APARATO Y PROCEDIMIENTO PARA REDUCIR LA COLISIÓN DE MENSAJES ENTRE MÓVILES QUE ACCEDEN SIMULTÁNEAMENTE A UNA ESTACIÓN BASE EN UN SISTEMA DE COMUNICACIONES CELULARES DE CDMA.

Un procedimiento para el acceso inicial de una estación de comunicación en un sistema de comunicación de espectro ensanchado,

comprendiendo dicho procedimiento: seleccionar (178) al azar un canal de acceso entre una pluralidad de canales de acceso en dicho sistema de comunicación de espectro ensanchado; enviar (192) una pluralidad de sondas, separadas por periodos de espera predeterminados, a través de dicho canal de acceso, a dicha estación de comunicación, en donde dicha pluralidad de sondas se envía como una primera secuencia (122) de sondas, y enviar sucesivamente a continuación otras secuencias (124, 126) de sondas con otros sondas a dicha estación de comunicación, en donde cada una de dichas secuencias de sondas se envía aleatoriamente a través de uno de dichos canales de acceso; y terminar (200) dicho acceso inicial cuando se recibe una confirmación desde dicha estación de comunicación dentro de uno de dichos periodos de espera a continuación de cualquiera de dichas sondas en cualquiera de dichas secuencias de sonda

Aparato y procedimiento para reducir la colisión de mensajes entre estaciones móviles que acceden simultáneamente a una estación base en un sistema de comunicaciones celulares de CDMA

Antecedentes de la invención La presente invención se refiere a los sistemas telefónicos celulares. Más particularmente, la presente invención se refiere a un sistema para incrementar la fiabilidad del sistema telefónico celular en entornos que presentan unapropagación sustancial por trayectorias múltiples o en condiciones en las que un gran número de unidades telefónicas móviles tratan de acceder simultáneamente a una estación base.

Muchos sistemas de comunicaciones presentan varios transmisores que necesitan acceder aleatoriamente a uno omás receptores. Una red de área local (LAN) es un ejemplo de dicho sistema de acceso múltiple y un sistema telefónico celular es otro. En cualquiera de dichos sistemas, cuando varios transmisores tratan de transmitir simultáneamente, los mensajes pueden interferir o «colisionar» entre sí. Un receptor no puede diferenciar entre losmensajes implicados en la colisión.

Se describen dos protocolos de acceso múltiple, denominados comúnmente protocolos «Aloha» y «Aloha segmentado», en el documento de Bertsekas et al. Data Networks, capítulo 4, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, 1987. En el protocolo Aloha, cada transmisor puede transmitir un mensaje en cualquier momento. Si se detecta que elmensaje transmitido ha sufrido una colisión, el transmisor espera un tiempo de retardo aleatorio y vuelve a transmitirel mensaje. En el protocolo Aloha segmentado, todos los mensajes tienen cabida en un intervalo de tiempo de unaduración predeterminada. Si se detecta que el mensaje transmitido ha sufrido una colisión, el transmisor se mantieneen espera durante un retardo de un número aleatorio de intervalos de tiempo y vuelve a transmitir el mensaje. En ambos procedimientos, se introduce un retardo aleatorio para impedir que los transmisores retransmitan simultáneamente.

La utilización de la modulación de acceso múltiple por división del código (CDMA) es una de las diversas técnicaspara facilitar las comunicaciones en las que están presentes un gran número de usuarios del sistema. La utilizaciónde técnicas CDMA en un sistema telefónico celular se da a conocer en la patente estadounidense nº 5.056.031, titulada «Method and Apparatus for Controlling Transmission Power in a CDMA Cellular Telephone System»[“Procedimiento y Aparato para controlar la potencia de transmisión en un sistema telefónico celular de CDMA”], y enla patente estadounidense nº 5.103.459, titulada «System and Method for Generating Signal Waveforms in a CDMACellular Telephone System» [“Sistema y Procedimiento para generar ondas de señal en un sistema telefónico celularde CDMA”], cedidas ambas al cesionario de la presente invención.

En la patente mencionada anteriormente, se da a conocer una técnica de acceso múltiple en la que un gran númerode estaciones móviles, cada una de las cuales dispone de un transceptor, se comunican a través de estaciones base (conocidas también como «sedes celulares») utilizando señales de comunicación de espectro ensanchado de CDMA.Las estaciones base están conectadas con una oficina de conmutación de teléfonos móviles (MTSO) que, a su vez, está conectada con la red telefónica pública conmutada (PSTN) .

La utilización de técnicas de espectro ensanchado de CDMA aumenta al máximo el número de estaciones móvilesque pueden comunicarse simultáneamente con la estación base, ya que existe una misma banda de frecuenciascomún a todas las estaciones. Cada estación móvil tiene un código de pseudorruido (PN) que le ha sido asociado deforma unívoca y que la estación móvil utiliza para ensanchar su señal transmitida. En la patente indicadaanteriormente, este código de PN se denomina «código de PN largo». Una vez que se ha iniciado la llamada, es decir, cuando la estación base ha seleccionado el código de PN largo correspondiente a la estación móviltransmisora, la estación base puede recibir y desensanchar la señal transmitida por la estación móvil. Análogamente, la estación móvil puede recibir y desensanchar la señal transmitida por la estación base. En algunos sistemas, lasseñales pueden modularse también con un código de PN «piloto».

No obstante, para ciertos tipos de transmisiones, resulta ventajoso utilizar un código de PN largo común, en lugar de un código largo único para cada estación móvil. El mensaje transmitido por una estación móvil que trata de iniciaruna llamada es un ejemplo de dicha transmisión. Una estación móvil que desea iniciar llamadas puede transmitirtales peticiones por un «canal de acceso» común, utilizando un correspondiente código de PN común. La estaciónbase puede supervisar el canal de acceso, desensanchando la señal mediante este código de PN. Se utiliza el canalde acceso porque los mensajes, tales como los utilizados para iniciar una llamada, son relativamente cortos en comparación con las transmisiones de voz y porque un receptor podría supervisar más fácilmente una cantidadrelativamente baja de canales de acceso que la gran cantidad de «canales de tráfico» únicos a los cuales se asocianlas estaciones móviles mediante sus códigos únicos de PN largos.

El canal de acceso puede ser utilizado por la estación móvil, no sólo para iniciar una llamada, sino también paratransmitir cualquier tipo de información a la estación base en un momento que no sea durante una llamada que ya se ha iniciado. Por ejemplo, el canal de acceso puede ser utilizado por la estación móvil para responder a unallamada entrante, iniciada por una estación base, por un «canal de radiobúsqueda».

En cualquiera de las condiciones indicadas anteriormente, varias estaciones móviles pueden transmitirsimultáneamente por el canal de acceso. Cuando dos estaciones móviles están transmitiendo simultáneamente y noexiste propagación por trayectorias múltiples, las transmisiones llegan a la estación base separadas en el tiempo por un retardo igual a la diferencia del doble de la distancia entre cada estación móvil y la estación base. En la mayoríade las condiciones operativas, es improbable que un gran número de estaciones móviles estén situadas a distanciasexactamente iguales de las estaciones base. No obstante, los mensajes transmitidos simultáneamente sufriríancolisiones si dos o más estaciones están a la misma distancia. En la mayoría de las condiciones, la estación base

puede diferenciar entre las transmisiones porque el tiempo entre las llegadas de las transmisiones a la estación basesobrepasa un segmento de PN.

Algunas condiciones operativas tienden a generar colisiones. Es probable que ocurran colisiones cuando un grannúmero de estaciones móviles se acercan al borde de una célula simultáneamente, condición que provoca traspasosde las estaciones móviles. Las transmisiones en el canal de acceso llegan al mismo tiempo a la estación base, debido a que las estaciones móviles se hallan esencialmente a la misma distancia de la estación base cuando seencuentran en el borde de la célula.

También es posible que un gran número de usuarios móviles trate de iniciar llamadas simultáneamente por otrosmotivos, tal como después de un desastre natural. Las transmisiones simultáneas de múltiples estaciones móvilespor el canal de acceso pueden superar el caudal de tráfico máximo del procesador en la estación base.

La probabilidad de colisiones en el canal de acceso se incrementa con el incremento del número de estacionesmóviles y con el incremento de los reflejos de trayectorias múltiples. La propagación por trayectorias múltiplescomplica el problema, ya que, mientras las señales principales de dos transmisiones pueden estar separadastemporalmente por más de un segmento, los componentes de trayectorias múltiples de las transmisiones tal vez nolo estén. Además, como se expone en la patente estadounidense nº 5.109.390, en trámite junto con la presente, titulada «Diversity Receiver in a CDMA Cellular Mobile Telephone System» [“Receptor de diversidad en un sistemade telefonía móvil celular de CDMA”], concedida el 7 de noviembre de 1989, un receptor de diversidad de estaciónbase puede presentar varios correlacionadores que combinan los componentes de trayectorias múltiples recibidos para mejorar la calidad del mensaje. No obstante, pueden existir ambigüedades entre los componentes de trayectorias múltiples, que reducirían la eficacia del receptor de diversidad. Estos problemas... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para el acceso inicial de una estación de comunicación en un sistema de comunicación deespectro ensanchado, comprendiendo dicho procedimiento:

seleccionar (178) al azar un canal de acceso entre una pluralidad de canales de acceso en dicho sistema decomunicación de espectro ensanchado;

enviar (192) una pluralidad de sondas, separadas por periodos de espera predeterminados, a través de dicho canalde acceso, a dicha estación de comunicación, en donde dicha pluralidad de sondas se envía como una primerasecuencia (122) de sondas, y enviar sucesivamente a continuación otras secuencias (124, 126) de sondas con otrossondas a dicha estación de comunicación, en donde cada una de dichas secuencias de sondas se envía aleatoriamente a través de uno de dichos canales de acceso; y terminar (200) dicho acceso inicial cuando se recibe una confirmación desde dicha estación de comunicación dentrode uno de dichos periodos de espera a continuación de cualquiera de dichas sondas en cualquiera de dichassecuencias de sonda.

2. El procedimiento para el acceso inicial de una estación de comunicación según la reivindicación 1, en el cualdicha etapa de enviar una pluralidad de sondas, separadas por periodos de espera predeterminados, a través de dicho canal de acceso, a dicha estación de comunicación comprende:

enviar una pluralidad de sondas en niveles (216) crecientes de potencia a dicha estación de comunicación.

3. El procedimiento según la reivindicación 2, que incluye adicionalmente proporcionar periodos aleatorios de tiempode retardo de envío entre dicha pluralidad de sondas, en donde cada uno de dichos periodos de tiempo de retardode envío es más largo que cualquiera de dichos periodos de espera.

4. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 3, que incluye adicionalmente proporcionar untiempo de retardo correspondiente a un código único de identificación, retardando por ello dicho envío de dichapluralidad de sondas.

5. El procedimiento según la reivindicación 1, que incluye adicionalmente limitar las amplitudes de dichas sondas encada una de dichas secuencias de sondeo por debajo de un valor predeterminado.

6. El procedimiento según la reivindicación 1, que incluye adicionalmente proporcionar una prueba de persistenciaantes de enviar cada una de dicha pluralidad de secuencias de sondas a dicha estación de comunicación.

7. El procedimiento según la reivindicación 6, que incluye adicionalmente generar en dicha prueba de persistenciauna probabilidad aleatoria y comparar (176) dicha probabilidad aleatoria con un parámetro predeterminado.

8. Un aparato que incluye circuitos para el acceso inicial de una estación de comunicación en un sistema de comunicación de espectro ensanchado, que comprende:

medios (100) para seleccionar al azar un canal de acceso entre una pluralidad de canales de acceso en dichosistema de comunicación de espectro ensanchado;

medios (188, 164) para enviar una pluralidad de sondas, separados por periodos de espera predeterminados, através de dicho canal de acceso, a dicha estación de comunicación, en donde dicha pluralidad de sondas se envía como una primera secuencia (122) de sondas, y dichos medios para el envío son adicionalmente para enviarsucesivamente a continuación otras secuencias (124, 126) de sondas con otros sondeos a dicha estación decomunicación, en donde cada una de dichas secuencias de sondas se envía aleatoriamente a través de uno de dichos canales de acceso; y medios para terminar dicho acceso inicial cuando se recibe una confirmación desde dicha estación de comunicación dentro de uno de dichos periodos de espera a continuación de cualquiera de dichos sondeos en cualquiera dedichas secuencias de sondeo.

9. El aparato que incluye circuitos para el acceso inicial de una estación de comunicación en un sistema decomunicación de espectro ensanchado según la reivindicación 8, que comprende adicionalmente:

medios para enviar una pluralidad de sondas en niveles crecientes de potencia a dicha estación de comunicación.

10. El aparato según la reivindicación 9, que incluye adicionalmente medios para proporcionar periodos de tiempo deretardo de envío entre dicha pluralidad de sondas, en donde cada uno de dichos periodos de tiempo de retardo deenvío es más largo que cualquiera de dichos periodos de espera.

11. El aparato según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 10, que incluye adicionalmente medios para proporcionar un tiempo de retardo correspondiente a un código único de identificación, permitiendo por ello que dicho aparato retarde dicho envío de dicha pluralidad de sondas.

12. El aparato según la reivindicación 8, que incluye adicionalmente medios para limitar las amplitudes de dichossondas en cada una de dichas secuencias de sondas por debajo de un valor predeterminado.

13. El aparato según la reivindicación 8, que incluye adicionalmente medios para proporcionar una prueba depersistencia antes de enviar cada una de dicha pluralidad de secuencias de sondas a dicha estación de comunicación.

14. El aparato según la reivindicación 13, que incluye adicionalmente medios para generar, en dicha prueba depersistencia, una probabilidad aleatoria y comparar dicha probabilidad aleatoria con un parámetro predeterminado.