ES2348205T3 - Método para adaptación de enlace y control de la potencia de transmisión. - Google Patents

Abstract

Un método para transferir información en un enlace entre un primer nodo (A) y un segundo nodo (B), que comprende los pasos de: (-) el primer nodo (A) que almacena (60) los datos del enlace que comprende el nivel de la potencia de transmisión, el nivel de interferencia experimentada en el primer nodo (A) y los medios para una determinación del canal en una primera trama (65); (a) el primer nodo (A) que transmite la primera trama al segundo nodo (B), (70); (b) el segundo nodo (B) que recibe la primera trama (75); (c) el segundo nodo (B) que determina un modo de enlace (80) en base al nivel de potencia de transmisión, el nivel de interferencia experimentado en el primer nodo (A) y los medios para la determinación del canal para la transmisión desde el segundo nodo (B) al primer nodo (A); (d) el segundo nodo (B) que transmite una trama posterior al primero nodo (A) usando un modo de enlace determinado (85); (e) el primer nodo (A) que recibe los datos transmitidos desde el segundo nodo (B); caracterizado porque (f) el primer nodo (A) que determina si un modo de enlace óptimo se usó para transmitir la segunda trama posterior desde el segundo nodo (B) al primer nodo (A) (90); (g) si un modo de enlace óptimo no fue usado, transmitir una siguiente trama (70) desde el primer nodo (A) al segundo nodo (B), la siguiente trama que contiene los datos de enlace ajustados, y (-) el segundo nodo (B) que determina un nuevo modo de enlace (80) usando el modo de enlace ajustado.

Description

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a la adaptación de enlace, y más concretamente, a un método para la adaptación de enlace sin transferir la información del modo de enlace entre los nodos de comunicación.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El estándar de LAN inalámbrica (WLAN) IEEE 802.11 fue desarrollado en 1997 y habilitaba las comunicaciones LAN inalámbricas entre varios nodos. El estándar IEEE 802.11 se extendió con una nueva capa física, en base a la OFDM (Multiplexación Ortogonal por División en Frecuencia) y se usó con varias constelaciones QAM (modulador de amplitud en cuadratura) de alto orden y varias velocidades de codificación convolucionales que permiten hasta siete velocidades de datos distintas. Un estándar similar denominado IEEE 802.11b para la banda de 2,4GHz también fue estandarizado y proporciona cuatro velocidades de transmisión de datos distintas.

Ni los organismos de estandarización ni ningún algoritmo de adaptación de enlace existente definen ningún mecanismo de intercambio para enviar mensajes de control de adaptación de enlace. La carencia de un mecanismo de intercambio para los mensajes de adaptación de enlace ha planteado un obstáculo considerable para el rendimiento del 802.11. Los diseñadores están obligados a confiar en las indicaciones indirectas en cuanto a si se ha logrado una elección correcta de la adaptación de enlace. Ejemplos de estas incluyen la presencia o ausencia de ciertos acuses de recibo devueltos. De esta manera, es necesario algún método de control de adaptación de enlace sin señalización explícita del modo de enlace.

Refiriéndonos ahora a los dibujos, y más concretamente a la Fig. 1, en donde hay ilustrado un ejemplo de un proceso tradicional de adaptación de enlace. El Nodo A envía en 10 una trama que habilita el Nodo B para determinar la calidad de la recepción. El Nodo B usa esta información dentro de algún tipo de algoritmo o proceso 15 para seleccionar un modo de enlace óptimo para las comunicaciones dirigidas desde el Nodo A al Nodo B. El Nodo B posteriormente informa al Nodo A en 20 del modo de adaptación de enlace (LA) recomendado. El Nodo A usa el modo de enlace recomendado para las transmisiones sucesivas 25. Este procedimiento se emplea repetidamente para las sucesivas comunicaciones y permite la continua adaptación para cambiar las condiciones del enlace. Este procedimiento es similar a un control de la potencia de transmisión en bucle cerrado y bien puede ser integrado dentro de la circuitería de control de potencia.

En algunos sistemas inalámbricos, uno de los nodos se puede asociar físicamente a una red de acceso. La red de acceso puede tomar la decisión de usar un cierto modo de enlace mientras que los otros nodos proporcionan meramente las recomendaciones del modo de enlace o envían meros informes de medición. Esto provoca una ligera asimetría que no es evidente directamente de la Fig. 1 ya que el Nodo A y el Nodo B no son equivalentes entre ellos. El principal problema con este tipo de sistema es que no hay método explícito de señalización definido para el IEEE 802.11, y de esta manera, el método solamente es aplicable si el estándar se extiende con la señalización de adaptación de enlace.

Un esquema concebible de adaptación de enlace para 802.11, que carece de los mecanismos explícitos de realimentación de la adaptación de enlace usa una realimentación indirecta que se puede utilizar explotando la presencia o ausencia de acuses de recibo devueltos. Los modos de enlace se intensifican o desintensifican en función de la respuesta. No obstante, este planteamiento requiere a las comunicaciones soportar durante algún tiempo para que sea encontrada una velocidad adecuada. El método de intensificar/desintensificar la velocidad del enlace no es muy eficiente, ya que los errores de las tramas se deben inducir intencionadamente para determinar el punto de funcionamiento.

El problema de requerir un esquema de señalización para la adaptación del enlace yace en el método del sistema tradicional de adaptación de enlace que se implementa dentro de un sistema de bucle cerrado que requiere que la información sea transmitida entre las entidades.

La EP-0579372 revela una regulación de bucle abierto en una red de área local inalámbrica (WLAN) en donde una estación está transmitiendo la información en un nivel de potencia transmitida que concierne al paquete y el nivel de interferencia medida. A partir de esto, se consuma un control dinámico de potencia: “Este valor entonces se utiliza en un algoritmo que determina un nivel de transmisión y difiere el valor umbral, que se almacena en una tabla que va a ser utilizada cuando la estación receptora desee transmitir un paquete a la estación transmisora”, compárese col. 4, 1. 56 – col. 5, 1.2. La forma de dos partes de la reivindicación 1 se basa en D1 señalando los rasgos encontrados en común con D1 en el preámbulo.

La WO01/78250 revela una regulación de potencia de bucle cerrado. El modo de enlace no está regulado.

La WO099/07105 revela un método de regulación de potencia para una red de múltiples estaciones. Es evidente que el método corresponde a una regulación de bucle cerrado aunque se dan muy pocos detalles.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

La presente invención supera los problemas anteriormente mencionados y otros con un sistema y método para transferir información sobre un enlace entre un primer nodo y un segundo nodo. Una trama se transmite desde el primer nodo al segundo nodo. La trama contiene datos del enlace que permiten al segundo nodo determinar un modo de enlace para las futuras transmisiones. La trama se recibe en el segundo nodo en donde se hace una determinación de un modo de enlace desde el segundo nodo al primer nodo usando los datos del enlace contenidos dentro de la trama. Las transmisiones entonces se pueden hacer desde el segundo nodo al primer nodo usando el modo de enlace determinado.

Otras ventajas aparecerán a partir de la siguiente descripción detallada de la invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Los dibujos anexos, que se incluyen para proporcionar una comprensión adicional de la invención y se incorporan y constituyen una parte de esta especificación, ilustran las realizaciones de la invención que junto con la descripción sirven para explicar los principios de la invención. En los dibujos:

La Fig. 1 ilustra un proceso tradicional de adaptación de enlace;

La Fig. 2 es un diagrama de flujo que ilustra un método de referencia, y

La Fig. 3 es un diagrama de flujo que ilustra el método de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES EJEMPLARES

Referenciamos ahora al método ilustrado y descrito con respecto al diagrama de flujo de la Fig. 2. Inicialmente, el nivel de potencia de transmisión y el nivel de interferencia del Nodo A se almacenan en el paso 30 en una trama que va a ser transmitida desde el Nodo A al Nodo B. Adicionalmente, se incluyen algunos medios para permitir una determinación del canal dentro de la trama en el paso 35. Hay esencialmente dos formas de estimar un canal, ya sea una llamada secuencia piloto (esta también se puede llamar piloto, símbolo piloto, secuencia/símbolo de estimación de canal, secuencia/símbolo de entrenamiento), o a través de la denominada estimación ciega de canal. La estimación ciega de canal, que no es tan común, no confía en la secuencia piloto especificada, sino que puede en su lugar usar los datos que transportan símbolos (o similares) y ciertas propiedades para la modulación en uso. Por ejemplo, se puede usar el conocimiento de las fases y/o amplitudes de modulación permitidas para determinar la información del canal. Para el caso de la secuencia piloto, el receptor que tiene conocimiento de la secuencia de entrenamiento puede hacer una buena estimación del canal. El diseño de las secuencias piloto difiere de sistema a sistema como también de método a método de modulación. Por ejemplo, las secuencias piloto usadas para 802.11a se especifican en consecuencia en el estándar. El Nodo A transmite la trama en el paso 40 del Nodo A al Nodo B, y la trama se recibe en el paso 45.

En el protocolo IEEE 802.11, la trama podría ser, por ejemplo, una trama CFPOLL emitida por un Punto de Acceso (AP) a una estación (STA). El Nodo A transportaría la potencia de transmisión usada y la potencia de recepción deseada dentro de la misma trama CF-POLL. Lo último depende del nivel de interferencia experimentado en el Nodo A y de ahí está el nivel de potencia de recepción.

Después de que el Nodo B recibe en el paso 45 la trama desde el Nodo A, el Nodo B tendrá toda la información necesaria requerida para seleccionar un modo/velocidad de enlace para los mensajes posteriores transmitidos desde el Nodo B al Nodo A. Usando esta información, el Nodo B determina el modo/velocidad de enlace en el paso 50. El Nodo B también puede tener en cuenta la comunicación previa y la información del canal derivada que es (aún) relevante en la determinación del modo de enlace. Señalar que el Nodo B determina el modo de enlace para las transmisiones desde el Nodo B al Nodo A en contraste con el sistema descrito con respecto a la Fig. 1, en donde el Nodo B determina el modo de enlace para las transmisiones desde el Nodo A al Nodo B. Señalar que el método o algoritmo particular usado para determinar el modo/velocidad de enlace utilizando la información proporcionada en la trama recibida desde el Nodo A se puede hacer en cualquier número de maneras.

No obstante, se pueden usar varios planteamientos. Un planteamiento puede ser aplicar una política de gestión de recursos de radio de la que se beneficia la red entera, o una política que los nodos únicos se esfuerzan por optimizar sus propios rendimientos sin ningún cuidado de la interferencia generada y perjudicando otras comunicaciones. La política en una red 802.11 es más similar a la última, es decir, cada nodo intenta maximizar su propio rendimiento. A la luz de esto, cada nodo puede esforzarse por seleccionar un modo de enlace, pero también la potencia de transmisión, de tal manera que se maximiza el flujo máximo de los nodos. Opcionalmente, a la par que maximiza el flujo máximo, cada nodo también puede seleccionar no transmitir con excesiva potencia cuando usa el modo de enlace más rápido, ahorrando por ello potencia de transmisión y extendiendo la vida útil de la batería (siempre que se usa la batería).

Un método deseable para seleccionar el modo de enlace que incorpora los rasgos de la invención es minimizar la potencia de transmisión del nodo B, bajo la condición de que el flujo máximo se maximice (y para el modo de velocidad más alta arbitrariamente acercar a la velocidad más alta). Esto se puede conceptualizar por una función de objetivo saliente fq=f(SLM,PTX,H,I), donde SLM es el conjunto de todos los modos de enlace, PTX es la potencia de transmisión dentro de una gama de potencias de transmisión permitidas del nodo B, H es el canal determinado desde el nodo A al B (suponemos reciprocidad, o al menos cuasi reciprocidad, del canal) e I es el nivel de interferencia en el nodo A. La función objetivo puede ser por ejemplo el flujo máximo esperado, pero se pueden emplear otros criterios de optimización también (por ejemplo velocidad de error de paquetes). Ahora, podemos imponer una cierta condición de calidad mínima, Qmin, que debe cumplir la función objetivo fq. Por consiguiente, se prueban los modos de enlace dentro del conjunto SLM para la gama permitida de PTX. La combinación que cumple la condición Qmin y consume la menor potencia PTX se selecciona. Alternativamente, si PTX no se puede variar, se selecciona el modo de enlace que da la calidad óptima, dado por fq. Es importante señalar que aunque tratamos de la adaptación de enlace, generalmente no se limita solo a cambiar los modos de enlace (la constelación de la señal y la codificación de la corrección de errores sin canal de retorno) sino que bien puede incluir el control de potencia, siempre que la potencia de transmisión no tiene un nivel fijo. No obstante, en el estándar original 802.11, la potencia de transmisión es fija, y de ahí que la adaptación de enlace solamente incluirá los cambios en el modo de enlace (es decir la constelación y la FEC). Las transmisiones desde el Nodo B al Nodo A se realizan en el paso 55 usando el modo de enlace determinado.

Refiriéndonos ahora a la Fig. 3, allí se ilustra una extensión del método de adaptación de enlace de bucle abierto propuesto que permite la adaptación de enlace de bucle cerrado. La primera parte del proceso funciona igual que se describió con respecto a la Fig. 2 en donde el nivel de potencia de transmisión y el nivel de interferencia del Nodo A se almacenan en el paso 60 en una trama que va a ser transmitida desde el Nodo A al Nodo B.

Adicionalmente, se incluyen algunos medios para habilitar una determinación de canal dentro de la trama en el paso 65. Hay esencialmente dos formas de estimar un canal, ya sea una denominada secuencia piloto o a través de la denominada estimación ciega de canal como se trató previamente. El Nodo A transmite la trama en el paso 70 desde el Nodo A al Nodo B y la trama se recibe en el paso 75. Después de que el Nodo B recibe en el paso 75 la trama desde el Nodo A, el Nodo B tendrá toda la información necesaria requerida para seleccionar un modo/velocidad de enlace para los mensajes posteriores transmitidos desde el Nodo B al Nodo A. Usando esta información, el Nodo B determina el modo/velocidad de enlace en el paso 80. Las transmisiones desde el Nodo B al Nodo A se realizan en el paso 85 usando el modo de enlace determinado.

Tras la recepción de una transmisión en el Nodo A desde el Nodo B que usa el modo de adaptación de enlace determinado, el Nodo A determina en el paso 90 si se usó un modo de enlace óptimo en la transmisión desde el Nodo B al Nodo A. Si es así, el control vuelve al paso 60 y la información del nivel de interferencia y del nivel de potencia de transmisión se almacenan dentro de una trama para la transmisión devuelta al Nodo B. No obstante, si se determina que no se usó el modo de enlace óptimo, el Nodo A puede imponer un cambio de modo de enlace para las transmisiones posteriores desde el Nodo B manipulando el nivel de potencia de transmisión indicado, el nivel de interferencia o una combinación de ambos almacenando en 95 las versiones modificadas de éstas dentro de la trama que va a ser transmitida de vuelta al Nodo B. Esto causaría la determinación del modo de enlace en el Nodo B para proporcionar un modo de enlace sustancialmente más óptimo. La carencia de un modo de enlace óptimo puede ser el resultado de la configuración incorrecta de los niveles de potencia o quizás las imprecisas mediciones que existen dentro de las transmisiones de los canales. Esto continuaría hasta que fuera alcanzado un modo de enlace óptimo.

Una situación particular puede surgir si otras estaciones que oyen las comunicaciones puede malinterpretar el margen de la velocidad de enlace si se ajusta como se describió anteriormente. El problema es que un nivel de interferencia indicado de acuerdo con la extensión del bucle cerrado, por ejemplo, en el Nodo A (o posiblemente el nivel de potencia de transmisión) puede causar que otras estaciones usen las adaptaciones de enlace erróneas o transmitan la potencia más tarde. Si esto es un problema significativo no es seguro. No obstante, para evitar esto, se proponen dos métodos que requieren normalización. Estas implementaciones son opcionales.

Primero, se señala que ciertas tramas solamente se pueden enviar primero en una secuencia de intercambio de tramas. Ejemplos de tales tramas son RTS, CTS y CF-POLL en 802.11. Como tiene poco sentido realizar cualquier adaptación de bucle cerrado para las primeras dos tramas, esas tramas nunca contendrán los niveles ajustados de interferencia indicados, y por lo tanto siempre permitirán a otras estaciones determinar los parámetros de transmisión correctos cuando se oyen las comunicaciones. Se normalizará qué tramas en que el nivel de interferencia indicado de la correcta señal (o posiblemente el nivel de potencia de transmisión) se nivela.

Un segundo método se basa en que se añade un bit al campo de servicio PLCP que especifica si se muestra o no el parámetro correcto. Una interpretación de este bit es que señala si se usa el modo de bucle abierto o de bucle cerrado. En bucle abierto, otras STA pueden usar información sin restricciones, pero si se señala cerrado, otras STA serán más cuidadosas al usar la información. Efectivamente, el bucle abierto será señalado para las dos primeras tramas.

Un beneficio adicional de la extensión del bucle cerrado es que puede ser útil cuando el enlace no es recíproco, tal como cuando se despliegan varias adaptaciones de diversidad de antenas. La extensión del bucle cerrado también es directamente aplicable para extender el control de potencia de bucle abierto al control de potencia de bucle cerrado ya que la adaptación de enlace y el control de potencia funcionan en regiones de relación señal a ruido complementarias pero distintas.

Aunque la invención se ha descrito en el contexto de 802.11, una persona experta en la técnica fácilmente observará que dicha invención es aplicable en otros estándares, sistemas, etc., donde prevalecen similares condiciones.

El “campo de interferencia” y el “campo de potencia de transmisión” indicados también se pueden referir a vectores más que solo a escalares. La razón es que los modos de enlace pueden abarcar, no solo varias constelaciones de señal (o más generalmente esquemas de modulación arbitrarios) y la corrección de errores sin canal de retorno sobre un canal de radio único, sino múltiples canales de radio en paralelo y se puede usar la codificación y modulación asociada siempre que el transmisor, receptor o ambos empleen múltiples antenas. Cuando se emplean N antenas de transmisión y M antenas de recepción, uno tendrá en efecto M*N número de canales. Esto se llama un canal MIMO (entrada múltiple salida múltiple) y se puede usar en conjunción con la codificación de corrección de errores sin canal de retorno para mejorar la robustez, la eficiencia espectral o ambas.

Una alternativa es que el transmisor tiene N antenas y el receptor tiene solamente una antena. Este tipo de canal se llama MISO (entrada múltiple salida única) y se puede usar ante todo para mejorar la robustez de la comunicación. Aunque

los canales SIMO (entrada única salida múltiple) también existen como concepto, no hay necesidad de usar una indicación de vector en el lado de transmisión ya que el transmisor solamente tiene una antena. Varios tipos de métodos de codificación de corrección de errores sin canal de retorno se han desarrollado, y aún están, ya que el 5 área de investigación del área de comunicación MIMO/MISO es relativamente nueva, para MIMO y MISO durante los últimos años. Una taxonomía de trabajo aún esta careciendo de codificación MIMO/MISO, por lo tanto varios nombres florecen en el área de investigación. Ejemplos de códigos que se pueden usar en los canales MIMO/MISO son STC (Codificación Espacio Tiempo), códigos MIMO (solamente útiles

10 para MIMO), diversidad de transmisión (solamente útiles para MISO), códigos MISO (solamente útiles para MISO), códigos BLAST (Espacio Tiempo de Capas de los Laboratorios Bell) (solamente útiles para MIMO). Se cree que el funcionamiento y construcción de la presente invención será evidente a partir de la descripción anteriormente mencionada y, mientras que la

15 invención mostrada y descrita aquí dentro se ha caracterizado como realizaciones particulares, se pueden hacer cambios y modificaciones allí dentro sin salir de la invención como se define en las siguientes reivindicaciones.

20

Claims (9)

1. Reivindicaciones

   1. Un método para transferir información en un enlace entre un primer nodo (A) y un segundo nodo (B), que comprende los pasos de:

   (-) el primer nodo (A) que almacena (60) los datos del enlace que comprende el nivel de la potencia de transmisión, el nivel de interferencia experimentada en el primer nodo (A) y los medios para una determinación del canal en una primera trama (65);

   (a)

   el primer nodo (A) que transmite la primera trama al segundo nodo (B), (70);

   (b)

   el segundo nodo (B) que recibe la primera trama (75);

   (c)

   el segundo nodo (B) que determina un modo de enlace (80) en base al nivel de potencia de transmisión, el nivel de interferencia experimentado en el primer nodo

   (A)

   y los medios para la determinación del canal para la transmisión desde el segundo nodo (B) al primer nodo (A);

   (d)

   el segundo nodo (B) que transmite una trama posterior al primero nodo (A) usando un modo de enlace determinado (85);

   (e)

   el primer nodo (A) que recibe los datos transmitidos desde el segundo nodo (B); caracterizado porque

   (f)

   el primer nodo (A) que determina si un modo de enlace óptimo se usó para transmitir la segunda trama posterior desde el segundo nodo (B) al primer nodo (A) (90);

   (g) si un modo de enlace óptimo no fue usado, transmitir una siguiente trama

   (70)

   desde el primer nodo (A) al segundo nodo (B), la siguiente trama que contiene los datos de enlace ajustados, y

   (-) el segundo nodo (B) que determina un nuevo modo de enlace (80) usando el modo de enlace ajustado.

2. 2.

   Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde si fue usado un modo de enlace óptimo en la transmisión desde el segundo nodo (B) al primer nodo (A), la información del valor de interferencia y del nivel de potencia del transmisor se almacena dentro de una trama para la transmisión de vuelta al segundo nodo (B).

3. 3.

   Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde si no fue usado un modo de enlace óptimo en la transmisión desde el segundo nodo (B) al primer nodo (A), el primer nodo (A) que impone un cambio del modo de enlace para las transmisiones posteriores desde el segundo nodo (B) manipulando el nivel de potencia de transmisión indicado, el nivel de interferencia o la combinación de ambos

   almacenando (95) una versión modificada de éstas dentro de la trama que va a ser transmitida de vuelta al segundo nodo (B).

4. 4.

   Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el primer nodo (A) es un Punto de Acceso (AP) y el segundo nodo (B) es una Estación (STA) y la trama

   5 una transmitida desde el primer nodo (A) es una CF poll emitida por este punto de acceso.
5. 5. El método de la reivindicación 1, en donde los medios para la estimación del canal implican el uso de una secuencia piloto o se basa en la estimación ciega del canal.

   10 6. El método de la reivindicación 1, en donde los datos del enlace comprenden vectores.
6. 7. El método de la reivindicación 1, que además incluye el paso de repetir los pasos (a)-(g) para sucesivas transmisiones de tramas.
7. 8. El método de la reivindicación 1, que además incluye el paso de determinar 15 la potencia de transmisión usando los datos del enlace.
8. 9. El método de la reivindicación 1, en donde el nivel de interferencia además incluye la distribución espectral.
9. 10. El método de la reivindicación 1, en donde el modo de enlace implica la

   constelación de señal y/o la codificación de la corrección de errores sin canal de 20 retorno.