias de expansión acortadas.
Ventajosos perfeccionamientos de la invención son objeto de las reivindicaciones dependientes.
Una posibilidad de ejecución es una adaptación adaptiva de la longitud de la secuencia de expansión a las condiciones de recepción existentes en cada caso. Entonces puede determinarse y dado el caso mejorarse la calidad de recepción con ayuda de códigos redundantes. La utilización de secuencias de expansión adecuadas permite ahorros de energía mediante la desconexión intermitente o la activación más lenta de determinadas unidades de hardware. Por el lado emisor pueden elegirse las secuencias de expansión según la invención tal que quede asegurada una ortogonalidad (prácticamente suficiente) de las secuencias de expansión cortas.
A continuación se describirá la invención en base a ejemplos de ejecución precedentes y con ayuda de las figuras.
La figura 1 muestra en representación esquemática una selección preferente de secuencias de expansión cortas, que permite un funcionamiento del aparato receptor especialmente ahorrador de energía.
La figura 2 muestra en representación esquemática una selección preferente de secuencias de expansión, con las que puede asegurarse la ortogonalidad de las secuencias de expansión de distintos canales.
En un sistema de transmisión realizado según el principio de la técnica de expansión de banda (spread spectrum, espectro expandido), se transmiten los símbolos de datos a través del canal de transmisión tal como se describirá a continuación. La señal de emisión, compuesta por ejemplo por impulsos rectangulares de la duración T, se manipula mediante una primera secuencia de expansión rápida de la longitud T = N*TC. Aquí TC es la duración del chip de la secuencia de expansión (spreading code, código de expansión). La misma es muy inferior a T, con lo que la señal se vuelve de banda ancha. De manera ideal resulta una señal blanca de banda ancha, que se transmite a través del canal multivía con tiempos de recorrido de señal (tk) y que se detecta en el receptor.
Para el acceso de varios usuarios, se utilizan secuencias de expansión ortogonales entre sí. Para cada canal útil se utiliza una secuencia de expansión propia, que es ortogonal a las otras secuencias de expansión, es decir, cuya correlación con las otras secuencias de expansión desaparece (al menos parcialmente). Por ello pueden transmitirse todos los canales útiles simultáneamente a través de una única banda ancha de frecuencias y llegar al receptor.
En el receptor se correla la señal de recepción para la detección de la señal de emisión con la misma secuencia de expansión, desde luego retardada en tk \in (tK). Esta operación se denomina también desexpansión. Los distintos abonados se seleccionan con el conocimiento de la secuencia de expansión ortogonal especifica. Además, se suprimen las rutas con los tiempos de recorrido tk \neq tK, ya que una secuencia de expansión desplazada en el tiempo en general no se correlaciona con otras secuencias de expansión ni tampoco consigo misma (apreciablemente). Interpretado de otra manera, representa el receptor un filtro adaptado en señal al correspondiente canal útil y al emisor. Mediante la correlación se logra la identificación inequívoca del emisor, también en el caso de una baja relación señal/ruido.
La detección se realiza tan pronto como se ha recibido un bit de datos. La misma puede ser apoyada por procedimientos potentes como Deinterleaving (reordenamiento) o por una codificación de canal mediante el algoritmo de Viterbi. Entonces se utiliza la redundancia de un código utilizado para la codificación del canal, que posiblemente permite también una corrección de faltas, en el camino de una estimación estadística paso a paso de los bits de datos, por ejemplo con un procedimiento de estimación de probabilidad máxima a posteriori (MAP), para la estimación y/o la mejora de la calidad de recepción. El especialista conoce básicamente tales procedimientos. Su utilización en relación con la presente invención no ofrece al especialista ninguna dificultad tras la lectura de la presente descripción de la invención.
Si estos procedimientos son suficientemente potentes o bien la distancia señal/ruido es suficientemente grande, entonces puede reconstruirse (detectarse) la información útil también cuando no se realiza la correlación con la correspondiente primera secuencia de expansión adecuada especifica del usuario de la longitud N*TC que se ha utilizado también en el emisor. Esta es una idea básica sobre la que se basa la presente invención. Puede utilizarse desde luego en lugar de ello también una segunda secuencia de expansión acortada o más corta de la longitud M*TC con M < N e incluir ahora, en lugar de N chips, sólo M chips en el procesamiento de la señal.
De esta manera es posible el correspondiente ahorro de recursos de hardware y energía, ya que con una adecuada elección de una secuencia de expansión acortada o más corta, que puede ser por ejemplo una secuencia parcial subexplorada - equidistante o no equidistante - de la secuencia de expansión utilizada en el emisor, pueden utilizarse sistemas con velocidades de impulsos correspondientemente inferiores o bien con procesadores menos potentes y ahorradores de corriente. Si se utilizan por otro lado secuencias de expansión acortadas, que son tramos interrelacionados de las secuencias de expansión utilizadas en el emisor, pueden desconectarse intermitentemente unidades de hardware y ahorrar así energía. Esto es especialmente ventajoso cuando se eligen secuencias de expansión acortadas para dos símbolos sucesivos de un mensaje a detectar, tal que es posible una desconexión de equipos individuales de una unidad receptora a lo largo de períodos interrelacionados lo más largos posible. Esto puede realizarse, tal como se muestra en la figura 1, de la manera más sencilla cuando se utiliza un par de secuencias de expansión acortadas, cuya primera secuencia de expansión en el tiempo (KSF1) coincide con el final de la correspondiente secuencia de expansión no acortada (SF1) y cuya segunda secuencia de expansión en el tiempo (KSF2) coincide con él principio de la correspondiente secuencia de expansión no acortada (SF2).
Además de secuencias de expansión acortadas en el sentido propio de la palabra, que son auténticas secuencias parciales, por ejemplo (a1, a4, a6, a7. a10, a11, a34, ...), de una secuencia de expansión no acortada, por ejemplo (a1, a2, a3, a4, a5, a6, a7, ...), pueden utilizarse también otras secuencias de expansión cortas que se pueden concebir como secuencias parciales, por ejemplo (b1, b3, b5, b7, b9 ...) de otra secuencia de expansión no acortada, por ejemplo (b1, b2, b3, b4, b5, b6, ...), que desde luego deben presentar entre sí una correlación cruzada suficientemente grande, esencialmente proporcional a (a1 + b1, a2 + b2, a3 + b3, a4 + b4, ...), para que pueda detectarse el canal de mensajes deseado con una relación señal/ruido suficiente y puedan suprimirse suficientemente otros canales de mensajes. Cuando en el marco de la descripción de esta invención se hable de una secuencia de expansión acortada, para no hacer el estilo demasiado complejo, deben entenderse aquí también aquellas secuencias de expansión más generales, más que secuencias de expansión más cortas o cortas, cuando no se diga expresamente lo contrario. Igualmente no tienen que coincidir secuencias de expansión en general, naturalmente, con otras secuencias de expansión en el sentido estricto de la palabra para permitir una correlación pertinente; más bien es suficiente en la mayoría de los casos una correlación cruzada suficientemente grande. También esto ha de tenerse en cuenta siempre al leer esta descripción cuando por razones de una legibilidad más fácil en esta descripción sólo se hable en algunos lugares simplemente de una coincidencia (en determinadas condiciones también sólo parcial) entre dos secuencias de expansión.
\newpage
Tras recibir un bit o símbolo de la longitud N*TC transmitido con ayuda de la técnica de expansión de banda, se inicia la desexpansión. Cuando la relación señal/ruido es suficientemente grande, puede reconstruirse por completo a partir de ello mediante correlación con la secuencia de expansión especifica acortada de la longitud M*TC en general el símbolo enviado, así como los datos útiles enviados. Esto se ve facilitado por el aprovechamiento de la redundancia implementada en la codificación de canal. De ello resulta un ahorro, porque no todos los chips enviados deben ser recibidos y procesados.
Si en contra de lo esperado no es posible la reconstrucción de los datos útiles, por ejemplo debido a una calidad de recepción demasiado mala, pueden precisarse los datos mediante una nueva correlación con una secuencia de expansión dado el caso más larga. Para ello han de incluirse otros chips en la correlación. Pueden aprovecharse los resultados de secuencias precedentes. Como base para la decisión relativa al estado del correspondiente bit enviado, puede tomarse la evaluación de la distancia señal/ruido o de los resultados de la estimación estadística en la decodificación de canal. Con el conocimiento de la calidad de transmisión, puede realizarse también una estimación relativa a la longitud mínima de la secuencia de expansión acortada en función de la fiabilidad exigida.
Mediante la utilización de secuencias de expansión más cortas, se reduce la cantidad de secuencias de expansión ortogonales entre sí. Por ello es ventajoso prescribir de manera razonable el modo y la secuencia de la asignación de las secuencias de expansión a los usuarios o bien a los canales lógicos o bien no aprovechar determinadas secuencias de expansión dentro de una célula de radio. Por ejemplo, tal como se representa en la figura 2, podría preverse que aquella secuencia de expansión cuya primera mitad coincide con la secuencia de expansión del canal de paging (búsqueda y localización) no se utilice en el sistema o sólo se utilice en último lugar.
Este principio puede utilizarse en particular para el llamado Paging Modus (modo de búsqueda y localización) y el llamado canal de Broadcast (BCCH), o canal de radiodifusión. Allí se envía una señal a varias estaciones móviles que se encuentran en una célula de radio. Para asegurar que esta señal puede ser recibida por todas las estaciones móviles, debe enviarse con una potencia relativamente alta. La mayoría de las estaciones móviles se encuentran en una posición favorable, en la que la calidad de recepción es suficientemente buena y pueden utilizar el procedimiento aquí descrito de la correlación con secuencias de expansión más cortas, sin perder el mensaje. El ahorro de corriente que ello implica es especialmente importante en el modo de paging, ya que contribuye directamente y de manera especialmente visible a la prolongación del tiempo de Stand-by.
Para la desconexión intermitente son especialmente adecuados convertidores analógico/digitales y correladores. Esto es especialmente ventajoso en relación con la elección adecuada de secuencias de expansión mostrada en la figura 1. Para la variante de la pulsación con una frecuencia de impulsos inferior, son especialmente adecuadas secuencias parciales subexploradas. El especialista tiene claro en base a esta descripción que ambas medidas también pueden utilizarse en combinación.
Tal como representa esquemáticamente la figura 1, se utilizan para la manipulación (expansión) de los símbolos de mensajes sucesivos (datos, chips, palabras de código o similar) NS1, NS2, NS3, NS4, en el emisor las primeras secuencias de expansión SF1 y SF2. Ahora se utilizan en el receptor las secuencias de expansión cortas o acortadas KSF1 y KSF2, que están colocadas en el tiempo tal que la señal de control CS para el control de los equipos de hardware a conectar y desconectar sólo ha de conectarse en los tiempos t1 y t3 y ha de desconectarse en los tiempos t2 y t4. Para una colocación en el tiempo no interdependiente de las secuencias de expansión cortas KFS1 y KFS2, debería manipularse la señal de control más rápidamente, con lo que se originaría un consumo de energía mayor.
La figura 2 visualiza las interdependencias en la elección de secuencias de expansión adecuadas. Estas pueden representarse sistemáticamente en un llamado árbol de códigos, que con una longitud creciente de las secuencias de expansión pone a disposición una cantidad que crece exponencialmente de secuencias de expansión ortogonales. Puesto que los otros tipos o sistemáticas de secuencias de expansión que en definitiva son esencialmente equivalentes, le son conocidas al especialista, sólo se tratará aquí este tipo de secuencias de expansión. La invención puede no obstante realizarse igualmente bien con otros tipos de códigos de expansión. Para evitar que debido a la utilización de secuencias de expansión más cortas o acortadas resulte una pérdida de la ortogonalidad, es razonable reservar las secuencias de expansión en la zona r1 para el canal de paging y utilizar sólo las secuencias de expansión de la zona r2 para la expansión de canales útiles individuales.

Claims (2)

1. Procedimiento para enviar mensajes en forma de una señal expandida espectralmente con ayuda de una primera secuencia de expansión, a un conjunto de receptores que para la detección de mensajes correlan la señal recibida en cada caso con una segunda secuencia de expansión, que es más corta que la primera secuencia de expansión, y en el que
a)
se expanden espectralmente señales de mensajes para receptores individuales con primeras secuencias de expansión distintas individualmente para cada receptor,
b)
las señales de mensajes que están destinadas a un grupo de receptores, se expanden espectralmente con una primera secuencia de expansión común a todos los receptores de este grupo, y en el que
c)
las primeras secuencias de expansión distintas individualmente se eligen o están elegidas tal que las segundas secuencias de expansión pertenecientes a estas primeras secuencias de expansión individualmente distintas, presentan una correlación lo más baja posible con una secuencia de expansión que se utiliza para este grupo de receptores.
2. Procedimiento para enviar mensajes, según la reivindicación 1, a un conjunto de receptores en el que una secuencia de expansión, cuya correspondiente secuencia de expansión acortada presenta una correlación cruzada con la secuencia de expansión de un canal de paging (búsqueda y localización) no reducida, no se utiliza o sólo se utiliza cuando no se dispone de ninguna otra secuencia de expansión.
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