"MÉTODO E EQUIPAMENTO PARA COMUNICAÇÕES MULTIPORTADORAS SEM FIO" .
Campo da Invenção A presente descrição refere-se geralmente à comunicação, e mais especificamente a técnicas para LíaimmxLir dacios em uma rede de comunicação sem fie. uescrrção da 1'ecnica Anterior Redes de comunicação sem fio são amplamente utilizadas para fornecer vários serviços de comunicação tais como voz, dados de pacote, difusão, transmissão de mensagens, e assim por diante. Estas redes podem ser redes de acesso múltiplo capazes de suportar comunicação para múltiplos usuários ao compartilhar os recursos de rede disponíveis. Exemplos de tais redes de acesso múltiplo incluem 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 Frequência (FDMA), e redes de Acesso Múltiplo por Divisão de Frequência Ortogonal (OFDMA). 0 uso de dados para redes de comunicação sem fio cresce continuamente devido ao número crescente de usuários bem como surgimento de novas aplicações com exigências de dados mais altas. Entretanto, uma dada rede tem tipicamente uma taxa de dados suportada máxima específica para cada usuário, que é determinada pelo projeto da rede. Um aumento substancial na taxa de dados suportada máxima é frequentemente realizado pelo uso de uma nova geração ou um novo projeto de uma rede. Por exemplo, a transição da segunda geração (2G) para a terceira geração (3G) nas redes celulares fornece aperfeiçoamentos substanciais nos recursos e taxa de dados. Entretanto, novo uso de rede é intenso em termos de capital e frequentemente complicado. ..α, nece-sidade ca de ;ce:a cas paia melhorar a capacidade de transmissão para usuários em uma rede de comunicação sem fio em um modo eficiente e de custo efetivo.
Resumo da Invenção As técnicas para utilizar múltiplas portadoras no όο··Λη1αίι1 e/ou uplink para melhorar significativamente a capacidade de transmissão para uma estação móvel em uma rede de comunicação sem fio, por exemplo, uma rede do Sistema Global para Comunicação móvel (GSM), são descritas aqui. Uma portadora pode corresponder a um canal de radiofrequência (RF) no GSM. A rede GSM pode suportar operação de multiportadoras no downlink e/ou uplink. A estação móvel pode receber dados em múltiplas portadoras ao mesmo tempo para operação de multiportadoras no downlink. A estação móvel pode transmitir dados em múltiplas portadoras ao mesmo tempo para operação de multiportadoras no uplink. A estação móvel pode ser atribuída uma ou mais portadoras para o downlink e uma ou mais portadoras para o uplink dependendo de vários fatores.
De acordo com uma modalidade exemplar da invenção, um equipamento é descrito o qual inclui pelo menos um processador e uma memória. O (s) processador(es) recebe(m) uma atribuição de múltiplas portadoras para um primeiro link em uma rede GSM, recebe uma atribuição de pelo menos uma portadora para um segundo link na rede GSM, e troca dados com a rede GSM através de múltiplas portadoras para o primeiro link e pelo menos uma portadora para o segundo link. 0 primeiro link pode ser o downlink e o segundo link pode ser o uplink, ou vice versa.
De acordo com outra modalidade exemplar, um equipamento é descrito o qual inclui pelo menos um processador e uma memória. 0(s) processador (es) atribuiíem) T^últ. ipias para um prireirc link a uma -^siaçãc móvel na rede GSM, atribui pelo menos uma portadora para um segundo link à estação móvel, e troca dados com a estação móvel através de múltiplas portadoras para o primeiro link e pelo menos uma portadora para c segundo link. Várias modalidades exemplares da invenção são em oetaines 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 de operação de multiportadora na rede GSM.
Figuras 4A-4C - apresentam três esquemas de transmissão de dados na operação de multiportadora.
Figuras 5 A e 5B - apresentam dois esquemas de salto de frequência.
Figura 6 - apresenta um processo para transmitir dados na operação de multiportadora.
Figura 7 - apresenta um diagrama em blocos de uma estação base e uma estação móvel.
Descrição Detalhada da Invenção A palavra "exemplar" é utilizada aqui para significar "servir como exemplo, instância, ou ilustração". Qualquer modalidade exemplar descrita aqui como "exemplar" não deve ser necessariamente interpretada como preferida em relação a outras modalidades exemplares.
As técnicas de transmissão descritas aqui podem ser utilizadas por várias redes de comunicação sem fio, tais como redes CDMA, TDMA, FDMA e OFDMA. Os termos "rede" e "sistema" são frequentemente utilizados intercambiavelmente. Uma rede CDMA pode implementar uma ou mais tecnologias de rádio tais como cdma2000, CDMA de Banda Larga í?ACDMA), dssw por cmante.. Cdma200C cobre 13-200G, IS-8.56, IS-95 e outros padrões. Uma rede TDMA pode implementar uma ou mais tecnologias de rádio tais ccmo GSM, Taxa de Dados Otimizada para Evolução Global ("EDCE) , e assim por diante. Estas várias tecnologias de rádio e padrões sào conhecidos na técnica. W-CDMA e GSM são descr iuos nos documer.ros a partir de um consórcio denominado "'Projeto de Parceiros de 3a Geração" (3GPP) . Cdma2 000 é descrito nos documentos a partir de um consórcio denominado "2 Projeto de Parceiros de 3a Geração" (3GPP2). Os documentos 3GPP e 3GPP2 estão disponíveis publicamente.
Para clareza, as técnicas de transmissão são especificamente descritas abaixo para uma rede GSM, e a terminologia GSM é utilizada em grande parte da descrição abaixo. 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 estações base 110 e estações móveis 120. Uma estação base é geralmente uma estação fixa que comunica com as estações móveis e também pode ser mencionada como Nó B, um subsistema transceptor base (BTS), um ponto de acesso, e/ou alguma outra terminologia. Cada estação base 110 provê cobertura de comunicação para uma área geográfica especifica 102. O termo "célula" pode referenciar a uma estação base e/ou sua área de cobertura dependendo do contexto no qual o termo é utilizado. Um controlador de rede 130 acopla ás estações base 110 e provê coordenação e controle para estas estações base. O controlador de rede 130 pode ser uma única entidade de rede ou uma coleção de entidades de rede. Por exemplo, o controlador de rede 130 pode incluir um controlador de estação base (BSC), e centro de comutação móvel (MSC) , e assim por diante.
Estações móveis 'l_/0 são tipicamente dÍLspexsas em toda a rede, e cada estação móvel pode ser estacionária ou móvel. Uma estação móvel pode ser também mencionada como um equipamento de usuário, um terminal, uma estação de assinante, ou alguma outra terminologia. Uma estação móvel pode ser um telefone celular, um assistente pessoal digital vICA) , um dispositivo de comunicação sem fio, um dispositivo portátil, um modem sem fio, e assim por diante. Uma estação móvel pode comunicar com uma estação base no downlink e/ou uplink. 0 downlink (ou link direto) refere ao link de comunicação das estações base para as estações móveis, e o uplink (ou link reverso) refere ao link de comunicação das estações móveis para as estações base. A rede GSM pode operar em uma ou mais bandas de freqüência tais como bandas GSM 900, GSM 1800 e GSM 190 0. Cada banda de freqüência cobre uma faixa específica de frequências e é dividida em um número de canais RF de 200 kHz. Cada canal RF é identificado por um ARFCN específico (número de canal de radiofrequência absoluto). A Tabela 1 lista as faixas de freqüência para o downlink e uplink bem como os ARFCNs para as bandas GSM 900, GSM 1800 e GSM 1900. TABELA 1 Cada estação base na rede GSM transmite dados e sinalização em um conjunto de canais RF atribuídos a esta estação base por um operador de rede. Para reduzir interferência inter-células, estações base localizadas p^ximas er.trc si av. douictas cor juntes álíèicnias òe canais RF de tal medo que as transmissões para estas estações bases não interfiram entre si. A Figura 2 mostra uma estrutura de quadro ro GSM. A linha de tempo para transmissão é dividida em super-guadros. Caaa super-quadro tem uma duração de 6,12 segundos e inclui 1326 quaaros TDMA. Um super-quadro pode ser dividido em 51 multi-quadros de 26 quadros ou 26 multi-quadros de 51 quadros. Os multi-quadros de 26 quadros são geralmente utilizados para canais de tráfego, e os multi-quadros de 51 quadros são geralmente utilizados para canais de controle. Cada multi-quadro de 26 quadros cobre 120 milissegundos (ms) e inclui 26 quadros TDMA, que são rotulados como quadros TDMA 0 a 25. Os dados de tráfego podem ser enviados em quadros TDMA 0 a 11 e quadros TDMA 13 a 24 de cada multi-quadro de 26 quadros. Cada multi-quadro de 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 8 partições de tempo, que são rotuladas como partições de tempo 0 a 7. Uma transmissão em cada partição de tempo é mencionada como uma "rajada" no GSM. A estrutura de quadro para GSM é descrita no 3GPP TS 05.01, intitulado "Grupo de Especificação Técnica GERAN; Sistema de Telecomunicação Celular Digital (Fase 2 + ) ; Camada física no percurso de rádio; descrição geral," Edição 1999, novembro de 2001, que está disponível publicamente.
Em uma modalidade exemplar, a rede GSM suporta operação de multiportadoras no downlink (DL) e/ou uplink (UL) . Uma estação móvel pode receber dados em múltiplos canais RF ao mesmo tempo para operação de multiportadora nc· downlink. A estação móvel pode transmitir dados em múltiplos canais RF ao mesmo tempo para operação de iportadora no uplrnk. A esração móvel pede ser atribuída um ou mais canais RF para o downlink e um ou mais canais RF para o uplink dependendo de vários fatores tais como a disponibilidade de recursos de rádio, exigências de dados e capacidades da estação móvel, e assim por diante. Os termos "canais RF" e "portadoras" são utilizados ir. ter cambia velmenre aqui. Para clareza, grande parte da descrição a seguir refere à operação de multiportadora para uma estação móvel. A estação móvel pode ser atribuída qualquer número de partições de tempo para cada portadora atribuída para o downlink e uplink. Números iguais ou diferentes de partições de tempo podem ser atribuídos para diferentes portadoras. A estação móvel pode ser atribuída o mesmo número de partições de tempo em todas as portadoras DL e pode ter então capacidades iguais de transmissão em todas as portadoras DL. Por exemplo, a estação móvel pode receber uma atribuição de (4+4)+2 partições de tempo, o que significa quatro partições de tempo para cada uma das duas portadoras DL e duas partições de tempo para uma portadora UL. A estação móvel pode também ser atribuída números diferentes de partições de tempo para as portadoras DL. Por exemplo, a estação móvel pode receber uma atribuição de (4+2)+2 partições de tempo, o que significa quatro partições de tempo para uma portadora DL, duas partições de tempo para outra portadora DL, e duas partições de tempo para uma portadora UL. 0 número de partições de tempo atribuídas para cada link pode ser dependente de vários fatores como estes observados acima para atribuição de portadora. Atribuições de partições de tempo e portadoras são tipicamente semi-estáticas e controladas pela rede GSM através de sinalização de camada superior.
Us doviillnk, âs partições da tampa atribuídas poaem ser compartilhadas com outras estações móveis, A estação móvel é alocada uma dada partição de tempo atribuída se dados forem enviados à estação móvel nesta partição de tempo. Uma alocação de multiportadoras é uma alocação ae íp.sis Ce uma partição de tempo em um quadro TDMA pGra a escação movei. Alocações de partições de tempo sãc tipicamente dinâmicas e podem ser controladas com base no bloco de dados de pacote por uma camada de Controle de Acesso ao Meio (MAC) na rede GSM. Um bloco de dados de pacote pode ser também mencionado como uma mensagem, um pacote, um bloco de dados, um bloco de Controle de Link de Rádio (RLC) , um bloco RLC/MAC, ou alguma outra terminologia. Cada bloco de dados de pacote inclui um cabeçalho que indica o receptor pretendido deste bloco de dados de pacote. A estação móvel executa tipicamente estabelecimento de chamada com a rede GSM para obter atribuições de portadoras e partições de tempo para downlink e uplink. A estação móvel executa aquisição inicial antes do estabelecimento de chamada. Para aquisição inicial, a estação móvel sintoniza em uma portadora DL, adquire freqüência pelo processamento de um canal de correção de freqüência (FCCH), adquire temporização pela decodificação de um canal de sincronização (SCH), e obtém informações de sistema de um canal de controle de difusão (BCCH). Para estabelecimento de chamada, a estação móvel tenta estabelecer uma conexão de recurso de rádic· (RR) enviando uma mensagem de Solicitação de canal RR em um canal de acesso aleatório (RACH) . Uma estação base recebe a solicitação, atribui uma ou mais portadoras à estação móvel para cada um do downlink e uplink, atribui uma ou mais partições de tempo para cada portadora atribuída, e atribui um gu mai^ c<nia±s oe rrategc (TCH) . Λ estação base r. amoem determina avanço de temporização e correção de frequência para a estação móvel com base na solicitação recebida. 0 avanço de temporização corrige por erro de temporização na estação móvel. A correção de frequência considera o deslocamento Doppler causado pelo movimento da estaçãc móvel. A estação base então envia os recursos de rádio· atribuídos (portadoras e partições de tempo), avanço de temporização, e correção de frequência em um canal de concessão de acesso (AGCH) à estação móvel. A estação móvel aplica o avanço de temporização e correção de frequência de modo que as transmissões de uplink da estação móvel sejam alinhadas no tempo e freqüência na estação base. A estação móvel então troca a sinalização com a rede GSM para estabelecimento da chamada, por exemplo, para voz e/ou dados de pacote. Posteriormente, a estação base troca dados com a rede GSM nas portadoras atribuídas e partições de tempo. Aquisição inicial e estabelecimento de chamada são descritos em vários documentos a partir de 3GPP.
Em geral, a estação móvel pode ser atribuída qualquer número de portadoras no downlink e qualquer número de portadoras no uplink. 0 número de portadoras DL pode ser igual ou diferente do número de portadoras UL. A estação móvel pode ser atribuída múltiplas portadoras no downlink e/ou uplink durante estabelecimento de chamada. A estação móvel pode ser também atribuída uma portadora para cada link inicialmente e pode posteriormente adicionar mais portadoras para cada link quando necessário. Configuração de portadora e desconexão podem ser obtidos através da sinalização da Camada 3, sinalização da Camada 1 (por exemplo, similar a um handover comutado por pacote), e/ou sinalização implícita. Se o número de portadoras DL for igual ao número de portadoras UL e se houver um mapeamento ^ίχ^· entre pcrtad^ra^ DL e Ui, então a estação móvel oocíe enviar confirmações (ACKs) em uma portadora UL em resposta a uma interrogação recebida em uma portadora DL associada, e vice versa. Se o número de portadoras DL for diferente dc número de portadoras UL, então um mapeamento entre porladoras DL e UL pode ser utilizado para indicar qual portadora em um link e utilizada para enviar ACKs para cada portadora no outro link. Se o número de portadoras UL for limitado a um, então todas as interrogações resultarão implicitamente em respostas de interrogação em uma portadora UL.
Em uma modalidade exemplar, uma portadora em cada link é designada como uma portadora âncora para este link e as portadoras restantes, se houver, são mencionadas como portadoras auxiliares. A estação móvel pode executar estabelecimento de chamada através das portadoras âncora DL e UL. A portadora âncora DL pode transferir atribuições de portadoras, partições de tempo, e canais de tráfego para o downlink e uplink para a estação móvel. A estação móvel pode inicializar nas portadoras âncora e pode configurar as portadoras auxiliares através das portadoras âncora. A estação móvel adquire a frequência e temporização de cada portadora DL atribuída à estação móvel. A freqüência e temporização da portadora âncora DL podem ser adquiridas com base na FCCH e SCH durante aquisição inicial. Uma vez que todas as portadoras DL transmitidas por uma dada estação base são tipicamente alinhadas no tempo e frequência, a estação móvel pode ser capaz de adquirir cada uma das portadoras auxiliares DL mais rapidamente utilizando temporização e freqüência da portadora âncora DL.
A estação móvel aplica o avanço de temporização adequado e correção de freqüência para cada portadora UL atribuída ã estadão . km uma modalidade exemplar, as nortadoras UL são assumidas como sendo correlacionadas, e um avanço de tempori zação comum e uma correção de freqüência comum são utilizadas para todas as portadoras UL atribuídas à estação móvel. Nesta modalidade exemplar, a estação base pode determinar o avanço de temporização comum e a correção ae freqüência comum com base nas transmissões de uplink enviadas pela estação móvel, por exemplo, na portadora âncora UL. Por exemplo, em um modo de transferência de pacote, a estação móvel pode transmitir rajadas de acesso aleatório em um canal de controle de avanço de temporização de pacote de uplink (PTCCH/U) enviadas na portadora âncora UL. A estação base pode estimar o avanço de temporização para a estação móvel com base nas rajadas de acesso aleatório e pode enviar atualizações de avanço de temporização para a estação móvel em um canal de controle de avanço de temporização de pacote de downlink (PTCCH/D) enviado na portadora âncora DL. A estação móvel pode então aplicar as atualizações de avanço de temporização a todas as portadoras. Em outra modalidade exemplar, a estação móvel transmite rajadas de acesso aleatório em cada portadora UL, e a estação base envia atualizações de avanço de temporização separadas para cada portadora UL. A estação móvel pode enviar sinalização no uplink de várias maneiras. Em uma modalidade exemplar, a estação móvel envia sinalização na portadora âncora UL. Em outra modalidade exemplar, as portadoras UL atribuídas são associadas às portadoras UL atribuídas. Pode haver mapeamento de um-para-um, muitos-para-um, ou um-para-muitos entre as portadoras DL e as portadoras UL, por exemplo, dependendo do número de portadoras atribuídas para cada : - ri ζ _ _λ estação mó^l υυ-.íe enviar sinalização ραισ caoa portadora DL na portadora UL associada. A estação móvel pode indicar a rede GSM que está sincronizada com as portadoras DL auxiliares. Em uma modalidade exemplar, indicações de sincronização para todas as portadoras DL são enviadas na portadora âncora UL. Em outra mudai .Ldacie exemplar, uma indicação de sincronização para cada portadora DL é enviada na portadora UL associada. Ainda em outra modalidade exemplar, indicações de sincronização são implícitas. Por exemplo, a rede GSM pode inferir falta de sincronização a partir de falha em receber ACKs a partir da estação móvel para pacotes enviados para a estação móvel no downlink. A indicação também pode ser transferida de outros modos.
Em uma modalidade exemplar, a portadora âncora DL transfere as seguintes informações: • Informações do sistema (BCCH); • Avanço de temporização (PTCCH/D) para a estação móvel; e • Sinalização específica móvel (PACCH) para a estação móvel. 0 avanço de temporização pode ser enviado no PTCCH/D e pode ser utilizado para todas as portadoras UL atribuídas à estação móvel. Neste caso, a estação móvel não necessita receber o avanço de temporização nas portadoras auxiliares DL. A sinalização específica móvel pode ser enviada em um canal de controle associado a pacote (PACCH) e pode incluir ACKs para blocos de dados de pacote enviados pela estação móvel no uplink, informações de controle de potência, mensagens de atribuição e re-atribuição de recursos, e assim por diante. .A Figu^« 3 mosr_ ra uma mudai ida da exemplar cte operação de multiportadoras na rede GSM. Nesta modalidade exemplar, a estação móvel é atribuída a N portadoras DL 1 a N e M portadoras UL 1 a M, onde em geral N > 1 e M > 1 . Múltiplas portadoras são atribuídas para pelo menos um link em operação de multiportadoras, de modo que N > 1 e/ou M . As N portadoras DL e M portadoras UL podem corresponder a quaisquer ARFCNs e podem estar em quaisquer freqüências. Na modalidade exemplar mostrada na Figura 3, a portadora DL 1 é designada como a portadora âncora DL e a portadora UL 1 é designada como a portadora âncora UL. Para estabelecimento de chamada, a estação móvel pode receber informações de sistema a partir de BCCH na portadora âncora DL, transmitir solicitações na RACH na portadora âncora UL, e receber atribuição de recurso a partir de AGCH na portadora âncora DL. A portadora âncora DL também pode carregar o PTCCH/D e PACCH para a estação móvel. A estação móvel pode receber dados em todos ou um subconjunto das N portadoras DL, que carregam os TCH(s) de downlink para a estação móvel. A estação móvel pode transmitir dados em todos ou um subconjunto das M portadoras UL. Por exemplo, a estação móvel pode receber uma atribuição semi-estática de múltiplas (por exemplo, duas) portadoras UL, porém pode ser permitida a transmissão de somente um subconjunto das múltiplas portadoras UL (por exemplo, uma portadora UL) em qualquer intervalo de t ransmissão dado, que pode ter a duração de um bloco de rádio, por programação baseado em flag de estado de uplink (USF) . Isso permite que a rede GSM controle qual portadora UL é empregada pela estação móvel dentro da granularidade de bloco de rádio. Dados e sinalização podem ser também enviados no downlink e uplink em outros modos. A pviiüuord < s ’ para cada link pode cío ser utilizada para enviar dados de voz, pacote, video e / ou outros tipos de dados. Cada tipo de dados pode ser enviado em um ou mais fluxos de bloco temporário (TBFsl. Um TBF é uma conexão física entre duas entidades RR (por exemplo, a estavão móver e uma estação base em serviço) para suportar transferência de dados. Um TBF pode ser também mencionado como fluxo de dados, uma corrente de dados, uma corrente de pacote, um fluxo de controle de link de rádio (RLC), ou alguma outra terminologia. Níveis de qualidade de serviço (QoS) diferentes podem ser obtidos para diferentes TBFs com base nas exigências dos dados subjacentes. QoS pode ser quantificado por exigência de retardo, taxa de dados de pico, taxa de dados média, opção de entrega, e assim por diante. Por exemplo, um fluxo de voz pode ter uma exigência de retardo curto, uma taxa de dados fixa, e entrega de melhor esforço devido à natureza de voz sensível ao tempo. Dados de pacote podem ter uma exigência de retardo mais longa, uma taxa de dados de pico elevada, e entrega garantida. A estação móvel pode suportar múltiplos TBFs. Em operação de multiportadoras, um TBF pode ser alocado uma ou mais partições de tempo para uma ou mais portadoras. Múltiplas conexões de dados com diferentes níveis QoS podem ser enviadas em paralelo utilizando múltiplos TBFs. Os TBFs podem ser enviados de várias maneiras. E m uma moddliaade exemplar, os TBFs são separados por portadoras. Por exemplo, um TBF pode ser enviado em cada portadora. Como outro exemplo, múltiplos TBFs com baixo QoS podem ser multiplexados sobre uma portadora para melhorar a eficiência de entroncamento. Essa modalidade exemplar pode ser útil para planejamento de QoS. Em outra modalidade exemplar, um TBF pode ser enviado em mais de uma portadora. modalidade exemplar pooe permttir que o TBF uoiermâ diversidade de frequência.
Os fluxos, partições de tempo e portadoras representam múltiplas dimensões que estão disponíveis para transmissão de dados. Dados para diferentes aplicações podem ser mapeados para fluxos de várias maneiras. Além disse, os dados em cana fluxo· podem ser enviados nas partições de tempo e portadoras atribuídas de várias maneiras. A Figura 4A mostra uma modalidade exemplar de um esquema de transmissão de dados 410 em operação de multiportadoras. No exemplo mostrado na Figura 4A, quatro blocos de dados de pacote A á D são enviados em quatro portadoras 1 a 4. Cada bloco de dados de pacote é processado (por exemplo, formatado, codificado, intercalado, dividido, e modulado) para gerar quatro rajadas. Na modalidade exemplar mostrada na Figura 4A, as quatro rajadas para cada bloco de dados de pacote são enviadas em quatro partições de tempo com o mesmo índice em quatro quadros TDMA consecutivos n a n+3 em uma portadora. Desse modo, rajadas Al a A4 para o pacote A são enviadas na portadora 1, ra j adas BI a B4 para o pacote B são enviadas na portadora 2, rajadas Cl a C4 para o pacote C são enviadas na portadora 3, e rajadas Dl a D4 para o pacote D são enviadas na portadora 4. Essa modalidade exemplar provê diversidade de tempo para cada bloco de dados de pacote. A Figura 4B mostra uma modalidade exemplar de um esquema de transmissão de dados 420 em operação de multiportadora. Nesta modalidade exemplar, as quatro rajadas para cada bloco de dados de pacote são enviadas em uma partição de tempo de um quadro TDMA em todas as quatro portadoras 1 a 4. Desse modo, rajadas Al a A4 para o pacote A são enviadas nas quatro portadoras no quadro TDMA n, rs j adas 31 a 34 par d a pacote B sâo enviadas nas quar ro portadoras no quadro TDMA n+1, rajadas Cl a C4 para c· pacote C são enviadas nas quatro portadoras no quadro TDMA n+2, e rajadas Dl a D4 para o pacote D são enviadas nas quatro portadoras no quadro TDMA n+3. Essa modalidade exemplai. provê diversidade de freqüência e também reduz retardos de rransmissão para cada bloco de dados de pacote. A Figura 4C mostra uma modalidade exemplar de um esquema de transmissão de dados 430 em operação de multiportadora. Nessa modalidade exemplar, as quatro rajadas para cada bloco de dados de pacote são enviadas em quatro partições de tempo de quatro quadros TDMA em quatro portadoras. Essa modalidade exemplar provê diversidade tanto de tempo como de freqüência para cada bloco de dados de pacote. A operação de muitiportadoras pode ser projetada com degradação calculada, que pode ser quantificada de várias maneiras. Primeiramente, a estação móvel não deve perder uma chamada pendente no caso da portadora de âncora DL e/ou UL se perder. Em segundo lugar, a estação móvel deve ainda ser capaz de enviar e/ou receber dados, possivelmente em. uma taxa mais baixa, quando a portadora âncora DL e/ou UL se perder. A estação móvel pode detectar que está perdendo uma portadora DL com base no nivel de sinal e/ou qualidade de sinal desta portadora DL. A estação móvel pode reportar que perdeu a portadora DL. Esse relatório pode ser acionado por evento, por exemplo, após algum limite de qualidade ser cruzado. A rede GSM pode comutar portadora âncora DL, se necessário, de modo que a sinalização (por exemplo, avanço de temporização) pode ser enviada para assegurar operação adequada. ''ί ί*4** “*Τ 4^'^ ’ "" Se paLd a esr aça·? móvel ferem atr xoarcias'--;íàuá''s portadoras para um dado link e a portadora âncora estiver perdida, então a portadora auxiliar pode automaticamente se tornar a nova portadora âncora. Se para a estação móvel for atribuída mais de duas portadoras e a portadora âncora estiver perdida, então uma das portadoras auxiliares pode □ uLoiaricaiiierite se tornar a nova portadora âncora. As portadoras auxiliares para cada link podem ser classifiçadas (por exemplo, baseado nas qualidades de canal) pela rede GSM e/ou a estação móvel. Sempre que a portadora âncora se perder, a melhor portadora auxiliar (por exemplo, a portadora auxiliar com classificação mais elevada) pode se tornar a nova portadora âncora. A rede GSM pode controlar a comutação de portadora âncora entre as portadoras atribuídas para cada link. A comutação de âncora pode ser executada de modo a reduzir o risco de perder a sinalização. Por exemplo, a estação móvel pode enviar sinalização para a rede GSM quando perde o avanço de temporização enviado no PTCCH/D na portadora âncora DL e pode então ouvir avanço de temporização a partir do PTCCH/D na portadora auxiliar DL melhor ou designada. Se a sinalização especifica móvel for enviada somente na portadora âncora DL, então a rede GSM pode reter a sinalização enquanto uma comutação na portadora âncora DL está sendo feita e pode enviar a sinalização após conclusão da comutação. A estação móvel pode operar no modo de transferência dual (DTM) que suporta dados de pacote e voz simultâneos. Para uma chamada de voz + dados de pacote, voz (ou tanto voz como dados de pacote) pode ser enviada na portadora âncora e dados de pacote podem ser enviados na (s) portadora(s) auxiliar(es). Voz também pode ser movida de uma portadora para outra portadora, se necessário, para obter c dcsempenric/ desejaao. tor -xerplo, sr e portadora atualmente utilizada para voz estiver piorando na qualidade enquanto outra portadora está melhorando na qualiaade, então a voz pode ser comutada para a portadora em aperfeiçoamento. Como outro exemplo, se uma portadora está pcidlúd, então a voz pode ser preservada através de troca de portadora, se necessário, e pode ser enviada na melhor portadora disponível. A comutação de portadoras para voz pode rastrear a comutação da portadora âncora ou pode ser independente de comutação de âncora. A estação móvel pode fazer medições para as portadoras DL atribuídas à estação móvel, as portadoras DL para a estação base em serviço, e/ou as portadoras DL para estações base vizinhas. As medições podem ser para nível de sinal 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_BEP e CV_BEP são descritos no 3GPP TS 45.008, intitulado "Digital cellular telecommunications system (Phase 2a): Radio subsvstem link control," Release 6, junho de 2005, que está disponível publicamente. As medições podem ser utilizadas para atribuir portadoras DL à estação móvel, para adaptação de link, e/ou para outras finalidades. Link adaptável se refere à seleção de uma taxa apropriada (por exemplo, taxa de código, esquema de modulação, e tamanho de bloco) com base na capacidade de transmissão de um dado recurso de rádio. A estação móvel pode fazer e reportar medições de várias maneiras. Em uma modalidade exemplar, a estação móvel faz medições para cada portadora DL atribuída à estação móvel e envia relatórios de medição para todas as portadoras DL atribuídas. A estação móvel pode enviar na pcrr ado^a âncora UL uma unica mensagem que carrega os relatórios de medição para todas as portadoras DL. A estação móvel pode enviar também mensagens de relatório de medição separadas nas portadoras auxiliar e âncora UL. Em outra modalidade exemplar, a estação móvel faz e reporta me iições somente para a portadora âncora DL. Nesta mo dal idade exemplar, a qualidade das portadoras auxiliares DL pode ser inferida da qualidade da portadora âncora DL. A estação móvel pode fazer também e reportar medições para um subconj unto das portadoras DL atribuídas. Em geral, a estação móvel pode fazer medições para qualquer portadora DL e pode enviar relatórios de medição periodicamente ou sempre que alterações forem detectadas.
Em várias modalidades exemplares descritas acima, a estação móvel tem uma portadora âncora DL e uma portadora âncora UL que são designadas para carregar certa sinalização no downlink e uplink, respectivamente. Em outra modalidade exemplar, portadoras âncora não são utilizadas para downlink e uplink. Por exemplo, as portadoras DL podem operar independentemente entre si, e as portadoras UL também podem operar independentemente entre si. As portadoras DL podem ser associadas às portadoras UL de modo que a sinalização possa ser enviada em cada link para facilitar a operação de multiportadoras. Ainda em outra modalidade exemplar, uma portadora âncora é designada para o downlink, porém nenhuma portadora âncora é designada para o uplink. Ainda em outra modalidade exemplar, uma portadora âncora é designada para o uplink, porém nenhuma portadora âncora é designada para o downlink. 0 TCH, PTCCH, PACCH, FCCH, SCH, BCCH, RACH e AGCH são alguns dos canais lógicos suportados pelo GSM. Esses canais lógicos são mapeados para canais físicos. 0 esquema de acesso múltiplo no GSM é TDMA com oito canais físicos básicos por pritaduid. um canal tísico ú dêfírudc como sequência de quadros TDMA, um número/indice de partição de tempo que está compreendido em uma faixa de 0 a T, e uma sequência de salto de freqüência que indica qual portadora específica utilizar para cada quadro TDMA. A reae GSM pode utilizar salto de freqüência para ofoer di.eisidaoe. Com sa±oo de freqüência, um canal fisicc salta de portadora para portadora em diferentes quadros TDMA como indicado pela sequência de salto de freqüência. Salto de freqüência para uma atribuição de uma portadora é descrito no 3GPP TS 05.01 acima mencionado. Com uma atribuição de portadora única, dados são enviados somente em uma portadora em um dado quadro TDMA embora múltiplas portadoras possam ser utilizadas para transmissão de dados em diferentes quadros TDMA. Se o salto de freqüência não for utilizado, então a seqüência de salto de freqüência indica a mesma portadora para todos os quadros TDMA.
Com uma atribuição de multiportadoras, dados podem ser enviados em múltiplas portadoras em um dado quadro TDMA. Salto de freqüência para uma atribuição de múltiplas portadoras pode ser executado de várias maneiras. Em uma modalidade exemplar, cada canal físico na atribuição de multiportadoras salta do mesmo modo que um canal físico em uma atribuição de portadora única. Nesta modalidade exemplar, a atribuição de multiportadora pode ser vista como sendo composta de múltiplas atribuições de um único canal físico para uma única portadora. Em outras modalidades exemplares, os múltiplos canais físicos na atribuição de multiportadoras podem saltar em diferentes maneiras. A figura 5A mostra uma modalidade exemplar de um esquema de salto de freqüência 510, no qual múltiplos canais físicos (por exemplo, quatro) saltam com base em uma ^■íca sequência dc adlLo oe frequência. Cada caixa quadrada na Figura 5A representa um quadro TDMA de uma portadora. O número dentro de cada caixa quadrada indica o canal fisico sendo enviado no quadro TDMA da portadora para esta caixa. Na modalidade exemplar mostrada na Figura 5A, a portadora utilizada para o canal físico 1 no quadro TDMA n é determinado peia sequência de salto de frequência e é indicado como C2 (n) . A portadora utilizada para o canal físico k, para k = 2, 3, 4, no quadro TDMA n pode ser dado como: Ck(n) = { [0;(n) + k - 2] mod 4} +1. Nesta modalidade exemplar, os canais físicos são separados por uma distância constante através de frequência, exceto quando um reinicio cíclico ocorre. Por exemplo, canais físicos 1 e 2 são separados por uma portadora, canais físicos 1 e 3 são separados por duas portadoras, e assim por diante. A Figura 5B mostra uma modalidade exemplar de um esquema de salto de frequência 520 no qual múltiplos canais físicos (por exemplo, quadro) saltam com base em diferentes sequências de salto de frequência. A portadora utilizada para cada canal físico em cada quadro TDMA é indicada na Figura 5B. Na modalidade exemplar mostrada na Figura 5B, os canais físicos são separados por distâncias variáveis que mudam de quadro TDMA para quadro TDMA.
Em geral, salto de frequência para múltiplos canais físicos em uma atribuição de multiportadoras pode ser obtido de várias maneiras com uma ou mais seqüências de salto de frequência. 0 salto é tal que os canais físicos para a estação móvel não colidem entre si e também não colidem com os canais físicos atribuídos a outras estações móveis que comunicam com a mesma estação base. A estação móvel pode ter um único receptor ou múltiplos receptores. Cada receptor pode ser acoplado a uma antena separada, ou mais de um receptor pode compartilhar uma antmv comum. Cada recepLui pode ser -rapaz de processar um sinal downlink a partir de uma estação base. Se dois receptores estiverem di sponiveis, então a estação móvel pode utilizar estes receptores para aumentar a capacidade de transmissão de dados e/ou reduzir interrupção durante handover o re-seleçao cte células. A estação móvel pode executar bandovéi de uma estação base em serviço para uma estação base alvo enquanto em um estado de tráfego, por exemplo, se a qualidade de sinal da estação base alvo for melhor do que a qualidade de sinal da estação base em serviço. Enquanto no estado inativo, a estação móvel pode executar nova seleção de células de uma estação base em serviço na rede GSM para uma estação base alvo na rede GSM ou uma rede 3GPP ou 3GPP2. Tanto para handover como re-seleção de células, a estação móvel pode ter um receptor sintonizado na estação base em serviço e o outro receptor sintonizado na estação base alvo durante uma fase de transição. A estação móvel seria então capaz de receber sinalização da estação base alvo sem perder dados e/ou sinalização da estação base em serviço. A estação móvel pode enviar sinalização para a estação base em serviço para informar a rede GSM de que a estação móvel não mais estará recebendo uma ou mais das portadoras atribuídas. A rede GSM pode então enviar dados e/ou sinalização para a estação móvel na(s) portadora (s) de que a estação móvel está ainda recebendo. A Figura 6 mostra uma modalidade exemplar de um processo 600 para transmitir dados em operação de multiportadora. A estação móvel executa estabelecimento de chamada com a rede GSM (bloco 612). A estação móvel recebe uma atribuição de múltiplas portadoras (ou canais RF) para um primeiro link na rede GSM (bloco 614) . A estação móvel recebe uma atribuição de pelo menos uma portadora para um link na rude GSM 'bloco 6161 . G primeiro link pccie ser o downlink, e o segundo link pode ser o uplink. Alternativamente, o primeiro link pode ser o uplink, e c segundo link pode ser o downlink. A estação móvel troca dados com a rede GSM através de múltiplas portadoras para o primeiro ±.Liik. e peic menos uma portadora para o segundo link (bloco 61S) .
Uma portadora para o downlink pode ser designada como uma portadora âncora de downlink que é utilizada para enviar sinalização a partir da rede GSM para a estação móvel. A estação móvel pode receber avanço de temporização para a(s) portadora(s) de uplink no PTCCH, sinalização especifica móvel no PACCH, informações de sistema no BCCH, e/ou outras informações enviadas na portadora âncora de downlink. Uma portadora para o uplink pode ser designada como uma portadora âncora de uplink que é utilizada para enviar sinalização a partir da estação móvel para a rede GSM. A estação móvel pode executar estabelecimento de chamada através das portadoras âncora de downlink e uplink e pode configurar portadoras restantes através das portadoras âncora de downlink e uplink. A estação móvel pode também simultaneamente configurar todas as portadoras de downlink e uplink.
Dados podem ser enviados no downlink e uplink de várias maneiras. Múltiplos blocos de dados de pacote podem ser enviados em múltiplas portadoras com diversidade de tempo e/ou freqüência. Múltiplas rajadas para cada bloco de dados de pacote podem ser enviadas (1) em múltiplos quadros em uma portadora, por exemplo, como mostrado na Figura 4A, (2) em múltiplas portadoras em um quadro, por exemplo, como mostrado na Figura 4B, ou (3) em múltiplos quadros em múltiplas portadoras, por exemplo, como mostrado na Figura 4C. Múltiplos fluxos de dados também podem ser enviados em wá ι +■ i_.plas partaòoras. Cdüo. f iuxo pode ser enviado oram unL QcS específico selecionado para este fluxo. Cada fluxo pode ser também enviado em uma portadora para simplificar operação ou através de mais de uma portadora para obter diversidade de frequência. A estaçao móvel pede fazer medições para cada pertadors de downlmx e pode enviar relatórios de medição para a rede GSM. A estação móvel pode também enviar um relatório sempre que uma portadora for detectada como sendo perdida. A rede GSM pode utilizar os relatórios para atribuição de portadora, adaptação de link, e/ou outras finalidades. A estação móvel pode detectar perda da portadora âncora de downlink. Outra portadora de downlink pode então ser designada como uma nova portadora âncora de downlink. As portadoras para cada link podem ser classificadas, por exemplo, com base no nível de sinal ou qualidade de sinal. A portadora com classificação mais elevada pode ser designada como uma nova portadora âncora se a portadora âncora atual estiver perdida.
Salto de frequência pode ser independentemente habilitado ou desabilitado para cada um de downlink e uplink. A estação móvel pode executar salto de freqüência para dados enviados em múltiplas portadoras para um dado link com base em uma única seqüência de salto de freqüência (por exemplo, como mostrado na Figura 5A) ou múltiplas sequências de salto de freqüência tendo distância variável através de freqüência (por exemplo, como mostrado na Figura 5B) . A estação móvel pode ter múltiplos receptores (por exemplo, dois). A estação móvel pode utilizar um receptor para receber um primeiro sinal em um primeiro conjunto de portadora(s) a partir de uma primeira estação hasp pd.e utilizar cut xo para receber um segundo sinal em um segundo conj unto de portadora (s) a partir de uma segunda estação base, por exemplo, durante handover ou re-seleçáo de células. A esração móvel pode utilizar todos os receptores para receber sinal a partir da estação base er serviço quando não em nandover para obter a capacidade de transmissão mais elevada e/ou receber diversidade. A Figura 7 mostra um diagrama em blocos de uma modalidade exemplar de uma estação base 110 e uma estação móvel 120. Para o downlink, na estação base 110, um codificador 710 recebe dados de tráfego e sinalização (por exemplo, atribuições de partição de tempo e portadora e avanços de temporização) para estações móveis sendo servidas pela estação base 110 e dados de overhead (por exemplo, informações de sistema). 0 codificador 710 processa (por exemplo, codifica, intercala, e mapeia em símbolos) os dados de tráfego, sinalização, e dados de overhead 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 canais lógicos e gera rajadas. 0 modulador 712 pode multiplexar as rajadas sobre as portadoras DL de várias maneiras, por exemplo, 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 s:í nal de down) ink, que é transmitido através da antena 716.
Na estação móvel 120, uma antena 752 recebe o sinal de downlink da estação base 110 bem como sinais de downlink de outras estações base e provê um sinal recebido para um receptor (RCVR) 754. 0 receptor 754 condiciona (por exemplo, filtra, amplifica, converte descendentemente em freqüência e digitaliza) o sinal recebido e provê amostras np dsóes - Um demcduladoj. (iemoo i ·- οo pressa as amestras te dados e provê estimativas de símbolos. Em uma modalidade exemplar, o receptor 754 e/ou demodulador 756 executam filtragem para passar todas as portadoras DL atribuídas à estação móvel 120. Um decodificador 758 processa (por exemplo, demapeia em símbolos, deintercaia e decodifica) as estimativas de simpoio e provê dados decodifiçados para os dados de tráfego e sinalização enviada pela estação base 110 para a estação móvel 120. O demodulador 756 e decodificador 758 podem executar demodulação e decodificação separadamente para cada portadora DL ou conjuntamente para todas as portadoras DL, dependendo do modo no qual as rajadas são enviadas.
No uplink, na estação móvel 120, um codificador 770 processa dados de tráfego e sinalização (por exemplo, solicitações de recurso de rádio, rajadas de acesso aleatório e relatórios de medição) e gera dados de saída para vários canais lógicos, por exemplo, o TCH, PTCCH/U e RACH. Um modulador 772 processa ainda os dados de saída e gera rajadas. Um transmissor 774 condiciona as rajadas e gera um sinal de uplink, que é transmitido através da antena 7 52. Na estação base 110, os sinais de uplink da estação móvel 120 e outras estações móveis são recebidos pela antena 716, condicionados por um receptor 730, processados por um demodulador 732, e processados adicionalmente por um decodificador 734 para recuperar os dados de tráfego e sinalização enviados por cada estação móvel.
Controladores/processadores 720 e 760 orientam a operação na estação base 110 e estação móvel 120, respectivamente. Memórias 722 e 762 armazenam dados e códigos de programa para a estação base 110 e estação móvel 120, respectivamente. Um programador 724 pode atribuir ρο^aderas a paxta.ue r.empo para estação móvel e pode programar as estações móveis para transmissão de dados no downlink e uplink, Aqueles versados na técnica entenderão que informações e sinais podem ser representados utilizando qualquer oe uma variedade de tecnologias e técnicas diferentes. Por exemplo, dados, instruções, comandos, informações, sinais, bits, símbolos, e chips que podem ser referenciados por toda a descrição acima podem ser representados por voltagens, correntes, ondas eletromagnéticas, campos ou partículas magnéticas, campos ou partículas ópticas, ou qualquer combinação dos mesmos.
Aqueles versados reconheceríam ainda que os diversos blocos lógicos ilustrativos, módulos, circuitos e etapas de algoritmo descritas com relação às modalidades exemplares aqui reveladas podem ser implementados como hardware eletrônico, software de computador, ou combinações de ambos. Para ilustrar claramente esta intercambialidade de hardware e software, vários componentes ilustrativos, blocos, módulos, circuitos, e etapas foram descritos acima genericamente em termos de sua funcionalidade. Se tal funcionalidade for implementada como hardware ou software depende da aplicação especifica e limitações de projeto impostas no sistema geral. Técnicos especializados podem implementar a funcionalidade descrita de vários modos para cada aplicação específica, porém tais decisões de implementação não devem ser interpretadas como causando afastando do escopo da presente invenção.
Os diversos blocos lógicos ilustrativos, módulos e circuitos descritos com relação às modalidades exemplares reveladas aqui podem ser implementados ou executados com um processador de propósito geral, um processador de sinal digital (DSP), um circuito integrado de aplicação esppr-if^ (ASIC,. , uma muLi-Lz de por^a programarei em?1 ^àmpc· ■ÍFPGA) ou outro dispositivo lógico programarei, porta discreta ou lógica de transistor, componentes de hardware discretos, ou qualquer combinação dos mesmos proj et ados para executar as funções descritas aqui. Um processador de propósiuo geial pode ser um microprocessador, porém na alternativa, o processador pode ser qualquer processador, controlador, microconcrolador ou máquina de estado convencional. Um processador também pode ser implementado como uma combinação de dispositivos de computação, por exemplo, uma combinação de um DSP e um microprocessador, uma pluralidade de microprocessadores, um ou mais microprocessadores em combinação com um núcleo DSP, ou qualquer outra configuração.
As etapas de um método ou algoritmo descritas com relação às modalidades exemplares aqui reveladas podem ser incorporadas diretamente em hardware, em um módulo de software executado por um processador, ou em uma combinação dos dois. Um módulo de software pode residir na memória RAM, memória flash, memória ROM, memória EPROM, memória EEPROM, registros, disco rígido, disco removível, um CD-ROM, ou qualquer outra forma de meio de armazenagem conhecido na técnica. Um meio de armazenagem exemplar é acoplado ao processador de tal modo que o processador possa ler informações a partir de, e gravar informações no, meio de armazenagem. Na alternativa, o meio de armazenagem pode ser integral com o processador. 0 processador e o meio de armazenagem podem residir em um ASIC. 0 ASIC pode residir em um terminal de usuário. Na alternativa, o processador e o meio de armazenagem podem residir como componentes discretos em um terminal de usuário. A descrição anterior das modalidades exemplares reveladas é fornecida para permitir que uma pessoa versada Ω.a * Áar ‘ r 1 cí Ç u. Ou. ü0 j. ± ± z.t d p TFST ? 11',’SPÇg . v o.i_ j_α S moaiiicaçoes a estas medalidades exemplares serão facilmente evidentes para aqueles versados na técni ca, e os princípios genéricos definidos aqui podem ser aplicados em outras modalidades exemplares sem se afastar do conceito inventivo escopo aa invenção. Desse modo, a presente intenção não p-ecende ser limitada às modalidades exemplares mostradas aqui, porém deve ser acordada ao escopo mais amplo compatível com os princípios e aspectos novos aqui revelados.
REIVINDICAÇÕES