ES2293465T3 - Procedimiento y aparato para proporcionar comunicaciones de datos a alta velocidad en un entorno celular. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para la comunicación de datos entre una estación móvil (6A) y una estación base (1) localizadas en una celda en un sistema de comunicaciones sin hilos que tiene una pluralidad de celdas, comprendiendo el procedimiento: la selección de una velocidad de codificación para una transmisión de datos a un nivel de potencia fijado sobre un intervalo de tiempo predeterminado; la selección de una cantidad de datos para la mencionada transmisión de datos a un nivel de potencia fijado sobre el mencionado intervalo predeterminado; la selección de un formato de modulación para la mencionada transmisión de datos a un nivel de potencia fijado sobre el mencionado intervalo de tiempo predeterminado; la codificación y la modulación de la cantidad seleccionada de datos de acuerdo con la velocidad de codificación seleccionada y el formato de modulación seleccionado para la transmisión de datos; en el que al menos una de las velocidades de codificación seleccionadas, el formato de modulación seleccionado y la cantidad de datos seleccionada se basa en un presupuesto de enlace para la transmisión de datos entre la estación móvil y la estación base, en el que el presupuesto de enlace incluye un parámetro que indica la transmisión al nivel de potencia fijado; y en el que las celdas están agrupadas en conjuntos de celdas no adyacentes y cualquiera de las celdas no adyacentes dentro de un conjunto pueden transmitir de manera simultánea.
Description
Procedimiento y aparato para proporcionar
comunicaciones de datos a alta velocidad en un entorno celular.
La presente invención se refiere a sistemas de
comunicaciones. De manera más particular, la presente invención se
refiere a un procedimiento y a un aparato novedoso y mejorado para
proporcionar datos a alta velocidad en un entorno de comunicaciones
celulares sin hilos.
A medida que ha avanzado la tecnología de las
comunicaciones, se ha producido un aumento drástico en la demanda
de servicios de datos a alta velocidad en un entorno sin hilos. El
uso de modulación de acceso múltiple por división de código (CDMA)
es una de las varias técnicas para proporcionar la transmisión
digital sin hilos que es muy adecuada para la transmisión de datos
digitales. Otros procedimientos de transmisión digital sin hilos
incluyen el acceso múltiple por división en el tiempo (TDMA) y el
acceso múltiple por división en frecuencia (FDMA).
Sin embargo, la técnica de modulación de
espectro expandido de CDMA tiene ventajas significativas distintas
a otras técnicas digitales de modulación. El uso de técnicas CDMA en
un sistema de comunicaciones de acceso múltiple se describe en la
patente de los Estados Unidos número 4.901.307, titulada "Sistema
de comunicaciones de acceso múltiple de espectro expandido que usa
repetidores por satélite o terrestres", transferida al cesionario
de la presente invención e incorporada por referencia a este
documento. El uso de técnicas CDMA en un sistema de comunicaciones
de acceso múltiple se describe de manera adicional en la patente de
los Estados Unidos número 5.103.459, titulada "Sistema y
procedimiento para generar formas de onda de señal en un sistema de
telefonía celular CDMA", transferida al cesionario de la presente
invención e incorporada por referencia a este documento. El
procedimiento para proporcionar comunicaciones digitales sin hilos
que usen modulación CDMA fue normalizado por parte de la Asociación
de la Industria de las Telecomunicaciones (TIA) en
TIA/EIA/IS-95-A Norma de
Compatibilidad de Estación Móvil - Estación Base para Sistemas
Celulares de Espectro Expandido de Banda Ancha en Modo Dual (de
aquí en adelante denominada IS-95).
Los sistemas de comunicaciones sin hilos
actuales solamente pueden acomodarse a tasas de transmisión
relativamente bajas. Además, los sistemas de comunicaciones sin
hilos actuales no han sido optimizados para la transmisión de datos
digitales, sino que más bien se han optimizado para la transmisión
de información de voz. Por lo tanto, existe una necesidad en la
industria de un procedimiento para proporcionar datos digitales de
alta velocidad en un entorno sin hilos.
Se dirige una atención adicional al documento
WO-A-92/22162 que describe un
sistema radio que está diseñado de esta forma para permitir que
cada par de transceptores pueda valorar la calidad del enlace, y
modificar la constelación de la señal de acuerdo con la calidad del
enlace. Cada transceptor supervisa la calidad del canal mediante la
valoración de la intensidad de la señal recibida, o la tasa de error
de bit, o ambas. El sistema está adaptado de manera específica a la
transmisión dúplex por división en el tiempo (TDM) sobre canal de
desvanecimiento rápido. En cada bloque de datos, el primer bit es
una señal QPSK (4QAM) que indica qué constelación se ha de usar.
Se dirige también la atención al documento
WO-A-95/28814 que se refiere a un
procedimiento para adaptar la interfaz aire en un sistema de
comunicaciones radio hacia móviles para proporcionar intercambios de
señal digital bidireccionales entre al menos un móvil y al menos
una estación base, proporcionando el mencionado sistema al menos
dos modos de codificación, cada uno de los modos correspondiendo a
una codificación de fuente predeterminada y a una codificación de
canal para la transmisión de una señal útil, para cada dirección de
transmisión, cada codificación de fuente correspondiente a una tasa
de flujo útil dada, y cada codificación de canal correspondiente a
una producción de codificación dada, y por lo tanto a una tasa total
de flujo dada para una codificación de fuente dada; durante una
comunicación entre un móvil y una estación base, se llevan a cabo
dos análisis distintos de la calidad de la transmisión, para cada
dirección de transmisión respectivamente, y para cada una de las
mencionadas direcciones de transmisión, uno de los mencionados modos
de codificación se selecciona como una función del correspondiente
análisis de la calidad de la transmisión.
De acuerdo con la presente invención se
proporcionan un procedimiento y un aparato para la comunicación de
datos como los que se declaran en las reivindicaciones 1 y 5. Las
realizaciones de la invención se reivindican en las
reivindicaciones dependientes.
La presente invención es un procedimiento y un
aparato novedosos y mejorados para la transmisión de datos
digitales en un entorno celular. En la presente invención, se evita
que celdas adyacentes del sistema celular estén transmitiendo datos
de manera simultánea. De esta forma, si una primera estación base en
un lado del límite de la celda se encuentra transmitiendo, entonces
una segunda estación base en el otro lado del límite de la celda se
encuentra en silencio durante todo el período de transmisión de la
primera estación base. Como el ruido de las transmisiones de celdas
adyacentes es una fuente principal de interferencia, la tasa de
transmisión de las estaciones base limitadas en potencia se puede
ver aumentada de una manera drástica cuando el ruido se elimina el
ruido de las celdas adyacentes.
En la presente invención, todas las
transmisiones provenientes de una estación base se transmiten a un
nivel de potencia fijado y las transmisiones a cada una de las
estaciones abonadas de la celda se transmiten en ráfagas que no se
solapan. De esta forma, cuando una estación base se encuentra
transmitiendo, sus transmisiones están dirigidas a una estación de
abonado dentro de la celda, permitiendo el poder usar la cantidad
completa de potencia disponible para transmitir datos a esa
estación de abonado lo que maximiza la velocidad de datos disponible
para la estación de abonado.
Por razones de claridad, se debe hacer notar que
se hace referencia en este documento a dos velocidades
independientes pero relacionadas. Una es la velocidad de
información que se refiere a la velocidad de bits de información
generados por el usuario. La segunda es la tasa de transmisión que
es la velocidad de los bits transmitidos sobre el aire.
Cuando las transmisiones se hacen a un nivel de
potencia fijado, la cantidad de información que se puede transmitir
entre la estación base y la estación de abonado varía con factores
de presupuesto del enlace que son bien conocidos en la técnica. El
factor de presupuesto de enlace más significativo en un sistema de
comunicaciones sin hilos es la pérdida de trayecto entre la
estación base y la estación de abonado. La pérdida de trayecto es
una función fuerte de la distancia entre la estación base y la
estación de abonado.
En la presente invención, las transmisiones a
cada una de las estaciones de abonado se hacen a un nivel de
potencia de transmisión fijado. Sin embargo, la velocidad de la
información de las señales transmitidas se diferencia dependiendo
de la distancia entre la estación de abonado y la estación base. En
la primera realización ejemplar, la velocidad de información de las
transmisiones a una estación de abonado viene determinada por medio
de la selección de una velocidad de codificación para la señal
transmitida mientras se conserva constante la tasa de transmisión.
En la segunda realización ejemplar, la velocidad de información de
las transmisiones a una estación de abonado viene determinada por
medio de la selección de un formato de modulación para la señal
transmitida que cambia directamente la tasa de transmisión de la
transmisión a una estación de abonado.
Las características, objetos y ventajas de la
presente invención serán más aparentes a partir de la descripción
detallada dada a continuación cuando se tome junto con los dibujos
en los que idénticos caracteres de referencia se identifican de
manera correspondiente a lo largo de todo el documento y en los
que:
La figura 1 es una ilustración de un diagrama de
celda típico para un área geográfica;
La figura 2 es una ilustración de la
interrelación del controlador de estación base, las estaciones base
y las estaciones de abonados;
La figura 3 es una ilustración de un diagrama de
temporización de ejemplo y de formatos de trama de la presente
invención;
La figura 4 es un diagrama de bloques que
ilustra una celda en la presente invención;
La figura 5 es un diagrama de bloques que
ilustra la estación base de la presente invención;
La figura 6 es un diagrama de bloques que
ilustra la estación de abonado de la presente invención; y
La figura 7 es una ilustración de una celda
dividida en un gran número de sectores estrechos.
En la siguiente descripción, se usa el mismo
número de referencia para describir tanto la celda o área a la que
una estación base da servicio como la propia estación base. En la
presente invención, está prohibido que dos celdas adyacentes
transmitan de manera simultánea. De esta forma, en la figura 1,
cuando la estación base 1 está transmitiendo, entonces se evita que
las estaciones base 2A-2F transmitan. El ruido
experimentado (N_{0}) por una estación base que transmita en un
entorno celular se describe por medio de la ecuación (1)
siguiente:
(1)N_{0} =
N_{b} + N_{m} + N_{t} +
N_{r},
donde, N_{b} es el ruido
proveniente de las estaciones base de celdas adyacentes, N_{m} es
la interferencia de las reflexiones multitrayecto y N_{t} es el
ruido térmico en el sistema y N_{r} tiene en cuenta todas las
demás fuentes de
ruido.
\newpage
El valor de ruido (N_{0}) limita la cantidad
de información que se puede transmitir en un sistema de
comunicaciones sin hilos de potencia limitada. La presente invención
elimina el ruido de celdas adyacentes, N_{b}, evitando que
cualquiera de dos celdas adyacentes transmitan de manera simultánea.
Además, como una estación base transmite solamente a una estación de
abonado a la vez, toda su energía disponible se puede usar para las
transmisiones a esa única estación de abonado. Mediante la reducción
del ruido total (N_{0}) y mediante el incremento de la potencia
disponible para la transmisión a una estación de abonado dada, se
aumenta de manera considerable la velocidad de información
disponible para transmisiones a la estación de abonado.
Con referencia a la figura 2, el controlador de
estación base (BSC) 4 controla el funcionamiento de un gran número
de estaciones base dentro de un área geográfica. En la presente
invención, el BSC 4 coordina la transmisión por las estaciones base
1, 2A-2F y 3A-3L, de forma que no
hay dos celdas adyacentes que estén transmitiendo de manera
simultánea. En la presente invención, el BSC 4 envía una señal a una
estación base seleccionada de entre las estaciones base 1,
2A-2F y 3A-3L, dirigiendo a la
estación base seleccionada para que transmita durante un intervalo
de tiempo predeterminado.
En una implementación preferida, las celdas se
agrupan en conjuntos de celdas no adyacentes en las que cualquiera
de las celdas dentro de ese conjunto pueden transmitir de manera
simultánea. Por ejemplo, un primer conjunto de celdas no adyacentes
pueden consistir en las celdas 2A, 2C, 2E, 3C, 3K y 3G. Un segundo
conjunto de celdas no adyacentes puede consistir en las celdas 2B,
2D, 2F, 3A, 3E y 3I. En esta implementación preferida, el BSC 4
selecciona el subconjunto de celdas no adyacentes que pueden
transmitir y cualquier celda o todas las celdas dentro de ese
conjunto de celdas no adyacentes pueden transmitir durante ese ciclo
de trama.
Con referencia al diagrama de temporización de
la figura 3, el BSC 4 envía un mensaje de transmisión a la estación
base 1 en el instante 0. En la implementación preferida, el BSC 4
envía un mensaje a todas las estaciones base del conjunto de
estaciones base no adyacentes que incluye a la estación base 1. En
respuesta a ese mensaje, la estación base 1 transmite durante el
intervalo de tiempo que va desde 0 a T. En el instante de tiempo T,
el BSC 4 envía un mensaje de transmisión a la estación base 2A
dirigiendo a la estación base 2A para que transmita durante el
intervalo de tiempo entre el instante T y el instante 2T. Este
proceso se repite para cada estación base de las estaciones base
2B-2F como se muestra en la figura 3. En el instante
de tiempo 7T, el BSC 4 envía un mensaje a la estación base 1 que
transmite durante el intervalo de tiempo entre el instante 7T y
8T.
Nótese que cuando una de las estaciones base
2A-2F están transmitiendo, es posible que un
subconjunto de estaciones base 2A-2F estén
transmitiendo, hasta que ninguna de dos estaciones base compartan un
límite de celda común. Por ejemplo, cuando la estación base 2A esté
transmitiendo, entonces las celdas 1, 2B, 3F, 3E, 3D y 2F no pueden
transmitir porque son adyacentes a la celda 2A. Sin embargo, las
celdas 2C-2F pueden transmitir durante este período
porque no son adyacentes a la celda 2A. En una realización
preferida, los intervalos de tiempo para la transmisión son los
mismos para reducir la complejidad de la gestión de coordinar las
transmisiones de las estaciones base del sistema. Se debería notar
que el uso de intervalos de tiempo variables se prevé como
unaposibilidad.
En la realización ejemplar mostrada en la figura
3, el ciclo de transmisión de las celdas sigue un patrón
determinístico sencillo. Se comprende que en el ciclo de transmisión
determinístico sencillo, no es necesario que la estación base
funcione bajo el control del BSC 4 porque cada estación base puede
transmitir a intervalos predeterminados sin el control del BSC 4.
En una realización preferida, el ciclo de transmisión no viene
determinado por un patrón determinístico sencillo tal como el que
se ilustra en la figura 3.
En la realización preferida, el BSC 4 selecciona
una estación base o un conjunto de estaciones base que no sean
adyacentes que vayan a transmitir de acuerdo con la cantidad de
información en cola para su transmisión en la estación base o en el
conjunto de estaciones base no adyacentes. En la realización
preferida, el BSC 4 supervisa la cantidad de mensajes que están en
una cola mantenida por cada estación base o conjunto de estaciones
base no adyacentes y selecciona la estación base para transmitir en
base a la cantidad de datos en las colas.
Dentro de cada una de las celdas puede haber una
pluralidad de estaciones de abonado, cada una de las cuales
requiere la transmisión de datos a las mismas por parte de la
estación base que da servicio a esa celda. En la realización
ejemplar, la estación base designa la identidad de la estación de
abonado a la que esté transmitiendo por medio de una cabecera. Con
referencia a la figura 3, en el primer intervalo de tiempo (instante
de 0 a T), la estación base 1 transmite a una estación base de
abonado seleccionada. En la realización ejemplar, cada trama es de
2 ms de duración. Los datos transmitidos se proporcionan con una
cabecera que identifica a la estación base de abonado
seleccionada.
En una implementación alternativa, cada celda se
divide en sectores estrechos en los que cada sector se puede
transmitir de manera independiente de transmitir a cualquier otro
sector de la celda. Esto se puede llevar a cabo por medio de
antenas altamente directivas cuyo diseño es bien conocido en la
técnica. La figura 7 ilustra una celda 600 a la que da servicio la
estación base 510, que se divide en los sectores
500A-500O. En esta realización, cada celda del
sistema de comunicaciones que está sectorizada de manera similar
transmite a un sector aleatorio o a un subconjunto de sectores de
la misma. La probabilidad de solapar transmisiones simultáneas
provenientes de sectores adyacentes es pequeña mientras que cada una
de las celdas esté dividida en un número suficientemente grande de
sectores.
Se debe hacer notar que, con referencia a la
figura 3, todas las transmisiones de enlace directo se proporcionan
a la misma energía E_{0}, que de manera típica sería la máxima
energía de transmisión permitida por las reglamentaciones
gubernamentales. La ecuación (2) siguiente ilustra un análisis de
presupuesto de enlace general que describe la interrelación de
parámetros en un sistema de comunicaciones sin hilos con una
potencia fija (E_{0}):
(2)E_{0} =
R(bits/s) (dB) + (E_{b}/N_{0})req (dB) + L_{S}
(dB) + L_{O}
(dB)
donde E_{0} es la energía de
transmisión fija de la estación base, R es la tasa de transmisión,
(E_{b}/N_{0})req es la relación señal a ruido requerida
para una tasa de error dada, L_{S} son las pérdidas de trayecto en
decibelios y L_{O} son las otras pérdidas en decibelios. Las
pérdidas de trayecto L_{S} dependen fuertemente de la distancia
entre la estación base y la estación de abonado. En la presente
invención, la tasa de transmisión R, o la relación señal a ruido
requerida (E_{b}/N_{0})req se varían en base a la
distancia entre la estación de abonado y la estación
base.
Con referencia a la figura 4, tres estaciones de
abonado 6A, 6B y 6C se encuentran dentro de los límites de la celda
10 y como tales se les da servicio por medio de la estación base 1.
Las distancias a las estaciones de abonado 6A, 6B y 6C son r1, r2 y
r3 respectivamente. En una realización alternativa, se puede usar
una distancia efectiva en donde la distancia efectiva es una
métrica que se selecciona de acuerdo con las pérdidas de trayecto
entre la estación base 1 y la estación de abonado receptora. Los
expertos en la técnica comprenderán que la distancia efectiva está
relacionada, aunque no es la misma, con la distancia física entre la
estación base y la estación de abonado. La distancia efectiva es
una función tanto de la distancia física como de la dirección del
trayecto de propagación.
Con referencia de nuevo a la ecuación (2), se
puede ver que los efectos de las diferencias en las pérdidas de
trayecto (L_{S}) se pueden desplazar conservando todo lo demás
constante mediante el cambio del valor de
(E_{b}/N_{0})req. El valor de (E_{b}/N_{0})req
depende de las técnicas de detección y corrección de errores
empleadas para proteger los datos transmitidos. La velocidad de
codificación se refiere a la relación de la salida del número de
símbolos binarios por el codificador respecto de la entrada del
número de bits dentro del codificador. En general, cuanto más alta
es la velocidad de codificación del sistema de transmisión, mayor
es la protección de los datos transmitidos y más baja es la relación
señal a ruido requerida de la señal (E_{b}/N_{0})req. De
esta forma, en una primera realización ejemplar de la presente
invención, la velocidad de codificación para las transmisiones a
estaciones de abonado se selecciona en base a la distancia entre la
estación de abonado y la estación base. Como los sistemas de
comunicaciones están limitados en ancho de banda, la velocidad de
codificación más alta empleada da como resultado un rendimiento de
procesado de datos más bajo del sistema.
En la ecuación (2) se puede ver que los efectos
en las diferencias en las pérdidas de trayecto (L_{S}) también
pueden ser desplazadas mediante el cambio del valor de la tasa de
transmisión, R. La tasa de transmisión, R, viene dada por la
siguiente ecuación:
(3)R = R_{S}
\cdot log_{2}
M,
donde R_{S} es el número de
símbolos transmitidos y M es el número de símbolos en la
constelación de modulación. De esta forma, si la distancia entre la
estación base y la estación de abonado es grande, la tasa de
transmisión, R, se reduce. En la presente invención, la tasa de
transmisión se varía por medio del cambio del formato de modulación
a uno con más o menos símbolos en la constelación de modulación.
Visto esto, cuando la distancia entre la estación base y la
estación de abonado es pequeña, la tasa de transmisión, R se ve
incrementada. En la segunda realización ejemplar, la velocidad de
símbolo se fija por medio de la selección de un formato de
modulación. La velocidad de información es la velocidad a la que se
transmiten los bits reales de información de usuario sin
codificar.
Suponiendo que la distancia física y las
distancias efectivas estén relacionadas de una manera cercana, la
estación base 1 transmitirá a una velocidad de información más baja
a la estación de abonado 6A que lo que lo hará a una estación de
abonado 6B, ya que la distancia efectiva a la estación de abonado 6A
es más larga que la distancia efectiva a la estación de abonado
6B.
En la realización ejemplar, cada estación de
abonado transmite un mensaje que indica su localización a la
estación base que da servicio a la celda en la que está localizada.
En una realización alternativa, la estación de comunicaciones puede
usar procedimientos de posicionamiento que son bien conocidos en la
técnica para estimar la localización de la estación de abonado. En
una realización alternativa, la estación base usa una distancia
efectiva que se determina de acuerdo con una medida de las pérdidas
de trayecto entre la estación base y la estación de abonado. La
medida de las pérdidas de trayecto se pueden realizar por medio de
la transmisión de una señal de una potencia conocida desde la
estación base y midiendo la potencia recibida en la estación de
abonado. De manera similar, la medida de las pérdidas de trayecto se
puede realizar mediante la transmisión de una señal de una potencia
conocida desde la estación de abonado y midiendo la potencia
recibida en la estación base. Se debe hacer notar que las
referencias a la distancia entre la estación base y la estación de
abonado se aplican de igual manera a la distancia física y a la
distancia efectiva en base a las pérdidas de trayecto medidas.
En la presente invención la velocidad de
codificación inicial o el formato de modulación inicial se
seleccionan y se proporcionan inicialmente durante el procedimiento
de configuración del servicio. Entonces se hace un seguimiento de
la distancia. Si se produce como resultado un cambio suficiente en
los resultados de la distancia durante el servicio, se selecciona
una nueva velocidad de codificación o formato de modulación de
acuerdo con la nueva distancia.
En la primera realización ejemplar, la estación
base selecciona una velocidad de codificación de acuerdo con la
distancia entre la estación base y la estación de abonado. La
estación base transmite una indicación de la velocidad de
codificación seleccionada a la estación de abonado receptora. La
estación de abonado receptora, de acuerdo con la velocidad de
codificación seleccionada, selecciona un formato de descodificación
apropiado para el uso con la velocidad de codificación
seleccionada.
En la segunda realización ejemplar, la estación
base selecciona un formato de modulación en base a la distancia
entre la estación base y la estación de abonado. La estación base
transmite después una indicación del formato de modulación
seleccionado a la estación de abonado receptora. La estación de
abonado receptora, de acuerdo con el formato de modulación
seleccionado, configura el demodulador apropiado para la recepción
de la señal modulada de acuerdo con el formato de modulación
seleccionado.
En la figura 5 se ilustra un diagrama de bloques
de la realización ejemplar de la estación base 1. En la figura 6 se
ilustra un diagrama de bloques de una realización ejemplar de una
estación de abonado 6A.
En la primera realización ejemplar, la velocidad
de codificación para las transmisiones a una estación de abonado se
selecciona de acuerdo con la distancia entre la estación base y la
estación de abonado. De esta forma, la velocidad de la información
se varía con la tasa de la transmisión, R, que se mantiene fija
mediante la selección de una velocidad de entre una pluralidad de
velocidades de codificación. Primero, la estación de abonado 6A se
registra con la estación base 1. En el proceso de registro, la
estación móvil 6A alerta a la estación base 1 de su existencia y
realiza tareas básicas de configuración de sistema como bien se
conoce en la técnica. En la Patente de los Estados Unidos número
5.289.527 titulada "Procedimiento de registro de dispositivo de
comunicaciones móviles" que está transferida al cesionario de la
presente invención y que se incorpora al presente documento por
referencia, se describe una realización ejemplar para el registro de
dispositivo.
En la realización ejemplar, el generador de
señal 218 de la estación de abonado 6A genera un mensaje que indica
su localización y que proporciona el mensaje al subsistema de
transmisión 216. El subsistema de transmisión 216 codifica, modula,
convierte a una frecuencia superior y amplifica el mensaje y
proporciona el mensaje a través del duplexor 201 para la
transmisión a través de la antena 200. El mensaje de localización es
recibido por la antena 120 y se proporciona al subsistema receptor
118. El subsistema receptor 118 amplifica, convierte a una
frecuencia más baja, demodula y descodifica el mensaje de
localización recibido y lo proporciona al controlador de
transmisión 104.
En la realización ejemplar de la presente
invención, la estación móvil 6A transmite un mensaje que indica su
localización a la estación base 1 durante el proceso de registro.
Además, en la realización ejemplar, la estación de abonado 6A hace
un seguimiento de su propio movimiento y si la distancia cambia al
menos una cierta cantidad, la estación de abonado 6A transmite una
indicación de su nueva localización. Como se ha descrito con
anterioridad, se pueden emplear procedimientos alternativos para
determinar la localización de la estación de abonado o
procedimientos basados en la medida de las pérdidas de trayecto. En
la realización ejemplar, la información de la localización se
proporciona al controlador de transmisión 104 de la estación base 1,
que calcula la distancia entre la estación base 1 y la estación de
abonado 6A.
El controlador de transmisión 104 selecciona una
velocidad de codificación de acuerdo con la distancia entre la
estación de abonado 6A y la estación base 1. En una realización
preferida, las distancias entre la estación base 1 y la estación de
abonado 6A se cuantifican a valores discretos como se ilustra en la
figura 4. Con referencia a la figura 4, todas las estaciones de
abonado que están localizadas entre la estación base 1 y el círculo
7A recibirían información a una primera velocidad de codificación.
Todas las estaciones de abonado que están localizadas entre el
círculo 7A y el círculo 7B recibirían información a una segunda
velocidad de codificación. Todas las estaciones de abonado que
estén localizadas entre el círculo 7B y el círculo 7C recibirían
información a una tercera velocidad de codificación. Por ejemplo,
con referencia a la figura 4, la estación base 1 puede usar un
código de 1/2 de velocidad cuando se transmite a la estación de
abonado 6B que está cerca a la estación base 1. Sin embargo, la
estación base 1 puede usar un código de 1/8 de velocidad cuando
transmita a la estación de abonado 6A que esté alejada de la
estación base 1.
Si la distancia entre la estación base y la
estación de abonado es grande, se seleccionará una velocidad de
codificación más alta. Mientras que cuando la distancia entre la
estación base y la estación de abonado sea pequeña, se seleccionará
una velocidad de codificación más baja. Los procedimientos de
corrección y de detección de errores empleados en la estación de
abonado 6A permitirán una relación señal a ruido requerida más baja,
(E_{b}/N_{0})req, para una tasa de error dada. Cuanto más
baja sea la velocidad de codificación, mayor será el número de
errores que se puedan corregir y menor la relación señal a ruido
requerida (E_{b}/N_{0})req.
En la primera realización ejemplar, el
controlador de transmisión 104 selecciona la velocidad de
codificación como se ha descrito con anterioridad y envía una
indicación de la velocidad seleccionada a la estación de abonado
6A. en la realización ejemplar, se transmite el mensaje que indica
la velocidad de codificación sobre un canal de radiobúsqueda
durante el proceso de registro. Los canales de radiobúsqueda se usan
en sistemas de comunicaciones sin hilos para enviar mensajes cortos
desde una estación base a una estación de abonado. En una
realización preferida, el sistema de comunicaciones permite a la
estación base 1 cambiar la velocidad de codificación por medio de
posteriores mensajes transmitidos sobre el canal de tráfico. Una
razón para proporcionar para el cambio de la velocidad de
codificación es permitir cambios en la localización de la estación
de abonado 6A.
En la realización ejemplar, el mensaje que
indica la velocidad de codificación seleccionada se proporciona por
medio del controlador de transmisión 104 al codificador 106 que
codifica el mensaje. Los símbolos codificados provenientes del
codificador 106 son entregados al intercalador 108, que reordena los
símbolos de acuerdo con un formato de reordenación predeterminado.
En la realización ejemplar, los símbolos intercalados se
proporcionan al aleatorizador 110 que aleatoriza la señal
intercalada de acuerdo con un formato de expansión CDMA como se
describe en las anteriormente mencionadas, Patentes de los Estados
Unidos números 4.901.307 y 5.103.459.
La señal aleatorizada leída se entrega al
modulador 112 que modula la señal de acuerdo con un formato de
modulación predeterminado. En la realización ejemplar, el formato
de modulación para el canal de radiobúsqueda es modulación
codificada por desplazamiento de fase en cuadratura (QPSK). La señal
modulada se entrega al transmisor 114 donde se convierte a una
frecuencia más alta y se amplifica y se transmite a través de la
antena 116.
El mensaje transmitido que indica la velocidad
de codificación es recibido por la antena 200 y se entrega al
receptor (RCVR) 202. El receptor 202 convierte a una frecuencia
inferior y amplifica la señal recibida y proporciona la señal
recibida al demodulador 204. El demodulador 204 demodula la señal
recibida. En la realización ejemplar, el formato de demodulación
para el canal de radiobúsqueda es un formato de demodulación QPSK.
En la realización ejemplar, la señal demodulada se entrega al
ecualizador 205. El ecualizador 205 es un ecualizador de canal que
reduce los efectos del entorno de propagación tales como los efectos
del multitrayecto. Los ecualizadores de canal son bien conocidos en
la técnica. El diseño y la implementación de un ecualizador de canal
se describe en la Solicitud de Patente de los Estados Unidos en
trámite junto con la presente número 08/509.722 titulada
"Desexpansor adaptativo", de fecha 31 de julio de 1995, que
está transferida al cesionario de la presente invención y que se
incorpora al presente documento por referencia.
La señal ecualizada se entrega al
desaleatorizador 206 que desaleatoriza la señal de acuerdo con un
formato de desexpansión CDMA descrito en detalle en las
anteriormente mencionadas Patentes de los Estados Unidos números
4.901.307 y 5.103.459. Los símbolos desexpandidos se entregan al
desintercalador 208 y son reordenados de acuerdo con un formato de
desintercalación predeterminado. Los símbolos reordenados son
entregados al descodificador 210 que descodifica el mensaje
indicando la velocidad de codificación seleccionada y proporciona el
mensaje descodificado al procesador de control 212.
En respuesta al mensaje descodificado, el
procesador de control 212 proporciona una señal al descodificador
210 indicando un formato de descodificación que se usará para las
transmisiones de datos de alta velocidad. En la realización
ejemplar, el descodificador 210 es capaz de descodificar una señal
recibida de acuerdo con una pluralidad de formatos de
descodificación entrelazados en los que cada formato de
descodificación corresponde a un formato correspondiente de
codificación diferente.
Con referencia de nuevo a la figura 5, los datos
que se vayan a transmitir a las estaciones de abonado de la celda 1
(estaciones de abonado 6A, 6B y 6C) se entregan a la cola 100. Los
datos son almacenados en la cola 100 de acuerdo con la estación de
abonado a la que se vayan a transmitir. Los datos para la estación
de abonado 6A se almacenan en la memoria 102A, los datos para la
estación de abonado 6B se almacenan en la memoria 102B, los datos
para la estación de abonado 6C se almacenan en la memoria 102C y así
sucesivamente. Los diferentes elementos de memoria
(102A-102N) son puramente para propósitos
ilustrativos, se entenderá que la cola consiste de manera típica en
un único dispositivo de memoria y los dispositivos de memoria
independientes simplemente se refieren a localizaciones de memoria
dentro del dispositivo.
En el primer intervalo de tiempo (t = 0), en la
figura 3, el BSC 4 envía un mensaje al controlador de transmisión
104 dirigiendo a la estación base 1 para que transmita. En
respuesta, el controlador de transmisión 104 selecciona una
estación de abonado receptora dentro de su área de cobertura y el
período de tiempo en el que los datos se han incorporado en la
cola. En una realización preferida, la selección de la estación de
abonado receptora se basa en la cantidad de datos en cola para la
transmisión a las estaciones de abonado en el área de cobertura. El
controlador de transmisión 104 proporciona de manera selectiva una
señal a una de los elementos de memoria 102A-102N
en base a su selección de la estación de abonado receptora. Además,
de acuerdo con la estación de abonado receptora seleccionada, el
controlador de transmisión 104 proporciona una señal al codificador
106 indicando la velocidad de codificación que se va a usar para las
transmisiones a la estación de abonado seleccionada.
El controlador de transmisión 104 proporciona al
codificador 106 un mensaje de cabecera que identifica la estación
de abonado receptora. En una realización ejemplar, el codificador
106 codifica el mensaje de cabecera usando un formato de
codificación que vaya a usarse para codificar las cabeceras para las
transmisiones a todas las estaciones de abonado. En una realización
ejemplar, la información de cabecera se codifica de manera
independiente del resto de los datos, de forma que una estación de
abonado no necesita descodificar la gran cantidad de datos
transmitidos durante el intervalo de transmisión si no están
destinados a esa estación de abonado.
El controlador de transmisión 104 después
proporciona una señal al elemento de memoria 102A dirigiéndole para
que entregue datos y especifique la cantidad máxima de datos que se
pueden transmitir a la estación de abonado receptora 6A durante el
intervalo de tiempo predeterminado. El máximo predeterminado es el
máximo de información que se puede transmitir a la estación de
abonado 6A dentro del intervalo de tiempo, T, a la velocidad de
codificación seleccionada (Renc), para la tasa de transmisión
fijada, R, como se muestra en la siguiente ecuación (4).
(4)Datos Máx =
(R \cdot
T)/Renc
En respuesta a la señal proveniente del
controlador de transmisión 104, el elemento de memoria 102A
proporciona una cantidad de datos menor o igual a Datos Máx al
codificador 106.
El codificador 106 codifica los datos usando el
formato de codificación seleccionado y combina los símbolos
codificados del mensaje de cabecera con los símbolos codificados de
los datos. En la realización ejemplar, el codificador 106 es capaz
de codificar los datos a una pluralidad de velocidades de
codificación convolucionales. Por ejemplo, el codificador 106 puede
ser capaz de codificar los datos usando una velocidad 1/2, 1/3, 1/4
y 1/5 de formatos de codificación convolucionales. Las velocidades
de codificación se pueden variar esencialmente a cualquier
velocidad mediante el uso de una combinación de codificadores usados
de manera típica para perforar datos. El codificador 106
proporciona los símbolos codificados al intercalador 108.
El intercalador 108 reordena los símbolos de
acuerdo con un formato de reordenación predeterminado y proporciona
los símbolos reordenados al aleatorizador 110. El aleatorizador 110
aleatoriza los símbolos de acuerdo con un formato de expansión CDMA
predeterminado y proporciona los símbolos expandidos al modulador
112. Se debe hacer notar que como solamente se está transmitiendo a
una estación de abonado 6A, el uso de aleatorizador 110 es para
propósitos de aleatorización de los datos por propósitos de
seguridad y para incrementar la inmunidad de la señal al ruido de
banda estrecha y no para el propósito de comunicaciones de acceso
múltiple.
El modulador 112 modula los símbolos expandidos
de acuerdo con un formato de modulación predeterminado. En la
realización ejemplar, el modulador 112 es un modulador
16-QAM. El modulador 112 proporciona los símbolos
modulados al transmisor (TMTR) 114. El transmisor 114 convierte a
una frecuencia superior y amplifica la señal y transmite la señal a
través de la antena 116.
La señal transmitida es recibida por la estación
de abonado 6A en la antena 200. La señal recibida es proporcionada
al receptor (RCVR) 202. El receptor 202 convierte a una frecuencia
más baja y amplifica la señal recibida. La señal recibida se
proporciona al demodulador 204 que demodula la señal de acuerdo con
un formato de demodulación predeterminado. La señal demodulada se
proporciona al ecualizador 205 que es un ecualizador de canal como
se ha descrito con anterioridad. La señal ecualizada de canal se
proporciona al desaleatorizador 206 que desaleatoriza la señal de
acuerdo con un formato de desexpansión CDMA predeterminado como se
ha descrito con anterioridad. El desintercalador 208 reordena los
símbolos desexpandidos y los entrega al descodificador 210.
En la realización ejemplar, el descodificador
210 primero descodifica el mensaje de cabecera contenido en los
símbolos reordenados. El mensaje de cabecera se proporciona al medio
de comprobación de cabecera 214 que verifica que la información que
se está transmitiendo está destinada a la estación de abonado 6A. Si
los datos están destinados a la estación de abonado 6A, entonces se
descodifican el resto de los datos. Cuando la cabecera indica que
los datos están destinados al usuario de la estación de abonado 6A,
la comprobación de cabecera 214 envía una señal al descodificador
210 indicando que se debería descodificar la restante información.
En una realización alternativa, se descodifica toda la información
y después se comprueba la cabecera después del proceso de
descodificación.
El descodificador 210 descodifica los símbolos
de acuerdo con el formato de descodificación seleccionado desde el
procesador de control 212. En la realización ejemplar, el
descodificador 210 descodifica los símbolos reordenados de acuerdo
con uno de una pluralidad de entrelazados de formatos de
descodificación seleccionados en base a la velocidad de
codificación seleccionada. Los símbolos descodificados son
proporcionados después al usuario de la estación de abonado 6A.
En la segunda realización ejemplar, el
controlador de transmisión 104 selecciona el formato de modulación
de acuerdo con la distancia entre la estación base y la estación
móvil. La estación base 1 envía una indicación del formato de
modulación seleccionado a la estación de abonado. El formato de
modulación afecta directamente a la tasa de transmisión R. Con
referencia a la ecuación (2), todos los parámetros se fijan en este
caso excepto las pérdidas de trayecto L_{S}, y la tasa de
transmisión, R. se transmiten velocidades de transmisión (R) más
altas usando un formato de modulación que contenga un conjunto mayor
de símbolos de modulación. Por ejemplo, se puede usar la modulación
de amplitud en cuadratura de orden 28 (QAM) para la transmisión a
estación de abonado cerca de la estación base. Mientras que la
modulación de orden 16-QAM se usaría para la
transmisión a estaciones de abonado además de la estación base.
En la realización ejemplar, la estación de
abonado 6A transmite un mensaje que indica su localización a la
estación base 1. En respuesta, la estación base 1 selecciona un
formato de modulación. Como se ha descrito con respecto a la
realización anterior, se cuantifican las distancias calculadas por
el controlador de transmisión 104. El formato de modulación se
selecciona de acuerdo con las distancias cuantificadas. Con
referencia a la figura 4, todas las estaciones de abonado que están
situadas entre la estación base 1 y el círculo 7A recibirían
información usando un primer formato de modulación. Todas las
estaciones de abonado que están localizadas entre el círculo 7A y
el círculo 7B recibirían información usando un segundo formato de
modulación. Todas las estaciones de abonado que estén localizadas
entre el círculo 7B y el círculo 7C recibirían información usando
un tercer formato de modulación. Por ejemplo, con referencia a la
figura 4, la estación base 1 puede usar un formato de modulación
QPSK cuando transmita a la estación de abonado 6B que está cerca de
la estación base 1. En contraste, la estación base 1 puede usar
Modulación de Amplitud en Cuadratura de orden 64 (QAM) cuando
transmita a la estación de abonado 6A que está alejada de la
estación base 1. En la realización ejemplar, el mensaje que indica
el formato de modulación seleccionado se transmite sobre un canal de
radiobúsqueda durante el proceso de registro. Una vez más, en una
realización preferida, el sistema de comunicaciones permite a la
estación base 1 cambiar el formato de modulación por medio de
mensajes posteriores transmitidos en el canal de radiobúsqueda.
La señal transmitida que indica el formato de
modulación se recibe en la estación base 6A como se ha descrito con
anterioridad y se entrega al procesador de control 212. El
procesador de control 212 proporciona una señal al demodulador 204
indicando un formato de demodulación que se usará. El demodulador
204 de la segunda realización ejemplar es capaz de demodular una
señal recibida de acuerdo con una pluralidad de formatos de
demodulación. En respuesta a la señal proveniente del procesador de
control 212, se selecciona un formato de demodulación apropiado.
Con referencia de nuevo a la figura 5, se
entregan a la cola 100 los datos que se van a transmitir a las
estaciones de abonado de la celda 1 (estaciones de abonado 6A, 6B y
6C). En el primer intervalo de tiempo (t = 0), el BSC 4 envía un
mensaje al controlador de transmisión 104 dirigiendo a la estación
base 1 para que transmita. En respuesta a la señal, el controlador
de transmisión 104 selecciona una estación de abonado receptora como
se ha descrito con anterioridad. El controlador de transmisión 104
proporciona de manera selectiva una señal a uno de los elementos de
memoria 102A - 102N en base a su selección de la estación de
abonado. además, de acuerdo con la estación de abonado
seleccionada, el controlador de transmisión 104 proporciona una
señal que indica el formato de modulación seleccionado al modulador
112.
El controlador de transmisión 104 proporciona al
codificador 106 un mensaje de cabecera que identifica la estación
de abonado a la que se están enviando los datos. El codificador 106
codifica el mensaje de cabecera como se ha descrito con
anterioridad. El controlador de transmisión 104 proporciona entonces
una señal a un elemento de memoria 102A dirigiéndolo para que
proporcione los datos y especifique la cantidad máxima de datos que
se pueden transmitir a la estación base receptora 6A durante el
intervalo de tiempo predeterminado. El máximo predeterminado es el
máximo de información que se puede transmitir a la estación de
abonado 6A dentro del intervalo de tiempo T, a la velocidad
seleccionada como se muestra en la ecuación (4) siguiente.
(5)Datos Máx =
M \cdot R_{S} \cdot
T,
donde M es el número de símbolos de
modulación usados en el formato de modulación usado y R_{S} es la
velocidad de símbolo. En respuesta a la señal proveniente del
controlador de transmisión 104, el elemento de memoria 102A
proporciona una cantidad de datos menor o igual a Datos Máx al
codificador
106.
En la segunda realización ejemplar, el
codificador 106 codifica los datos a una velocidad de codificación
fija y combina los símbolos codificados del mensaje de cabecera con
los símbolos codificados de datos. El codificador 106 proporciona
los símbolos codificados al intercalador 108. El intercalador 108
reordena los símbolos de acuerdo con un formato de reordenación
predeterminado y proporciona los símbolos reordenados al
aleatorizador 110. El aleatorizador 110 aleatoriza los símbolos de
acuerdo con un formato de expansión CDMA predeterminado y
proporciona los símbolos aleatorizados al modulador 112.
El modulador 112 modula los símbolos
aleatorizados de acuerdo con el formato de modulación seleccionado.
En la realización ejemplar, el modulador 112 es capaz de hacer
corresponder los símbolos aleatorizados a símbolos de modulación de
acuerdo con una pluralidad de formatos de modulación. El modulador
112 proporciona los símbolos modulados al transmisor (TMTR) 114. El
transmisor 114 convierte a una frecuencia superior y amplifica la
señal y la transmite a través de la antena 116.
La señal transmitida es recibida por la estación
de abonado 6A por la antena 200. La señal recibida se proporciona
al receptor (RCVR) 202. El receptor 202 hace una conversión a una
frecuencia inferior y amplifica la señal recibida. La señal
recibida se proporciona al demodulador 204 que demodula la señal de
acuerdo con el formato de demodulación seleccionado. La señal
demodulada se entrega al ecualizador 205 que ecualiza en canal la
señal recibida como se ha descrito con anterioridad. La señal
ecualizada se proporciona al desaleatorizador 206 que desaleatoriza
la señal de acuerdo con un formato predeterminado de desexpansión
CDMA. El desintercalador 208 reordena los símbolos desaleatorizados
y los proporciona al descodificador 210.
En la realización ejemplar, el descodificador
210 primero descodifica el mensaje de cabecera contenido en los
símbolos reordenados. El mensaje de cabecera se proporciona al medio
de comprobación de cabecera 214 que verifica que la información que
se está transmitiendo está destinada a la estación de abonado 6A. Si
los datos están destinados para la estación de abonado 6A entonces
se descodifican el resto de los datos. Cuando la cabecera indica
que los datos están destinados para el usuario de la estación de
abonado 6A, la comprobación de cabecera 214 envía una señal al
descodificador 210 indicando que se debería descodificar la restante
información. En una realización alternativa, toda la información se
descodifica y después se comprueba la cabecera después de que se
haya completado el proceso de descodificación. El descodificador 210
descodifica los símbolos. Los símbolos descodificados se
proporcionan entonces al usuario de la estación de abonado 6A.
\newpage
Se debe hacer notar que se prevén de manera
simultánea los sistemas que usan tanto la variación de la velocidad
de codificación como la técnica de variar el formato de
modulación.
La descripción anterior de las realizaciones
preferidas se proporciona para hacer posible que cualquier persona
que sea experta en la técnica haga o utilice la presente invención.
Las distintas modificaciones a estas realizaciones serán
rápidamente aparentes para los expertos en la técnica, y los
principios genéricos definidos en este documento se pueden aplicar
a otras realizaciones sin el uso de la facultad inventiva. De esta
forma, la presente invención no está destinada a estar limitada a
las realizaciones mostradas en este documento sino de acuerdo con
el alcance más amplio consecuente con los principios y las
características novedosas descritas en este documento.
Claims (8)
-
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1. Un procedimiento para la comunicación de datos entre una estación móvil (6A) y una estación base (1) localizadas en una celda en un sistema de comunicaciones sin hilos que tiene una pluralidad de celdas, comprendiendo el procedimiento:- la selección de una velocidad de codificación para una transmisión de datos a un nivel de potencia fijado sobre un intervalo de tiempo predeterminado;
- la selección de una cantidad de datos para la mencionada transmisión de datos a un nivel de potencia fijado sobre el mencionado intervalo predeterminado;
- la selección de un formato de modulación para la mencionada transmisión de datos a un nivel de potencia fijado sobre el mencionado intervalo de tiempo predeterminado;
- la codificación y la modulación de la cantidad seleccionada de datos de acuerdo con la velocidad de codificación seleccionada y el formato de modulación seleccionado para la transmisión de datos;
en el que al menos una de las velocidades de codificación seleccionadas, el formato de modulación seleccionado y la cantidad de datos seleccionada se basa en un presupuesto de enlace para la transmisión de datos entre la estación móvil y la estación base, en el que el presupuesto de enlace incluye un parámetro que indica la transmisión al nivel de potencia fijado; yen el que las celdas están agrupadas en conjuntos de celdas no adyacentes y cualquiera de las celdas no adyacentes dentro de un conjunto pueden transmitir de manera simultánea. - 2. El procedimiento según la reivindicación 1, comprendiendo de manera adicional:la transmisión de los mencionados datos codificados y modulados sobre una pluralidad de ráfagas de transmisión de duración fija y que no se solapan al nivel de potencia fijado predeterminado.
- 3. El procedimiento según la reivindicación 1 comprendiendo de manera adicional:
- la determinación de un nivel de potencia máximo para la transmisión de datos entre la estación móvil (6A) y la estación base (1);
- mantener la potencia fijada predeterminada a, o por debajo de, el nivel de potencia máximo.
- 4. El procedimiento según la reivindicación 1 comprendiendo de manera adicional:
- la determinación del presupuesto del enlace en base a una distancia efectiva medida por medio de unas pérdidas de trayecto de transmisión efectivas entre la estación base (1) y la estación móvil (6A).
- 5. Un aparato para la comunicación de datos entre una estación móvil (6A) y una estación base (1) localizadas en una celda en un sistema de comunicaciones sin hilos que tiene una pluralidad de celdas agrupadas en conjuntos de celdas no adyacentes, en el que cualquiera de las celdas no adyacentes dentro de un conjunto puede transmitir de manera simultánea, comprendiendo el aparato:
- un controlador (104) configurado para seleccionar una velocidad de codificación, para seleccionar una cantidad de datos, y para seleccionar un formato de modulación para una transmisión de datos a un nivel fijado de potencia sobre un intervalo de tiempo predeterminado; y
- un codificador (106) configurado para codificar y un modulador (112) configurado para modular la cantidad de datos seleccionados de acuerdo con la velocidad de codificación seleccionada y el formato de modulación seleccionado para la mencionada transmisión de datos a un nivel de potencia fijado;
- en el que el mencionado controlador además está configurado en base a al menos una de las velocidades de codificación seleccionadas, el formato de modulación seleccionado y la cantidad seleccionada de datos en un presupuesto de enlace para la transmisión de datos entre la estación móvil y la estación base, en el que el presupuesto del enlace incluye un parámetro que indica la transmisión al nivel de potencia fijado; y
- el mencionado transmisor está configurado para transmitir los mencionados datos codificados y modulados si las celdas adyacentes no están transmitiendo.
- 6. El aparato según la reivindicación 5 comprendiendo de manera adicional:
- un transmisor (114) configurado para transmitir los mencionados datos codificados y modulados sobre una pluralidad de ráfagas de transmisión de duración fija y que no se solapan al nivel de potencia fija determinado.
\global\parskip1.000000\baselineskip
- 7. El aparato según la reivindicación 5 en el que el mencionado controlador (104) además está configurado para determinar un nivel de potencia máximo para la transmisión de datos entre la estación móvil (6A) y la estación base (1), y para mantener la potencia fija determinada a, o por debajo de, el nivel de potencia máximo.
- 8. El aparato según la reivindicación 5 en el que el mencionado controlador (104) está además configurado para determinar el presupuesto del enlace en base a una distancia efectiva medida por medio de una pérdida de trayecto de transmisión efectiva entre la estación base (1) y la estación móvil (6A).
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