FI100501B - Solukkomatkaviestinjärjestelmä - Google Patents

Description

100501

Solukkomatkaviestinj ärjestelmä

Keksinnön kohteena on solukkomatkaviestinjärjestelmä, jossa kanavanvaihtopäätös perustuu matkaviestimen suo-5 rittamiin palvelevan solun ja naapurisolujen downlink-lä-hetysten mittauksiin. Vierekkäiset solut on tyypillisesti sovitettu osittain päällekkäin riittävän ajan varmistamiseksi naapurisolujen downlink-lähetysten vastaanottoa ja dekoodausta kanavanvaihtopäätöstä varten.

10 Solukkomatkaviestinjärjestelmissä matkaviestin, jolla on puhelu muodostettuna, ts. joka on käyttämässä liikennekanavaa, mittaa jatkuvasti palvelevalta tukiasemalta tulevan downlink-signaalin laatua ja/tai signaalin voimakkuutta. Palveleva tukiasema lisäksi informoi matka-15 viestintä naapurisoluista/tukiasemista ja niiden ohjaus-kanavataajuuksista. Tämän informaation avulla matkaviestin kykenee puhelun aikana mittaamaan myös naapuritukiasemien ohjauskanavataajuuksia. Mittaustulokset tallennetaan matkaviestimeen ja/tai lähetetään matkaviestinverkolle kanav-20 anvaihtopäätöstä varten riippuen siitä tekeekö kanavan-vaihtopäätöksen matkaviestin vai matkaviestinverkko. Kanavanvaihdoksi kutsutaan uudelle liikennekanavalle siirtymistä puhelun aikana.

Solukkoverkon tukiasemat lähettävät jatkuvasti in- • 25 formaatiota itsestään ja ympäristöstään. Tähän informaati- ··· · ··· oon sisältyy solun tai tukiaseman tunnus, jonka perusteel- la matkaviestin kykenee tunnistamaan mitattavan naapuri-solun. Solu- tai tukiasematunniste lähetetään myös soluk- .. koverkolle mahdollisissa mittausraporteissa. Matkaviesti- • · · *... 3 0 men täytyy dekoodata naapurisolun solu- tai tukiasematun- • · · * niste ennen kuin tätä solua voidaan käyttää potentiaalise na kohdesoluna kanavanvaihtoa varten. Jotta matkaviestimellä olisi riittävästi aikaa dekoodata solu- tai tukiasematunniste ja sitä kautta tehdä kanavanvaihto mahdolli-

< I

,,, 35 seksi, solukkomatkaviestinj ärj estelmän vierekkäisillä so- 2 100501 luilla täytyy olla päällekkäiset alueet. Kahden vierekkäisen solun päällekkäiseltä alueelta vaadittava koko riippuu solu- tai tukiasematunnisteen hyväksyttävän dekoodausajan lisäksi mm. matkaviestimen nopeudesta sekä kanavanvaihto-5 algoritmin parametreista, kuten esimerkiksi naapurisolun mitattujen signaalitasojen keskiarvoistamiseen käytetyn aikaikkunan koosta.

Jos kahden vierekkäisen solun päällekkäin menevä alue on niin pieni, että kanavanvaihtoa ei voida tehdä, 10 puhelu menetetään. Yksi syy menetetylle puhelulle on juuri naapurisolun dekoodaamaton solu- tai tukiasematunniste. Solujen päällekkäisyysvaatimus on merkittävä erityisesti mikrosoluissa, joiden halkaisija on muutamia satoja metrejä. Riittävän kokoinen päällekkäinen alue on kuitenkin 15 vaikea järjestää paikoissa, joissa maastoesteet, rakennukset tai muut vastaavat radiosignaalien etenemistä rajoittavat esteet varjostavat naapurisolun lähetystä. Tällaisia ongelmallisia paikkoja ovat esimerkiksi tunnelit, kadunkulmat ja rakennusten sisätilat. Esimerkiksi matkaviesti-20 men tullessa nopeasti ulos tunnelista tunnelin ulkopuoliseen naapurisoluun saattaa syntyä välitön kanavanvaihdon tarve mutta tunnelin ulkopuolisen naapurisolun solu- tai tukiasematunniste on dekoodaamatta, ja puhelu menetetään, koska kanavanvaihtoa naapurisoluun ei voida suorittaa.

• : : 25 Tällaista tilannetta kuvataan tarkemmin esimerkin avulla • M · ··· viitaten kuvioon 1.

• •M

Kuviossa 1 palvelevaa solua merkitään viitteellä S

• · 4 ja naapurisolua viitteellä A. Palveleva solu on esimerkik-si tunnelin 3 rajoittama siten, että solu S ulottuu hieman • ·♦ 30 tunnelin ulkopuolelle tunnelin suuaukon kohdalla. Naapu- * ♦ « *·* * risolu A on tunnelin ulkopuolinen solu, jonka peittoalue ei oleellisesti ulotu tunnelin sisäpuolelle. Näin soluilla S ja A on hyvin pieni päällekkäinen alue OA. Matkaviestin MS mittaa kaikkia palvelevalle solulle S määriteltyjä naa-35 purisoluja ja lähettää mittaustulokset solukkoverkolle.

3 100501

Mittaustulos sisältää mm. naapurisolun downlink-signaalin voimakkuuden ja naapurisolun solu- tai tukiasematunnis-teen. Tämä naapurisolua koskeva informaatio lähetetään solukkoverkolle, jos matkaviestin kykenee vastaanottamaan 5 kyseisen solun downlink-signaalin. Kun MS saavuttaa solun A peittoalueen kohdassa (1) se voi vastaanottaa solun A downlink-signaalin ja alkaa dekoodata solun A solu- tai tukiasematunnistetta. Koska matkaviestimen MS ei vielä ole ollut mahdollista dekoodata solu- tai tukiasematunnistet-10 ta, naapurisolua koskeva informaatio mittaustuloksessa on merkityksetön, koska ei voida varmuudella tietää, että mittaukset koskevat oikeaa solua, minkä vuoksi naapurisolua ei voida käyttää kohdesoluna kanavanvaihdon tapauksessa. Kohdassa (2) solukkoverkko havaitsee kanavanvaihdon 15 tarpeen esimerkiksi palvelevan solun S alhaisen vastaanot-totason vuoksi. Jos solujen S ja A päällekkäin menevä alue OA on niin pieni, että matkaviestin MS saavuttaa solun S peittoalueen rajan kohdassa (2) ennen kuin naapurisolun A tukiasematunniste on dekoodattu, kanavanvaihtoa soluun A 20 ei voida tehdä ja puhelu menetetään.

Nykyisissä solukkojärjestelmissä on joitakin ratkaisuja tämän ongelman poistamiseksi. Solun kokoa voidaan kasvattaa tai antennit voidaan suunnata siten, että vaadittava solujen päällekkäisyys saavutetaan. Nämä ratkaisut :: : 25 tuovat mukanaan joitakin muita ongelmia, erityisesti verk- ··· · kosuunnitteluun. Solun S peittoalueen kasvattaminen voi

• tM

tuoda samakanavahäiriöitä verkon joihinkin osiin. Solun A

• · · peittoalueen kasvattamisen tapauksessa menetetään mik- .. rosolujen antama etu minkä lisäksi saattaa esiintyä myös • · *##|* 30 samakanavahäiriötä. Solun A antennin suuntaamisesta kohti « · · '·* * solua S syntyvät peittoalueen aukot täytyy täyttää muista soluista käsin.

Esillä olevan keksinnön päämääränä on uusi tapa ' . edellä esitetyn ongelman lievittämiseksi tai poistamisek- 35 si.

4 100501 Tämä saavutetaan johdannossa esitetyn tyyppisellä solukkomatkaviestinjärjestelmällä, jolle on keksinnön mukaisesti tunnusomaista, että solussa, jossa maastoesteet, rakennukset, tunnelit tai muuut vastaavat radiosignaalien 5 etenemistä rajoittavat esteet varjostavat naapurisolun downlink-lähetystä siten, että riittävää päällekkäisyyttä solun ja naapurisolun välillä ei ole, on naapurisolun toistin tai antenni, joka laajentaa naapurisolun downlink-lähetyksen peittoalueen solussa naapurisolun downlink-lä-10 hetyksen aikaistettua vastaanottamista ja dekoodaamista varten.

Esillä olevan keksinnön perusideana on tehdä matkaviestimelle mahdolliseksi ilmaista naapurisolu ja dekoodata solun tunniste, kuten tukiasematunniste, ennen kuin 15 matkaviestin voi kuulla naapurisolun varsinaista downlink-lähetystä. Tämän ansiosta solujen päällekkäisten alueiden kokovaatimukset suhteessa varsinaisiin peittoalueisiin eivät ole niin suuret kuin tekniikan tason ratkaisuissa erityisesti mikrosolualueilla. Keksinnön mukainen naapu-20 risolun aikaistettu ilmaisu ja dekoodaus aikaansaadaan laajentamalla naapurisolun peittoaluetta vain downlink-suunnassa palvelevan solun alueelle, jossa radiosignaalien etenemistä rajoittavat esteet varjostavat naapurisolun downlink-lähetystä. Koska naapurisolun laajennuksen tar- : : : 25 koituksena on vain valmistautua nopeaan kanavanvaihtoon, ··· · ··· vastaavaa laajennusta ei tarvita uplink-suunnassa. Keksin- • · · · nön mukainen aikaistettu naapurisolun ilmaisu ja tukiase- • · · matunnisteen dekoodaus tekee mahdolliseksi valita naapu- .. risolu potentiaaliseksi kanavanvaihdon kohdesoluksi jo • · < 30 ennen naapurisolun varsinaiselle peittoalueelle saapumista • · · **| ja tällä tavoin varmistaa nopea kanavanvaihto ja puhelun säilyminen, vaikka tukiasematunnistetta ei ehdittäisikään dekoodata naapurisolun varsinaisesta downlink-lähetykses-tä. Keksintö voidaan toteuttaa valmiin verkkosuunnittelun 35 päälle tarvitsematta muutoin muuttaa valmiin solukkoverk- 5 100501 kosuunnittelun mukaisia soluja. Tämä on tärkeä etu, koska varsinkin mikrosoluympäristössä verkkosuunnittelun uudelleen tekeminen on vaativaa, esimerkiksi solujen laajentaminen häiritsee pahasti muita mikrosoluja.

5 Keksintöä kuvataan tarkemmin suoritusesimerkkien avulla viitaten oheiseen piirrokseen, jossa kuvio 1 havainnollistaa kanavanvaihto-tilannetta tekniikan tason mukaisessa solukkomatkaviestinjärjestel-mässä siirryttäessä tunnelin sisäisestä solusta ulkopuoli-10 seen soluun, kuvio 2 esittää solukkomatkaviestinjärjestelmän, jossa keksinnön mukainen naapurisolun downlink-suunnan laajennus on toteutettu tunnelisolussa.

Esillä oleva keksintö soveltuu käytettäväksi missä 15 tahansa solukkomatkaviestinverkossa, jossa matkaviestin suorittaa naapurisolujen mittauksia kanavanvaihtoa varten ja tarvitsee riittävää solujen peittoalueiden päällekkäisyyttä riittävän ajan varmistamiseksi naapurisolun downlink -signaalin vastaanottoa ja dekoodausta varten. Seuraa-20 vassa keksintöä kuvataan käyttäen esimerkkinä GSM-matka- viestinjärjestelmää keksintöä tähän kuitenkaan rajoittamatta .

GSM (Global System for Mobile Communications) on yleiseurooppalainen digitaalinen matkaviestinjärjestelmä.

• : : 25 Kuviossa 2 on esitetty vain muutamia GSM-järjestelmän pe- ··· · .·· rusrakenneosia, puuttumatta tarkemmin niiden ominaisuuk- • · * · siin tai järjestelmän muihin osa-alueisiin. GSM-järjestel- • · « män tarkemman kuvauksen osalta viitataan GSM-suosituksiin sekä kirjaan "The GSM System for Mobile Communications", ·... 30 M. Mouly & M. Pautet, Palaiseau, France, 1992, ISBN:2- *·* ' 9507190-0-0-7.

Matkaviestinkeskus MSC huolehtii tulevien ja lähtevien puheluiden kytkennästä. Se suorittaa samantyyppisiä ' . tehtäviä kuin yleisen puhelinverkon keskus. Näiden lisäksi \:i' 35 se suorittaa myös ainoastaan siirtyvälle puheluliikenteel- 6 100501 le ominaisia toimintoja, kuten esimerkiksi tilaajien sijainninhan int aa . Liikkuvat radioasemat eli matkaviestimet MS kytkeytyvät keskukseen MSC tukiasemajärjestelmien BSS avulla. Tukiasemajärjestelmä BSS muodostuu tukiasemaohjai-5 mesta BSC ja tukiasemista BTS. Yhtä tukiasemaohjainta BSC käytetään ohjaamaan useita tukiasemia BTS. BSC:n tehtäviin kuuluvat mm. kanavanvaihdot tapauksissa, joissa kanavanvaihto tehdään tukiaseman sisällä tai kahden tukiaseman välillä, jotka ovat molemmat saman BSC:n ohjauksessa. Kulo viossa 2 on esitetty selvyyden vuoksi vain yksi tukiasemajärjestelmä BSS, jossa tukiasemaohjaimeen BSC liittyy kaksi tukiasemaa BTS1 ja BTS2, joiden radiopeittoalueet puolestaan muodostavat vastaavat radiosolut S ja A.

Matkaviestin MS, jolla on puhelu käynnissä, mittaa 15 jatkuvasti palvelevalta solulta vastaanotetun signaalin laatua tai tasoa sekä naapurisolujen ohjauskanavataajuuk-sien vastaanottotasoa kanavanvaihtoihin valmistautumista varten. Palveleva solu ilmoittaa matkaviestimelle naapu-risolut, joita sen tulee mitata. GSM-järjestelmässä naapu-20 risolujen ohjauskanavakantoaaltoja, joita matkaviestimet kuuntelevat ja mittaavat, kutsutaan yleislähetykanavakan-toaalloiksi BCCH (Broadcast Control Channel). Jotta matkaviestin MS kykenisi erottamaan toisistaan solut, joilla on sama BCCH-kantoaalto, BCCH-lähetykseen sisällytetään tu- • · j 25 kiasematunnistekoodi BSIC (Base Station Identity Code). On ··· ♦ .:. nimittäin mahdollista, että matkaviestin MS joissakin ta- • · ♦ * pauksissa vastaanottaa kaksi BCCH-lähetystä eri soluista • · 4 samalla kantoaaltotaajuudella. Kuten edellä todettiin, .. matkaviestin MS varustetaan naapurisolumittauksia varten • · 30 niiden kantoaaltotaajuuksien listalla, joita sen tulisi • · · V * tarkkailla. Raporttisanomassa, jonka matkaviestin säännöl lisesti lähettää palvelevalle tukiasemalle BTS ja joka sisältää enintään kuuden naapurisolun mittaustulokset, matkaviestimen täytyy ilmoittaa BSIC jokaisesta mitatusta 35 BCCH-kantoaallosta, josta se raportoi mittaustuloksia.

7 100501 Tämä merkitsee, että matkaviestimen täytyy dekoodata synk-ronointikanava SCH (Synchronation Channel) BCCH-kantoaal-lolla saadakseen selville naapurisolun BSICin. Tukiasemaohjain BSC, jolle tukiasema BTS välittää mittausraportit 5 matkaviestimeltä MS, kykenee epäselvissä tapauksissa tarkistamaan mikä solu todella on mitattu. Mikäli mitatun BCCH-kantoaallon BSICia ei ole dekoodattu, kyseisen BCCH-kantoaallon mittaustuloksia ei raportoida eteenpäin eikä siihen liittyvää naapurisolua voida valita potentiaalisek-10 si kanavanvaihtoin kohdesoluksi.

Kuvion 2 solukkojärjestelmässä tukiaseman BTS1 solu S on tunnelin 23 sisään rajoittuva solu, jonka peittoalue ulottuu vain hieman tunnelin suuaukon ulkopuolelle. Vastaavasti tukiaseman BTS2 solu A on tunnelin 23 ulkopuoli-15 nen solu, jonka peittoalue ei ulotu käytännöllisesti katsoen lainkaan tunnelin 23 sisäpuolelle. Näin solujen S ja A päällekkäinen alue OA on hyvin pieni, eikä kaikissa tilanteissa tarjoa matkaviestimelle MS riittävää aikaa mitata ja dekoodata tukiaseman BTS2 BCCH-kantoaaltoa matka-20 viestimen MS siirtyessä tunnelista päällekkäiselle alueelle OA. Tästä voi seurata kanavanvaihdon epäonnistuminen ja puhelun menetys, kuten kuvion 1 yhteydessä selitettiin.

Keksinnön mukaisesti on solun S sisälle alueelle, jonne tunneli 23 estää tukiaseman BTS2 varsinaisen peitto- j 25 alueen A ulottumisen, on muodostettu laajennettu peitto- ··· · ··· alue A' downlink-BCCH -signaalille. Tämä laajennusalue • · · · A'on toteutettu toistimella ja suunta-antenni 11a 22, jotka • · · on sijoitettu tunnelin 23 ja solun S sisään solun A ulko- .. puolelle. Toistin ja antenni 22 on kytketty tukiasemaan # ♦ *##[ 30 BTS2 kaapeloinnilla 21. Laajennusalueella A' lähetetään • · · *·* * solun A downlink-BCCH -signaalia sellaisella tasolla, että tällä alueella oleva matkaviestin voi dekoodata solun A tunnisteen BSIC. Lisäksi toistin ja antenni 22 sijoitetaan siten, että solu A ja laajennus A' eivät aiheuta merkittä-35 vää häiriötä toisilleen. Toistimen ja antennin 22 paikka 8 100501 laajennusalueella A' voidaan löytää esimerkiksi mittaamalla solun A signaalitasoa.

Seuraavassa tarkastellaan esimerkin avulla keksinnön mukaisen laajennusalueen A' vaikutusta kanavanvaih-5 toon. Oletetaan aluksi, että matkaviestin MS on kytketty palvelevaan soluun S. Kun matkaviestin MS liikkuu kohti naapurisolua A, se saavuttaa naapurisolun laajennusalueen A' kohdassa (3) . Tässä kohdassa matkaviestin MS kykenee vastaanottamaan solun A BCCH-kantoaallon, joka lähetetään 10 toistimen ja antennin 22 kautta ja näin ollen aloittamaan BSICin dekoodauksen. Kun BSIC on dekoodattu, MS tallentaa BSICin. Kun tämä BCCH-kantoaalto ei enää ole kuuden voimakkaimman kantoaallon joukossa, BSIC tulee GSM-suosituksen 0508 mukaan säilyttää ainakin 10 sekunnin ajan. Tämä 15 aika merkitsee nopeudella 50 km/h noin 140 metrin matkaa.

Kun matkaviestin MS saavuttaa naapurisolun A todellisen peittoalueen paikassa (1) , naapurisolun A tunniste BSIC on laajennusalueen A' vuoksi jo dekoodattu. Täten kanavanvaihdon tapauksessa solua A voidaan pitää mahdollisena 20 kohdesoluna. Jos matkaviestin MS liikkuu nopeasti solujen S ja A alueella, on mahdollista pitää BSIC tallennettuna muistiinsa ajan, joka tarvitaan siirtymiseen alueelta A' alueelle A. Jos matkaviestin MS liikkuu hitaasti, se voi menettää BSIC-informaation alueiden A' ja A välillä mutta • j‘: 25 dekoodata sen uudelleen solujen S ja A päällekkäisellä alueella OA. Matkaviestin MS välittää mittausraportteja • · · · tukiaseman BTS1 kautta tukiasemaohjaimelle BSC.

Tukiasemaohjain BSC havaitsee kanavanvaihdon tar- .. peen kohdassa (2). Tämä tarve voidaan havaita esimerkiksi • · 30 palvelevan solun S alhaisen vastaanottotason perusteella.

• · · *·* * Kun kanavanvaihdon tarve on havaittu, puhelu siirretään

sopivalle naapurisolulle. Tässä tapauksessa kanavanvaihdon kohdesolu on solu A, joka on havaittu sopivaksi naapu-risoluksi kanavanvaihtoa varten. Tämä tarkoittaa, että 35 solu A on tunnistettu BSIC-dekoodauksen kautta ja solun A

9 100501 vastaanottotaso on riittävä puhelun ylläpitämiseen.

Keksintöä on edellä kuvattu käyttäen esimerkkinä tunneliin sijoitettua solua S. Keksintöä ei kuitenkaan ole mitenkään rajoitettu tähän esimerkkiin, vaan sitä voidaan 5 soveltaa missä tahansa verkon katvepaikassa saman ongelman poistamiseen. Solu S voi olla esimerkiksi rakennuksen sisäinen solu ja solu A rakennuksen ulkopuolella sisäänkäynnin edessä oleva solu. Tällöin laajennusalue A' voi sijaita esimerkiksi rakennuksen sisällä aulassa ennen sisään-10 käyntiä. Edelleen solu S voi olla pysäköintihallin sisäinen solu ja solu A pysäköintihallin sisäänkäynnin edessä oleva solu. Tällöin laajennusalue A' voi sijaita esimerkiksi pysäköintihallin sisällä ennen uloskäyntiä. Edelleen solu S voi olla korkeiden rakennusten välissä olevan kadun 15 kattava solu ja solu A risteävän kadun kattava solu.

Laajennusalueen muodostamiseen voidaan käyttää tarvittaessa yhtä antennia, useita antenneja, antennin ja toistimen yhdistelmää, vuotavaa (säteilevää) kaapelia tai mitä tahansa laitteistoa, jolla saadaan sopivan tyyppinen 20 downlink-laajennusalue kussakin erityistapauksessa.

Kuviota ja niihin liittyvä selitys on tarkoitettu vain havainnollistamaan esillä olevaa keksintöä. On ymmärrettävää, että esitettyyn solukkojärjestelmään voidaan tehdä muutoksia ilman, että poiketaan oheisten patentti- • : j 25 vaatimusten hengestä ja suojapiiristä.

··· · ··· • · · · ·· · • · ·

• · I

m • · • · • ·· ··· « · · • · · rrr

Claims (6)

10 100501 Patent t ivaat imukset

1. Solukkomatkaviestinjärjestelmä, jossa kanavan-vaihtopäätös perustuu matkaviestimen suorittamiin palvele- 5 van solun (S) ja naapurisolujen (A) downlink-lähetysten mittauksiin ja vierekkäiset solut on tyypillisesti sovitettu osittain päällekkäin (OA) riittävän ajan varmistamiseksi naapurisolujen downlink-lähetysten vastaanottoa ja dekoodausta sekä kanavanvaihtopäätöstä varten, t u n -10 n e t t u siitä, että solussa (S) , jossa maastoesteet, rakennukset, tunnelit tai muuut vastaavat radiosignaalien etenemistä rajoittavat esteet (3,23) varjostavat naapu-risolun (A) downlink-lähetystä siten, että riittävää päällekkäisyyttä (OA) solun ja naapurisolun välillä ei ole, on 15 naapurisolun toistin tai antenni (22), joka laajentaa naapurisolun (A) downlink-lähetyksen peittoalueen (A1) solussa (S) naapurisolun downlink-lähetyksen aikaistettua vastaanottamista ja dekoodaamista varten.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen solukkomatkavies-20 tinjärjestelmä, tunnettu siitä, että naapurisolun laajennettu downlink-peittoalue (A') aikaansaa naapuriso-' lun downlink-signaalin aikaistetun dekoodauksen ja sitä kautta naapurisolun aikaistetun tunnistamisen potentiaaliseksi kanavanvaihdon kohdesoluksi ennen naapurisolun var- • : 25 sinaiselle peittoalueelle (A) saapumista.

··· 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen solukkomat- kaviestinjärjestelmä, tunnettu siitä, että naapu-risolun laajennettu downlink-peittoalue (A') ja varsinai- .. nen peittoalue (A) ovat toisistaan erilliset. • · 1 • · · 3 0

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen solukko- • · · *\ matkaviestinjärjestelmä, tunnettu siitä, että solu • M (S) on rakennuksen sisäinen solu ja naapurisolu (A) on rakennuksen ulkopuolinen solu.

5. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen solukko-35 matkaviestinjärjestelmä, tunnettu siitä, että solu 11 100501 (S) on tunnelin sisäinen solu ja naapurisolu (A) tunnelin ulkopuolinen solu.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen solukkomatkaviestinjärjestelmä, tunnettu siitä, 5 että antenni (22) on vuotava kaapeli. • t • · · • · · ··· · • « · • · · · • »· • · · ·· • · • · · Ml • · · • « I 1 •f 12 100501