MXPA98010062A - Metodo y aparato de asignacion dinamica de recursos para servicios de banda amplia en un sistema inalambrico de comunicaciones - Google Patents

Abstract

Se proporciona un método y aparato de asignación dinámico de recursos para servicios de banda amplia en un sistema inalámbrico de comunicaciones. El sistema de comunicaciones puede tener numerosas celdas, cada una de las cuales tiene sectores múltiples. Cada sector puede contener varios sitios de comunicaciones. La información se transmite ensubmarcos de tiempo programados para evitar interferencia entre los sectores y celdas, y se puede programar grados diferentes de transmisión de paquete concurrente para clases diferentes de sitios de comunicaciones. Los sitios de comunicaciones pueden ser clasificados en base a la calidad de recepción, por ejemplo al comparar su proporción medida de señal respecto a interferencia (SIR) con un umbral SIR.

Description

MÉTODO Y APARATO DE ASIGNACIÓN DINÁMICA DE RECURSOS PARA SERVICIOS DE BANDA AMPLIA EN UN SISTEMA INALÁMBRICO DE COMUNICACIONES CAMPO DE A INVENCIÓN La invención se relaciona con sistemas inalámbricos de comunicaciones. Más particularmente, la invención se relaciona con un método y aparato para asignación dinámica de recursos para servicios de banda amplia en un sistema inalámbrico de comunicaciones.

ANI?'CKUENTES DE LA INVENCIÓN La necesidad por servicios de paquete de banda amplia de alta velocidad crecerá tremendamente conforme la telecomunicación y el acceso a internet se vuelva cada vez más popular. Los clientes esperarán alta calidad, acceso confiable a comunicaciones de alta velocidad para hogares y negocios pequeños con el fin de, por ejemplo, tener acceso a: (a) la red mundial (World Wide Web) para información y entretenimiento; (b) equipo de oficina y datos desde las casas a velocidades comparables con las redes de área local (LAN) ; y (c) servicios multimedia como voz. imagen y video. Aunque varían con la aplicación, la comunicación de banda amplia efectiva requiere un ancho de banda suficiente para permitir aumentar la velocidad de los datos hasta el intervalo de varias décimas de megabitios por segundo (Mbps) . Los sistemas tradicionales de comunicaciones inalámbricas tienen un problema al suministrar servicios de alta velocidad debido a la cantidad de ancho de banda que requieren estos servicios . El ancho de banda es un factor licitante clave para determinar la cantidad de información que puede transmitir un sistema a un usuario en cualquier momento. En términos de redes inalámbricas, el ancho de banda se refiere a la diferencia entre las dos frecuencias limitantes de una banda, expresado en Hertz (Hz) . El concepto de ancho de banda se puede comprender mejor utilizando una analogía. Si la información tramsportada por una red fuera agua, y los enlaces entre lo sitios de comunicación fueran tubos, la cantidad de agua (es decir, información) que podría transmitir una red desde un sitio a otro estaría limitada por la velocidad del agua y el diámetro de los tubos que transportan el agua. Cuanto mayor sea el diámetro del tubo, más agua (es decir, más información) se puede transmitir de un sitio a otro en un intervalo de tiempo dado. De igual manera, • cuanto más ancho de banda tenga disponible un sistema de comunicaciones, mayor información puede transportar.

Los sistemas tradicionales de comunicaciones alámbricas que utilizan modems y un medio de transmisión físico tal como un alambre de cobre de pares torcidos, actualmente no puede alcanzar las velocidades de datos necesarios para suministrar un servicio de alta velocidad debido a las limitaciones de ancho de banda (es decir, tubos pequeños) . Las promisorias tecnologías de redes cableadas para acceso de banda amplia tales como el circuito de suscriptor digital asimétrico (ADSL) y la fibra coaxial híbrida (HFC) , pueden ser costosas y requieren tiempo para instalarse. El beneficio de los sistemas inalámbricos para suministrar servicioe de alta velocidad es que pueden ser desarrollados rápidamente sin instalación de redes de distribución alambradas locales. Sin embargo, los sistemas inalámbricos tradicionales tales como los servicios celulares de banda estrecha y los servicios de comunicaciones personales (PCS) están limitados en cuanto a ancho de banda. Como una alternativa, las soluciones inalámbricas tales como el servicio de distribución de punto múltiple de canales múltiples (MMDS) y el servicio de distribución de canal múltiple local (LMDS) se han vuelto atractivos, pero estas soluciones actualmente ofrecen una capacidad limitada de aumento de enlaces de canal y no pueden ser capaces de soportar una gran cantidad de usuarios.

Una solución para resolver el problema de limitación de ancho de banda para sistemas inalámbricos es maximizar el ancho de banda disponible mediante la reutilización de frecuencia. La reutilización de frecuencia se refiere a reutilizar una banda de frecuencia común en celdas diferentes dentro del sistema. Con referencia, por ejemplo, a la figura 1, la cual muestra un sistema típico de comunicación inalámbrica. Una estación de base (BS) 20 se comunica con varias estaciones terminales (TS) 22. La BS 20 habitualmente se conecta a una red fija 24, tal como la red de telefonía conmutada pública (PSTN) o la internet. La BS 20 también se puede conectar a otras estaciones de base, o a una oficina de conmutación de teléfono móvil (MTSO) en el caso de un sistema móvil. Cada TS 22 pueden ser fijas o móviles. La BS 20 comunica información a cada TS 22 utilizando señales de radio transmitidas sobre una gama de frecuencias portadoras. Las frecuencias representan un recurso natural finito y son de demanda extremadamente elevada. Además, las frecuencias están fuertemente reguladas por los gobiernos federales y estatales. En consecuencia, los sistemas celulares tienen acceso a una cantidad muy limitada de frecuencias. En consecuencia, los sistemas inalámbricos intentan reutilizar frecuencias en tantas áreas geográficas como sea posible. Para realizar esto, un sistema celular utiliza un patrón de reutilización de frecuencia. Un factor principal al diseñar un patrón de reutilización de frecuencia es intentar maximizar la capacidad del sistema mientras se mantiene una proporción aceptable de señal a interferencia (SIR) . La SIR se refiere a la proporción del nivel de señal deseada recibida respecto al nivel de la señal no deseada recibida. La interferencia cocanal es interferencia debido al uso común de la misma banda de frecuencia por dos celdas diferentes. Para determinar la reutilización de frecuencia, un sistema celular toma el espectro de frecuencia total asignado al sistema y lo divide en un conjunto de bandas de frecuencia más pequeñas. Los sistemas de comunicaciones celulares tienen numerosos sitios de comunicaciones colocados a través de un área de cobertura geográfica atendida por el sistema. El área geográfica está organizada en celdas y/o sectores, en donde cada celda típicamente contiene una pluralidad de comunicaeices, sitios tales como una estación de base y estaciones terminales . Una celda puede tener cualquiera de numerosas formas, tales como un hexágono. Se pueden formar grupos de celdas, en donde cada celda en el grupo utiliza una banda de frecuencia diferente. Los grupos se repiten para cubrir la totalidad del área de servicio. Por lo tanto, en esencia, el patrón de reutilización de frecuencia representa la distancia geográfica entre celdas utilizando las mismas bandas de frecuencia. El objetivo de un patrón de reutilización de frecuencia es mantener la interferencia cocanal debajo de un umbral dado y asegurar una recepción exitosa de señal. El patrón de reutilización de frecuencia más dinámico es aquel en donde la misma banda de frecuencia se utiliza en cada celda. Un ejemplo de tal sistema son los sistemas de acceso múltiple de división de código (CDMA) , los cuales difunden la señal transmitida a través de una banda de frecuencia amplia utilizando un código. El mismo código es utilizado para recuperar la señal transmitida por el receptor CDMA. Aunque los sistemas CDMA reutilizan las mismas frecuencias de celda a celda, requieren una gran cantidad de espectro de frecuencia. De hecho, la cantidad de espectro requeridc or los sistemas CDMA para proporcionar servicios de banda amplia de alta velocidad a una gran cantidad de usuarios es comercialmente poco realista. Otro ejemplo de la reutilización de frecuencia dinámica son los sistemas de acceso múltiple de división de tiempo (TDMA) , un ejemplo del cual se discute en la patente de Estados Unidos Número 5,355,367, la cual utiliza transmisión redundante de paquetes de información para asegurar una SIR adecuada. El uso de transmisiones de paquetes redundantes sin embargo, únicamente transfiere una ineficiencia por otra. Aunque una banda de frecuencia puede ser reutilizada de una celda a otra, la transmisión de paquetes redundantes significa que una porción más pequeña de la banda de frecuencia ahora disponible para uso por cada celda en el sistema, puesto que se requieren paquetes múltiples para asegurar la recepción útil de un solo paquete. Además del problema de reutilización de frecuencia, los sistemas celulares tradicionales no están diseñados para permitir que un sitio de comunicaciones utilice la totalidad del ancho de banda disponible para el sistema (o "ancho de banda total de sistemas"). En vez de esto, los sistemas celulares tradicionales utilizan diversas técnicas tanto en el dominio de frecuencia como en el dominio de tiempo para maximizar el número de usuarios capaces de ser atendidos por el sistema. Estas técnicas son predicadas para asignar porciones más pequeñas del ancho de banda total del sistema para atender sitios de comunicación individuales. Estas porciones más pequeñas son incapaces de proporcionar ancho de banda suficiente para ofrecer servicios de alta velocidad. Un ejemplo de una técnica utilizada en el dominio de frecuencia es el acceso múltiple de división de frecuencia (FDMA) . FDMA se divide en ancho de banda disponible en secciones más pequeñas de ancho de banda bajo el concepto de proporcionar menos ancho de banda para un mayor número de usuarios. Utilizando la analogía de agua/tubo, un tubo único grande se separa en varios tubos más pequeños, cada uno de los cuales es asignado a un sector o celda. Desafortunadamente, las bandas de frecuencia más pequeñas son demasiado pequeñas para soportar los servicios de paquete de banda amplia de alta velocidad. Además, por definición, un sitio de comunicación no es capaz de utilizar el ancho de banda total del sistema, sino más bien está limitado a una porción discreta del ancho de banda total del sistema. Un ejemplo de una técnica utilizada en el dominio de tiempo es TDMA descrito antes. Utilizando la analogía de agua/tubo, cada celda o sector tiene acceso a la totalidad del tubo por una cantidad fija de tiempo. Estos sistemas asignan un intervalo de tiempo específico de una duración fija para un sitio de comunicación específico. Como un resultado, un sitio de comunicación no puede transmitir más información de la que puede alojar por su intervalo de tiempo asignado. Los sistemas TDMA tradicionales están diseñados para manejar conmutación de circuito y, por lo tanto, son de naturaleza estática. Por lo tanto, los sistemas TDMA tradicionales no están diseñados para tomar ventaja de la nueva tecnología de conmutación, tal como la conmutación en paquetes. Algunos sistemas utilizan una combinación de FDMA y TDMA para mejorar la capacidad de llamada del sistema. Sin embargo, los sistemas FDMA/TDMA únicamente combinan las desventajas de ambos y no permiten a un usuario el acceso al ancho de banda total del sistema en una base dinámica. Para resolver este problema, algunos sistemas utilizan un concepto denominado "asignación dinámica de recursos " para compartir el recurso de radio entre los sitios de comunicaciones de manera " eficiente. Sin embargo, los métodos de asignación de recurso dinámico requieren un controlador central o algoritmos complicados para determinar dinámicamente los intervalos de tiempo disponibles y coordinar su uso por los sitios de comunicació . Con el fin de incrementar la eficiencia del espectro, otros sistemas celulares han utilizado patrones de reutilización de frecuencia múltiple dentro del mismo sistema. Por ejemplo, la patente de los Estados Unidos Número 4,144,411 otorgada a Frenkiel el 13 de marzo de 1979, describe la reutilización estática de frecuencias en un sistema que utiliza una superposición de tamaño miniatura en cada celda, con la superposición de tamaño miniatura utilizando el mismo tipo de patrón de reutilización que el patrón de reutilización de celda grande. Esto se obtiene a través de energías de transmisión aún menores y mantienen la misma separación de sitio al radio de la celda como la celda grande. Este concepto típicamente se denomina como división de celda. Una mejora a Frenkiel se discute en un artículo cuyo autor es Samuel W. Halpern intitulado Reuse Partitioning in Cellular Systems, presentado en el 33rd IEEE Vehicular Technology Conference el 25-27 de mayo de 1983 en Toronto, Ontario, Canadá. El artículo de Halpern establece un sistema celular que tiene niveles de reutilización de frecuencia múltiple (o patrones) dentro de un área geográfica dada. Por ejemplo, un grupo de celdas que normalmente utilizan un patrón de reutilización de siete celdas simultáneamente pueden operar en un patrón de reutilización de tres celdas y un patrón de reutilización de nueve celdas. Un conjunto de frecuencias está dedicado al patrón de reutilización de tres celdas mientras que otro conjunto de frecuencias está dedicado al patrón de reutilización de nueve celdas. Generalmente, el principio detrás del sistema de Halpern es permitir una degradación del desempeño portadora respecto a interferencia (C/I) para aquellas unidades suscriptoras que ya tienen una protección más que adecuada de C/I y al mismo tiempo proporcionar mayor protección de C/I a aquellos suscriptores que la requieren. Por lo tanto, a un suscriptor con la mejor calidad de señal recibida se le asignará un conjunto de canales para el patrón de reutilización de tres celdas mientras que sea capaz de tolerar más interferencia cocanal que un suscriptor cuya calidad de señal es más pobre. El suscritor que tiene la calidad de señal recibida más pobre por lo tanto se le asigna a un canal correspondiente al patrón de reutilización de nueve celdas. El sistema de Halpern, al igual que los sistemas de división de reutilización de frecuencia múltiple previos, es insatisfactorio por numerosas razones. Por ejemplo, en la práctica, el sistema de Halpern permite que solo una fracción pequeña del tráfico total utilice el patrón de reutilización más cercano para la superposición de tamaño miniatura, lo que deja poca o nula ganancia en la capacidad del sistema. Además, el sistema de Halpern está diseñado para sistemas conmutados de circuito, y no para los modernos sistemas conmutados de paquete. Más específicamente, los sistemas conmutados de circuito pueden tolerar una gran cantidad de sobrecarga de medición y retardo cuando se conectan con el usuario. Si la misma técnica se aplica a un sistema conmutado de paquetes, sin embargo, se requerirían varias mediciones antes de transmitir cada paquete. La sobrecarga y retardo introducidos serían excesivos, y por lo tanto el método descrito en la referencia de Halpern no sería factible. De hecho, el método de Halpern está diseñado para el sistema de telefonía convencional y no para los sistemas conmutados de paquetes en general. Además, los sistemas previos fueron diseñados para realizar la división de reutilización en el dominio de frecuencia, y es donde se enfoca la división del ancho de banda de frecuencia total disponible para el sistema y la asignación de una porción de este ancho de banda de frecuencia total a un patrón de reutilización y otra porción a otro patrón de reutilización. Sin embargo, el dividir la frecuencia disponible limita la velocidad máxima de datos que se pueden proporcionar por cualquier usuario único o aplicación por el sistema. Por lo tanto, los esquemas de división de reutilización de frecuencia no son adecuados para soportar aplicaciones de alta velocidad de datos tales como los considerados para los sistemas inalámbricos de banda amplia. Una implementación específica de la división de reutilización de frecuencia se describe en la Patente de Estados Unidos Número 5,038,399 (la "patente de Bruckert") . El sistema de Bruckert se dirige hacia un mecanismo para medir las diversas fuerzas de señal desde las estaciones de base en las estaciones suscriptoras a través del sistema, construyendo un gradiente de nivel de reutilización, y se utiliza este gradiente como una base para conmutar entre patrones de reutilización de frecuencia múltiple. Al igual que con el sistema de Halpern, el sistema de Bruckert es insatisfactorio por numerosas razones. Por ejemplo, la patente de Bruckert también está dirigida hacia sistemas conmutados de circuito y no está diseñada hacia los modernos sistemas conmutados de paquetes. Como resultado, el ancho de banda disponible para un usuario está fijo durante la duración de la llamada, y se vuelve inflexible para manejar descargas de datos como se anticipa en los servicios de banda amplia. Además, la patente de Bruckert describe un método para asignar usuarios diferentes a diferentes niveles de reutilización de acuerdo con el "gradiente de nivel de reutilización" el cual es otra manera de establecer la asignación basada en niveles de interferencia diferentes. En muchos casos, sin embargo, un sistema integrado que proporcione servicios diferentes al mismo usuario puede requerir niveles de reutilización diferentes debido a los diferentes requerimientos de servicio, aunque experimente la misma interferencia. La patente de Bruckert no describe la manera en que se mantiene la calidad de servicio (QoS) para cada aplicación utilizando este método. Además, la patente de Bruckert no describe ninguna técnica para asegurar limpieza entre sitios de comunicación en términos de que cada sitio tenga acceso al recurso de comunicación de una manera uniforme. Finalmente, la patente de Bruckert no describe el uso de patrones de reutilización múltiples en el dominio de tiempo, como en los sistemas discutidos previamente. En vista de lo anterior, se puede apreciar que existe una necesidad sustancial de un método y aparato de asignación dinámica de recursos para servicios de banda amplia en un sistema inalámbrico de comunicaciones que proporcione eficientemente servicios de paquetes de banda amplia de alta calidad a una gran cantidad de usuarios y que resuelva los demás problemas descritos antes .

DESCRIPCIÓN DETAT.T.&?A T?T? LA INVENCIÓN Las desventajas de la técnica son resueltas en gran medida por el método y aparato de asignación dinámica de recursos para servicios de banda amplia en un sistema inalámbrico de comunicaciones. El sistema de comunicaciones puede tener una cantidad de celdas, cada una de las cuales tiene sectores múltiples. Cada sector puede contener una cantidad de sitios de comunicaciones. La información se transmite en su marco de tiempo programados para evitar interferencia entre sectores y celdas, y grados diferentes de transmisión de paquetes concurrentes y pueden ser programados para clases diferentes de sitios de comunicaci nes. Los sitios de comunicaciones pueden ser clasificados basados en la calidad de recepción, por ejemplo al comparar su proporción de señal a interferencia medida (SIR) con una SIR umbral. Con estas y otras ventajas y características de la invención que se volverán evidentes en lo siguiente, la naturaleza de la invención puede ser comprendida más claramente con referencia a la siguiente descripción detallada de la invención, las reivindicaciones anexas y a los diversos dibujos anexos a la presente .

DESCRIPCIÓN BREVE DE LOS DIBUJOS La figura 1 es un diagrama de bloques de un sistema inalámbrico de comunicación típico, adecuado para una modalidad de la presente invención.

La figura 2 muestra una distribución de celda y una estructura de marco de acuerdo a una modalidad de la presente invención. La figura 3 muestra el orden de asignación de intervalos o ranuras para el método de asignación de recursos alternados de acuerdo con una modalidad de la presente invención. La figura 4 es un diagrama de bloques de un proceso de clasificación de terminal de acuerdo con una modalidad de la presente invención. La figura 5 muestra el orden de uso de submarcos y minimarcos en el método de la designación de recursos alternados, mejorados, de acuerdo con una modalidad de la presente invención. La figura 6 es un diagrama de bloques de un proceso de programación de intervalo de tiempo de acuerdo con una modalidad de la presente invención. La figura 7 muestra un patrón de antena típico, con una proporción de frente a atrás de 25 dB y un ancho de haz de 60°, adecuado para uso con una modalidad de la presente invención. La figura 8 muestra el impacto del ancho de banda de antena de estación de base sobre el funcionamiento y alcance de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

La figura 9 muestra el impacto de la proporción frente a atrás de la antena de estación de base sobre el funcionamiento y alcance de acuerdo con una modalidad de la presente invención. La figura 10 muestra el impacto de la proporción frente a atrás de la antena terminal en el funcionamiento y alcance de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

DESCRIPCIÓN PKTftT. ftPft La presente invención está dirigida a un método y aparato dinámico de asignación de recursos para servicios de banda amplia en un sistema inalámbrico de comunicaciones. En particular, un algoritmo de asignación de recursos, denominado en la presente como un método de asignación de recursos alternado mejorado (ESRA) es utilizado para redes inalámbricas de banda amplia con antenas direccionales en estaciones de base y en terminales. El método ESRA utiliza asignación alternada de recursos (ESRA) pero también considera la calidad de recepción en las posiciones terminales. Esto se realiza al categorizar las terminales en clases múltiples en base en la capacidad para tolerar transmisiones concurrentes de paquetes. El ancho de banda se divide en submarcos de tiempo múltiples, cada uno de los cuales tiene una cantidad de minimarcos los cuales permiten grados diferentes de transmisiones concurrentes . Los paquetes de clases diferentes son enviados en minimarcos ' correspondientes . De acuerdo con el método ESRA, las transmisiones concurrentes se maximizan hasta un grado tolerable por las terminales resultoras para mejoría del funcionamiento, y al mismo tiempo se evita la interferencia principal con canales en las redes cuando la misma banda de frecuencia puede ser utilizada en cada sector de cada celda. En un ambiente de radio razonable, con patrones de antena prácticos y elecciones de parámetros de sistema, el método ESRA puede proporcionar 98.69% de alcance, y proporciona un funcionamiento máximo de 36.10% por sector, con una probabilidad de éxito de transmisión de paquetes de uno, dado un umbral SIR específico. Esto se traduce en una capacidad de red muy grande y una alta calidad de servicio que muestra la aplicabilidad del método ESRA para soportar tráfico de tiempo real, tal como voz y video, además de datos. Aunque el sistema descrito con detalle es una red conmutada de paquetes de banda amplia fija que utiliza TDMA con velocidades de datos de usuario de 10 Mb/s, las longitudes de enlace típicamente menores de 10 kilómetros y una frecuencia de operación en el intervalo de 1 a 5 Ghz, el método ESRA, por supuesto, puede ser utilizado en otros sistemas inalámbricos de comunicaciones . Ahora con referencia detallada a los dibujos en donde las partes similares se designan por números de referencia iguales a través de los mismos, la figura 2 muestra un área de servicio en una red inalámbrica dividida en celdas en forma de hexágono. Cada celda se divide adicionalmente en sectores múltiples numerados 1 a 6, y cada sector es cubierto por una antena de sector localizada con una estación de base (BS) no mostrada en la figura 2, en el centro de la celda. Debido a la colocalización, las antenas de sector también se denominan antenas BS. Las terminales (usuarios) pueden utilizar antenas direccionales montadas en la parte superior de los techos y que apunten a las antenas BS respectivas. El ancho de banda de cada antena BS puede ser justo lo suficientemente amplio para atender a todo el sector, mientras que la antena terminal puede tener un ancho de banda más pequeño para suprimir la interferencia. La proporción frente a atrás (FTB) para BS y las antenas terminales se supone finito. El tiempo es dividido de manera que un paquete puede ser transmitido en cada ranura, y el enlace descendente y el enlace ascendente entre terminales y BS se proporciona por dúplex de división de tiempo (TDD) utilizando el mismo espectro de radio. En el contexto de redes conmutadas de paquetes los intervalos de tiempo se vuelven naturalmente los recursos de ancho de banda. Los intervalos de tiempo necesarios para ser asignados dinámicamente a diversos transmisores para enviar paquetes de datos tales como un SIR dada se pueden obtener en el receptor propuesto para recepción exitosa. Esto resulta en el concepto de asignación dinámica de recursos (DRA) . El problema de asignación de intervalo de tiempo para obtener cierto funcionamiento óptimo y al mismo tiempo satisfacer un requerimiento de SIR se puede considerar matemáticamente no polinomial (NP) completo o duro, lo cual implica un grado muy alto de complejidad computacional para derivar las asignaciones óptimas . En la red inalámbrica fija de la presente invención, la sectorización de celdas y las antenas direccionales en posiciones de terminal fija se utilizan para reducir la interferencia entre vectores vecinos y celdas a través del método de asignación alternada de recursos (SRA) . Esto resulta en un algoritmo DRA distribuido en donde se utiliza el mismo espectro de radio (compartido) por cada sector en cada celda en una base de tiempo dinámica. Con el uso de antenas direccionales para suprimir la interferencia, el método SRA es particularmente efectivo para evitar la interferencia tanto entre celdas como dentro de la celda. Sin embargo, en base en el terreno y el desvanecimiento, cierta terminal (por ejemplo casera) puede constantemente ser incapaz de recibir una señal con una SIR satisfactoria debido a su posición fija. La transmisión para otras terminales siempre debe ser exitosa. Por lo tanto, las terminales en posiciones "buenas" y "malas" deben ser atendidas de acuerdo con diferentes patrones de reutilización de intervalo de tiempo, lo cual se denomina división de reutilización de intervalo de tiempo (TSRP) lo que permite que muchas BS transmitan simultáneamente si las terminales receptoras propuestas se localizan en buenas posiciones. Cuando las posiciones receptoras son pobres, algunas BS serán programadas para transmitir al mismo tiempo de manera que una SIR objetivo umbral pueda satisfacerse para una recepción exitosa en los extremos de recepción. La TSRP divide el marco de tiempo (es decir, el ancho de banda) en una porción dedicada y una porción compartida. La mayor parte de un paquete se transmite entre cuatro celdas vecinas durante cada intervalo de tiempo en la porción dedicada y hasta tres paquetes se pueden transmitir simultáneamente en cada celda en la porción compartida. El propósito es asignar terminales en posiciones "buenas" y "malas" para utilizar intervalos de tiempo en la porción dedicada y compartida, respectivamente. Debido a que la división de ancho de banda en la porción dedicada y compartida, muchas posiciones terminales con calidad de recepción moderada pueden estar sobreprotegidas cuando transmitan en la porción dedicada o puede no recibir los paquetes con éxito cuando se envían durante la porción compartida. Esto resulta en un desperdicio potencial de ancho de banda . La presente invención mejora el método SRA al considerar la calidad de recepción de las terminales. Este método de asignación de recursos alternados mejorados (ESRA) tiene la capacidad de evitar interferencia principal como lo hace el método SRA, y hace uso del conocimiento de la calidad de recepción en terminales para mejorar el funcionamiento y mantener la probabilidad de éxito de uno para paquete de transmisión. Como se discute con detalle en lo siguiente ESRA también proporciona una cobertura casi completa para un conjunto de parámetros típicos de radio y de sistema. Con referencia nuevamente a la figura 2, con la distribución de celda hexagonal regular, cada celda se divide en seis sectores, cada uno de los cuales es atendido por una antena BS con un ancho de haz de 60°, y las antenas terminales pueden tener anchura de haz más pequeño de 60° . En el método SRA, los intervalos de tiempo se agrupan en 6 submarcos y los sectores son marcados por uno a seis en contra de las manecillas del reloj , como se muestra en la figura 2. Los patrones de marcado de sector para celdas adyacentes se hacen girar 120°, lo que genera un grupo de tres celdas cuyos patrones pueden ser repetidos a través de todo el sistema. Nótese que el armazón de tiempo mostrado en la figura 2 es aplicable tanto a un enlace descendente como a un enlace ascendente, los cuales son proporcionados por TDD utilizando el mismo espectro. Cada uno de los sectores asigna intervalos de tiempo para transmitir paquetes hacia o desde sus terminales de acuerdo con una orden especial mostrada en la figura 3. Se supone que la BS es informada cuando una terminal necesita enviar paquetes, tal vez por medio de un canal de acceso múltiple separado o por solicitudes dobles. Por ejemplo, el sector 1 primero programa paquetes para transmisión en intervalos de tiempo del submarco 1 (indicado por a) . Si existe más tráfico para enviar, entonces utiliza el submarco 4 (£>) , el submarco 5(C), etc., hasta el submarco 6 { f) . El razonamiento detrás de este orden particular es como sigue. Si la interferencia debida a transmisión concurrente de paquetes en la misma celda puede ser tolerada, entonces después de utilizar todas las ranuras en el primer submarco a, el sector 1 debe utilizar el primer submarco del sector opuesto (sector 4) en la misma celda para hacer el mejor uso de las antenas direccionales BS . Siguiendo esto, se utilizan los intervalos de tiempo en los primeros submarcos para los sectores posteriores al sector opuesto. Para evitar la interferencia debido a patrones de superposición de antena de sectores vecinos, sus primeros submarcos se utilizan como el último recurso. Por sencillez (aunque causa una degradación de funcionamiento muy pequeña) , la figura 3 no muestra la asignación del lado izquierdo y derecho de los submarcos. El orden de asignación par el siguiente sector es "alternado" por una rotación a la derecha por un submarco basado en el orden para el sector previo. El orden de asignación, sin importar el sector asociado, generalmente se denomina como el orden "alternado". Es fácil ver de la figura 3 que si todos los sectores tienen carga de tráfico de menos de un sexto de la capacidad total del canal, todos los paquetes son transmitidos en submarcos de tiempo diferentes (etiquetados "a" en cada sector) , por lo que no se provoca interferencia dentro de la misma celda. Por supuesto, conforme se incrementa la carga de tráfico los paquetes serán transmitidos simultáneamente, y este incrementa el nivel de interferencia. No obstante, el orden alternado aprovecha las características de las antenas direccionales para permitir que las transmisiones múltiples de paquetes concurrentes y reduce al mismo tiempo la interferencia dentro de la celda . Además de manejar la interferencia dentro de la celda, el método SRA ayuda a evitar interferencia de fuentes principales en las celdas vecinas. Esto es particularmente válido también cuando la carga de tráfico es baja a moderada. Considérese el enlace descendente para el sector 1 en la celda media de ia figura 2. El sector 2 en la celda inferior y el sector 3 en la celda superior son las superficies principales de interferencia. Al examinar el orden alternado para el sector 1, 2 y 3 se nota que no transmitirán simultáneamente, y esto no interferirá entre si, con la condición de que cada uno tenga una carga de tráfico de menos de un tercio de la capacidad total del canal (es decir, utilizando únicamente los submarcos a y b para transmisión) . El mismo comentario también se aplica al enlace ascendente, en donde el sector 2 y 5 de la celda inferior en la figura 2 ahora se vuelven las fuentes principales de interferencia. Debido a la simetría del orden alternado y a la distribución de celdas, el comentario se aplica a cada sector en cada celda. Para un ambiente de radio dado y características de antena, se puede utilizar el método SRA junto con un mecanismo de control para mejorar el SIR y recibir extremos. Específicamente, el control limita las transmisiones de paquete únicamente en los primeros submarcos en el orden alternado para cada sector. Por ejemplo, si como máximo pueden enviarse simultáneamente tres paquetes por varias BS o antenas terminales en la misma celda para asegurar la calidad de recepción requerida en el ambiente dado, únicamente los intervalos de tiempo en los submarcos, a, b y c, como se indica en la figura 3 serían utilizados para transmisión en cada sector. El control limita el grado de transmisiones actuales y de esta manera la cantidad de interferencia, para obtener un SIR objetivo para la calidad de servicio deseable. El método ESRA puede incluir los siguientes componentes, descritos con detalle posteriormente: clasificación de terminal; selección de celda y sector; estructura de minimarco y mecanismo de programado; y selección de los tamaños de minimarco.

Clasificación de Terminal El método ESRA utiliza el mismo marcado de sector que el método SRA mostrado en las figuras 2 y 3. La idea básica de la clasificación de terminal en el método ESRA es categorizar terminales basadas en su capacidad para tolerar diversos grados de transmisiones de paquetes concurrentes de acuerdo con el orden alternado. La tolerancia depende de la calidad de recepción de las posiciones de terminal, lo cual a su vez depende de la distancia entre las BS y las terminales, la potencia de transmisión, las características de la antena, el terreno y el desvanecimiento. Para la distribución en la figura 2 con seis sectores por celda, existen seis niveles de transmisión concurrente. Correspondientemente, las terminales se categorizan en seis clases, indexadas de uno a seis. Como se muestra en la figura 3, cada marco de tiempo tiene 6 submarcos, indexados de 1 a 6. Supóngase que J^, es el índice del submarco mésimo para el sector i en el orden alternado. Por ejemplo, J?2 = 3, J32 = 6, 33 = 1 , 3,, = 5, J35 = 4 y 3^ = 2 para el sector 3 pues utiliza primero los intervalos en el submarco 3, 6, 1 y asi sucesivamente, como se muestra en la figura 2. Además, para c = 1,2, ..., 6, supóngase que Jc(j) c {1, 2, ..., 6} denota un conjunto de sectores permitidos para transmitir en el submarco j cuando cada sector puede utilizar únicamente el primero de los submarcos c en el orden alternado para transmisión (lo cual resulta en transmisiones concurrentes de paquetes c en cada celda). Por ejemplo, J2(l) = {l,4}, J3(l) = {1,4,3}, J4(3) = {3,6,5,1} e I5(3) = {3,6,5,1,2}. Supóngase que el sistema puede activar una de un conjunto de antenas BS para enviar una señal especial, tal como una vía para un tono piloto, para propósitos de medición. La figura 4 ilustra un procedimiento de clasificación para una terminal localizada en el sector i de acuerdo con una modalidad de la invención. Después de iniciar en la etapa 400, el proceso establece C = 6 y k = 1 en la etapa 410. El proceso después establece j = J1^ en la etapa 720. El sistema instruye a la antena BS en el sector i, en donde pertenece la terminal, a que transmita una señal especial. En la etapa 422, la fuerza de la señal recibida se mide en la posición de terminal . Posteriormente, las antenas BS para todos los sectores en Jc( ) se arreglan para transmitir simultáneamente y se mide la potencia recibida en la terminal, en la etapa 425. La SIR en la terminal en donde todos los sectores en Ic (j) transmiten, se puede obtener a partir de estas dos mediciones en la etapa 427. En la etapa 430, si la SIR es menor que un umbral requerido para detección satisfactoria de señal, el proceso continúa con la etapa 470. De otra manera, el proceso continúa con la etapa 440. En las etapas 440 y 480, la terminal es categorizada como una terminal clase C y el procedimiento se completa si 7c = C. En otras palabras, el sistema puede sostener la interferencia con las transmisiones concurrentes de paquete c de acuerdo con el orden alternado. De otra manera, en la etapa 450, se incrementa con 7c en 1 y el proceso avanza a la etapa 420 para verificar la SIR cuando se transmite en el siguiente submarco. Si en la etapa 470 C > 1, c* disminuye en 1 y 7c se ajusta a 1 en la etapa 460 antes de que se repita la etapa 420. De otra manera, en la etapa 485, la terminal no puede ser atendida por el método SRA debido a que la terminal es incapaz de satisfacer el umbral SIR —incluso cuando un paquete se transmite en cada celda a la vez. Por lo tanto, el procedimiento se detiene en la etapa 490. Para un ambiente típico de radio, no se puede atender a menos de 1.5% de terminales localizadas uniformemente por el método SRA. En estos casos, se pueden utilizar antenas terminales con una proporción FTB mejorada, o técnicas sofisticadas de procesamiento de señal digital para disminuir el requerimiento de SIR, para asegurar una recepción satisfactoria .

En la práctica, la clasificación de terminal se puede realizar cuando se instala el servicio en la posición terminal. Además, se debe actualizar periódicamente la clasificación de cada terminal para monitorear la calidad de recepción mediante mediciones y recolección de estadísticas. El monitoreo periódico sería útil debido a que el ambiente de radio tiende a cambiar con el tiempo debido a, por ejemplo, fluctuaciones estacionales y la adición de objetos colocados por el hombre en la trayectoria de radio.

Selección de Celda y Sector Es bien sabido que la selección de celda puede mejorar la calidad de la recepción de señal. Para tomar ventaja de la macrodiversidad en el método ESRA, cada terminal selecciona su celda y sector, los cuales no necesariamente pueden ser los más cercanos en distancia, de acuerdo al desvanecimiento y al algoritmo de programado en uso. Específicamente, para cada terminal, el método ESRA aplica el procedimiento de clasificación de terminal presentado antes para determinar una clase de terminal para varias combinaciones de sectores y celdas en la vecindad de la terminal. Después la terminal elige un sector de origen y la celda que proporciona la clase de terminal con el índice más grande (es decir, que pueda tolerar el grado más alto de transmisión concurrente) . Si las combinaciones múltiples de celdas y sectores proporciona la misma clase de terminal, se elige aquella con la SIR más elevada. Con esta clasificación y selección de terminales de celda y de sector, se pueden recibir con éxito paquetes para la terminal clase C, en lo que respecta a satisfacer la SIR requerida, si cada sector utiliza los primeros submarcos c en el orden alternado (lo cual proporciona transmisiones concurrentes de paquetes c en cada celda) . Por esta razón, la estructura de marco en la figura 2 puede ser modificada de manera que los paquetes para cada clase terminal ahora puedan transmitirse simultáneamente hasta el grado máximo tolerable de transmisiones concurrentes con el fin de mejorar el funcionamiento sin degradar la probabilidad de éxito de la recepción de paquete .

Estructura de marco y mecanismo de programado Cada marco de tiempo en el método ESRA consiste de seis submarcos, indexados de 1 a 6 en la figura 5. Cada submarco se divide adicionalmente en seis "minimarcos", los cuales también son marcados de 1 a 6. Cada minimarco con la misma etiqueta consiste de un número múltiple aunque fijo de intervalos de tiempo en cada submarco. Los tamaños de los minimarcos se eligen para coincidir con la demanda de tráfico esperada de las clases de terminal y cada sector utiliza los submarcos de acuerdo con el orden alternado, dado por "a" a "f" en la figura 5. Es importante hacer notar que los intervalos de tiempo de únicamente aquellos minimarcos marcados con una línea continua están disponibles para el sector correspondiente indicado en el lado izquierdo de la figura. Claramente, al variar de un submarco a otro, se permite que cada sector programe la transmisión de paquete en uno o más minimarcos en algunos submarcos, pero no en otros. Por ejemplo, el sector 2 puede utilizar todos los minimarcos del submarco 2, pero puede programar transmisiones únicamente en el minimarco 5 y 6 en el submarco 3. Los otros minimarcos en el submarco 3 no están disponibles para el sector 2. Existen grados diferentes de transmisión concurrente de paquete en diversos minimarcos. Para c = 1, 2, ..., 6, como tantos paquetes c son transmitidos simultáneamente durante el minimarco C en cada submarco. En un extremo, únicamente se transmite un paquete en cada celda durante el minimarco 1, mientras que en el otro extremo, hasta seis paquetes son enviados durante el minimarco 6. Los diferentes minimarcos permiten grados diferentes de las transmisiones concurrentes de paquetes. Por lo tanto., la estructura de minimarco es compatible con la clasificación de terminal debido a que los paquetes para las terminales C transmitidos en el minimarco C serán recibidos exitosamente según se verifica en el procedimiento de clasificación. De hecho, como se discute con detalle posteriormente, la transmisión de paquetes para la terminal clase 7c en el minimarco c con c < k, se refiere como "compartimiento mejorado", también se recibirá con éxito. En el método ESRA, el procedimiento mostrado en la figura 6 es solicitado para cada marco de tiempo en cada sector en cada celda para asignar intervalos de tiempo variables en el marco para paquetes pendientes para su transmisión. Una vez que un paquete es programado para transmisión en un intervalo de tiempo, el intervalo se vuelve no disponible para los otros paquetes . Después de comenzar en la etapa 600, el procedimiento establece c = 1 e i = c en la etapa 610. En la etapa 620, el sector programa paquetes pendientes de clase i terminal para transmisión en los intervalos de tiempo disponibles del minimarco C, comenzado desde el primer submarco en el orden alternado (indicado por a a f) y de acuerdo con la disponibilidad de minimarcos en los submarcos para el sector, como se muestra en la figura 5. El programado continua hasta que: (i) se han asignado todos los intervalos de tiempo disponibles en el minimarco c en la etapa 630; o (ii) se han programado todos los paquetes pendientes para la clase terminal para transmisión en la etapa 640. Si ocurre la condición (i), el proceso avanza a la etapa 660, de otra manera, el proceso avanza a la etapa 650.

En la etapa 660, si c < 6, entonces se incrementa c en 1 e i se ajusta a c en la etapa 670 antes de avanzar a la etapa 620. De otra manera, el procedimiento se detiene en 690 pues todos los intervalos de tiempo disponibles en el marco de tiempo han sido asignados. En la etapa 650, si i < 6, entonces i se incrementa en 1 y el proceso avanza a la etapa 620 para programar la transmisión de paquetes para la siguiente clase terminal en el minimarco C. De otra manera, el procedimiento se detiene en la etapa 690 pues todos los paquetes pendientes deben ser programados para transmisión. Resulta peor que en la medida en que estén disponibles intervalos de tiempo, los paquetes sean transmitidos por el compartimiento mejorado para mejorar adicionalmente la SIR en los extremos receptores.

Selección de Tamaños de Minimarco La estructura de minimarco puede ser considerada como una división del ancho de banda en "canales" múltiples lo que permite grados diferentes de transmisiones de paquete concurrentes tolerables en términos de SIR por diversas terminales. Para maximizar el funcionamiento del sistema, se deben elegir los tamaños de minimarco para que coincidan con la carga de tráfico desde las clases respectivas de terminal . Sin pérdida de generalidad, considérese que las terminales de todas las clases tienen una carga de tráfico idéntica. Supóngase que o-i es la fracción de terminales clase i (en relación al número total de terminales atendidas por el método ESRA) en la red completa para i = 1 a 6. Además, supóngase que Nt es el número "objetivo" de intervalos de tiempo en cada submarco de marco, el cual está determinado al considerar los requerimientos de retardo del paquete, programado de procesos generales y así sucesivamente. Además, supóngase que el minimarco i en cada submarco tiene r^ intervalos de tiempo. Como se explica con detalle con respecto a la figura 5, cada sector puede utilizar el minimarco i en i submarcos diferentes. Por lo tanto, para manejar la carga de tráfico uniforme entre terminales: en donde ß es proporcionalmente constante y el redondeo del número entero se ignora en el presente instante . Puesto que : la siguiente relación se mantiene: sustituyendo esto en la ecuación anterior, para ni, se obtiene que: en donde [x] indica el número entero más cercano a x. Con estos tamaños de minimarco, cada submarco tiene: N - ? n¡ intervalos de tiempo. El tamaño de marco es KN, en donde K es el número sectores en cada celda, el cual es igual a 6 para lo que hemos considerado .

Análisis de Funcionamiento del Método ESRA Utilizando el método de clasificación terminal descrito en la presente, las transmisiones de paquetes para cada clase terminal en su minimarco respectivo será exitosa. Esto es, la probabilidad de éxito de la transmisión de paquete es uno en lo que respecta a la satisfacción de un umbral SIR específico. Para analizar el funcionamiento de paquete para el método ESRA, supóngase que las terminales de todas las clases tienen cargas de tráfico idéntica y que siempre existen paquetes pendientes para transmitirse. En base en el tamaño de cada minimarso i, el funcionamiento máximo para las terminales clase i es in/KN paquetes por intervalo de tiempo en cada sector. Esto es debido a que: (1) cada sector puede transmitir durante el minimarco i en í diferentes submarcos de cada marco y (2) cada transmisión de paquetes para las terminales clase í en el minimarco i será exitosa por definición de clasificación de terminal. Por lo tanto, el funcionamiento máximo en cada sector para todas las clases de terminales es : ?n, N, a¡/i - S KN KN . C jPHANTOM 4 Ignorando el redondeo para el número entero, y aplicado el hecho de que a¡ = 1 y -Nt ~N, el funcionamiento máximo por sector se obtiene mediante Puesto que la probabilidad de éxito de la transmisión de paquetes para el método ESRA es uno, su funcionamiento está limitado únicamente por la disponibilidad de paquetes pendientes asociados con cada clase de terminal para una estructura de minimarco dada. Como una consecuencia deseable, una vez que se alcanza el funcionamiento máximo para tráfico suficiente, el incremento adicional de la carga de tráfico no provocará ninguna degradación en el funcionamiento. Aunque puede parecer que la división de ancho de bandas en minimarcos en el método ESRA puede llevar a pérdida de "eficiencia de troncal", nótese que los paquetes para las terminales clase 7c se pueden transmitir con éxito durante cualquier minimarco C disponible al sector asociado con q<7c. Cuando tal paquete es enviado en el minimarco, la SIR en realidad puede mejorarse en los extremos receptores. Tal reparto de minimarcos se denomina como "reparto mejorado" . Para demostrar la mejoría en SIR, supóngase que F es el umbral de SIR para una detección de señal correcta en un receptor. Además, utiliza Pj para denotar la señal recibida o la fuerza de interferencia desde la antena BS o sector j . Sin pérdida de generalidad, considérese una terminal en un sector particular i. Como en lo anterior, utilice J,,, para denotar el índice del submarco rrfsima en el orden alternado para uso por el sector i en la asignación de intervalo de tiempo. De acuerdo con la clasificación de terminal, la terminal está caracterizada que es de clase 7c si 7c es el número entero más grande de manera que : para todo = 1,2, ..., 7c y j = 1.,. Si un paquete para la terminal clase 7c en el sector i se transmite en el minimarco 1 < 7c, entonces la SIR en el receptor está dada por en donde j ' = ^ para algunos déme { 1, 2, ...,l} debido a que el sector puede provocar que los minimarcos 1 en cualquiera de los primeros submarcos 1 en el orden alternado. Puesto que 1 < k, lo cual indica grados diferentes de transmisión ocurrentes de paquetes, I? (j) = I¡c (j) para cualquier submarco j . Esto, ciertamente es válido para todos j = Jim con 27? = 1, 2, ..., 1. Al combinar esto y el hecho de que Ps = 0 , el denominador en la ecuación para F debe ser menor que o igual a aquel en la ecuación asociada con F, por lo tanto f > F. En otras palabras, el reparto mejorado, o la transmisión al paquete clase 7c en cualquier minimarco C con c < 7c puede satisfacer el umbral de detección SIR. Puesto que es posible que P3 = 0, o la transmisión en el nivel de potencia inferior, cuando un sector s no tiene tráfico suficiente para enviar, el reparto mejorado en realidad mejora la SIR en los receptores. En contraste, un análisis similar revela que la transmisión de paquetes clase 7c durante los intervalos de tiempo disponibles en el minimarco c* z 7c, a lo que se denomina "reparto degradado" no puede garantizar la SIR satisfactoria. Esto es, el reparto degradado no proporciona una transmisión exitosa de paquetes con probabilidad de uno. Por esta razón, el algoritmo de programación descrito con respecto a la figura 6 no incluye tal reparto. No obstante, el reparto degradado aún se puede aplicar a paquetes sin requerimientos de retardo estrecho. Esto es particularmente así si la BS puede programar paquetes clase 7c para transmisión en intervalos de tiempo en minimarco C > k cuando la carga de tráfico es lo suficientemente baja y el grado de transmisiones concurrentes de paquetes en los intervalos de tiempo se puede mantener para que no sea mayor de 7c. Es importante notar que las transmisiones de paquetes mediante el reparto degradado no tiene impactos sobre las transmisiones originales, o aquellas por reparto mejorado, debido a que el reparto degradado no incrementa el grado de transmisiones concurrentes. Por lo tanto, permanece sin ce io el nivel de interferencia. En el peor de los casos, si los paquetes no se reciben con éxito la primera vez por el reparto degradado, pueden ser retransmitidos en sus minimarcos correspondientes o mejorados.

.Resultados de Funcionamiento Numérico para el Método ESRA Los parámetros típicos de radio y antena y un modelo de simulación creado con OPNET, una herramienta de ingeniería auxiliada por computadora para redes y análisis de comunicación es desarrollado por MIL 3, Inc, of Washington, DC, se obtuvieron para obtener la fracción de terminales de diferentes clases. En base en las fracciones y en la suposición de un tráfico uniforme entre clases de terminal, los resultados después fueron aplicados para calcular el funcionamiento máximo de paquete para el método ESRA. Se utilizó una .distribución de celda hexagonal con dos antenas de elementos superpuestos con un total de 19 celdas. Esto es, una antena de elementos superpuestos exterior de 12 celdas se agrega a la configuración mostrada en la figura 2. Cada celda se divide en 6 sectores, cada uno de los cuales es atendido por una antena BS colocalizada en el centro de la celda. A menos que se especifique de otra manera, el ancho de banda (en donde la fuerza de la señal disminuye en 3 dB) de cada BS y la antena terminal es de 50° y 30°, respectivamente, mientras que cada antena de terminal apunta directamente a su antena BS . Se utilizaron patrones de antena prácticos, tales como uno mostrado en la figura 7. Aunque no se muestra el lóbulo trasero/lateral, la señal que llega al lóbulo trasero/lateral está atenuada de acuerdo con la proporción FTB. Debido a la superposición de patrones de antena, es probable que ciertas terminales, especialmente aquellas localizadas en el límite de sector, recibirán una cantidad significativa de interferencia desde los sectores vecinos. Cada trayectoria de radio entre un transmisor y un receptor está caracterizada por un modelo de pérdida de trayectoria con un exponente de 4 y un desvanecimiento de log normal. Para el enlace descendente, puesto que únicamente hay una trayectoria de radio entre todas las antenas BS en la misma celda (las cuales están colocalizadas) y cualquier terminal en la celda, la señal propuesta y la interferencia debe experimentar el mismo desvanecimiento log normal y pérdida de trayectoria. Sin embargo, el desvanecimiento desde las antenas BS en otras celdas se supone que es diferente e independiente. A menos que se establezca de alguna otra manera, las proporciones típicas FTB para BS y las antenas terminales (denotado por B y T) son 25 y 15 dB, respectivamente. La desviación estándar para el desvanecimiento de sombra es de 8 dB . Además, con esquemas estándar de modulación y ecualización, tales como el desplazamiento de clave de cuadratura de fase (QPSK) y la ecualización de retroalimentación de decisión (DFE) , se selecciona el umbral SIR para detección satisfactoria el cual estaría desde 10 hasta 15 dB, hasta un umbral SIR de 15 dB. Para cada transmisión de paquete, si la SIR en el receptor propuesto excedía el umbral, el paquete se considerada recibido exitosamente. Únicamente las estadísticas en la celda media eran recolectadas y los siguientes resultados se obtuvieron durante aproximadamente 1,000 terminales colocadas uniformemente a través del sector 1 de la celda central. Posterior al método de clasificación de la figura 4, la siguiente tabla 1 presenta la fracción de terminales en diversas clases para los umbrales SIR de 15 dB .

Tabla 1. Fracción de Terminales en Diversas Clases Clase de terminal Sin selección BS Con selección BS 1 0.1146 0.0813 2 0.5250 0.6375 3 0.0333 0.0479 4 0.0115 0.0208 5 0.0219 0.0292 6 0.1531 0.1698 Cobertura 0.8594 0.9864 Funcionamiento 0.3402 0.3610 Se incluyen los resultados con o sin BS y selección de sector, denominado como "selección de BS" brevemente. La suma de las fracciones para todas las clases proporciona la fracción total de terminales que pueden ser atendidas por el método ESRA, o "cobertura", puesto que el método ESRA puede eliminar la interferencia intraceldas completamente al permitir que únicamente un paquete de transmisión en cada celda a la vez, y la cobertura está determinada principalmente por la interferencia y desvanecimiento intercelda. Por otra parte, el funcionamiento máximo depende fuertemente de las fracciones de terminales en diversas clases. Esto es, un alto grado de transmisiones concurrentes tolerables resulta en mayor funcionamiento. Sin la selección BS, la cobertura es de 85.94%, el 14.06% de la restante de las terminales no puede ser atendido incluso cuando únicamente existe una transmisión de paquete en cada celda a la vez. En contraste, la cobertura se incrementa a 98.64% con selección BS debido a la macrodiversidad, y tal cobertura es adecuada en la práctica. También es interesante notar que la tabla 1 muestra que la mayor parte de las terminales están en la clase 2 y que las fracciones más pequeñas están en las clases 3 a 5. Esto es debido a que el orden alternado es particularmente bueno para evitar la interferencia dentro de la celda como entre celdas cuando cada sector transmite en los primeros dos submarcos en el orden. Sin embargo, para grados más elevados de transmisiones concurrentes, se incrementa la cantidad de interferencia dentro de la celda debido a los patrones de antena superpuestos entre sectores adyacentes en la misma celda. El 16.98% de las terminales clase 6 probablemente se localice cerca de BS con un desvanecimiento favorable y no son afectadas por sectores adyacentes . Las figuras 8 a 10 muestran el ancho de banda de antena y las proporciones FTB que pueden incidir en el funcionamiento del método ESRA. La figura 8 muestra el efecto que puede tener el ancho de la banda de la antena BS sobre el funcionamiento y alcance máximos. El alcance es insensible al ancho de banda, y el funcionamiento máximo puede mejorar si se reduce el ancho de banda de 60° a un valor más pequeño. Esto es debido a que un ancho de banda más estrecho reduce la interferencia de celdas y sectores vecinos. Un ancho de banda de aproximadamente 50° para la antena BS puede ser apropiado para atender un sector de 60°. El ancho de banda de la antena de terminal también varía de 10 a 40°, mientras se mantiene el ancho de antena de BS a 50° y otros parámetros del sistema no cambia. El funcionamiento ESRA tampoco es sensible al alcance del ancho de banda de antena terminal debido a que en la medida en que el ancho de banda es menor de 60°, cada antena de terminal se enfrenta al lóbulo delantero de la antena BS de un sector en las celdas vecinas de la primera antena de elementos superpuestos, lo cual contribuye a la mayor parte de la interferencia intercelda para la terminal . Como se muestra en la figura 9, la cual ilustra los impactos de funcionamiento debido a la proporción FTB de la antena BS, la cobertura es relativamente insensible a la proporción FTB de la antena BS . Por otra parte, conforme se incrementa la proporción FTB, disminuye la interferencia, lo que permite un alto grado de transmisiones concurrentes y mejoramiento del funcionamiento máximo del paquete. Sin embargo cuando la proporción FTB alcanza 25 dB, los incrementos adicionales de la proporción generan solo una mejoría de funcionamiento marginal debido a que otros parámetros, tales como la proporción FTB de antena terminal y el umbral SIR, se vuelven factores dominantes para determinar el funcionamiento.

En contraste, la figura 10 muestra que tanto el alcance como el funcionamiento dependen fuertemente de la proporción FTB para antenas terminales. Generalmente, cuando la proporción es alta, la interferencia entre celdas puede ser suprimida lo suficiente de manera que casi todas las terminales satisfagan el umbral SIR y las terminales puedan tolerar un alto grado de transmisiones concurrentes. Como resultado, tanto el alcance como el funcionamiento mejoran conforme mejora la proporción de FTB terminal . En resumen, el uso de minimarcos por parte del sistema ESRA puede aplicar diversos límites para controlar el grado de transmisiones concurrentes, dependiendo de la calidad de recepción y las posiciones de las terminales. Utilizando la clasificación y programas de terminal ESRA, las transmisiones de paquetes para todas las clases de terminales puede ser recibida exitosamente dado un umbral SIR específico. Esto está en contraste con la incertidumbre de la recepción de paquete exitoso para el método SRA, el enfoque TSRP y la mayor parte de los protocolos de acceso múltiple basados en contención. Además, el funcionamiento de ESRA es estable debido a su funcionamiento y transmisión exitosa de paquetes lo cual no se deteriora con una cantidad excesiva de tráfico. Por estas razones, el método ESRA puede ser utilizado incluso para tráfico de tiempo real tal como servicios de voz y de video. Además, la probabilidad de éxito para la transmisión de un paquete puede ayudar a simplificar el control de admisión de llamadas y el manejo de tráfico para asegurar un nivel deseado de QoS. El funcionamiento de ESRA depende de la categorización correcta de terminales. Conforme la calidad de una trayectoria de radio entre cualquier par de BS y la terminal puede variar con el tiempo, tal vez debido a fluctuación estacional u objetos elaborados por el hombre, la calidad de recepción puede ser monitoreada periódicamente y, cuando se necesite, una terminal puede ser reclasificada. Para manejar la fluctuación temporal, el método ESRA puede utilizar el enfoque de reparto mejorado para retransmitir paquetes (es decir, para asegurarse que los paquetes clase C son retransmitidos en el minimarco 7c con k < c) que no son recibidos apropiadamente la primera vez . Para un ambiente de radio razonable, el utilizar patrones de antena prácticos y parámetros de sistemas, el método ESRA proporciona 98.64% de alcance y genera un funcionamiento máximo de 36.10% por sector, con una probabilidad de éxito de uno para transmisión de paquetes. Aunque se han ilustrado, y descrito específicamente en la presente diversas . modalidades, se apreciará que las modificaciones y variaciones de la presente invención están cubiertas por las enseñanzas anteriores y dentro del alcance de las reivindicaciones anexas sin apartarse del espíritu y alcance propuesto de la invención. Por ejemplo, aunque se utiliza el sistema TDMA para ilustrar las diversas modalidades de la invención, se puede apreciar que otros sistemas están dentro del alcance de la invención. Similarmente, aunque diversas modalidades de la invención hacen referencia a estaciones de terminal fijas, se puede apreciar que las estaciones de terminal móviles pueden encontrarse dentro del alcance de la invención. Otro ejemplo incluye el número de sectores y celdas discutido en las diversas modalidades. Se puede apreciar que diferentes cantidades de sectores o celdas también se encuentran dentro del alcance de la invención. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el convencional para la manufactura de los objetos a que la misma se refiere. Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes:

Claims (38)

REIVINDICACIONS

1. Un método para operar un sistema de comunicaciones que tiene una pluralidad de sitios de comunicaciones y un área de servicio dividida en una pluralidad de sectores, el sistema de comunicaciones utiliza una pluralidad de submarcos de tiempo programados para evitar interferencia entre la pluralidad de sectores, cada submarco se divide adicionalmente en una pluralidad de minimarcos, el método está caracterizado porque comprende las etapas de: programar un primer grado de transmisiones de paquete concurrentes en un primer minimarco para una primera clase de sitios de comunicaciones localizados dentro de cada sector; programar un segundo grado de transmisiones de paquetes concurrentes en un segundo minimarco para una segunda clase de sitios de comunicaciones localizados dentro de cada sector, el grado de sector es diferente del primer grado; y comunicar los paquetes de acuerdo con el programa.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende la etapa de: clasificar la pluralidad de sitios de comunicaciones en una pluralidad de clases que incluyen la primera clase y la segunda clase.

3. El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la etapa de clasificar clasifica un sitio de comunicaciones basado en la calidad de recepción del sitio de comunicaciones.

4. El método de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque la etapa de clasificar clasifica un sitio de comunicaciones basado en la proporción de señal respecto a la interferencia del sitio de comunicaciones y por lo menos un umbral de la proporción de señal respecto a interferencia .

5. El método de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque la etapa de clasificar asigna un sitio de comunicaciones a la clasificación que tiene el grado más elevado de transmisión de paquete posible y que aún mantenga la probabilidad de éxito y umbral para la proporción de umbral de señal respecto a interferencia.

6. El método de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque la probabilidad de éxito umbral es uno.

7. El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la etapa de clasificación se realiza al principio de la operación de sistema de comunicaciones.

8. El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la etapa de clasificación se realiza periódicamente durante la operación del sistema de comunicaciones.

9. El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque los minimarcos en un submarco tienen tamaños diferentes.

10. El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque los minimarcos se les asigna un tamaño que se selecciona en base ai tráfico esperado desde la clase asociada de sitios de comunicaciones.

11. El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque los minimarcos se les asigna un tamaño que se selecciona en base al número de sitios de comunicaciones en las clases asociadas.

12. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las transmisiones de paquetes para una clase de sitios de comunicaciones pueden ser transmitidos en un minimarco alternativo asociado con otra clase de sitios de comunicaciones que tienen un grado menor de transmisión concurrente.

13. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque las transmisiones de paquetes para una clase de sitios de comunicaciones se transmiten en el minimarco alternativo mientras que el minimarco alternativo no está siendo utilizado hasta su capacidad.

14. El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque comprende además la etapa de : seleccionar un sector apropiado para un sitio de comunicaciones basado en la clasificación del sitio de comunicaciones en una pluralidad de sectores diferentes.

15. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las etapas de programado crean un programa de transmisión de información en exceso que indica cuando va a transmitirse información en exceso para un submarco inicial en otros de los submarcos y minimarcos .

16. El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque los otros submarcos se seleccionan de acuerdo a un orden especial .

17. El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque el orden especial se general al ordenar todos los submarcos desde un nivel mínimo de interferencia hasta un nivel máximo de interferencia.

18. El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque el orden especial se genera utilizando un protocolo de asignación de recursos alternado.

19. El método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque el área de servicio tiene una pluralidad de celdas, y cada celda tiene seis sectores.

20. El método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el sistema tiene seis submarcos, con cada sector dentro de una celda asignado a un submarco diferente.

21. El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque el patrón se genera al hacer girar cada celda 120°.

22. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque el submarco inicial para el sector 1 es el submarco 1, y el orden especial comprende los submarcos, cuatro, cinco, tres, dos y seis.

23. El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque cuando el submarco inicial es uno de los submarcos dos a seis, el protocolo de asignación de recursos alternados alterna el orden especial en un submarco, respectivamente.

24. El método de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque los sitios de comunicaciones se dividen en seis clases, cada una de las seis clases corresponde a uno de los seis submarcos.

25. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los sitios de comunicación son fijos.

26. Un método para reutilizar una frecuencia común en cada sector de un sistema de comunicaciones que tiene una pluralidad de sitios de comunicaciones, caracterizado porque comprende las etapas de: identificar las fuentes principales de interferencia de comunicaciones para los sitios de comunicaciones localizados dentro de cada sector; evaluar la calidad de las comunicaciones de cada uno de los sitios de comunicaciones localizados dentro de cada sector; y programar transmisiones de paquetes que incluyen la transmisión de paquete concurrente, en todos los sectores para evitar la interferencia de comunicaciones y para obtener una calidad de comunicaciones umbral .

27. El método de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque la etapa de programar programa transmisiones de paquete para maximizar las transmisiones de paquetes concurrentes dentro de una celda.

28. Un sistema de comunicaciones y que tiene una pluralidad de sitios de comunicaciones y un área de servicio dividido en una pluralidad de sectores, el sistema de comunicaciones utiliza una pluralidad de submarcos de tiempo programados para evitar interferencia entre la pluralidad de sectores, el sistema está caracterizado porque comprende: una primera clase de unidades de comunicaciones asociadas operablemente con un área de servicio para comunicación entre los sitios de comunicaciones utilizando por lo menos un submarco de tiempo; una segunda clase de unidades de comunicaciones asociada operablemente con el área de servicio para comunicación entre los sitios de comunicaciones utilizando por lo menos un submarco de tiempo; un programador para programar un primer grado de comunicaciones de paquete concurrentes para la primera clase de sitios de comunicaciones y programar un segundo grado de comunicaciones de paquete concurrentes para la segunda clase de sitios de comunicaciones, el segundo grado es diferente del primer grado.

29. El sistema de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque el programador genera un programa de transmisión de exceso de información.

30. El sistema de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque el programa de transmisión de exceso de información indica cuando se va a transmitir exceso de información para un submarco inicial, en los otros submarcos . >

31. El sistema de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado porque los otros submarcos se seleccionan de acuerdo a un orden especial.

32. El sistema de conformidad con la reivindicación 31, caracterizado porque el orden espacial se genera al ordenar todos los submarcos de subnivel mínimo de interferencia hasta un nivel máximo de interferencia.

33. El sistema de conformidad con la reivindicación 32, caracterizado porque el orden especial se genera utilizando un protocolo de asignación de recursos alternado.

34. El sistema de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado porque el área de servicio tiene una pluralidad de celdas y cada celda tiene seis sectores .

35. El sistema de conformidad con la reivindicación 34, caracterizado porque el sistema tiene seis submarcos, con cada sector dentro de una celda que utiliza un submarco diferente.

36. El sistema de conformidad con la reivindicación 35, caracterizado porque se genera un patrón al hacer girar cada celda 120°.

37. El sistema de conformidad con la reivindicación 36, caracterizado porque el submarco inicial para el sector uno es el submarco uno, y el orden especial comprende los submarcos cuatro, cinco, tres, dos y seis.

38. El sistema de conformidad con la reivindicación 37, caracterizado porque el submarco inicial son los submarcos dos a seis y el protocolo de asignación de recurso alternado alterna el orden especial en un submarco .