FI94579C - Tiedonsiirtomenetelmä - Google Patents

Description

1 94579

Tiedonsiirtomenetelmä

Keksinnön kohteena on tiedonsiirtomenetelmä CDMA-solukkoradiojärjestelmässä, joka käsittää kussakin solussa 5 ainakin yhden tukiaseman, joka kommunikoi kuuluvuusalueellaan olevien liikkuvien asemien kanssa, ja jossa järjestelmässä tukiasema säätää alueellaan olevien liikkuvien asemien lähetystehoa tehonsäätöviestien avulla.

CDMA on hajaspektritekniikkaan perustuva monikäyttö-10 menetelmä, jota on viime aikoina ryhdytty soveltamaan solukkoradiojärjestelmissä aiempien FDMA:n ja TDMAm ohella. CDMA:11a on useita etuja verrattuna aiempiin menetelmiin, kuten esimerkiksi spektritehokkuus ja taajuussuun-nittelun yksinkertaisuus.

15 CDMA-menetelmässä käyttäjän kapeakaistainen datasig- naali kerrotaan datasignaalia huomattavasti laajakaistaisemmalla hajotuskoodilla suhteellisen laajalle kaistalle. Tunnetuissa koejärjestelmissä käytettyjä kaistanleveyksiä on esimerkiksi 1,25 MHz, 10 MHz sekä 25 MHz. Ker-20 tömisen yhteydessä datasignaali leviää koko käytettävälle kaistalle. Kaikki käyttäjät lähettävät samaa taajuuskaistaa käyttäen samanaikaisesti. Kullakin tukiaseman ja liikkuvan aseman välisellä yhteydellä käytetään omaa hajotus-koodia, ja käyttäjien signaalit pystytään erottamaan toi-25 listaan vastaanottimissa kunkin käyttäjän hajotuskoodin ‘perusteella.

Vastaanottimissa olevat korrelaattorit tahdistuvat haluttuun signaaliin, joka tunnistetaan hajotuskoodin perusteella. Datasignaali palautetaan vastaanottimessa 30 alkuperäiselle kaistalle kertomalle se uudestaan samalla .hajotuskoodilla kuin lähetysvaiheessa. Ne signaalit, jotka » ♦ on kerrottu jollain toisella hajotuskoodilla, eivät ideaalisessa tapauksessa korreloi ja palaudu kapealle kaistalle. Täten ne näkyvät kohinana halutun signaalin kannalta.

35 Järjestelmän hajotuskoodit pyritään valitsemaan siten, 2 94579 että ne olisivat keskenään korreloimattomia eli ortogo-naalisia.

Tyypillisessä matkapuhelinympäristössä tukiaseman ja liikkuvan aseman väliset signaalit etenevät useaa reittiä 5 lähettimen ja vastaanottimen välillä. Tämä monitie-eteneminen aiheutuu pääosin signaalin heijastumisista ympäröivistä pinnoista. Eri reittejä kulkeneet signaalit saapuvat vastaanottimeen eri aikoina erilaisen kulkuaika-viiveen takia. CDMA poikkeaa perinteisistä FDMA:sta ja 10 TDMA:sta siinä, että monitie-etenemistä voidaan käyttää hyväksi signaalin vastaanotossa. CDMA-vastaanotinratkaisu-na käytetään yleisesti ns. RAKE-vastaanotinta, joka muodostuu yhdestä tai useammasta RAKE-haarasta. Kukin haara on itsenäinen vastaanotinyksikkö, jonka tehtävänä on koos-15 taa ja demoduloida yksi vastaanotettu signaalikomponentti.

Kukin RAKE-haara voidaan ohjata tahdistumaan eri kautta edenneeseen signaalikomponenttiin ja perinteisessä CDMA-vastaanottimessa vastaanotinhaarojen signaalit yhdistetään edullisesti, joko koherentisti tai epäkoherentisti, jol-20 /loin saadaan hyvätasoinen signaali.

c

Jotta CDMA-järjestelmä toimisi tehokkaasti, on liikkuvan aseman ja tukiaseman välisellä yhteydellä käytettävä stehonsäätöä. Tukiaseman kapasiteetti voidaan maksimoida, jos se vastaanottaa kaikilta alueellaan olevilta liikku- 25 —viita asemilta samalla signaalivoimakkuudella. Liikkuva • asema voi mitata tukiasemalta vastaanottamansa signaalin voimakkuuden ja säätää lähetystehoaan tämän tiedon perusteella. Tämäntyyppistä tehonsäätömenetelmää kutsutaan open-loop tehonsäädöksi. Lisäksi tukiasema mittaa liikku-30 viita asemilta vastaanottamansa signaalin voimakkuuden ja lähettää tehonsäätöviestejä liikkuville asemille, jotka Jäiden viestien perusteella säätävät lähetystehoaan. Tämäntyyppistä tehonsäätömenetelmää kutsutaan closed-loop tehonsäädöksi. Nämä menetelmät voivat olla samanaikaises-35 ti käytössä.

94579 3

Closed-loop tehonsäädön vaatimat tehonsäätöviestit tukiasemalta liikkuvalle asemalle voidaan lähettää liikkuvalle asemalle kahdella tavalla. Liikennekanavan kehysrakenteessa voi siirtosuunnassa tukiasemalta liikkuvalle 5 asemalle (eli downlink-suunnassa) olla varattuna kiinteästi tietty osa tehonsäätöviesteille. Tämä menetelmä lisää järjestelmän tarvitsemaa kaistanleveyttä. Toinen tapa on korvata tarpeen vaatiessa käyttäjän databittejä tehonsää-töviestien tarvitsemilla biteillä. Tällöin kaistanleveys 10 ei kasva, mutta käyttäjän yhteyden laatu hieman huononee databittien korvautuessa tehonsäätöviesteillä.

Siirtosuunnassa liikkuvalta asemalta tukiasemalle (eli uplink-suunnassa) ei tehonsäätöviestejä lähetetä.

Täten uplink-suunnassa jäisi kaistaa käyttämättä tiedon-15 siirtoon, mikäli kehysrakenne olisi samanlainen kuin downlink-suunnassa. Perinteisissä järjestelmissä tämän vuoksi kehysrakenne eri siirtosuunnissa on suunniteltu erilaiseksi. Samanlaisesta kehysrakenteesta olisi kuitenkin hyötyä johtuen samanlaisten kehysrakenteiden tarvitsemista 20 ’samoista ajoitus- ja synkronisointivaatimuksista lähet- timessä ja vastaanottimessa.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena onkin mahdollistaa samanlaisen kehysrakenteen käyttö molemmissa siirtosuunnissa siten, että järjestelmän kaistanleveys voidaan 25 - ··tehokkaasti käyttää hyväksi.

: ' Tämä saavutetaan johdannossa esitetyn tyyppisellä tiedonsiirtomenetelmällä, jolle on tunnusomaista, että sekä lähetyssuunnassa tukiasemalta liikkuvalle asemalle että liikkuvalta asemalta tukiasemalle liikennekanavan lä-30 hetys tapahtuu samankaltaista kehysrakennetta käyttäen, ja ..että tukiaseman lähettäessä tehonsäätöviestin liikkuvalle asemalle jotain liikennekanavan kehysrakenteen bittejä käyttäen, liikkuva asema lähettää liikennekanavan toisen siirtosuunnan vastaavissa biteissä ennalta määrättyä bit-35 tikuviota tukiasemalle.

4 94579

Keksinnön mukaisessa menetelmässä siis uplink-siir-tosuunnassa lähetetään jotain ennalta määrättyä bittikuviota niillä bittipaikoilla, joilla downlink-suunnassa tukiasema lähettää tehonsäätöinformaatiota. Tämä mahdol-5 listaa kaistan tehokkaan hyväksikäytön, sillä liikkuvan aseman lähettämä ennalta määrätty bittikuvio mahdollistaa tukiasemassa paremman tasoisen vastaanoton suorittamisen.

CDMA-solukkoradiojärjestelmässä on mahdollista downlink- suunnassa käyttää ns. pilottikanavaa. Pilottikanava 10 on tietyllä hajotuskoodilla lähetetty datamoduloimaton signaali, joka ei siis sisällä mitään datainformaatiota. Pilottisignaalia lähetetään käyttäen samaa taajuuskaistaa kuin millä sijaitsevat varsinaiset liikennekanavat, joista pilottisignaali voidaan erottaa vain hajotuskoodin perus-15 teella. Pilottisignaali on kaikkien käyttäjien tuntema liikennöintikanava, jota käytetään esimerkiksi tehomittauksissa ja koherentin vaihereferenssin generoinnissa.

Keksinnön mukaisella ratkaisulla mahdollistetaan koherentti ilmaisu myös uplink-suunnassa. Aiemmin tämä ei 20 ; "ole ollut mahdollista, koska vaihereferenssiä ei ole voitu generoida. Pilottikanava-tyyppinen ratkaisu on mahdollista vain downlink-suunnassa. Liikkuvan aseman lähettämää ennalta tunnettua bittikuviota voidaan käyttää vaihereferenssin generoimiseen ja täten koherentti ilmaisu on mah- 25 .dollista. Koherentti ilmaisu parantaa saavutettavaa sig-• · naalikohinasuhdetta noin 3 dB ja CDMA-solukkojärjestelmässä tämä näkyy suoraan lähes kaksinkertaisena kapasiteettina .

Seuraavassa keksintöä selitetään tarkemmin viitaten 30 oheisten piirustusten mukaisiin esimerkkeihin, joissa kuvio 1 havainnollistaa solukkoverkkoa, jossa keksintöä voidaan soveltaa, kuvio 2 esittää kehysrakennetta, jossa downlink-suunnassa osa biteistä on pysyvästi varattu tehonsäätö-35 viesteille, 5 94579 kuvio 3a esittää kehysrakennetta ilman tehonsäätö-viestejä ja kuvio 3b esittää kehysrakennetta, jossa downlink-suunnassa osa databiteistä on korvattu tehonsäätöviestil-5 lä.

Kuvio 1 esittää kaavion muodossa osaa CDMA-solukko-verkkojärjestelmästä, jossa keksinnön mukaista menetelmää voidaan soveltaa. Tukiasema 10 on yhteydessä alueellaan oleviin liikkuviin asemiin 11, 12. Tukiasema säätää liik-10 kuvien asemien lähetystehoa tehonsäätöviesteillä, joita lähetetään kullekin liikkuvalle asemalle liikennekanavilla 13, 14.

Liikennekanavilla käytetään jotain ennalta määrättyä toistuvaa kehysrakennetta. Lähetettävistä databiteistä 15 muodostetaan tietyn mittaisia kehyksiä, jotka koodataan ja moduloidaan ja lähetetään. Databittien lisäksi kehyksessä voidaan lähettää myös muita informaatiobittejä kuten opetusjakso, tehonsäätöbitit tai signalointibittejä. Kehys-rakenteen muoto riippuu välitettävän tiedon luonteesta.

20 t Esimerkiksi yhteyttä luotaessa käytetään tietyn tyyppisiä yhteydenluontikehyksiä, jotka sisältävät käyttäjäinformaa-tiota, ja yhteyden jo muodostuttua liikennekehyksiä, joissa valtaosa biteistä on databittejä.

Keksinnön ensimmäisessä toteutusmuodossa on down-25 "link-suunnan kehysrakenteessa pysyvästi varattuna tietty 'osa tehonsäätöviestien lähetystä varten. Kehysrakenne voi tällöin olla kuvion 2 mukainen. Valtaosa kehyksen 20 biteistä 21 käytetään datan siirtämiseen, mutta osa biteistä 22 varataan tehonsäätöviestien biteille. Keksinnön mu-30 kaisessa menetelmässä uplink-siirtosuunnassa käytetään ....samanlaista kehysrakennetta kuin downlink-siirtosuunnassa. koska uplink-suunnassa ei tarvita tehonsäätöviestejä, voidaan niille varatuissa tilassa lähettää jotain ennalta määrättyä tukiaseman tuntemaa bittikuviota.

35 Keksinnön erään edullisen sovellusmuodon mukaan 4 6 94579 näitä tunnettuja bittejä voidaan tukiasemalla käyttää hyväksi generoitaessa vaihereferenssiä vastaanotetulle signaalille. Generoidun vaihereferenssin avulla voidaan vastaanotetun signaalin ilmaisu suorittaa koherentisti, 5 joka CDMA-verkossa mahdollistaa lähes kaksinkertaisen kapasiteetin.

Keksinnön erään toisen edullisen sovellusmuodon mukaan tunnettuja bittejä voidaan tukiasemalla käyttää hyväksi vastaanotetun signaalin tehonmittauksessa, joka mah-10 dollistaa aiempaa paremman tehonsäädön. Tehonsäädön tarkkuus lisää myös CDMA-verkon kapasiteettia, joskaan ei yhtä merkittävästi kuin koherentti ilmaisu.

Keksinnön toisessa toteutusmuodossa ei downlink-suunnan kehysrakenteessa ole pysyvästi varattuna tiettyä 15 osaa tehonsäätöviestien lähetystä varten, vaan tarvittaessa osa databiteistä korvataan tehonsäätöbiteillä. Täten järjestelmän tarvitsema kaistanleveys on pienempi kuin edellisessä toteutusmuodossa, mutta haittana on databittien menetys. Kuvio 3a esittää kehystä sekä down- että 20 'uplink suunnassa, jossa ei lähetetä tehonsäätöviestejä. Tukiaseman tarvitessa kaistaa tehonsäätöviestin lähetykselle, se korvaa joitain kehyksen databittejä tehonsäätöviestin biteillä. Tätä tilannetta havainnollistaa kuvio 3b. Kehysrakenne on tällöin periaatteessa samankaltainen 25 kuin edellisessä toteutusmuodossa. Kehyksessä on nyt data-• · bittejä 31 sekä tehonsäätöbittejä 32. Liikkuvalle asemalle täytyy signaloinnilla tai muulla tavoin ilmaista, että joidenkin databittien paikalla on tehonsäätöviesti. Uplink- suunnassa kehysrakenne muuttuu nyt vastaavasti kuvion 30 3b kaltaiseksi. Tehonsäätöbittien sijasta databittejä .korvataan nyt ennalta määrätyllä tukiaseman tuntemalla bittikuviolla. Tätä tunnettua bittikuviota voidaan nyt käyttää tukiasemalla hyväksi kuten aiemmin on selostettu.

Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten 35 oheisten piirustusten mukaiseen esimerkkiin, on selvää, 94579 7 ettei keksintö ole rajoittunut siihen, vaan sitä voidaan muunnella monin tavoin oheisten patenttivaatimusten esittämän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa. 1 · - · ·

Claims (5)

8 94579

1. Tiedonsiirtomenetelmä CDMA-solukkoradiojärjestelmässä, joka käsittää kussakin solussa ainakin yhden tuki- 5 aseman (10), joka kommunikoi kuuluvuusalueellaan olevien liikkuvien asemien (11, 12) kanssa, ja jossa järjestelmässä tukiasema (10) säätää alueellaan olevien liikkuvien asemien (11, 12) lähetystehoa tehonsäätöviestien avulla, tunnettu siitä, että sekä lähetyssuunnassa tuki-10 asemalta (10) liikkuvalle asemalle (11, 12) että liikkuvalta asemalta (11, 12) tukiasemalle (10) liikennekanavan lähetys tapahtuu samankaltaista kehysrakennetta käyttäen, ja että tukiaseman (10) lähettäessä tehonsäätöviestin liikkuvalle asemalle (11, 12) jotain liikennekanavan ke-15 hysrakenteen bittejä käyttäen, liikkuva asema (11, 12) lähettää liikennekanavan toisen siirtosuunnan vastaavissa biteissä ennalta määrättyä bittikuviota tukiasemalle (10).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tukiaseman (10) tehonsäätöviestin 20 - 'ja vastaavasti liikkuvan aseman (11, 12) ennalta määrätyn ‘ bittikuvion lähetykseen käytettävät bitit ovat kiinteästi varatut kehysrakenteesta tähän tarkoitukseen.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tukiaseman (10) tehonsäätöviestin 25 ja vastaavasti liikkuvan aseman (11, 12) ennalta määrätyn • bittikuvion lähetykseen käytettävät bitit varataan tilapäisesti kehysrakenteesta korvaamalla joukko käyttäjän databittejä lähetettävällä viestillä tai bittikuviolla.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n -30 n e t t u siitä, että liikkuvan aseman (11, 12) lähettä- ,mää ennalta määrättyä bittikuviota käytetään tukiasemalla -1(10) koherentin vaihereferenssin synnyttämiseen.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että liikkuvan aseman (11, 12) lähettä- 35 mää ennalta määrättyä bittikuviota käytetään tukiasemalla (10) tehonmittaukseen. 9 94579