DK168680B1 - Fremgangsmåde ved overføring af datainformation i et celleinddelt mobilradiokommunikationssystem - Google Patents

Description

DK 168680 B1

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde ved overføring af datainformation i et celleinddelt mobilradiokommunikationssystem, hvori datainformation overføres ved tidsopdelt multipeltilgang, såkaldt TDMA, dvs. infor-5 mationen overføres i rammer, som hver især indeholder et antal tidsspalter. Nærmere bestemt angår fremgangsmåden en forbedring af overføringen mellem en eller flere mobilstationer og en basisstation i det tilfælde, at mob il stationerne befinder sig på stor afstand af basisstationen.

10 I et mobilradiokommunikationssystem, som virker efter TDMA-fremgangsmåden overføres datainformation mellem en basisstation og én eller flere mobilstationer, hvor datainformationen indeholder samtaleinformation og øvrig information (synkronisering, fejlkorrigering etc.).

15 Overføringen sker som tidligere forklaret over en udpeget radiokanal, indenfor eksempelvis frekvensområdet 935-960 MHz i form af rammer, som hver især indbefatter et antal tidsspalter. Datainformationen er tilvejebragt som en bitstrøm med en bestemt hastighed, eksempelvis 340 kbit/s, 20 og mellem de forskellige mobilstationer i form af korte udsendelser, som modsvarer tidsspalterne i en ramme. Normalt tildeles således en mobilstation en tidsspalte i en ramme, i hvilken den korte udsendelse udsendes eller modtages. På denne måde kan et antal mobilstationer sende eller modtage 25 over en udpeget radiokanal (RF-frekvens).

Det celleinddelte mobilradiosystem kan være inddelt i små eller store celler, hvor de små celler sædvanligvis betjener mobilstationer inden for et tæt bebygget område, medens de store celler betjener mobilstationer inden for 30 tyndt befolkede områder (uden for byområderne). Trods dette, er det ofte tilfældet, at samtlige tidsspalter i en ramme for mobilstationer i de små celler er optaget, medens omvendt én eller flere af tidsspalterne for mobilstationer inden for de store celler er ledige.

35 Et problem i tilknytning til mobilradiosystemer af TDMA-typen er det, at rækkevidden nedsættes ved den høje DK 168680 B1 2 bitfrekvens (340 kbit/s) i datainformationsstrømmen. Dette gælder naturligvis fortrinsvis i tyndt befolkede områder, hvor god rækkevidde er ønskelig. Imidlertid kan som ovenfor nævnt kapacitetsbehovet være lavere i de store celler, hvor 5 god rækkevidde er nødvendig. Hver mobilradiostation har begrænsede muligheder for at forøge sin udgangseffekt på grund af plads- og omkostningsforhold, medens basisstationen har betydelig større muligheder for at kunne forøge udgangseffekten.

10 Den foreliggende opfindelse udnytter ovennævnte fak tum, at ledig kapacitet, dvs. ledige tidsspalter, kan findes i kommunikationen mellem mobilstationer og basisstationen i tyndt befolkede områder, hvor behovet for en god rækkevidde er større. Ifølge opfindelse udnyttes de eventuelt ledige 15 tidsspalter i hver ramme derved, at bitfrekvensen i datainformationsstrømmen nedsættes, og denne datainformationsstrøm fordeles over de ekstra tidsspalter foruden over den til mobilstationen normalt tildelte tidsspalte. Dette gælder således kun i overføringsretningen mobilstation-basisstation, 20 medens overføringen basisstation-mobilstation bibeholdes uforandret, eftersom basisstationens udgangseffekt kan dimensioneres efter det maksimalt tilvejebragte behov.

En fremgangsmåde ifølge opfindelsen er ejendommelig ved de i krav l’s kendetegnende del angivne foranstaltninger.

25 Opfindelsen forklares i det følgende nærmere under henvisning til tegningen, hvorpå: fig. 1 anskueliggør en radiokanal med ti tidsspalter i en ramme, samt indholdet i en tidsspalte, fig. 2 viser en del af et celleinddelt mobilradiokom-30 munikationssystem, hvori den ved opfindelsen tilvejebragte fremgangsmåde anvendes, fig. 3 viser som eksempel for en udpeget radiokanal de forskellige bitpositioner i de tre forskellige tidsspalter, som indgår i en udpeget ramme, 35 fig. 4 viser samme radiokanal, som vist i fig. 3, hvor fremgangsmåden ifølge opfindelsen anvendes på de for- DK 168680 B1 3 skellige bitpositioner, fig. 5 anskueliggør en variant af fremgangsmåden ifølge opfindelsen, som anvendes i en anden radiokanal end den i fig. 3 og 4 viste, 5 fig. 6 viser et forenklet blokdiagram over en del af en mobilradiostation, hvori den ved opfindelsen tilvejebragte fremgangsmåde anvendes.

Den ved opfindelsen tilvejebragte fremgangsmåde skal anvendes i tilknytning til et digitalt mobilradiosystem med 10 tidsopdelt multipeltilgang, et såkaldt TDMA. Et kendt digitalt TDMA-mobilradiosystem, hvori opfindelsen kan anvendes, indbefatter et antal faste basisstationer og et antal mobile mobilradiostationer, hvilke radiostationer kan kommunikere indbyrdes over udpegede radiokanaler. Basisstatio-15 nerne kan udsende radiosignaler på et antal radiokanaler inden for frekvensområdet 935-960 MHz, medens mobilstationerne kan udsende radiosignaler på et antal radiokanaler inden for frekvensområdet 890-915 MHz. Udsendelsen på radiokanalerne er opdelt i rammer og tidsspalter, som vist i 20 fig. 1, således at en ramme har en varighed på ca. 8 ms og indbefatter ti tidsspalter hver med en varighed på 0,8 ms.

Af radiokanalerne anvendes én eller et lille antal til, fra basisstationerne samordnet at styre og udsende almindelig information til mobilstationerne. Fremgangsmåden ifølge 25 denne opfindelse er imidlertid ikke først og fremmest rettet til at skulle anvendes ved denne overføringsretning, eftersom der ikke findes samme begrænsninger for den udsendte effekt fra basisstationen til mobilstationerne, som fra mobilstation til basisstation.

30 En mobilstation kan i en tildelt tidsspalte på en radiokanal udsende en kort udsendelse, hvis indhold kan være placeret i tidsspalten CH2 i fig. 1. Informationsoverføringshastigheden i en kort udsendelse fra en mobilstation er 340 kb/s, hvorved en tidsspalte med en varighed på 35 0,8 ms indbefatter 272 bit. En første del GS af tidsspalten med en varighed, som modsvarer 28 bit, anvendes som såkaldt DK 168680 B1 4 beskyttelsesbånd (guard space) for sikkert at kunne adskille korte udsendelser i de enkelte tidsspalter indbyrdes. En første del af den korte udsendelse, som modsvarer 38 bit, anvendes til synkroniseringsmønster SW og FS. En del DM af 5 den kortvarige udsendelse, som modsvarer 8 bit, anvendes til styreinformation eller pakkedata, medens en del Bm modsvarende 128 bit anvendes til en talekanal eller lignende overføring. Der anvendes fejlkorrigerende kodning både i tilknytning til styreinformationen henholdsvis pakkedata og 10 til talekanalen eller den tilsvarende overføring, hvilket kræver en EDC-del svarende til 6 bit, henholdsvis en FEC-del modsvarende 64 bit. Ved den fejlkorrigerende kodning af talekanalen eller tilsvarende overføringskanal sammenblades bit fra tilsvarende tidsspalter i fire efter hinanden føl-15 gende rammer.

I fig. 2 er vist en del af et celleinddelt mobilradiosystem, hvori den ved opfindelsen tilvejebragte fremgangsmåde anvendes. Cellerne CO og Cl er små celler og antages at dække et tæt bebygget område, f.eks. en by eller en 20 del deraf, hvori abonnenttætheden er stor. Basisstationen Bl er fælles for de to små celler CO og Cl, og en mobilstation M i cellen Cl antages at kommunikere med en anden fast eller mobil abonnent (ikke næmere vist). Eftersom antallet af abonnenter i området for cellerne CO og Cl er stort, er 25 sandsynligheden meget lille for, at der skulle findes ledig plads, dvs. en ledig tidsspalte inden for hver ramme i de radiokanaler, hvorover kommunikationen til og fra mobilstationen M finder sted. Den ved opfindelsen tilvejebragte fremgangsmåde er derfor ikke anvendelig i dette område, og 30 der findes heller ikke noget behov for at forøge mobilstationernes udsendte energi.

I radiokommunikationssystemet antages også at indgå store celler C2, C3, som hver især dækker et større område, end cellerne CO, Cl. Tætheden antages at være så lav, at 35 abonnenttætheden i hver af cellerne C2, C3 er mindre, end i hver af cellerne CO, Cl. Herved kan en basisstation B2 be- DK 168680 B1 5 tjene et større område, end basisstationen Bl, men et mindre antal mobile abonnenter. Imidlertid opstår det problem, at en mobilstation Ml i cellen C2 kan befinde sig så langt fra basisstationen B2, at stationens udsendte radiosignaler 5 (retning B) ikke er tilstrækkelig kraftige ved modtagelsen i basisstationen B2 til at kunne tilvejebringe pålidelig detektering. Den fra mob il stat ionen udsendte effekt må derfor forøges, hvilket indebærer vanskeligheder med hensyn til de begrænsede muligheder for at forsyne mobilstationen med en 10 tilstrækkelig energiforsyning til dens sender. Eftersom imidlertid antallet af mobile abonnenter inden for området, som dækkes af cellen C2, er forholdsvis lille (sammenlignet med cellerne CO, Cl) er abonnenttætheden lille, og sandsynligheden er stor for at der i det mindste er én (eller even-15 tuelt flere) tidsspalter i hver ramme, som er ubenyttet.

Det er denne forudsætning, som anvendes i den ved opfindelsen tilvej eb ragte fremgangsmåde. Det fra basisstationen B2 mod mobilstationen Ml udsendte radiosignal kan imidlertid være tilstrækkelig kraftigt til at kunne detekteres på pålidelig 20 vis af mobilstationen Ml, hvorfor fremgangsmåden ikke behøver at blive anvendt i denne kommunikationsretning (retning A i fig. 2).

Fig. 3 viser i detaljer bitstrømmen i en tidsspalte inden for en ramme i en udpeget radiokanal, efterfulgt af 25 en tom tidsspalte, som eksempelvis modsvarer tidsspalterne CHl og CH2 i fig. 1. For forenklingens skyld antages, at tidsrammerne kun optager 24 bitpositioner. Radiokanalen anvendes til kommunikation inden for det område, som dækkes ved cellen C2, og ifølge den tidligere omtale er belægningen 30 således, at sandsynligheden for en tom tidsspalte er stor.

Det antages derfor, at tidsspalten CH2 er denne tomme tidsspalte, men forudsætningen kunne ligeså gerne være, at eksempelvis tidsspalte CH3 eller en anden tidsspalte i rammen var ubenyttet.

35 Fig. 4 viser nærmere princippet i den ved opfindelsen tilvejebragte fremgangsmåde anvendt på bitstrømmen i fig.

DK 168680 B1 6 3. Både fig. 3 og fig. 4 anskueliggør en radiokanal, som er stillet til rådighed til kommunikation fra en mobilstation til en basisstation, eksempelvis fra mobilstationen Ml til basisstationen B2. Når basisstationen B2 angiver, at signalet 5 fra mobilstationen Ml bliver for svagt til at kunne detek-teres korrekt, udsendes fra basisstationen B2 til mobilstationen et styresignal, således at mob il stationens bitfrekvens ændres. Dette styresignal modtages af mobilstationen med en eller anden form for tidsafmærkning umiddelbart inden den 10 tidsspalte CH1, som er tildelt mobilstationen ifølge fig.

4, skal begynde at sendes, og styresignalet placeres eksempelvis i feltet DM. I det i fig. 4 viste eksempel ændres bitstrømmens impulsfrekvens således, at den efterfølgende tidsspalte CH2 helt udfyldes med de bitpositioner, som tid- 15 ligere (fig. 3) hørte til tidsspalten 1, dvs. at impulsfrekvensen er halveret. Dette medfører, at energiindholdet for hver bitposition er fordoblet, hvorved rækkevidden for radiosignalerne fra mobilstationen Ml til basisstationen er blevet forøget.

20 Den ved opfindelsen tilvejebragte fremgangsmåde inde bærer således, at én eller flere tidsspalter i en ramme, som er tomme, udnyttes til at formindske frekvensen i den fra mobilstationen udsendte impulsstrøm med en faktor m. Er antallet af ledige tidsspalter n og er frekvensen i bitstrøm-25 men før nedsættelsen f, gælder det, at den reducerede frekvens fr = f/m, hvor m = n+1.

Det er ikke nødvendigt, at de ledige tidsspalter følger direkte efter hinanden i rammen, og fremgangsmåden 30 kan anvendes på tilfældigt fordelte tidsspalter. Fig. 5 viser den samme ramme, som vist i fig. 1, hvor tidsspalten CH1 er den tidsspalte, som normalt skal belægges ved mobilstationerne, men hvor de i fig. viste skraverede tidsspalter CH3, CH8 ikke er belagte og kan udnyttes ved overføringen 35 af bitstrømmen. Bitstrømmen udbredes således på de tre tidsspalter (m=3), selv om disse ikke følger direkte efter hin- DK 168680 B1 7 anden i rammen.

Basisstationen B2 måler hele tiden den modtagne feltstyrke fra senderen i mobilstationen Ml, og registrerer altså, hvorvidt mobilstationen bevæger sig yderligere bort 5 fra eller nærmere til basisstationen. I det sidste tilfælde vil det være hensigtsmæssigt, at basisstationen B2 udsender en lavere størrelse af m, dvs. at værdien af m gøres adaptivt i afhængighed af mobilstationens afstand fra basisstationen.

I fig. 6 er vist et blokdiagram over den del af en 10 mobilstation, hvori den ved opfindelsen tilvejebragte fremgangsmåde virker. Mobilradiostationen er tilvejebragt med en senderside og en modtagerside, og dens fundamentale enheder er omtalt eksempelvis i svensk patentskrift nr.

459.137.

15 Sendersiden indbefatter en mikrofon MK eller andet lydoptagende organ forbundet med en blok SCC, hvori her er indbefattet et taleindkodningsorgan for eksemplering og digitalisering af lydsignalerne fra organet MK, samt et kanal indkodeorgan, i hvilken udøves en sammenbladet fejlkor-20 rigerende kodning af de digitale signaler fra taleindkod-ningsorganet. Udgangssignalet ss fra blokken SCC ledes videre til en generator for korte signaler BG, som i det kendte tilfælde frembringer korte udsendelser af digitalt kodede signaler med informationsoverføringshastigheden dvs. med 25 impuls frekvensen f, som tidligere forklaret (f=340 kb/s i det normale tilfælde). Den tidsmæssige styring af de kortvarige udsendelser styres ved en tidsspaltetæller TC.

I det foreliggende tilfælde findes i generatoren BG en lagerenhed M for indlæsning og lagring af de forskellige 30 bit i det digitale signal ss, og enheden M kan styres, således at udlæsningstidspunkterne for den lagrede bitstrøm til den efterfølgende modulator MOD kan startes og stoppes i afhængighed af styresignalet sm. Modulatoren mod er på kendt vis forbundet med mobilstationens antenne over en forstærker-35 enhed og en sender/modtageromskifter (ikke vist i fig. 6).

Til udøvelse af den ved opfindelsen tilvejebragte DK 168680 B1 8 fremgangsmåde er der på sendersiden tilvejebragt en frekvensdeler FD, hvis udgang er forbundet med en klokindgang på lagerenheden M i generatoren, og hvis indgang er forbundet med en hovedtaktgenerator (masterclock) MC. Denne taktgenera-5 tor er allerede tilgængelig i mobilradiostationen blandt andet til taktgivning til stationens styreprocessor CT. Fra hovedtaktgeneratoren MC's taktimpulser afledes den takt, hvormed generatoren for korte udsendelser udsender de enkelte databit i hver tidsspalte, dvs. angiver informationsoverfø-10 ringshastigheden (eksempelvis 340 kb/s).

Mobilradiostationens modtagerside indbefatter en blok D, som indbefatter en højfrekvensdel, en koherent demodulator samt en analog-digitalomsætter, som i og for sig er kendte, og som er forbundne på kendt vis, som anført i den 15 tidligere nævnte svenske patentansøgning. Endvidere er der i blokken D tilvejebragt en udligningsenhed, som på kendt vis udøver en tilpasning af de modtagne, regenererede datasignaler og korrigerer for ufuldkommenheder i overføringsmediet (tidsdispersion). Blokken CD repræsenterer et kanal-20 dekodeorgan, som udøver en fejlkorrigerende dekodning af signalerne fra udligningsenheden i blokken D. Kanaldekoderen CD frembringer derved dekodede digitale signaler med en informationsoverføringshastighed på 16 kb/s. Kanaldekodeor-ganet CD er forbundet med et taledekodeorgan SD, som i afhæn-25 gighed af de dekodede signaler fra kanaldekodeorganet frembringer et analogt signal til et lydgengivende organ HK.

De signaler, som er tilgængelige på udgangen af kanaldekodeorganet, indbefatter korrekt information fra basisstationen inden for den aktuelle tidsspalte for mobilstationen, 30 dvs. at der indeholdes informationen DM, EDC, Bm og FEC. I denne information er Bm reserveret til selve samtaleinformationen, og FEC er reserveret til fej lkorrigering af denne samtaleinformation. For at tilvejebringe styredata til mobilradiostationen for at kunne forandre bitfrekvensen ved udsen-35 delse til basisstationen i overensstemmelse med den ved opfindelsen tilvejebragte fremgangsmåde, må styreinformatio- DK 168680 B1 9 nen lægges i feltet DM ved udsendelse fra basisstationen mod mobilstationen.

Normalt er feltet EDC ifølge fig. 1 reserveret til paritetsbit for fejlkorrektion af DM, men kan om nødvendigt 5 anvendes til at overføre den nødvendige styreinformation til tidsspaltetælleren TC fra mobilstationens styreprocessor CT. Signalet sk, som er tilvejebragt fra udgangssignalet fra kanaldekodeorganet CD, indeholder således styredata til styreprocessoren CT, som på sin side udsender et styresignal 10 sc til tidsspaltetælleren TC. Styresignalet sc angiver start og stop for en tidsspalte, og tilvejebringes som resultat af styreprocessoren CT's evaluering af signalet sk. I dette signal findes nemlig information om antallet af tomme tidsspalter i en ramme, ud over den til mobilstationen normalt 15 tildelte tidsspalte. Information om de ledige tidsspalter i rammen kan angives ved disse ekstra spalters spaltenummer (hvilket kan lægges ind som binære niveauer i signalet sk).

Styreprocessoren CT modtager et synkroniseringssignal sd, som modsvarer feltet sw, (se fig. 1) fra blokken D på 20 kendt vis, og styreprocessoren har tillige information om tidsintervallet for en tidsspalte CH0-CH9. Fra styresignalerne sd (SW) og sk kan der således afgives et styresignal sc til tidsspaltetælleren TC, som angiver start og stop for dels den normalt tildelte tidsspalte, eksempelvis CH1, dels 25 de ekstra tidsspalter (CH3, CH8 i eksemplet i fig. 5). Signalet st fra tidsspaltetælleren TC udgør eksempelvis et logisk "etH i den tid, som en tidsspalte varer.

For at kunne opdele bitfrekvensen i de tidsspalter, som tildeles (den normale+ekstra) i overensstemmelse med 30 den ved opfindelsen tilvejebragte fremgangsmåde, er der tilvejebragt et frekvensdeleorgan FD, hvis indgang er forbundet med udgangen på mobilstationens hovedtaktgenerator MC. Denne generator anvendes normalt for tilføring af taktimpulser eller klokinformation til styreprocessoren CT. Frekvens-35 deleorganet FD's delingsfaktor styres fra styreprocessoren CT, således at opdelingen sker dels i den rigtige ramme, og DK 168680 B1 10 dels for de tidsspalter, som er tildelt mobilstationen. Styresignalet sf til frekvensdeleorganer kan være det samme, som styresignalet sc til tidsspaltetælleren, eftersom dette signal indeholder information om placeringen af start og 5 stop, eller det kan være et i styreprocessoren behandlet signal fra sc, for at kunne tilvejebringe information om den korrekte delings faktor. Fig. 6 viser denne sidste situation, dvs. at signalet sf indeholder dels information om start/stop og om delingsfaktoren for frekvensdeleorganet FD.

10 Signalet sr fra frekvensdeleorganet angiver således bitfrekvensen i den normalt tildelte tidsspalte CH1 såvel som de ekstra spalter CH3, CH8. En OG-kreds OC kan være forbundet mellem udgangene fra tidsspaltetælleren TC og frekvensdeleorganet FD og indgangen til lagerenheden M i 15 generatoren BG til sikker fastlæggelse af start- og stoptidspunkterne. Udlæsning af den lagrede information fra det kodede talesignal ss sker således med en bitfrekvens fr = f/m, hvis der er modtaget instruktion fra basisstationen om, at der er n ledige tidsspalter tilgængelige, hvorved 20 m = n+1, og f = den normale bitfrekvens. Hvis der således i eksemplet i fig. 2 kun tildeles en ekstra tidsspalte, sker der en halvering af bitfrekvensen, medens der i eksemplet i fig. 5 med to ekstra tildelte tidsspalter sker en reduktion af frekvensen til 1/3 af den normale frekvens.

25 I den foran forklarede fremgangsmåde udsendes informa tion om antallet af ledige tidsspalter og deres beliggenhed i rammen i begyndelsen af en tidsspalte (feltet DM). Imidlertid kan basisstationen udsende denne information over den udgående opkaldskanal, således at mobilstationen allerede 30 ved opkaldet indregulerer antallet af udsendte tidsspalter, i stedet for i begyndelsen af selve udsendelsen af samtalen. Reguleringen af tidsspalterne udøves af styreprocessoren CT, som ligesom i de tidligere nævnte tilfælde indhenter information fra kanaldekodeorganet CD's udgang (signalet 35 sk). Det er også muligt fra basisstationen at ændre værdien af m under samtalens forløb, dvs. at der for et vist antal 11 DK 168680 B1 tidsspalter vælges 111=1112, og at der for de derpå følgende tidsspalter vælges m=m2, hvor Mobilstationen kan eksempelvis have flyttet sig således, at den er nærmere ved eller længere bort fra basisstationen.

5 10 15 20 25 30 35

Claims (3)

1. Fremgangsmåde ved overføring af datainformation i et celleinddelt mobilradiokommunikationssystem, hvori overføres information -ifølge tidsopdelt multipeltilgang (TDMA) 5 og med en udpeget bitfrekvens i rammer (RI, R2,....), som hver især indeholder til tildeling af samtaler med datainformation svarende tidsspalter (CHI, CH2og hvor kapacitetsudnyttelsen i en udpeget celle (C2) i systemet er således, at antallet af tidsspalter i hver ramme er større, end 10 det største antal pågående samtaler mellem mobilstationerne (Ml) i cellen (C2) og en basisstation (B2) , som hører til cellen (C2), kendetegnet ved, at der i kommunikationsretningen mobilstation-basisstation (B), til en mobilstation i cellen (C2) er tildelt m (m>l) tidsspalter i hver 15 tidsramme, idet en spalte af de nævnte spalter udgør den spalte, som normalt er tildelt mobilstationen, og idet i det mindste én af de (m-1) resterende spalter i den samme ramme anvendes i afhængighed af afstanden til den mobile station fra basisstationen (B2) derved, at bitfrelevensen i 20 datainformationen fra den mobile station (MS) til basisstationen (BS) nedsættes til en ny størrelse (fr) , som er afhængig af antallet m af tildelte tidsspalter.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at de m (m>l) tidsspalter, som er tildelt en 25 mobil station (Ml) i cellen (C2) er placerede direkte efter hinanden i den dertil knyttede ramme (R), og at bitfrekvensen (f) nedsættes med en faktor 1/m.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at de m tidsspalter, som er tildelt til en mobil- 30 station (Ml) i cellen (C2) ikke følger direkte efter hinanden i rammen (R), men er sammenbladede med belagte tidsspalter, som er tildelt til andre mobilstationer i cellen (C2).