"MÉTODO E EQUIPAMENTO PARA COMUNICAÇÕES MULTIPORTADORAS SEM FIO".
Campo da Invenção
A presente descrição refere-se geralmente àcomunicação, e mais especificamente a técnicas paratransmitir dados em uma rede de comunicação sem fio.
Descrição da Técnica Anterior
Redes de comunicação sem fio são amplamenteutilizadas para fornecer vários serviços de comunicaçãotais como voz, dados de pacote, difusão, transmissão demensagens, e assim por diante. Estas redes podem ser redesde acesso múltiplo capazes de suportar comunicação paramúltiplos usuários ao compartilhar os recursos de rededisponíveis. Exemplos de tais redes de acesso múltiploincluem redes de Acesso Múltiplo por Divisão de Código(CDMA), redes de Acesso Múltiplo por Divisão de Tempo(TDMA), redes de Acesso Múltiplo por Divisão de Freqüência(FDMA), e redes de Acesso Múltiplo por Divisão deFreqüência Ortogonal (OFDMA).
O uso de dados para redes de comunicação sem fiocresce continuamente devido ao número crescente de usuáriosbem como surgimento de novas aplicações com exigências dedados mais altas. Entretanto, uma dada rede tem tipicamenteuma taxa de dados suportada máxima específica para cadausuário, que é determinada pelo projeto da rede. Um aumentosubstancial na taxa de dados suportada máxima éfreqüentemente realizado pelo uso de uma nova geração ou umnovo projeto de uma rede. Por exemplo, a transição dasegunda geração (2G) para a terceira geração (3G) nas redescelulares fornece aperfeiçoamentos substanciais nosrecursos e taxa de dados. Entretanto, novo uso de rede éintenso em termos de capital e freqüentemente complicado.Há, portanto, necessidade na arte de técnicaspara melhorar a capacidade de transmissão para usuários emuma rede de comunicação sem fio em um modo eficiente e decusto efetivo.
Resumo da Invenção
As técnicas para utilizar múltiplas portadoras nodownlink e/ou uplink para melhorar significativamente acapacidade de transmissão para uma estação móvel em umarede de comunicação sem fio, por exemplo, uma rede doSistema Global para Comunicação móvel (GSM), são descritasaqui. Uma portadora pode corresponder a um canal deradiofreqüência (RF) no GSM. A rede GSM pode suportaroperação de multiportadoras no downlink e/ou uplink. Aestação móvel pode receber dados em múltiplas portadoras aomesmo tempo para operação de multiportadoras no downlink. Aestação móvel pode transmitir dados em múltiplas portadorasao mesmo tempo para operação de multiportadoras no uplink.A estação móvel pode ser atribuída uma ou mais portadoraspara o downlink e uma ou mais portadoras para o uplinkdependendo de vários fatores.
De acordo com uma modalidade exemplar dainvenção, um equipamento é descrito o qual inclui pelomenos um processador e uma memória. 0(s) processador(es)recebe(m) uma atribuição de múltiplas portadoras para umprimeiro link em uma rede GSM, recebe uma atribuição depelo menos uma portadora para um segundo link na rede GSM,e troca dados com a rede GSM através de múltiplasportadoras para o primeiro link e pelo menos uma portadorapara o segundo link. 0 primeiro link pode ser o downlink eo segundo link pode ser o uplink, ou vice versa.
De acordo com outra modalidade exemplar, umequipamento é descrito o qual inclui pelo menos umprocessador e uma memória. 0(s) processador(es) atribui(em)múltiplas portadoras para um primeiro link a uma estaçãomóvel na rede GSM, atribui pelo menos uma portadora para umsegundo link à estação móvel, e troca dados com a estaçãomóvel através de múltiplas portadoras para o primeiro linke pelo menos uma portadora para o segundo link.
Várias modalidades exemplares da invenção sãodescritas em detalhes adicionais abaixo.
Breve Descrição das Figuras
Figura 1 - apresenta uma rede GSM.
Figura 2 - apresenta uma estrutura de quadro no GSM.
Figura 3 - apresenta uma modalidade exemplar deoperação de multiportadora na rede GSM.
Figuras 4A-4C - apresentam três esquemas detransmissão de dados na operação de multiportadora.
Figuras 5A e 5B - apresentam dois esquemas desalto de freqüência.
Figura 6 - apresenta um processo para transmitirdados na operação de multiportadora.
Figura 7 - apresenta um diagrama em blocos de umaestação base e uma estação móvel.
Descrição Detalhada da Invenção
A palavra "exemplar" é utilizada aqui parasignificar "servir como exemplo, instância, ou ilustração".
Qualquer modalidade exemplar descrita aqui como "exemplar"não deve ser necessariamente interpretada como preferida emrelação a outras modalidades exemplares.
As técnicas de transmissão descritas aqui podemser utilizadas por várias redes de comunicação sem fio,tais como redes CDMA, TDMA, FDMA e OFDMA. Os termos "rede"e "sistema" são freqüentemente utilizadosintercambiavelmente. Uma rede CDMA pode implementar uma oumais tecnologias de rádio tais como cdma2000, CDMA de BandaLarga (W-CDMA), e assim por diante. Cdma2000 cobre IS-2000,IS-856, IS-95 e outros padrões. Uma rede TDMA podeimplementar uma ou mais tecnologias de rádio tais como GSM,Taxa de Dados Otimizada para Evolução Global (EDGE), eassim por diante. Estas várias tecnologias de rádio epadrões são conhecidos na. técnica. W-CDMA e GSM sãodescritos nos documentos a partir de um consórciodenominado "Projeto de Parceiros de 3a Geração" (3GPP) .
Cdma2000 é descrito nos documentos a partir de um consórciodenominado "2 Projeto de Parceiros de 3a Geração" (3GPP2).
Os documentos 3GPP e 3GPP2 estão disponíveis publicamente.
Para clareza, as técnicas de transmissão sãoespecificamente descritas abaixo para uma rede GSM, e aterminologia GSM é utilizada em grande parte da descriçãoabaixo. Uma rede GSM pode ser uma rede de acesso de rádio
GSM EDGE (GERAN) ou alguma outra rede GSM.
A Figura 1 mostra uma rede GSM 100 com estaçõesbase 110 e estações móveis 120. Uma estação base égeralmente uma estação fixa que comunica com as estaçõesmóveis e também pode ser mencionada como Nó B, umsubsistema transceptor base (BTS), um ponto de acesso, e/oualguma outra terminologia. Cada estação base 110 provêcobertura de comunicação para uma área geográficaespecífica 102. 0 termo "célula" pode referenciar a umaestação base e/ou sua área de cobertura dependendo docontexto no qual o termo é utilizado. Um controlador derede 130 acopla ás estações base 110 e provê coordenação econtrole para estas estações base. O. controlador de rede130 pode ser uma única entidade de rede ou uma coleção deentidades de rede. Por exemplo, o controlador de rede 130pode incluir um controlador de estação base (BSC), e centrode comutação móvel (MSC), e assim por diante.Estações móveis 120 são tipicamente dispersas emtoda a rede, e cada estação móvel pode ser estacionária oumóvel. Uma estação móvel pode ser também mencionada como umequipamento de usuário, um terminal, uma estação deassinante, ou alguma outra terminologia. Uma estação móvelpode ser um telefone celular, um assistente pessoal digital(PDA), um dispositivo de comunicação sem fio, umdispositivo portátil, um modem sem fio, e assim por diante.
Uma estação móvel pode comunicar com uma estação base nodownlink e/ou uplink. O downlink (ou link direto) refere aolink de comunicação das estações base para as estaçõesmóveis, e o uplink (ou link reverso) refere ao link decomunicação das estações móveis para as estações base.
A rede GSM pode operar em uma ou mais bandas defreqüência tais como bandas GSM 900, GSM 1800 e GSM 1900.Cada banda de freqüência cobre uma faixa especifica defreqüências e é dividida em um número de canais RF de 200kHz. Cada canal RF é identificado por um ARFCN especifico(número de canal de radiofreqüência absoluto). A Tabela 1lista as faixas de freqüência para o downlink e uplink bemcomo os ARFCNs para as bandas GSM 900, GSM 1800 e GSM 1900.
TABELA 1
<table>table see original document page 6</column></row><table>
Cada estação base na rede GSM transmite dados esinalização em um conjunto de canais RF atribuídos a estaestação base por um operador de rede. Para reduzirinterferência inter-células, estações base localizadaspróximas entre si são atribuídas conjuntos diferentes decanais RF de tal modo que as transmissões para estasestações bases não interfiram entre si.
A Figura 2 mostra uma estrutura de quadro no GSM.
A linha de tempo para transmissão é dividida em super-quadros. Cada super-quadro tem uma duração de 6,12 segundose inclui 1326 quadros TDMA. Um super-quadro pode serdividido em 51 multi-quadros de 26 quadros ou 26 multi-quadros de 51 quadros. Os multi-quadros de 26 quadros sãogeralmente utilizados para canais de tráfego, e os multi-quadros de 51 quadros são geralmente utilizados para canaisde controle. Cada multi-quadro de 26 quadros cobre 120milissegundos (ms) e inclui 26 quadros TDMA, que sãorotulados como quadros TDMA 0 a 25. Os dados de tráfegopodem ser enviados em quadros TDMA 0 a 11 e quadros TDMA 13a 24 de cada multi-quadro de 2 6 quadros. Cada multi-quadrode 51 quadros cobre 235,365 ms e inclui 51 quadros TDMA,que são rotulados como quadros TDMA 0 a 50.
Cada quadro TDMA cobre 4,615 ms e é dividido em 8partições de tempo, que são rotuladas como partições detempo 0 a 7. Uma transmissão em cada partição de tempo émencionada como uma "rajada" no GSM. A estrutura de quadropara GSM é descrita no 3GPP TS 05.01, intitulado "Grupo deEspecificação Técnica GERAN; Sistema de TelecomunicaçãoCelular Digital (Fase 2+) ; Camada física no percurso derádio; descrição geral," Edição 1999, novembro de 2001, queestá disponível publicamente.
Em uma modalidade exemplar, a rede GSM suportaoperação de multiportadoras no downlink (DL) e/ou uplink(UL). Uma estação móvel pode receber dados em múltiploscanais RF ao mesmo tempo para operação de multiportadora nodownlink. A estação móvel pode transmitir dados emmúltiplos canais RF ao mesmo tempo para operação demultiportadora no uplink. A estação móvel pode seratribuída um ou mais canais RF para o downlink e um ou maiscanais RF para o uplink dependendo de vários fatores taiscomo a disponibilidade de recursos de rádio, exigências dedados e capacidades da estação móvel, e assim por diante.
Os termos "canais RF" e "portadoras" são utilizadosintercambiavelmente aqui. Para clareza, grande parte dadescrição a seguir refere à operação de multiportadora parauma estação móvel.
A estação móvel pode ser atribuída qualquernúmero de partições de tempo para cada portadora atribuídapara o downlink e uplink. Números iguais ou diferentes departições de tempo podem ser atribuídos para diferentesportadoras. A estação móvel pode ser atribuída o mesmonúmero de partições de tempo em todas as portadoras DL epode ter então capacidades iguais de transmissão em todasas portadoras DL. Por exemplo, a estação móvel pode receberuma atribuição de (4+4)+2 partições de tempo, o quesignifica quatro partições de tempo para cada uma das duasportadoras DL e duas partições de tempo para uma portadora
UL. A estação móvel pode também ser atribuída númerosdiferentes de partições de tempo para as portadoras DL. Porexemplo, a estação móvel pode receber uma atribuição de(4+2)+2 partições de tempo, o que significa quatropartições de tempo para uma portadora DL, duas partições detempo para outra portadora DL, e duas partições de tempopara uma portadora UL. 0 número de partições de tempoatribuídas para cada link pode ser dependente de váriosfatores como estes observados acima para atribuição deportadora. Atribuições de partições de tempo e portadorassão tipicamente semi-estáticas e controladas pela rede GSMatravés de sinalização de camada superior.No downlink, as partições de tempo atribuídaspodem ser compartilhadas com outras estações móveis. Aestação móvel é alocada uma dada partição de tempoatribuída se dados forem enviados à estação móvel nestapartição de tempo. Uma alocação de multiportadoras é umaalocação de mais de uma partição de tempo em um quadro TDMApara a estação móvel. Alocações de partições de tempo sãotipicamente dinâmicas e podem ser controladas com base nobloco de dados de pacote por uma camada de Controle deAcesso ao Meio (MAC) na rede GSM. Um bloco de dados depacote pode ser também mencionado como uma mensagem, umpacote, um bloco de dados, um bloco de Controle: de Link deRádio (RLC), um bloco RLC/MAC, ou alguma outraterminologia. Cada bloco de dados de. pacote inclui umcabeçalho que indica o receptor pretendido deste bloco dedados de pacote.
A estação móvel executa tipicamenteestabelecimento de chamada com a rede GSM para obteratribuições de portadoras e partições de tempo paradownlink e uplink. A estação móvel executa aquisiçãoinicial antes do estabelecimento de chamada. Para aquisiçãoinicial, a estação móvel sintoniza em uma portadora DL,adquire freqüência pelo processamento de um canal decorreção de freqüência (FCCH), adquire temporização peladecodificação de um canal de sincronização (SCH), e obtéminformações de sistema de um canal de controle de difusão(BCCH). Para estabelecimento de chamada, a estação móveltenta estabelecer uma conexão de recurso de rádio (RR)enviando uma mensagem de Solicitação de canal RR em umcanal de acesso aleatório (RACH). Uma estação base recebe asolicitação, atribui uma ou mais portadoras à estação móvelpara cada um do downlink e uplink, atribui uma ou maispartições de tempo para cada portadora atribuída, e atribuium ou mais canais de tráfego (TCH) . A estação base tambémdetermina avanço de temporização e correção de freqüênciapara a estação móvel com base na solicitação recebida. Oavanço de temporização corrige por erro de temporização naestação móvel. A correção de freqüência considera odeslocamento Doppler causado pelo movimento da estaçãomóvel. A estação base então envia os recursos de rádioatribuídos (portadoras e partições de tempo), avanço detemporização, e correção de freqüência em um canal deconcessão de acesso (AGCH) à estação móvel. A estação móvelaplica o avanço de temporização e correção de freqüência demodo que as transmissões de uplink da estação móvel sejamalinhadas no tempo e freqüência na estação base. A estaçãomóvel então troca a sinalização com a rede GSM paraestabelecimento da chamada, por exemplo, para voz e/oudados de pacote. Posteriormente, a estação base troca dadoscom a rede GSM nas portadoras atribuídas e partições detempo.x Aquisição inicial e estabelecimento de chamada sãodescritos em vários documentos a partir de 3GPP.
Em geral, a estação móvel pode ser atribuídaqualquer número de portadoras no downlink e qualquer númerode portadoras no uplink. O número de portadoras DL pode serigual ou diferente do número de portadoras ÜL. A estaçãomóvel pode ser atribuída múltiplas portadoras no downlinke/ou uplink durante estabelecimento de chamada. A estaçãomóvel pode ser também atribuída uma portadora para cadalink inicialmente e pode posteriormente adicionar maisportadoras para cada link quando necessário. Configuraçãode portadora e desconexão podem ser obtidos através dasinalização da Camada . 3, sinalização da Camada 1 (porexemplo, similar a um handover comutado por pacote), e/ousinalização implícita. Se o número de portadoras DL forigual ao número de portadoras UL e se houver um mapeamentofixo entre portadoras DL e UL, então a estação móvel podeenviar confirmações (ACKs) em uma portadora UL em respostaa uma interrogação recebida em uma portadora DL associada,e vice versa. Se o número de portadoras DL for diferente donúmero de portadoras UL, então um mapeamento entreportadoras DL e UL pode ser utilizado para indicar qualportadora em um link é utilizada para enviar ACKs para cadaportadora no outro link. Se o número de portadoras UL forlimitado a um, então todas as interrogações resultarãoimplicitamente em respostas de interrogação em umaportadora UL.
Em uma modalidade exemplar, uma portadora em cadalink é designada como uma portadora âncora para este link eas portadoras restantes, se houver, são mencionadas comoportadoras auxiliares. A estação móvel pode executarestabelecimento de chamada através das portadoras âncora DLe UL. A portadora âncora DL pode transferir atribuições deportadoras, partições de tempo, e canais de tráfego para odownlink e uplink para a estação móvel. A estação móvelpode inicializar nas portadoras âncora e pode configurar asportadoras auxiliares através das portadoras âncora.
A estação móvel adquire a freqüência etemporização de cada portadora DL atribuída à estaçãomóvel. A freqüência e temporização da portadora âncora DLpodem ser adquiridas com base na FCCH e SCH duranteaquisição inicial. Uma vez que todas as portadoras DLtransmitidas por uma dada estação base são tipicamentealinhadas no tempo e freqüência, a estação móvel pode sercapaz de adquirir cada uma das portadoras auxiliares DLmais rapidamente utilizando temporização e freqüência daportadora âncora DL.
A estação móvel aplica o avanço de temporizaçãoadequado e correção de freqüência para cada portadora ULatribuída à estação móvel. Em uma modalidade exemplar, asportadoras UL são assumidas como sendo correlacionadas, eum avanço de temporização comum e uma correção defreqüência comum são utilizadas para todas as portadoras ULatribuídas à estação móvel. Nesta modalidade exemplar, aestação base pode determinar o avanço de temporização comume a correção de freqüência comum com base nas transmissõesde uplink enviadas pela estação móvel, por exemplo, naportadora âncora UL. Por exemplo, em um modo detransferência de pacote, a estação móvel pode transmitirrajadas de acesso aleatório em um canal de controle deavanço de temporização de pacote de uplink (PTCCH/U)enviadas na portadora âncora UL. A estação base podeestimar o avanço de temporização para a estação móvel combase nas rajadas de acesso aleatório e pode enviaratualizações de avanço de temporização para a estação móvelem um canal de controle de avanço de temporização de pacotede downlink (PTCCH/D) enviado na portadora âncora DL. Aestação móvel pode então aplicar as atualizações de avançode temporização a todas as portadoras. Em outra modalidadeexemplar, a estação móvel transmite rajadas de acessoaleatório em cada portadora UL, e a estação base enviaatualizações de avanço de temporização separadas para cadaportadora UL.
A estação móvel pode enviar sinalização no uplinkde várias maneiras. Em uma modalidade exemplar, a estaçãomóvel envia sinalização na portadora âncora UL. Em outramodalidade exemplar, as portadoras UL atribuídas sãoassociadas às portadoras UL atribuídas. Pode havermapeamento de um-para-ura, muitos-para-um, ou um-para-muitosentre as portadoras DL e as portadoras UL, por exemplo,dependendo do número de portadoras atribuídas para cadalink. A estação móvel pode enviar sinalização para cadaportadora DL na portadora UL associada.
A estação móvel pode indicar à rede GSM que estásincronizada com as portadoras DL auxiliares. Em umamodalidade exemplar, indicações de sincronização para todasas portadoras DL são enviadas na portadora âncora UL. Emoutra modalidade exemplar, uma indicação de sincronizaçãopara cada portadora DL é enviada na portadora UL associada.
Ainda em outra modalidade exemplar, indicações desincronização são implícitas. Por exemplo, a rede GSM podeinferir falta de sincronização a partir de falha em receberACKs a partir da estação móvel para pacotes enviados para aestação móvel no downlink. A indicação também pode sertransferida de outros modos.
Em uma modalidade exemplar, a portadora âncora DLtransfere as seguintes informações:
• Informações do sistema (BCCH);
• Avanço de temporização (PTCCH/D) para aestação móvel; e
Sinalização específica móvel (PACCH) para aestação móvel.
O avanço de temporização pode ser enviado noPTCCH/D e pode ser utilizado para todas as portadoras ULatribuídas, à estação móvel. Neste caso, a estação móvel nãonecessita receber o avanço de temporização nas portadorasauxiliares DL. A sinalização específica móvel pode serenviada em um canal de controle associado a pacote (PACCH)e pode incluir ACKs para blocos de dados de pacote enviadospela estação móvel no uplink, informações de controle depotência, mensagens de atribuição e re-atribuição derecursos, e assim por diante.A Figura 3 mostra uma modalidade exemplar deoperação de multiportadoras na rede GSM. Nesta modalidadeexemplar, a estação móvel é atribuída a N portadoras DL 1 aNeM portadoras UL 1 a M, onde em geral N > 1 e M > 1.
Múltiplas portadoras são atribuídas para pelo menos um linkem operação de multiportadoras, de modo que N > 1 e/ou M>1. As N portadoras DL e M portadoras UL podem correspondera quaisquer ARFCNs e podem estar em quaisquer freqüências.Na modalidade exemplar mostrada na Figura 3, a portadora DL1 é designada como a. portadora âncora DL e a portadora UL 1é designada como a portadora âncora UL. Paraestabelecimento de chamada, a estação móvel pode receberinformações de sistema a partir de BCCH na portadora âncoraDL, transmitir solicitações na RACH na portadora âncora UL,e receber atribuição de recurso a partir de AGCH naportadora âncora DL. A portadora âncora DL também podecarregar o PTCCH/D e PACCH para a estação móvel. A estaçãomóvel pode receber dados em todos ou um subconjunto das Nportadoras DL, que carregam os TCH(s) de downlink para aestação móvel. A estação móvel pode transmitir dados emtodos ou um subconjunto das M portadoras UL. Por exemplo, aestação móvel pode receber uma atribuição semi-estática demúltiplas (por exemplo, duas) portadoras UL, porém pode serpermitida a transmissão de somente um subconjunto dasmúltiplas portadoras UL (por exemplo, uma portadora UL) emqualquer intervalo de transmissão dado, que pode ter aduração de um bloco de rádio, por programação baseado emflag de estado de uplink (USF). Isso permite que a rede GSMcontrole qual portadora UL é empregada pela estação móveldentro da granularidade de bloco de rádio. Dados esinalização podem ser também enviados no downlink e uplinkem outros modos.A(s) portadora(s) para cada link pode(m) serutilizada para enviar dados de voz, pacote, vídeo e/ououtros tipos de dados. Cada tipo de dados pode ser enviadoem um ou mais fluxos de bloco temporário (TBFs). Um TBF éuma conexão física entre duas entidades RR (por exemplo, aestação móvel e uma estação base em serviço) para suportartransferência de dados. Um TBF pode ser também mencionadocomo fluxo de dados, uma corrente de dados, uma corrente depacote, um fluxo de controle de link de rádio (RLC) , oualguma outra terminologia. Níveis de qualidade de serviço(QoS) diferentes podem ser obtidos para diferentes TBFs combase nas exigências dos dados subjacentes. QoS pode serquantificado por exigência de retardo, taxa de dados depico, taxa de dados média, opção de entrega, e assim pordiante. Por exemplo, um fluxo de voz pode ter uma exigênciade retardo curto, uma taxa de dados fixa, e entrega demelhor esforço devido à natureza de voz sensível ao tempo.Dados de pacote podem ter uma exigência de retardo maislonga, uma taxa de dados de pico elevada, e entrega garantida.
A estação móvel pode suportar múltiplos TBFs. Emoperação de multiportadoras, um TBF pode ser alocado uma oumais partições de tempo para uma ou mais portadoras.Múltiplas conexões de dados com diferentes níveis QoS podemser enviadas em paralelo utilizando múltiplos TBFs. Os TBFspodem ser enviados de várias maneiras. Em uma modalidadeexemplar, os TBFs são separados por portadoras. Porexemplo, um TBF pode ser enviado em cada portadora. Comooutro exemplo, múltiplos TBFs com baixo QoS podem sermultiplexados sobre uma portadora para melhorar aeficiência de entroncamento. Essa modalidade exemplar podeser útil para planejamento de QoS. Em outra modalidadeexemplar, um TBF pode ser enviado em mais de uma portadora.Essa modalidade exemplar pode permitir que o TBF obtenhadiversidade de freqüência.
Os fluxos, partições de tempo e portadorasrepresentam múltiplas dimensões que estão disponíveis paratransmissão de dados. Dados para diferentes aplicaçõespodem ser mapeados para fluxos de várias maneiras. Alémdisso, os dados em cada fluxo podem ser enviados naspartições de tempo e portadoras atribuídas de váriasmaneiras.
A Figura 4A mostra uma modalidade exemplar de umesquema de transmissão de dados 410 em operação demultiportadoras. No exemplo mostrado na Figura 4A, quatroblocos de dados de pacote A á D são enviados em quatroportadoras 1 a 4. Cada bloco de dados de pacote éprocessado (por exemplo, formatado, codificado,intercalado, dividido, e modulado) para gerar quatrorajadas. Na modalidade exemplar mostrada na Figura 4A, asquatro rajadas para cada bloco de dados de pacote sãoenviadas em quatro partições de tempo com o mesmo índice emquatro quadros TDMA consecutivos η a n+3 em uma portadora.
Desse modo, rajadas Al a A4 para o pacote A são enviadas naportadora 1, rajadas Bl a B4 para o pacote B são enviadasna portadora 2, rajadas Cl a C4 para o pacote C sãoenviadas na portadora 3, e rajadas Dl a D4 para o pacote Dsão enviadas na portadora 4. Essa modalidade exemplar provêdiversidade de tempo para cada bloco de dados de pacote.
A Figura 4B mostra uma modalidade exemplar de umesquema de transmissão de dados 420 em operação demultiportadora. Nesta modalidade exemplar, as quatrorajadas para cada bloco de dados de pacote são enviadas emuma partição de tempo de um quadro TDMA em todas as quatroportadoras 1 a 4. Desse modo, rajadas Al a A4 para o pacote
A são enviadas nas quatro portadoras no quadro TDMA n,rajadas Bl a B4 para o pacote B são enviadas nas quatroportadoras no quadro TDMA n+1, rajadas Cl a C4 para opacote C são enviadas nas quatro portadoras no quadro TDMAn+2, e rajadas Dl a D4 para o pacote D são enviadas nasquatro portadoras no quadro TDMA n+3. Essa modalidadeexemplar provê diversidade de freqüência e também reduzretardos de transmissão para cada bloco de dados de pacote.
A Figura 4C mostra uma modalidade exemplar de umesquema de transmissão de dados 430 em operação demultiportadora. Nessa modalidade exemplar, as quatrorajadas para cada bloco de dados de pacote são enviadas emquatro partições de tempo de quatro quadros TDMA em quatroportadoras. Essa modalidade exemplar provê diversidadetanto de tempo como de freqüência para cada bloco de dadosde pacote.
A operação de multiportadoras pode ser projetadacom degradação calculada, que pode ser quantificada devárias maneiras. Primeiramente, a estação móvel não deveperder uma chamada pendente no caso da portadora de âncoraDL e/ou UL se perder. Em segundo lugar, a estação móveldeve ainda ser capaz de enviar e/ou receber dados,possivelmente em uma taxa mais baixa, quando a portadoraâncora DL e/ou UL se perder.
A estação móvel pode detectar que está perdendouma portadora DL com base no nivel de sinal e/ou qualidadede sinal desta portadora DL. A estação móvel pode reportarque perdeu a portadora DL. Esse relatório pode ser acionadopor evento, por exemplo, após algum limite de qualidade sercruzado. A rede GSM pode comutar portadora âncora DL, senecessário, de modo que a sinalização (por exemplo, avançode temporização) pode ser enviada para assegurar operaçãoadequada.Se para a estação móvel forem atribuídas duasportadoras para um dado link e a portadora âncora estiverperdida, então a portadora auxiliar pode automaticamente setornar a nova portadora âncora. Se para a estação móvel foratribuída mais de duas portadoras e a portadora âncoraestiver perdida, então uma das portadoras auxiliares podeautomaticamente se tornar a nova portadora âncora. Asportadoras auxiliares para cada link podem serclassificadas (por exemplo, baseado nas qualidades decanal) pela rede GSM e/ou a estação móvel. Sempre que aportadora âncora se perder, a melhor portadora auxiliar(por exemplo, a portadora auxiliar com classificação maiselevada) pode se tornar a nova portadora âncora.
A rede GSM pode controlar a comutação deportadora âncora entre as portadoras atribuídas para cadalink. A comutação de âncora pode ser executada de modo areduzir o risco de perder a sinalização. Por exemplo, aestação, móvel pode enviar sinalização para a rede GSMquando perde o avanço de temporização enviado no PTCCK/D naportadora âncora DL e pode então ouvir avanço detemporização a partir do PTCCH/D na portadora auxiliar DLmelhor ou designada. Se a sinalização específica móvel forenviada somente na portadora âncora DL, então a rede GSMpode reter a sinalização enquanto uma comutação naportadora âncora DL está sendo feita e pode enviar asinalização após conclusão da comutação.
A estação móvel pode operar no modo detransferência dual (DTM) que suporta dados de pacote e vozsimultâneos. Para uma chamada de voz + dados de pacote, voz(ou tanto voz como dados de pacote) pode ser enviada naportadora âncora e dados de pacote podem ser enviados na(s)portadora (s) auxiliar (es) . Voz também pode ser movida deuma portadora para outra portadora, se necessário, paraobter o desempenho desejado. Por exemplo, se a portadoraatualmente utilizada para voz estiver piorando na qualidadeenquanto outra portadora está melhorando na qualidade,então a voz pode ser comutada para a portadora emaperfeiçoamento. Como outro exemplo, se uma portadora estáperdida, então a voz pode ser preservada através de trocade portadora, se necessário, e pode ser enviada na melhorportadora disponível. A comutação de portadoras para vozpode rastrear a comutação da portadora âncora ou pode serindependente de comutação de âncora.
A estação móvel pode fazer medições para asportadoras DL atribuídas à estação móvel, as portadoras DLpara a estação base em serviço, e/ou as portadoras DL paraestações base vizinhas. As medições podem ser para nível desinal recebido (RXLEV), qualidade de sinal recebido(RXQUAL), probabilidade de erro de bit médio (MEAN_BEP),coeficiente de variação de probabilidade de erro de bit(CV_BEP), e/ou outras quantidades. RXLEV, RXQUAL, MEAN_BEPe CV_BEP são descritos no 3GPP TS 45.008, intitulado"Digital 'cellular telecommunications system (Phase 2+):
Radio subsystem link control," Release 6, junho de 2005,que está disponível publicamente. As medições podem serutilizadas para atribuir portadoras DL à estação móvel,para adaptação de link, e/ou para outras finalidades. Linkadaptável se refere à seleção de uma taxa apropriada (porexemplo, taxa de código, esquema de modulação, e tamanho debloco) com base na capacidade de transmissão de um dadorecurso de rádio.
A estação móvel pode fazer e reportar medições devárias maneiras. Em uma modalidade exemplar, a estaçãomóvel faz medições para cada portadora DL atribuída àestação móvel e envia relatórios de medição para todas asportadoras DL atribuídas. A estação móvel pode enviar naportadora âncora UL uma única mensagem que carrega osrelatórios de medição para todas as portadoras DL. Aestação móvel pode enviar também mensagens de relatório demedição separadas nas portadoras auxiliar e âncora UL. Emoutra modalidade exemplar, a estação móvel faz e reportamedições somente para a portadora âncora DL. Nestamodalidade exemplar, a qualidade das portadoras auxiliaresDL pode ser inferida da qualidade da portadora âncora DL. Aestação móvel pode fazer também e reportar medições para umsubconjunto das portadoras DL atribuídas. Em geral, aestação móvel pode fazer medições para qualquer portadoraDL e pode enviar relatórios de medição periodicamente ousempre que alterações forem detectadas.
Em várias modalidades exemplares descritas acima,a estação móvel tem uma portadora âncora DL e uma portadoraâncora UL que são designadas para carregar certasinalização no downlink e uplink, respectivamente. Em outramodalidade exemplar, portadoras âncora não são utilizadaspara downlink e uplink. Por exemplo, as portadoras DL podemoperar independentemente entre si, é as portadoras ULtambém podem operar independentemente. entre si. Asportadoras DL podem ser associadas às portadoras UL de modoque a sinalização possa ser enviada em cada link parafacilitar a operação de multiportadoras. Ainda em outramodalidade exemplar, uma portadora âncora é designada parao downlink, porém nenhuma portadora âncora é designada parao uplink. Ainda em outra modalidade exemplar, uma portadoraâncora é designada para o uplink, porém nenhuma portadoraâncora é designada para o downlink.
O TCH, PTCCH, PACCH, FCCH, SCH, BCCH, RACH e AGCHsão alguns dos canais lógicos suportados pelo GSM. Essescanais lógicos são mapeados para canais físicos. 0 esquemade acesso múltiplo no GSM é TDMA com oito canais físicosbásicos por portadora. Um canal físico é definido comoseqüência de quadros TDMA, um número/índice de partição detempo que está compreendido em uma faixa de 0 a 7, e umaseqüência de salto de freqüência que indica qual portadoraespecífica utilizar para cada quadro TDMA.
A rede GSM pode utilizar salto de freqüência paraobter diversidade. Com salto de freqüência, um canal físicosalta de portadora para portadora em diferentes quadrosTDMA como indicado pela seqüência de salto de freqüência.
Salto de freqüência para uma atribuição de uma portadora édescrito no 3GPP TS 05.01 acima mencionado. Gom umaatribuição de portadora única, dados são enviados somenteem uma portadora em um dado quadro TDMA embora múltiplasportadoras possam ser utilizadas para transmissão de dadosem diferentes quadros TDMA. Se o salto de freqüência nãofor utilizado, então a seqüência de salto de freqüênciaindica a mesma portadora para todos os quadros TDMA.
Com uma atribuição de multiportadoras, dadospodem ser enviados em múltiplas portadoras em um dadoquadro TDMA. Salto de freqüência para uma atribuição demúltiplas portadoras pode ser executado de várias maneiras.Em uma modalidade exemplar, cada canal físico na atribuiçãode multiportadoras salta do mesmo modo que um canal físicoem uma atribuição de portadora única. Nesta modalidadeexemplar, a atribuição de multiportadora pode ser vistacomo sendo composta de múltiplas atribuições de um únicocanal físico para uma única portadora. Em outrasmodalidades exemplares, os múltiplos canais físicos naatribuição de multiportadoras podem saltar em diferentesmaneiras.
A Figura 5A mostra uma modalidade exemplar de umesquema de salto de freqüência 510, no qual múltiploscanais físicos (por exemplo, quatro) saltam com base em umaúnica seqüência de salto de freqüência. Cada caixa quadradana Figura 5A representa um quadro TDMA de uma portadora. 0número dentro de cada caixa quadrada indica o canal fisicosendo enviado no quadro TDMA da portadora para esta caixa.
Na modalidade exemplar mostrada na Figura 5A, a portadorautilizada para o canal fisico 1 no quadro TDMA η édeterminado pela seqüência de salto de freqüência e éindicado como Ci (η) . A portadora utilizada para o canalfisico k, para k = 2, 3, 4, no quadro TDMA η pode ser dadocomo: Ck (n) = f[Ci(n) + k - 2] mod 4} +1. Nesta modalidadeexemplar, os canais físicos são separados por uma distânciaconstante através de freqüência, exceto quando um reiniciocíclico ocorre. Por exemplo, canais físicos 1 e 2 sãoseparados por uma portadora, canais físicos 1 e 3 sãoseparados por duas portadoras, e assim por diante.
A Figura 5B mostra uma modalidade exemplar de umesquema de salto de freqüência 520 no qual múltiplos canaisfísicos (por exemplo, quadro) saltam com base em diferentesseqüências de salto de freqüência. A portadora utilizadapara cada canal físico em cada quadro TDMA é indicada na
Figura 5B. Na modalidade exemplar mostrada na Figura 5B, oscanais físicos são separados por distâncias variáveis quemudam de quadro TDMA para quadro TDMA.
Em geral, salto de freqüência para múltiploscanais físicos em uma atribuição de multiportadoras podeser obtido de várias maneiras com uma ou mais seqüências desalto de freqüência. O salto é tal que os canais físicospara a estação móvel não colidem entre si e também nãocolidem com os canais físicos atribuídos a outras estaçõesmóveis que comunicam com a mesma estação base.
A estação móvel pode ter um único receptor oumúltiplos receptores. Cada receptor pode ser acoplado a umaantena separada, ou mais de um receptor pode compartilharuma antena comum. Cada receptor pode ser capaz de processarum sinal downlink a partir de uma estação base. Se doisreceptores estiverem disponíveis, então a estação móvelpode utilizar estes receptores para aumentar a capacidadede transmissão de dados e/ou reduzir interrupção durantehandover e re-seleção de células. A estação móvel podeexecutar handover de uma estação base em serviço para umaestação base alvo enquanto em um estado de tráfego, porexemplo, se a qualidade de sinal da estação base alvo formelhor do que a qualidade de sinal da estação . base emserviço. Enquanto no estado inativo, a estação móvel podeexecutar nova seleção de células de uma estação base emserviço na rede GSM para uma estação base alvo na rede GSMou uma rede 3GPP ou 3GPP2. Tanto para handover como re-seleção de células, a estação móvel pode ter um receptorsintonizado na estação base em serviço e o outro receptorsintonizado na estação base alvo durante uma . fase detransição. A estação móvel seria então capaz de recebersinalização da estação base alvo sem perder dados e/ousinalização da estação base em serviço. A estação móvelpode enviar sinalização para a estação base em serviço parainformar a rede GSM de que a estação móvel não mais estarárecebendo uma ou mais das portadoras atribuídas. A rede GSMpode então enviar dados e/ou sinalização para a estaçãomóvel na(s) portadora(s) de que a estação móvel está aindarecebendo.
A Figura 6 mostra uma modalidade exemplar de umprocesso 600 para transmitir dados em operação demultiportadora. A estação móvel executa estabelecimento dechamada com a rede GSM (bloco 612). A estação móvel recebeuma atribuição de múltiplas portadoras (ou canais RF) paraum primeiro link na rede GSM (bloco 614) . A estação móvelrecebe uma atribuição de pelo menos uma portadora para umsegundo link na rede GSM (bloco 616) . 0 primeiro link podeser o downlink, e o segundo link pode ser o uplink.
Alternativamente, o primeiro link pode ser o uplink, e osegundo link pode ser o downlink. A estação móvel trocadados com a rede GSM através de múltiplas portadoras para oprimeiro link e pelo menos uma portadora para o segundolink (bloco 618).
Uma portadora para o downlink pode ser designadacomo uma portadora âncora de downlink que é utilizada paraenviar sinalização a partir da rede GSM para a estaçãomóvel. A estação móvel pode receber avanço de .temporizaçãopara a(s) portadora(s) de uplink no PTCCH, sinalizaçãoespecifica móvel no PACCH, informações de sistema no BCCH,e/ou outras informações enviadas na portadora âncora dedownlink. Uma portadora para o uplink pode ser designadacomo uma portadora âncora de uplink que é utilizada paraenviar sinalização a partir da estação móvel para a redeGSM. A estação móvel pode executar estabelecimento dechamada através das portadoras âncora de downlink e uplinke pode configurar portadoras restantes através dasportadoras âncora de downlink e uplink. A estação móvelpode também simultaneamente configurar todas as portadorasde downlink e uplink.
Dados podem ser enviados no downlink e uplink devárias maneiras. Múltiplos blocos de dados de pacote podemser enviados em múltiplas portadoras com diversidade detempo e/ou freqüência. Múltiplas rajadas para cada bloco dedados de pacote podem ser enviadas (1) em múltiplos quadrosem uma portadora, por exemplo, como mostrado na Figura 4A,(2) em múltiplas portadoras em um quadro, por exemplo, comomostrado na Figura 4B, ou (3) em múltiplos quadros emmúltiplas portadoras, por exemplo, como mostrado na Figura4C. Múltiplos fluxos de dados também podem ser enviados emmúltiplas portadoras. Cada fluxo pode ser enviado com umQoS especifico selecionado para este fluxo. Cada fluxo podeser também enviado em uma portadora para simplificaroperação ou através de mais de uma portadora para obterdiversidade de freqüência.
A estação móvel pode fazer medições para cadaportadora de downlink e pode enviar relatórios de mediçãopara a rede GSM. A estação móvel pode também enviar umrelatório sempre que uma portadora for detectada como sendoperdida. A rede GSM pode utilizar os relatórios paraatribuição de portadora, adaptação de link, e/ou outrasfinalidades.
A estação móvel pode detectar perda da portadoraâncora de downlink. Outra portadora de downlink pode entãoser designada como uma nova portadora âncora de downlink.
As portadoras para cada link podem ser classifiçadas, porexemplo, com base no nivel de sinal ou qualidade de sinal.
A portadora com classificação mais elevada pode serdesignada como uma nova portadora âncora se a portadoraâncora atual estiver perdida.
Salto de freqüência pode ser independentementehabilitado ou desabilitado para cada um de downlink euplink. A estação móvel pode executar salto de freqüênciapara dados enviados em múltiplas portadoras para um dadolink com base em uma única seqüência de salto de freqüência(por exemplo, como mostrado na Figura 5A) ou múltiplasseqüências de salto de freqüência tendo distância variávelatravés de freqüência (por exemplo, como mostrado na Figura 5B).
A estação móvel pode ter múltiplos receptores(por exemplo, dois). A estação móvel pode utilizar umreceptor para receber um primeiro sinal em um primeiroconjunto de portadora(s) a partir de uma primeira estaçãobase e pode utilizar outro receptor para receber um segundosinal em um segundo conjunto de portadora(s) a partir deuma segunda estação base, por exemplo, durante handover oure-seleção de células. A estação móvel pode utilizar todosos receptores para receber sinal a partir da estação baseem serviço quando não em handover para obter a capacidadede transmissão mais elevada e/ou receber diversidade.
A Figura 7 mostra um diagrama em blocos de umamodalidade exemplar de uma estação base 110 e uma estaçãomóvel 120. Para o downlink, na estação base 110, umcodificador 710 recebe dados de tráfego e sinalização (porexemplo, atribuições de partição de tempo e portadora eavanços de temporização) para estações móveis sendoservidas pela estação base 110 e dados de overhead (porexemplo, informações de sistema). 0 codificador 710processa (por exemplo, codifica, intercala, e mapeia emsímbolos) os dados de tráfego, sinalização, e dados deoverhead e gera dados de saída para vários canais lógicos,por exemplo, o FCCH, SCH, BCCH, TCH, PTCCH/D, PACCH e AGCH.
Um modulador . 712 processa os dados de saída para os canaislógicos e gera rajadas..0 modulador 712 pode multiplexar asrajadas sobre as portadoras DL de várias maneiras, porexemplo, como mostrado nas Figuras 4A a 4C. Um transmissor(TMTR) 714 condiciona (por exemplo, converte em analógico,amplifica, filtra e converte ascendentemente em freqüência)as rajadas, e gera um sinal de downlink, que é transmitidoatravés da antena 716.
Na estação móvel 12 0, uma antena 7 52 recebe osinal de downlink da estação base 110 bem como sinais, dedownlink de outras estações base e provê um sinal recebidopara um receptor (RCVR) 754. 0 receptor 754 condiciona (porexemplo, filtra, amplifica, converte descendentemente emfreqüência e digitaliza) o sinal recebido e provê amostrasde dados. Um demodulador (Demod) 756 processa as amostrasde dados e provê estimativas de símbolos. Em uma modalidadeexemplar, o receptor 754 e/ou demodulador 756 executamfiltragem para passar todas as portadoras DL atribuídas àestação móvel 120. Um decodificador 758 processa (porexemplo, demapeia em símbolos, deintercala e decodifica) asestimativas de símbolo e provê dados decodificados para osdados de tráfego e sinalização enviada pela estação base110 para a estação móvel 120. O demodulador 756 edecodificador 758 podem executar demodulação edecodificação separadamente para cada portadora DL ouconjuntamente para todas as portadoras DL, dependendo domodo no qual as rajadas são enviadas.
No uplink, na estação móvel 120, um codificador770 processa dados de tráfego e sinalização (por exemplo,solicitações de recurso de rádio, rajadas de acessoaleatório e relatórios de medição) e gera dados de saídapara vários canais lógicos, por exemplo, o TCH, PTCCH/U eRACH. Um modulador 772 processa ainda os dados de saída egera rajadas. Um transmissor 774 condiciona as rajadas egera um sinal de uplink, que é transmitido através daantena 752. Na estação base 110, os sinais de uplink daestação móvel 120 e outras estações móveis são recebidospela antena 716, condicionados por um receptor 730,processados por um demodulador 732, e processadosadicionalmente por um decodificador 734 para recuperar osdados de tráfego e sinalização enviados por cada estação móvel.
Controladores/processadores 720 e 760 orientam aoperação na estação base 110 e estação móvel 120,respectivamente. Memórias 722 e 7 62 armazenam dados ecódigos de programa para a estação base 110 e estação móvel120, respectivamente. Um programador 724 pode atribuirportadoras e partições de tempo para estação móvel e podeprogramar as estações móveis para transmissão de dados nodownlink e uplink.
Aqueles versados na técnica entenderão queinformações e sinais podem ser representados utilizandoqualquer de uma variedade de tecnologias e técnicasdiferentes. Por exemplo, dados, instruções, comandos,informações, sinais, bits, símbolos, e chips que podem serreferenciados por toda a descrição acima podem serrepresentados por voltagens, correntes, ondaseletromagnéticas, campos ou partículas magnéticas, camposou partículas ópticas, ou qualquer combinação dos mesmos.
Aqueles versados reconheceriam ainda que. osdiversos blocos lógicos ilustrativos, módulos, circuitos eetapas de algoritmo descritas com relação às modalidadesexemplares aqui reveladas podem ser implementados comohardware eletrônico, software de computador, ou combinaçõesde ambos. Para ilustrar claramente esta intercambialidadede hardware e software, vários componentes ilustrativos,blocos, módulos, circuitos, e etapas foram descritos acimagenericamente em termos de sua funcionalidade. Se talfuncionalidade for implementada como hardware ou softwaredepende da aplicação específica e limitações de projetoimpostas no sistema geral. Técnicos especializados podemimplementar a funcionalidade descrita de vários modos paracada aplicação específica, porém tais decisões deimplementação não devem ser interpretadas como causandoafastando do escopo da presente invenção.
Os diversos blocos lógicos ilustrativos, módulose circuitos descritos com relação às modalidades exemplaresreveladas aqui podem ser implementados ou executados com umprocessador de propósito geral, um processador de sinaldigital (DSP), um circuito integrado de aplicaçãoespecifica (ASIC), uma matriz de porta programável em campo(FPGA) ou outro dispositivo lógico programável, portadiscreta ou lógica de transistor, componentes de hardwarediscretos, ou qualquer combinação dos mesmos projetadospara executar as funções descritas aqui. Um processador depropósito geral pode ser um microprocessador, porém naalternativa, o processador pode ser qualquer processador,controlador, microcontrolador ou máquina de estadoconvencional. Um processador também pode ser implementadocomo uma combinação de dispositivos de computação, porexemplo, uma combinação de um DSP e um microprocessador,uma pluralidade de microprocessadores, um ou maismicroprocessadores em combinação com um núcleo DSP, ouqualquer outra configuração.
As etapas de um método ou algoritmo descritas comrelação às modalidades exemplares aqui reveladas podem serincorporadas diretamente em hardware, em um módulo desoftware executado por um processador, ou em uma combinação,dos 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 armazenagemconhecido na técnica. Um meio de armazenagem exemplar éacoplado ao processador de tal modo que o processador possaler informações a partir de, e gravar informações no, meiode armazenagem. Na alternativa, o meio de armazenagem podeser integral com o processador. O processador e o meio dearmazenagem podem residir em um ASIC. O ASIC pode residirem um terminal de usuário. Na alternativa, o processador eo meio de armazenagem podem residir como componentesdiscretos em um terminal de usuário.
A descrição anterior das modalidades exemplaresreveladas é fornecida para permitir que uma pessoa versadana técnica faça ou utilize a presente invenção. Váriasmodificações a estas modalidades exemplares serãofacilmente evidentes para aqueles versados na técnica, e osprincípios genéricos definidos aqui podem ser aplicados emoutras modalidades exemplares sem se afastar do conceitoinventivo ou escopo da invenção. Desse modo, a presenteinvenção não pretende ser limitada às modalidadesexemplares mostradas aqui, porém deve ser acordada aoescopo mais amplo compatível com os princípios e aspectosnovos aqui revelados.