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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