Способ и устройство высокоскоростной передачи пакетных данных

Способ и устройство высокоскоростной передачи пакетных данных

Реферат

 

Изобретение относится к передаче данных. В системе обмена данными, способной к передаче с переменной скоростью, высокоскоростная передача пакетных данных улучшает использование прямой линии и уменьшает задержку передачи. Передача данных по прямой линии мультиплексируется по времени, и базовая станция передает на самой высокой скорости передачи данных, поддерживаемой прямой линией, в каждый временной интервал одной мобильной станции. Скорость передачи данных определяется наибольшим измерением отношения C/I сигналов прямой линии, как они измерены на мобильной станции. При определении, что пакет данных принят с ошибками, мобильная станция передает обратно базовой станции сообщение NACK. Сообщение NACK приводит к повторной передаче пакета данных, принятого с ошибками. Пакеты данных могут быть приняты вне порядка следования при помощи использования последовательного номера для идентификации каждого элемента данных в пакетах данных. 5 н. и 70 з.п.ф-лы, 18 ил, 5 табл.

Предпосылки создания изобретения

I. Область изобретения

Настоящее изобретение относится к передаче данных. В частности, настоящее изобретение относится к новым и усовершенствованным способу и устройству высокоскоростной передачи пакетных данных.

II. Описание области техники

Для поддержания разнообразности прикладных программ требуется современная система связи. Одной из таких систем связи является система множественного доступа с кодовым разделением каналов МДКРК (CDMA), которая соответствует "Стандарту совместимости мобильная станция - базовая станция TIA/EIA/IS-95 для дуплексной широкополосной сотовой системы с расширенным спектром", далее называемому "стандарт IS-95". Система CDMA делает возможными голосовую связь и передачу данных между пользователями по наземной линии. Использование технологий CDMA в системе связи множественного доступа описано в патенте США №4,901,307, озаглавленном "Система связи множественного доступа с расширенным спектром, использующая спутниковые или наземные ретрансляторы", и патенте США №5,103,459, озаглавленном "Система и способ генерации сигналов в сотовой телефонной системе CDMA", оба из которых переданы тому же правопреемнику, которому передано настоящее изобретение, и которые включены здесь в качестве аналогов.

В этом описании "базовая станция" относится к аппаратным средствам, с которыми связывается мобильная станция. "Сота" относится к аппаратным средствам или географической зоне обслуживания, в зависимости от контекста, в котором используется данный термин. Сектор является разделом соты. Так как сектор системы CDMA имеет атрибуты соты, объяснения, изложенные в терминах сот, легко распространяются на сектора.

В системе CDMA сеансы связи между пользователями проводятся через одну или более базовых станций. Первый пользователь на одной мобильной станции связывается со вторым пользователем на второй мобильной станции путем передачи данных по обратной линии на базовую станцию. Базовая станция принимает данные и может направить данные на другую базовую станцию. Данные передаются по прямой линии связи той же базовой станцией или второй базовой станцией на вторую мобильную станцию. "Прямая линия" относится к передаче от базовой станции к мобильной станции, и "обратная линия" относится к передаче от мобильной станции к базовой станции. В системах IS-95 прямой линии связи и обратной линии связи выделены отдельные частоты.

Мобильная станция во время сеанса связи осуществляет связь с, по меньшей мере, одной базовой станцией. Мобильные станции CDMA способны осуществлять связь с многочисленными базовыми станциями одновременно во время мягкого перераспределения канала связи. Мягкое перераспределение канала связи представляет собой процесс установления линии связи с новой базовой станцией до разрыва линии связи с предыдущей базовой станцией. Мягкое перераспределение канала связи снижает до минимума вероятность прерванных звонков. Способ и система обеспечения связи с мобильной станцией через более чем одну базовую станцию во время процесса мягкого перераспределения канала связи описан в патенте США №5,267,261, озаглавленном "Мягкое перераспределение канала с помощью мобильной станции в сотовой телефонной системе CDMA", права на который переданы тому же правопреемнику, которому передано настоящее изобретение, и который включен здесь в качестве аналога.

В условиях растущей потребности в беспроводных приложениях для обработки данных все более значимой становится необходимость высокоэффективных беспроводных систем передачи данных. По стандарту IS-95 можно передавать данные трафика и голосовые данные по прямым и обратным линиям связи. Способ передачи данных трафика в кадрах кодового канала, имеющих фиксированный размер, подробно описан в патенте США №5,504,773, озаглавленном "Способ и устройство форматирования данных для передачи", права на который переданы тому же правопреемнику, которому передано настоящее изобретение, и который включен здесь в качестве аналога. Согласно стандарту IS-95 данные трафика или голосовые данные разделяются на кадры кодового канала, которые по ширине занимают 20 мс и имеют высокую скорость передачи данных до 14,4 Кбит/сек.

Значительное различие между предоставляемым сервисом по передаче голоса и сервисом по передаче данных состоит в том, что первый предъявляет строгие и фиксированные требования к задержке. В типичном случае общая односторонняя задержка кадров речи должна быть менее 100 мс. В противоположность этому задержка данных может стать переменной характеристикой, используемой для оптимизации эффективности системы обмена данными. Если говорить более конкретно, могут быть использованы более эффективные технологии кодирования с коррекцией ошибок, которые требуют значительно больших задержек, чем те, которые допускаются сервисом по передаче голоса. Примерная эффективная схема кодирования данных описана в заявке на патент США с серийным №08/743,688, озаглавленной "Декодер с выходным сигналом мягкого решения для декодирования кодовых комбинаций, кодированных с использованием свертки", зарегистрированной 6 ноября 1996, права на которую переданы тому же правопреемнику, которому передано настоящее изобретение, и которая включена здесь в качестве аналога.

Другим значительным различием между сервисом по передаче голоса и сервисом по передаче данных является то, что первый требует фиксированного и общего уровня обслуживания (GOS) для всех пользователей. В типичном случае для цифровых систем, предоставляющих сервис по передаче голоса, это означает фиксированную и равную скорость передачи для всех пользователей и максимальную допускаемую величину частоты появления ошибок в кадрах речи. В противоположность этому для сервиса по передаче данных уровень обслуживания может отличаться для разных пользователей и может быть оптимизируемым параметром для увеличения общей эффективности системы обмена данными. Уровень обслуживания системы обмена данными в типичном случае определяется как суммарная задержка, возникшая при пересылке заранее определенного объема данных, далее называемого "пакет данных".

Еще одно значительное различие между сервисом по передаче голоса и сервисом по передаче данных состоит в том, что первый требует надежной линии связи, которая в примерной системе связи CDMA обеспечивается при помощи мягкого перераспределения каналов связи. Мягкое перераспределение канала связи приводит к избыточным сеансам передачи от двух или более базовых станций для повышения надежности. Однако эта дополнительная надежность не требуется для передачи данных, так как пакеты данных, принятые с ошибками, могут быть переданы повторно. Для сервиса по передаче данных мощность передачи, используемая для поддержания мягкого перераспределения каналов связи, может быть более эффективно использована для передачи дополнительных данных.

Параметрами, которыми измеряется качество и эффективность системы передачи данных, являются задержка передачи, требуемая для пересылки пакета данных, и средняя пропускная способность системы. Задержка передачи не оказывает того же влияния на обмен данными, как в случае голосовой связи, но является важным критерием для оценки качества системы обмена данными. Средняя пропускная способность является мерой эффективности системы связи с точки зрения ее возможностей по передаче данных.

Хорошо известно, что в сотовых системах отношение сигнала к шуму и интерференции C/I для любого данного пользователя является функцией от его местоположения в зоне обслуживания. Для того чтобы поддерживать заданный уровень обслуживания, системы TDMA (многодистанционный доступ с временным разделением каналов) и FDMA (многодистанционный доступ с частотным разделением каналов) прибегают к технологиям повторного использования частоты, т.е. на каждой базовой станции используются не все частотные каналы и/или временные интервалы. В системе CDMA в каждой соте системы повторно используется одинаковое распределение частот, в результате чего улучшается общая эффективность. Отношение C/I, которого достигает мобильная станция любого данного пользователя, определяет скорость передачи информации, которая может поддерживаться для этой отдельной линии от базовой станции к мобильной станции пользователя. При данном конкретном способе модуляции и коррекции ошибок, используемом для передачи, который настоящее изобретение стремится оптимизировать для сеансов передачи данных, заданный уровень производительности достигается при соответствующем уровне C/I. Для идеальной сотовой системы с гексагональной конфигурацией сот и использованием общей частоты в каждой соте может быть вычислено распределение C/I, достигаемое в идеальных сотах.

Отношение C/I, достигнутое любым данным пользователем, является функцией потерь на трассе, которые для наземных сотовых систем достигают от r³ до r⁵, где r - расстояние до источника излучения. Более того, потери на трассе подвержены случайным вариациям из-за искусственных или природных препятствий на пути радиоволны. Эти случайные вариации в типичном случае моделируются как случайный процесс затенения с распределением по логарифмическому закону со стандартным отклонением 8 дБ. Результирующее распределение C/I, достигаемое для идеальной гексагональной сотовой конфигурации с антеннами базовой станции с круговой диаграммой направленности, законом распространения r⁴ и процессом затенения со стандартным отклонением 8 дБ, показано на Фиг.10.

Полученное распределение C/I может достигаться, только если в любой момент времени и в любом местоположении мобильная станция обслуживается лучшей базовой станцией, которая определяется как достигающая наибольшего значения C/I без учета физического расстояния до каждой базовой станции. Из-за случайной природы потерь на трассе, как описано выше, сигналом с наибольшим значением C/I может быть вовсе не сигнал, соответствующий минимальному физическому расстоянию от мобильной станции. В противоположность этому, если мобильная станция должна была связываться только через базовую станцию на минимальном расстоянии, отношение C/I может существенно ухудшаться. Следовательно, для мобильных станций выгодно всегда осуществлять связь через базовую станцию с наилучшим обслуживанием, в результате чего достигается оптимальное значение C/I. Можно также отметить, что диапазон значений достигнутого отношения C/I в вышеописанной идеальной модели, как показано на Фиг.10, таков, что разница между наибольшим и наименьшим значениями может достигать 10,000. При практической реализации диапазон в типичном случае ограничивается приблизительно величиной 1:100 или 20 дБ. Следовательно, базовая станция CDMA может обслуживать мобильные станции со скоростями передачи информационных битов, которые могут изменяться максимум в 100 раз, так как соблюдается следующее соотношение:

где R_b представляет собой скорость передачи информации конкретной мобильной станции, W - итоговая ширина полосы, занятой сигналом расширенного спектра, и Е_b/I_о - отношение энергии на бит к плотности интерференции, требуемое для достижения заданного уровня производительности. Например, если сигнал расширенного спектра занимает ширину полосы W 1,2288 МГц и для надежной связи требуется среднее значение Е_b/I_o, равное 3 дБ, то мобильная станция, которая достигает значения C/I 3 дБ относительно лучшей базовой станции, может осуществлять связь со скоростью передачи данных до 1,2288 Мбит/сек. С другой стороны, если мобильная станция подвержена существенной интерференции со стороны расположенных рядом базовых станций и может достигнуть только отношения C/I, равного -7 дБ, надежная связь не может поддерживаться со скоростью выше 122,88 Кбит/сек. Система связи, разработанная с целью оптимизации средней пропускной способности, таким образом, будет пытаться обслуживать каждого удаленного пользователя через базовую станцию с наилучшим обслуживанием и при наивысшей скорости передачи данных Rb, которую надежно может поддерживать удаленный пользователь. Система обмена данными по настоящему изобретению использует изложенную выше особенность и оптимизирует пропускную способность по передаче данных от базовых станций CDMA к мобильным станциям.

Общее описание изобретения

Настоящее изобретение представляет собой новые и усовершенствованные способ и устройство высокоскоростной передачи пакетов данных в системе CDMA. Настоящее изобретение повышает эффективность системы CDMA путем предоставления средств для передачи данных по прямым и обратным линиям. Каждая мобильная станция осуществляет связь с одной или более базовыми станциями и сканирует каналы управления в период связи с базовыми станциями. Каналы управления могут использоваться базовыми станциями для передачи небольших объемов данных, сообщений вызова, адресованных отдельной мобильной станции, и трансляции сообщений всем мобильным станциям. Сообщение вызова информирует мобильную станцию о том, что базовая станция имеет большой объем данных для передачи мобильной станции.

Задачей настоящего изобретения является усовершенствование использования емкости прямых и обратных линий связи в системе передачи данных. При приеме сообщений вызова от одной или более базовых станций мобильная станция измеряет отношение сигнала к шуму и интерференции (C/I) для сигналов прямой линии (например, пилотных сигналов прямой линии) в каждом временном интервале и выбирает лучшую базовую станцию, используя группу параметров, которая может включать текущие и предыдущие измерения C/I. В примерном варианте изобретения в каждом временном интервале мобильная станция передает выбранной базовой станции по выделенному каналу запроса данных (DRC) запрос на передачу с наивысшей скоростью, которую надежно может поддерживать измеренное C/I. Выбранная базовая станция передает данные, в пакетах данных, со скоростью передачи данных, не превышающей скорость, принятую от мобильной станции по каналу DRC. При передаче в каждый временной интервал от лучшей базовой станции достигается улучшенная пропускная способность и задержка передачи.

Другой задачей настоящего изобретения является улучшение производительности путем передачи от выбранной базовой станции мобильной станции на пиковой мощности передачи в течение одного или более временных интервалов со скоростью передачи данных, запрошенной мобильной станцией. В примерной системе связи CDMA базовые станции работают с заранее определенным коэффициентом потери (например, 3 дБ) от доступной мощности передачи, чтобы учесть вариации при функционировании. Таким образом, средняя мощность передачи составляет половину пиковой мощности. Однако в настоящем изобретении, так как происходит планирование высокоскоростных сеансов передачи данных и мощность в типичном случае не распределяется (например, по сеансам передачи), нет необходимости учитывать коэффициент потерь от доступной пиковой мощности передачи.

Еще одной задачей настоящего изобретения является повышение эффективности путем разрешения базовыми станциям передавать пакеты данных каждой мобильной станции в течение переменного числа временных интервалов. Способность передавать от различных базовых станций поинтервально позволяет системе обмена данных по настоящему изобретению быстро приспосабливаться к изменениям рабочей обстановки. Кроме того, согласно настоящему изобретению имеется возможность передавать пакеты данных по несоприкасающимся временным интервалам благодаря использованию последовательного номера для идентификации элементов данных в пакете данных.

Еще одной задачей настоящего изобретения является увеличение гибкости путем направления пакетов данных, адресованных отдельной мобильной станции, от центрального контроллера всем базовым станциям, которые являются членами активной группы для мобильной станции. В настоящем изобретении передача данных может происходить от любой базовой станции из активной группы для мобильной станции в каждый временной интервал. Так как каждая базовая станция включает очередь, содержащую данные, которые должны быть переданы мобильной станции, эффективная передача по прямой линии может происходить с минимальной задержкой обработки.

Еще одной задачей настоящего изобретения является предоставление механизма повторной передачи для элементов данных, принятых с ошибками. В примерном варианте изобретения каждый пакет данных содержит заранее определенное число элементов данных, каждый из которых идентифицируется последовательным номером. При неправильном приеме одного или более элементов данных мобильная станция посылает отрицательное подтверждение (NACK) по каналу данных обратной линии связи, указывающее последовательные номера пропущенных элементов данных для повторной передачи от базовой станции. Базовая станция принимает сообщение NACK и может повторно передать элементы данных, принятые с ошибками.

Еще одной задачей настоящего изобретения является выбор для мобильной станции кандидатов на лучшую базовую станцию для связи на основе процедуры, описанной в заявке на патент США с серийным №08/790,497, озаглавленной "Способ и устройство выполнения мягкого перераспределения канала связи в беспроводной системе связи", зарегистрированной 29 января 1997, права на которую переданы тому же правопреемнику, которому передано настоящее изобретение, и которая включена здесь в качестве аналога. В примерном варианте настоящего изобретения базовая станция может добавляться в активную группу для мобильной станции, если принятый пилотный сигнал выше заранее определенного порога добавления, и исключаться из активной группы, если пилотный сигнал ниже заранее определенного порога исключения. По другому варианту изобретения базовая станция может добавляться в активную группу, если дополнительная энергия базовой станции (например, как измерено при помощи пилотного сигнала) и энергия базовых станций, уже находящихся в активной группе, превышает заранее определенный порог. При использовании этого альтернативного варианта базовая станция, чья передаваемая энергия составляет несущественный процент от суммарной принятой мобильной станцией энергии, не добавляется в активную группу.

Еще одной задачей настоящего изобретения является передача мобильными станциями запросов скорости передачи данных по каналу DRC, таким образом, что только станция, выбранная из базовых станций, находящихся на связи с мобильной станцией, способна распознать сообщения DRC, в результате чего гарантируется, что передача по прямой линии связи в любой заданный временной интервал производится от выбранной базовой станции. В примерном варианте изобретения каждой базовой станции, находящейся на связи с мобильной станцией, присваивается уникальный код Уолша. Мобильная станция покрывает сообщение DRC кодом Уолша, соответствующим выбранной базовой станции. Для покрытия сообщений DRC могут использоваться и другие коды, хотя в типичном случае применяются ортогональные коды, и коды Уолша являются предпочтительными.

Краткое описание чертежей

Отличительные признаки, задачи и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из изложенного далее подробного описания, рассмотренного совместно с чертежами, для которых использованы одинаковые сквозные ссылочные обозначения элементов и где

Фиг.1 - схема системы передачи данных по настоящему изобретению, включающей множество сот, множество базовых станций и множество мобильных станций;

Фиг.2 примерная блок-схема подсистем системы передачи данных по настоящему изобретению:

Фиг.3А-3В - блок-схемы примерной архитектуры прямой линии связи по настоящему изобретению;

Фиг.4А - схема примерной структуры кадра прямой линии связи по настоящему изобретению,

Фиг.4В-4С - схемы примерного канала прямого трафика и канала управления мощностью соответственно;

Фиг.4D - схема перфорированного пакета по настоящему изобретению;

Фиг.4Е-4G - схемы двух примерных форматов пакетов данных и капсулы канала управления соответственно;

Фиг.5 - примерная временная диаграмма, показывающая высокоскоростную передачу пакета по прямой линии;

Фиг.6 - блок-схема примерной архитектуры обратной линии связи по настоящему изобретению;

Фиг.7А - схема примерной структуры кадра обратной линии связи по настоящему изобретению;

Фиг.7В - схема примерного канала доступа обратной линии связи;

Фиг.8 - примерная временная диаграмма, показывающая высокоскоростную передачу данных по обратной линии связи;

Фиг.9 - примерная диаграмма состояния, показывающая переходы между различными рабочими состояниями мобильной станции; и

Фиг.10 - схема итоговой функции распределения (CDF) для распределения отношения C/I в идеальной гексагональной сотовой конфигурации.

Подробное описание предпочтительных вариантов изобретения

Согласно примерному варианту системы передачи данных по настоящему изобретению передача данных по прямой линии связи происходит от одной базовой станции одной мобильной станции (см. Фиг.1) со скоростью, равной или близкой к максимальной скорости передачи данных, которая может поддерживаться прямой линией связи и системой. Передача данных по обратной линии связи может происходить от одной мобильной станции к одной или более базовым) станциям. Вычисление максимальной скорости передачи данных для передачи по прямой линии связи подробно описано ниже. Данные разделяются на пакеты данных, при этом каждый пакет данных передается за один или более временных интервалов (или просто интервалов). В каждом временном интервале базовая станция может направить передаваемые данные любой мобильной станции, которая находится на связи с базовой станцией.

Сначала мобильная станция устанавливает связь с базовой станцией, используя заранее определенную процедуру доступа. В этом соединенном состоянии мобильная станция может принимать данные и управляющие сообщения от базовой станции и способна передавать данные и управляющие сообщения базовой станции. Мобильная станция, следовательно, проверяет прямую линию связи на передаваемую информацию от базовых станций из активной группы для мобильной станции. Активная группа содержит список базовых станций, находящихся на связи с мобильной станцией. Если говорить более конкретно, мобильная станция измеряет отношение сигнала к шуму и интерференции (C/I) пилотного сигнала прямой линии от базовых станций из активной группы для того уровня сигнала, который принят мобильной станцией. Если принятый пилотный сигнал выше заранее определенного порога добавления или ниже заранее определенного порога исключения, мобильная станция сообщает об этом базовой станции. Последующие сообщения от базовой станции соответственно указывают мобильной станции добавить в ее активную группу базовую станцию (станции) или удалить ее из группы. Различные рабочие состояния мобильной станции описаны ниже.

Если данные для пересылки отсутствуют, мобильная станция возвращается в состояние ожидания и прекращает передачу информации о скорости данных базовой станции (станциям). Пока мобильная станция находится в состоянии ожидания, она проверяет канал управления от одной или более базовых станций из активной группы на наличие сообщений поискового вызова.

Если имеются данные, которые должны быть переданы мобильной станции, данные посылаются центральным контроллером всем базовым станциям из активной группы и сохраняются в очереди на каждой базовой станции. Затем одной или более базовыми станциями по соответствующим каналам управления мобильной станции посылается сообщение поискового вызова. Базовая станция может передавать все такие сообщения поискового вызова в одно и то же время через несколько базовых станций для того, чтобы гарантировать прием, даже если мобильная станция переключается между базовыми станциями. Мобильная станция демодулирует и декодирует сигналы на одном или более каналах управления для приема сообщения поискового вызова.

При декодировании сообщений поискового вызова и для каждого временного интервала до завершения передачи данных мобильная станция измеряет C/I сигналов прямой линии от базовых станций из активной группы для того уровня сигнала, который принят мобильной станцией. Отношение C/I сигналов прямой линии может быть получено путем измерения соответствующих пилотных сигналов. Мобильная станция затем выбирает лучшую базовую станцию на основе группы параметров. Группа параметров может включать текущие и предыдущие измерения C/I и частоту ошибок на бит или частоту ошибок на пакет. Например, лучшая базовая станция может быть выбрана, исходя из наибольшего измеренного C/I. Мобильная станция затем идентифицирует лучшую базовую станцию и передает выбранной базовой станции сообщение запроса данных (далее называемое "сообщение DRC") по каналу запроса данных (далее называемому "канал DRC"). Сообщение DRC может содержать запрошенную скорость передачи данных или в другом случае указание качества канала прямой линии (например, само по себе измерение C/I, частоту ошибок на бит или частоту ошибок на пакет). В примерном варианте изобретения мобильная станция может направить передачу сообщения DRC отдельной базовой станции, используя код Уолша, который уникально идентифицирует базовую станцию. Символы сообщения DRS суммируются по модулю 2 (логическая операция ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ) с уникальным кодом Уолша. Так как каждая базовая станция из активной группы для мобильной станции идентифицируется уникальным кодом Уолша, то только выбранная базовая станция, которая выполняет операцию ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, идентичную операции, выполненной мобильной станцией, с правильным кодом Уолша, может правильно декодировать сообщение DRC. Базовая станция использует информацию управления скоростью от каждой мобильной станции для эффективной передачи данных прямой линии связи с наивысшей возможной скоростью.

В каждом временном интервале базовая станция может выбрать любую из поисково-вызванных мобильных станций для передачи данных. Базовая станция затем определяет скорость передачи данных, на которой нужно передавать данные выбранной мобильной станции, исходя из самого последнего значения сообщения DRC, принятого от мобильной станции. Кроме того, базовая станция уникально идентифицирует передачу конкретной мобильной станции, используя расширяющий код, который уникален для этой мобильной станции. В примерном варианте изобретения этот расширяющий код представляет собой длинный псевдошумовой - ПШ (PN) код, который определяется стандартом IS-95.

Мобильная станция, для которой предназначен пакет данных, принимает передаваемые данные и декодирует пакет данных. Каждый пакет данных содержит множество элементов данных. В примерном варианте изобретения элемент данных содержит восемь бит информации, хотя могут быть заданы и другие размеры элемента данных, и они находятся в пределах настоящего изобретения. В примерном варианте изобретения каждый элемент данных ассоциирован с последовательным номером и мобильные станции способны идентифицировать либо пропущенные, либо дублирующие сеансы передачи. В таких случаях мобильные станции сообщают через канал данных обратной линии последовательные номера пропущенных элементов данных. Контроллеры базовых станций, которые принимают сообщения о данных от мобильных станций, затем указывают всем базовым станциям, находящимся на связи с данной конкретной мобильной станцией, какие элементы данных не были приняты мобильной станцией. Базовая станция затем планирует повторную передачу таких элементов данных.

Каждая мобильная станция в системе передачи данных по обратной линии связи может осуществлять связь с многочисленными базовыми станциями. В примерном варианте система передачи данных по настоящему изобретению поддерживает на обратной линии связи мягкое перераспределение канала связи и более мягкое перераспределение канала связи по нескольким причинам. Во-первых, мягкое перераспределение канала связи не занимает дополнительной емкости на обратной линии связи, но позволяет мобильным станциям передавать данные на минимальном уровне мощности, так что, по меньшей мере, одна из базовых станций может надежно декодировать данные. Во-вторых, прием сигналов обратной линии связи большим количеством базовых станций увеличивает надежность передачи и лишь требует дополнительных аппаратных средств на базовых станциях.

В примерном варианте изобретения емкость прямой линии связи системы передачи данных по настоящему изобретению определяется запросами скорости от мобильных станций.

Дополнительный выигрыш в емкости прямой линии может быть достигнут при использовании направленных антенн и/или самонастраивающихся фильтров пространственных частот. Примерные способ и устройство для обеспечения направленных передач описаны в находящихся на одновременном рассмотрении заявке на патент США с серийным №08/575,049, озаглавленной "Способ и устройство определения скорости передачи данных в многопользовательской системе связи", зарегистрированной 20 декабря 1995, и заявке на патент США с серийным №08/925,521, озаглавленной "Способ и устройство для обеспечения ортогональных сфокусированных лучей, секторов и пикосот", зарегистрированной 8 сентября 1997, права на обе из которых переданы тому же правопреемнику, которому передано настоящее изобретение, и которые включены здесь в качестве аналогов.

I. Описание системы

Если обратиться к чертежам, на Фиг.1 представлена примерная система передачи данных по настоящему изобретению, которая содержит многочисленные соты 2а-2g. Каждая сота 2 обслуживается соответствующей базовой станцией 4. По системе передачи данных рассредоточены различные мобильные станции 6. В примерном варианте изобретения каждая из мобильных станций 6 осуществляет связь с не более чем одной базовой станцией 4 по прямой линии в каждый временной интервал, но может быть на связи с одной или более базовыми станциями 4 по обратной линии, в зависимости от того, находится ли мобильная станция 6 в режиме мягкого перераспределения канала связи. Например, базовая станция 4а передает данные исключительно мобильной станции 6а, базовая станция 4b передает данные исключительно мобильной станции 6b, и базовая станция 4с передает данные исключительно мобильной станции 6с по прямой линии связи во временном интервале n. На Фиг.1 сплошная линия со стрелкой указывает передачу данных от базовой станции 4 мобильной станции 6. Пунктирная линия со стрелкой указывает, что мобильная станция 6 принимает пилотный сигнал, но не передачу данных от базовой станции 4. Для простоты связь по обратной линии на Фиг.1 не показана.

Как показано на Фиг.1, каждая базовая станция 4 предпочтительно передает данные одной мобильной станции 6 в любой данный момент. Мобильные станции 6, особенно те, которые расположены у границы соты, могут принимать пилотные сигналы от многочисленных базовых станций 4. Если пилотный сигнал выше заранее определенного порога, мобильная станция 6 может запросить, чтобы базовая станция была добавлена в активную группу для мобильной станции 6. В примерном варианте изобретения мобильная станция 6 может принимать передачу данных от нуля членов активной группы или от одного члена этой группы.

На Фиг.2 показана блок-схема, иллюстрирующая основные подсистемы системы обмена данными по настоящему изобретению. Контроллер базовой станции 10 сопряжен с интерфейсом пакетной сети 24, коммутируемой телефонной сетью общего пользования PSTN 30 и всеми базовыми станциями 4 в системе обмена данными (для простоты на Фиг.2 показана только одна базовая станция 4). Контроллер базовой станции 10 координирует связь между мобильными станциями 6 и другими пользователями, соединенными с интерфейсом пакетной сети 24 и PSTN 30. PSTN 30 сопряжена с пользователями через стандартную телефонную сеть (на Фиг.2 не показана).

Контроллер базовой станции 10 содержит много селекторных узлов 14, хотя для простоты на Фиг.2 показан только один. Один селекторный узел 14 предназначен для управления связью между одной или более базовыми станциями 4 и одной мобильной станцией 6. Если селекторный узел 14 не был выделен мобильной станции 6, процессор управления звонками 16 информируется о необходимости поискового вызова мобильной станции 6. Процессор управления звонками 16 затем указывает базовой станции 4 осуществить поисковый вызов мобильной станции 6.

Источник данных 20 содержит данные, которые должны быть переданы мобильной станции 6. Источник данных 20 предоставляет данные интерфейсу пакетной сети 24. Интерфейс пакетной сети 24 принимает данные и направляет данные селекторному узлу 14. Селекторный узел 14 посылает данные каждой базовой станции 4, находящейся на связи с мобильной станцией 6. Каждая базовая станция 4 поддерживает очередь данных 40, содержащую данные, которые должны быть переданы мобильной станции 6.

В примерном варианте изобретения на прямой линии связи "пакет данных" относится к заранее определенному объему данных, который не зависит от скорости передачи данных. Пакет данных форматируется при помощи других контрольных и кодирующих бит и кодируется. Если передача данных происходит по многочисленным каналам Уолша, кодированный пакет демультиплексируется на параллельные потоки и каждый поток передается по одному каналу Уолша.

Данные посылаются в пакетах данных из очереди данных 40 канальному узлу 42. Для каждого пакета данных канальный узел 42 вставляет необходимые контрольные поля. Пакет данных, контрольные поля, биты последовательности для проверки кадра и биты концевой комбинации составляют форматированный пакет. Канальный узел 42 затем кодирует один или более форматированных пакетов и перемежает (или переупорядочивает) символы внутри кодированных пакетов. После этого прошедший перемежение пакет скремблируется при помощи скремблирующей последовательности, покрывается покрытиями Уолша и расширяется при помощи длинного PN кода и коротких PN_I и PN_Q кодов. Расширенные данные квадратурно модулируются, фильтруются и усиливаются передатчиком в ВЧ блоке 44. Сигнал прямой линии передается в эфире через антенну 46 по прямой линии 50.

На мобильной станции 6 сигнал прямой линии принимается антенной 60 и направляется к приемнику во входном каскаде 62. Приемник фильтрует, усиливает, квадратурно демодулирует и квантует сигнал. Оцифрованный сигнал подается в демодулятор (DEMOD) 64, где он сжимается при помощи длинного PN кода и коротких PN_I и PN_Q кодов, раскрывается при помощи покрытий Уолша и дескремблируется при помощи идентичной скремблирующей последовательности. Демодулированные данные подаются в декодер 66, который выполняет действия, обратные операциям обработки сигнала, осуществленным на базовой станции 4, а именно операции деперемежения, декодирования и проверки кадра. Декодированные данные подаются в приемник данных 68. Аппаратные средства, как описано выше, поддерживают сеансы передачи данных, рассылку сообщений, голосовую, видео и другую связь по прямой линии свя