ES2586481T3 - Procedimiento y aparato para determinar una velocidad de datos en un sistema de comunicaciones inalámbricas de datos en paquetes de alta velocidad - Google Patents

Abstract

Un procedimiento de funcionamiento de una estación base (22, 52) que comprende: transmitir una relación difusión-piloto a una estación móvil (26, 27, 28, 56, 58, 60, 80), en el que la relación difusión-piloto es una relación de una potencia de transmisión disponible total de la estación base (22, 52) y una potencia de transmisión de un canal piloto; y transmitir una señal piloto a la estación móvil (26, 27, 28, 56, 58, 60, 80).

Description

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5

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donde Etc y Epc representan la energía por chip para los canales de tráfico y piloto, respectivamente, y donde Gt y Gp son las ganancias de procesamiento correspondientes. Ha de apreciarse que los ruidos ntk y npk se consideran independientes debido a la ortogonalidad entre los diferentes canales de código, ambos con media cero y varianza Nt. Para el modelo de sistema que se ha descrito anteriormente, una estimación de la relación tráfico-piloto se da como:

2

timagen81 M-1 rkt 2 ˆ imagen9M-1

ˆrNt 1 Nt

k

ˆ

R= ∑ -= -

2M ∑ 1 M-1

ˆ

h

∑ rmpM k=0 ˆ k=0

h

M m=0

(5)

en el que la estimación de (5) es insesgada asintóticamente. Ha de apreciarse que una estimación óptima considera el primer momento de las estadísticas de prueba, mientras que la estimación de (5) pretende estimar el momento de segundo orden. Aunque ambos enfoques dan como resultado estimaciones insesgadas, el momento de segundo orden típicamente presentará una estimación de varianza más grande. Se debe tener en cuenta también que, usando el momento de primer orden, la secuencia de datos requerida no está disponible, y la estación móvil usa a priori el formato específico de la constelación.

ˆ1M-1 p

h= r

∑ m m=0

En otra realización, un algoritmo de estimación de la relación T/P estima h = Pc imagen10con M y obtiene la

TR=

P

imagen11(2)

La estimación de probabilidad máxima (ML) de la razón tráfico-piloto se puede encontrar usando la siguiente estimación:

22

imagen122

imagen132M-1 M-1 M-1 M-1 1 M-1 p  1 M-1

 1 *t ⎞ 1p ⎞ 1

2 ⎞1 *t

sr +r s + sr -s

⎜∑ kk  ⎜∑ k ⎟ ∑ k2 



∑ kk

∑rk

 M ∑ k ⎟

M MM

 k=0 ⎠ k=0 ⎠ k=0 M k=0 M k=0  k=0



⎠

ˆ

R=

 M-1 M-1  M-1

 1 ⎞ 1  *  1

*t p

2Re  sr r  s

⎜∑ kk ⎟ ∑ k  ⎜∑ k2 

⎟

MMM

⎢ k=0 ⎠ k=0  ⎥ k=0

⎠

⎣

(3) Después de una cierta aproximación, (3) se reduce a:

M-1 t

1

1 ∑ sk* rk

×»

1 M-1

2 M 1M-1

k=0 p

∑ s

∑ r

k

m

M m=0

M m=0

(4)

en el que se supone que la constelación tiene una potencia promediada unitaria. Las estimaciones en (3) y (4) pueden ser difíciles de evaluar, puesto que la secuencia de datos {sk}, que representa t

r

imagen14k 1 M-1 p

∑ rm la señal transmitida, está incluida en las ecuaciones. Sin embargo, estas ecuaciones sugieren que

M m=0

es una estadística suficiente que puede usarse en el diseño del algoritmo de estimación de la relación T/P.

De acuerdo con un modo de realización, un algoritmo para la estimación de la relación T/P estima en primer lugar 1 M-1 p

ˆ

h= r

∑ m

h= imagen15Pc Mm=0

con y la varianza de ruido Nt de rkp. A continuación, el algoritmo define una estimación de la relación T/P como:

M-1 t

1 ∑ k* rk

ˆ

R»

s

M 1 M-1

k=0 p

∑ rm

M m=0

9 5

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30

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40

45

50

55

t

r

imagen16k

1 M-1 p

∑ rm función de densidad de probabilidad empírica (PDF) de xk= M m=0 Ha de apreciarse que, para un M suficientemente grande, xk puede considerarse aproximadamente Gaussiana con Rsk media. Es posible entonces extraer una estimación de R a partir de la PDF de xk. En este punto hay una gran diversidad de maneras para estimar R a partir de la PDF de xk. Pueden usarse diversas propiedades en la extracción de la relación tráfico-piloto de la PDF. Por ejemplo, para una modulación de orden superior tal como la asociada a una SNR alta, los xk se agrupan en varias agrupaciones. La disposición de los centros de las agrupaciones es similar a la de la constelación de sk. Para M-PAM, M-QAM y M-PSK, los puntos de constelación son equidistantes. Se debe tener en cuenta también que la distribución de cada agrupación sigue aproximadamente la PDF Gaussiana.

Con codificación de origen, tal como compresión y/o codificación de voz, y codificación de canal, los símbolos transmitidos son igualmente probables.

El algoritmo puede continuar en el dominio de la frecuencia o en el dominio del tiempo. Para un análisis del dominio de la frecuencia, los puntos de una constelación se pueden disponer equidistantes, al igual que las agrupaciones de la PDF de xk, lo que indica que la PDF es periódica. El espacio, o el período, se determina entonces mediante el análisis del dominio de la frecuencia. Por ejemplo, al crear un histograma calculando la DFT de la función PDF, el algoritmo localiza entonces el periodo principal. Se puede calcular R en base al período principal y al período entre dos puntos cualesquiera de la constelación. Para M-QAM, la función bidimensional PDF se puede considerar como dos funciones unidimensionales distintas. Como alternativa, la propiedad de equidistancia puede ser explotada en el dominio del tiempo. Por ejemplo, por medio del cálculo de la función de autocorrelación de la PDF, la posición del primer desplazamiento de un lóbulo lateral cercano a cero puede proporcionar una estimación del período medio entre el centro de las dos agrupaciones adyacentes.

En otro modo de realización más, los N centros de las agrupaciones de la PDF se localizan en primer lugar. Este procedimiento supone que los centros estimados son {dk} para k = 0, 1,..., N-1, y los puntos de la constelación {ak} para k = 0, 1, ..., N-1, son de un mismo orden. La aplicación del algoritmo de cuadrados mínimos da como resultado la siguiente estimación de R

ˆ

R=

imagen17(6)

Ha de apreciarse que los centros para la función PDF pueden determinarse de una gran diversidad de maneras.

Puesto que los puntos de constelación son igualmente probables, el procedimiento encuentra en primer lugar la función de probabilidad acumulativa (CDF) a partir de la PDF. La agrupación se realiza mediante la aplicación de un esquema de umbral en la CDF. El centro de cada grupo se calcula entonces promediando dentro del grupo, usando un momento de primer orden. En modos de realización alternativos, se pueden aplicar técnicas tales como la extracción de características, utilizada en el procesamiento de imágenes, donde, por ejemplo, una característica puede ser un pico o una plantilla basada en una aproximación a la PDF de Gauss. Ha de apreciarse también que las técnicas de segmentación de imágenes, tales como la agrupación y el crecimiento de regiones, proporcionan procedimientos para agrupar los puntos de la PDF empírica. La comparación de (6) y (4) ilustra una similitud entre los procesos de agrupación y la descodificación por hardware, en los que la señal real sk en (4) se reemplaza por el símbolo am de descodificación por hardware en (6).

En un sistema HDR típico, tal como el sistema 20 que se ilustra en la figura 1, se establece un enlace entre la estación base a la vez. En un modo de realización, un sistema de comunicación inalámbrica se extiende para dar soporte a múltiples usuarios al mismo tiempo. En otras palabras, el sistema 50 de la figura 5 permite a la estación base 52 transmitir datos a múltiples usuarios de datos de las unidades móviles 56, 58 y 60, al mismo tiempo. Ha de apreciarse que, aunque se ilustran tres (3) unidades móviles en la figura 5, puede haber cualquier número de unidades móviles dentro del sistema 50, comunicándose con la estación base 52. La extensión a múltiples usuarios proporciona comunicaciones múltiples a través del canal de datos en paquetes 54. En un momento dado, los usuarios que reciben soporte del canal de datos en paquetes se denominan como "receptores activos". Cada receptor activo descodifica el mensaje o mensajes de señalización para determinar la relación T/P del canal de datos en paquetes 54. Cada receptor activo procesa la relación T/P sin considerar el potencial de uno o más receptores activos diferentes. La estación base recibe las solicitudes de velocidad de datos desde cada receptor activo y asigna la potencia proporcionalmente.

Volviendo a la figura 1, en un sistema de comunicación HDR convencional, se conoce mucha información a priori,

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incluyendo, pero sin limitación, la información de constelación, el esquema de codificación, la identificación del canal y la potencia disponible para la transmisión de datos en paquetes. La información de la constelación hace referencia al esquema de modulación con el que la información de datos digitales se modula sobre una portadora para su transmisión. Los esquemas de modulación incluyen, pero sin limitación, modulación binaria por desplazamiento de fase, modulación por desplazamiento de fase en cuadratura (QPSK), correlación de amplitud en cuadratura (QAM), etc. El esquema de codificación comprende los aspectos de la codificación de la información de origen en una forma digital, incluyendo, pero sin limitación, turbo-codificación, codificación convolutiva, codificación de errores, tal como la comprobación de redundancia cíclica (CRC), los conjuntos de velocidades, etc. El receptor, a través del DRC, puede solicitar la información de constelación y de codificación. La identificación del canal incluye, pero sin limitación, los códigos de ensanchamiento en un sistema de comunicación de espectro ensanchado, tales como los códigos de Walsh, y puede incluir la frecuencia portadora. La identificación del canal puede ser predeterminada y fija. La potencia de transmisión disponible para la transmisión de datos en paquetes se conoce típicamente, en base al total de la potencia de transmisión conocida disponible y la potencia conocida de la señal piloto.

En un sistema de combinación, de datos en paquetes y de datos con bajo retardo, parte de la información que se ha mencionado anteriormente no se conoce a priori, sino que está sujeta a variación debido a la compartición de la potencia disponible y de los canales disponibles con los datos con bajo retardo, tales como las comunicaciones de voz. Se realiza una comparación en la siguiente tabla.

Tabla 1. Información disponible en sistemas HDR

HDR

COMBINACIÓN COMBINACIÓN

INFORMACIÓN

DATOS EN PAQUETES ÚNICAMENTE T/P CANAL DE SEÑALIZACIÓN

Destinatario objetivo

DESCODIFICAR paquete DESCODIFICAR paquete Mensaje

Constelación

DRC DRC DRC

Codificación

DRC DRC DRC

Canal(es)

FIJO Desconocido Mensaje

Potencia de tráfico para datos

FIJA T/P Desconocido

El uso de un canal de señalización, como se ilustra en la figura 8, proporciona gran parte de esta información al receptor. El mensaje identifica al destinatario o destinatarios objetivo y al canal o canales para la transmisión de datos en paquetes. La información de DRC solicita una velocidad de datos, especificando la constelación y la codificación. La provisión del indicador de potencia de tráfico disponible, donde, en un modo de realización, el indicador es una relación de la potencia de tráfico disponible con respecto a la intensidad de la señal piloto, proporciona una medida para determinar la velocidad de datos. De acuerdo con un modo de realización que implementa un canal de señalización paralela por separado, la información relativa al destinatario objetivo, la constelación y la codificación se transmite a través del canal de tráfico y/o DRC, mientras que la información relativa al canal o canales y a la potencia de tráfico para los datos, se transmite a través del canal de señalización paralela.

La aplicación de los modos de realización y combinaciones de modos de realización que se han descrito anteriormente en el presente documento, permite la combinación de datos en paquetes con las transmisiones de datos de bajo retardo dentro de un sistema de comunicación inalámbrica. Como se ha indicado, la combinación de voz con datos en paquetes introduce variables en el proceso de transmisión. La aplicación de una canalización de señalización por separado proporciona información a los receptores dentro de un sistema de comunicación inalámbrica sin degradar la calidad de la comunicación. El mensaje del canal de señalización puede identificar información del destinatario o destinatarios objetivo. La transmisión de un indicador de tráfico disponible para un receptor proporciona información que ayuda al receptor a determinar una velocidad de transferencia de datos a solicitar al transmisor. De manera similar, cuando el indicador de tráfico se usa por múltiples receptores, en los que cada uno calcula la velocidad de transferencia de datos a partir del mismo, el transmisor recibe información que asiste al transmisor en la asignación de canales de transmisión para transmisiones de datos en paquetes a los múltiples receptores.

De esta manera se ha descrito un procedimiento y un aparato novedosos y mejorados para la transmisión con alta velocidad de datos en un sistema de comunicación inalámbrica. Aunque el modo de realización ejemplar analizado en el presente documento describe un sistema de CDMA, son aplicables diversos modos de realización a cualquier procedimiento de conexión inalámbrica por usuario. Para efectuar comunicaciones eficaces, el modo de realización ejemplar se describe con respecto a la HDR, pero también puede ser eficaz en su aplicación a los estándares IS 95, W-CDMA, IS-2000, GSM, TDMA, etc.

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Claims (1)

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