FI101440B - Yhdistetty solukko- ja yleisradioverkko - Google Patents

Description

101440

Yhdistetty solukko-ja yleisradioverkko - Kombinerat cellular- och rundradionät

Keksintö koskee yleisesti tiedonsiirtokapasiteetin parantamista solukkoradiojärjes-5 telmässä ja erityisesti kahden erilaisen radiojärjestelmän joustavaa yhdistämistä, jolloin kummankin ominaisuuksia käytetään valikoivasti hyväksi tarjolla olevan tiedonsiirtokapasiteetin hyödyntämiseksi optimaalisella tavalla.

Solukkoradioverkot muodostavat tärkeimmän tiedonvälitysjärjestelmän, jossa yksit-10 täisille käyttäjille tarkoitetut langattomat päätelaitteet voivat olla kaksisuuntaisessa tiedonsiirtoyhteydessä keskuslaitteiden ja toistensa kanssa. Tunnetut solukkoradio-järjestelmät, kuten GSM (Global System for Mobile telecommunications), on suunniteltu erityisesti puheyhteyksien välittämistä varten, jolloin niiden tiedonsiirtokapasiteetti on suhteellisen rajoitettu. On kuitenkin oletettavissa, että tulevaisuudessa 15 kannettavilta päätelaitteilta edellytetään paljon nykyistä nopeampia ja monipuoli sempia datansiirto-ominaisuuksia esimerkiksi nopeiden tiedostonsiirtojen tai kuvapuhelinyhteyksien välittämistä varten. Tällöin on keksittävä menetelmiä ja laitteistoratkaisuja, joilla pystytään oleellisesti parantamaan digitaalisen tiedonsiirron nopeutta, tehokkuutta ja virheettömyyttä.

20

Laitetekniikan kehittyessä on kuitenkin muistettava, että käyttäjäystävällisyyden säilyttämiseksi uudet ratkaisut eivät saisi tehdä vanhemmista laitemalleista kovin nopeassa tahdissa käyttökelvottomia. Käyttäjän mielestä voi olla turhauttavaa, jos vanha laite ei toimi uudessa järjestelmässä. Näin ollen kapasiteettia lisäävät uudis-25 tukset tulisi tehdä siten, että vanhoja päätelaitteita on mahdollista käyttää niiden alkuperäiseen tarkoitukseen rinnan uusien ja monipuolisempien mallien kanssa.

Tekniikan tason mukaisissa ratkaisuissa solukkoradioverkkojen tiedonsiirtokapasiteettia on pyritty parantamaan lähinnä antamalla tietyn nopean yhteyden käyttöön 30 tavallista suurempi osa jäijestelmän resursseista. Esimerkiksi suomalaisesta patenttihakemuksesta n:o 953282, "Kapeakaistaiseen TDMA-järjestelmään perustuva laajakaistainen sovellus", tunnetaan ratkaisu, jossa kapeakaistaisen tiedonsiirtojärjestelmän taajuuskaistoja voidaan antaa useampia kerrallaan tietyn nopean siirtoyhteyden käyttöön määräajaksi. Ratkaisu perustuu havaintoon, jonka mukaan on mahdollista 35 jakaa laajakaistaista modulaatiota vastaava toiminto rinnakkaisiksi modulointiloh-koiksi, joista kukin vastaa rakenteeltaan ja toiminnaltaan yhtä tavallisen kapeakaistaisen järjestelmän modulaattoria. Samaa periaatetta soveltaen laajakaistainen demo-dulaattori voidaan koota rinnakkaisista kapeakaistaisista demodulaatiolohkoista.

101440 2

Tekniikan tasossa viitataan myös nykyisten radiotiejärjestelyjen korvaamiseen jollain muulla yhteyskäytännöllä. Suomalaisessa patenttihakemuksessa n:o 953283, "Yhdistetty radiosignaalin modulointi-ja monikäyttömenetelmä ", selostetaan 5 OFDM-modulaatiomenetelmän (Orthogonal Frequency Division Multiplex) mahdollista käyttöä TDMA-monikäyttöjärjestelmässä (Time Division Multiple Access), jossa matkapuhelimen ja solukkoverkon tukiaseman välinen tiedonsiirto tapahtuu purskeittain hyvin lyhyessä aikavälissä kerrallaan. Yksi OFDM-symboli koostuu tunnetusti samanaikaisista alkeiselementeistä, jotka välitetään vierekkäisillä alitaa-10 juuksilla. Mainitun patenttihakemuksen esittämässä ratkaisussa vain yksi alitaajuus tai suhteellisen pieni joukko alitaajuuksia nimetään ensimmäisen symbolin vaihere-ferensseiksi, jolloin muiden alitaajuuksien modulaatio tapahtuu johtamalla vaihein-formaatio difFerentiaalisesti alitaajuudesta toiseen. Kun ensimmäisellä symbolilla saadaan näin välitettyä tietty vaiheinformaatio kaikille alitaajuuksille, seuraavien 15 samaan sekvenssiin kuuluvien symbolien alitaajuuskohtainen vaihemodulaatio mää ritellään vaihe-erona edellisessä symbolissa samalla alitaajuudella välitettyyn signaaliin.

Esitetyistä tekniikan tason mukaisista ratkaisuvaihtoehdoista ensimmäinen eli suu-20 remman kapasiteettiosuuden ohjaaminen väliaikaisesti tietyn yhteyden käyttöön ei rajoita vanhojen päätelaitteiden käyttöä, mutta saavutettu tiedonsiirtonopeuden lisäys jää yleensä varsin vaatimattomaksi. Jälkimmäisessä järjestelyssä on puolestaan se huono puoli, että se edellyttää täysin uudenlaisia laitteistoja, koska modulaatio- ja demodulaatiomenetelmää täytyy vaihtaa.

25

Esillä olevan keksinnön tavoitteena on esittää menetelmä, jolla solukkoradioverkon tiedonsiirtokykyä voidaan merkittävästi lisätä. Keksinnön tavoitteena on myös, että sen mukaisista lisäyksistä huolimatta vanhoja päätelaitteita voidaan käyttää edelleen järkevällä tavalla. Lisäksi keksinnön tavoitteena on nostaa solukkoradioverkon siir-30 tokapasiteettia käyttämällä hyväksi jo määriteltyjä tiedonsiirron standardeja. Keksinnön tavoitteena on edelleen, että sen mukaisesti tiedonsiirron resursseja voidaan jakaa dynaamisesti ja joustavasti eri käyttäjien ilmaisemien tarpeiden mukaan.

Keksinnön tavoitteet saavutetaan epäsymmetrisellä siirtoratkaisulla, jossa tiedonsiir-35 rossa tukiasemalta päätelaitteen suuntaan hyödynnetään tarvittaessa nopeaa, laajakaistaista siirtomuotoa, ja tiedonsiirrossa päätelaitteelta tukiaseman suuntaan käytetään sinänsä tunnettua solukkoverkon siirtomuotoa.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista, että tiedonsiirtojärjestelmäsn päätelaitteiston käsittäessä 3 101440 - matkaviestinverkon viestinlaitteen kaksisuuntaisen tietoliikenteen välittämiseksi 5 sekä - yleisradiovastaanottimen yleisradiolähetyksen vastaanottamiseksi mainitussa menetelmässä siirretään tietoa päätelaitteistosta tiedonsiirtoverkkoon mainitun matkaviestinverkon viestinlaitteen kautta ja tiedonsiirtoverkosta päätelait-10 teistolle mainitun yleisradiovastaanottimen kautta.

Keksintö kohdistuu myös tiedonsiirtojäijestelmään edellä kuvatun menetelmän toteuttamiseksi. Keksinnön mukaiselle tiedonsiirtojärjestelmälle on tunnusomaista, että mainittu tiedonsiirtoverkko käsittää lähetinlaitteen yleisradiolähetyksen lähet-15 tämiseksi ja sen kanssa tahdistetusti toimivan lähetin/vastaanotinlaitteen matkaviestinverkon kaksisuuntaisen tietoliikenteen välittämiseksi.

Keksintö perustuu epäsymmetriseen tiedonsiirtoratkaisuun eli erilaisen siirtokäytännön soveltamiseen ylös- ja alassuuntaisessa liikennöinnissä. Ylössuunnalla tarkoite-20 taan vakiintuneen käytännön mukaisesti tiedonsiirron suuntaa päätelaitteesta siirtoverkkoon päin ja alassuunnalla vastaavasti suuntaa siirtoverkosta päätelaitteeseen päin. Keksinnön mukaisesti epäsymmetristä tiedonsiirtoa sovelletaan vain tarvittaessa eli silloin, kun edellytetään tavallista suurempaa siirtokapasiteettia. Tällöin alassuuntaisessa tiedonsiirrossa käytetään digitaalisen yleisradiolähetyksen tyyppistä 25 ratkaisua, joka soveltuu digitaalimuotoisen tiedon lähettämiseen suurella nopeudella radiorajapinnan yli ja jonka kapasiteettia jaetaan dynaamisesti tarvitsijoiden kesken. Tavallisten puhelinyhteyksien välittämiseksi käytetään molempiin suuntiin tavanomaisempaa, nykyisistä solukkoradioverkoista tunnettua menettelyä.

30 Keksinnön mukainen tiedonsiirtojäijestelmä muistuttaa rakenteeltaan nykyisiä so-lukkoverkkojäijestelmiä, koska siinä on suuri joukko tukiasemia, joista kullakin on tietty maantieteellinen kattavuusalue eli solu. Tukiasemat ovat yhteydessä keskuksiin, joissa on tarpeelliset tietokantavälineet päätelaitteiden liikkumisen hallitsemiseksi ja niiden käyttöoikeuksien toteamiseksi. Keksinnön mukaisessa järjestelmässä 35 samoja tukiasemia tai samalla alueella kuultavissa olevia yleisradiolähettimiä käytetään yleisradiotyyppiseen lähetykseen, jossa tietty lähetysasema tarjoaa säännöllisenä sähköisenä jakeluna ääni-, kuva-ja/tai tiedostomuotoisia tallenteita suurelle joukolle vastaanottajia. Kun jokin päätelaite pyytää nopeaa alassuuntaista tiedonsiir- 4 101440 toa, siinä solussa, jossa kyseinen päätelaite on, tietty osa yleisradiolähetyksen kapasiteetista osoitetaan väliaikaisesti kyseisen päätelaitteen käyttöön.

Keksinnön mukainen menetelmä ja jäijestelmä yhdistävät joustavalla tavalla toisaal-5 ta solukkoradiojärjestelmän tarjoaman yksilöllisen kaksisuuntaisen tiedonsiirtopalvelun monelle käyttäjälle ja toisaalta yleisradiolähetyksen suuren kapasiteetin. Käyttöliittymien ja -oikeuksien kontrollointi, päätelaitteiden liikkuvuuden hallinta, lasku-tustoiminnot ja tavanomainen puhelinliikenne tapahtuvat samaan tapaan kuin nykyisissä solukkoradiojärjestelmissä. Yleisradiolähetykseen voidaan käyttää samoja 10 tukiasemia, jolloin vältytään päällekkäisten siirtoverkkojen rakentamiselta. Vaihtoehtoisessa suoritusmuodossa yleisradiolähettimien kattavuusalueet ovat laajempia, jolloin niitä tarvitaan vähemmän kuin puhelinjäijestelmän tukiasemia. Pelkkään yleisradiovastaanottoon tai pelkkään puhelinliikenteeseen tarkoitettuja vanhempia päätelaitteita voidaan käyttää kuten ennenkin, koska keksinnön mukaista yhdistettyä 15 tiedonsiirtoa sovelletaan vain silloin, kun päätelaite osaa pyytää sellaista. Jäijestel-män yhteenlaskettu siirtokapasiteetti voidaan jäljestää riittävän suureksi ja eri toimintojen priorisointi voidaan tehdä siten, että dynaamisesti tapahtuva yleisradiolähetyksen kapasiteetin väliaikainen varaus tietyn yhden päätelaitteen tai pienen pää-telaiteryhmän käyttöön ei vaikuta tavanomaiseen radiovastaanottoon tai puhelinlii-20 kenteeseen.

Seuraavassa selostetaan keksintöä yksityiskohtaisemmin viitaten esimerkkinä esitettyihin edullisiin suoritusmuotoihin ja oheisiin kuviin, joissa 25 kuva 1 esittää kaavamaisesti keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaista solukkoradiojärjestelmää, kuva 2 esittää kaavamaisesti sinänsä tunnettua digitaalisen yleisradiolähetyksen kokoonpanoa, kuva 3 esittää sinänsä tunnettua digitaalisen yleisradiolähetyksen jakoa kanaviin, 30 kuva 4a esittää ajoituskaaviona lähetystä tietyiltä keksinnön mukaisen tiedonsiirtojärjestelmän tukiasemilta, kuva 4b esittää ajoituskaaviona lähetystä tietyiltä keksinnön mukaisen tiedonsiirtojärjestelmän tukiasemilta, kun käytetään erästä vaihtoehtoista suoritusmuotoa, 35 kuva 5 esittää lohkokaaviona keksinnön erään suoritusmuodon mukaista CDMA-hajotusta lähettimessä, kuva 6a esittää kaavamaisesti keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa tiedonsiirtojärjestelmässä tarvittavia laitteistoja, ja 5 101440 kuva 6b esittää kaavamaisesti keksinnön erään toisen suoritusmuodon mukaisessa tiedonsiirtojäijestelmässä tarvittavia laitteistoja.

Kuvissa käytetään toisiaan vastaavista osista samoja viitenumerolta.

5

Kuvassa 1 on esitetty solukkoradiojärjestelmä, joka käsittää useita keskuslaitteita 1, 2 (MSC, Mobile Switching Center) ja kunkin niistä alaisuudessa useita tukiasemia 3, 4, 5, 6, 7, 8 (BTS, Base Transceiver Station). Jäijestelmän kattavuusalue muodostuu tukiasemien 3-8 kattavuusalueista eli soluista. Jäijestelmään on lisäksi liitetty 10 yleisradiotyyppistä lähetystä tuottava radioasema 9 (SP, Service Provider) ja järjestelmän kattavuusalueella liikkuu suuri määrä päätelaitteita 10, 11, 12 (MS, Mobile Station), jotka ovat radioyhteydessä kulloinkin ainakin yhteen tukiasemaan 3-8.

Osa päätelaitteista 10 - 12 voi olla radiovastaanottimia, jotka on rakennettu vain vastaanottamaan radioaseman 9 tuottamaa lähetystä. Toinen osa päätelaitteista 10 -15 12 voi olla sinänsä tunnettuja solukkojärjestelmän matkapuhelimia, jotka on raken nettu vain lähettämään ja vastaanottamaan puhelinliikennettä esimerkiksi GSM-jär-jestelmän spesifikaatioiden mukaisesti. Keskuksista 1, 2 on lisäksi edullisesti tiedonsiirtoyhteys 13 muihin tiedonsiirtoverkkoihin, kuten johdinvälitteisiin puhelinverkkoihin ja tietokoneiden välisiin tietoverkkoihin.

20

Keskuslaitteiden 1 ja 2, tukiasemien 3 - 8 ja radioaseman 9 väliset tiedonsiirtoyhteydet sekä yhteydet 13 keskuksista muihin tiedonsiirtoverkkoihin on edullisesti toteutettu kiinteinä johdin- tai valokaapeliyhteyksinä ja niissä voidaan soveltaa mitä tahansa sinänsä tunnettua suurikapasiteettista tiedonsiirtokäytäntöä. Päätelaitteiden 25 10-12 liikkuessa solusta toiseen niihin suunnattu päätelaitekohtainen tiedonsiirto on vaihdettava kulkemaan toisen tukiaseman kautta, mitä kutsutaan yleisesti handover-toiminnoksi. Tiedonsiirron reititys keskusten 1, 2 välillä ja keskuksista tukiasemiin 3-8 perustuu keskusten ylläpitämiin koti-ja vierailijatietokantoihin (ei erikseen esitetty kuvassa), joihin tallennettuja sijaintitietoja päivitetään aina 30 handover-toiminnon yhteydessä. Keskukset 1, 2 keräävät myös sinänsä tunnetulla *: tavalla laskutustietoja sen perusteella, miten kukin päätelaite käyttää verkon palve luja. Lisäksi keskusten tietokantoja käytetään hyväksi päätelaitteisin liittyvien käyttöoikeuksien valvonnassa.

35 Radioaseman 9 tuottama digitaalinen yleisradiolähetys voidaan keksinnön edullisessa suoritusmuodossa tehdä esimerkiksi DAB®-spesifikaatioiden (Digital Audio Broadcasting) mukaisesti. Kyseinen menettely digitaalisen yleisradiolähetyksen muodostamiseksi, lähettämiseksi ja vastaanottamiseksi on sinänsä tunnettu ETSI:n 6 101440 (European Telecommunications Standards Institute) standardista ETS 300 401, "Radio broadcast systems: Digital Audio Broadcasting (DAB) to mobile portable and fixed receivers". Keksinnön sovellettavuuden selvittämiseksi seuraavassa selostetaan kuviin 2 ja 3 viitaten lyhyesti DAB-järjestelmän niitä piirteitä, jotka ovat 5 keksinnön kannalta merkittäviä.

Yksi standardin mukaisen lähetinlaitteen lähettämä signaalivirta muodostaa DAB-kokonaisuuden 21 (DAB ensemble), joka voi sisältää kuvan 2 mukaisesti useita palveluita 22, 23, 24 (service). Kukin palvelu vastaa käyttäjän kannalta nykyisten jär-10 jestelmien yhtä radiokanavaa ja se koostuu yhdestä tai useammasta palvelukompo- nentista 25, 26, 27, 28, 29, 30 (service component). Yksittäinen palvelukomponentti 25 voi sisältää esimerkiksi palvelun 22 tarjoaman audio-osuuden, kuten musiikin, tai jonkin siihen liittyvän dataosuuden, kuten parhaillaan soitettavan laulun sanat, tai muuta palveluun 22 liittyvää informaatiota. Yksi palvelukomponentti 26 voi olla 15 osana useampaa palvelua 22, 24. Palvelun kannalta oleellisinta palvelukomponenttia nimitetään ensisijaiseksi palvelukomponentiksi (primary service component) ja muita palveluun kuuluvia palvelukomponentteja nimitetään toissijaisiksi palvelukompo-nenteiksi (secondary service component). Ensisijainen palvelukomponentti on usein palvelun tarjoama audio-osuus, mutta se voi olla myös jokin dataosuus. Palvelu voi 20 sisältää palvelukomponentteina myös useita audio-osuuksia. Kuvassa 2 on esitetty yhteys kunkin palvelun (esim. Radio A; 22) ja sen ensisijaisen palvelukomponentin (tässä tapauksessa Audio; 25) välillä paksulla viivalla.

DAB-järjestelmän radiorajapinnan yli lähettimestä vastaanottimeen välitettävä in-25 formaatio jaetaan sen tarkoituksen mukaisesti kuvan 3 esittämällä tavalla kolmeen kanavaan, jotka ovat palvelukanava 31 (MSC, Main Service Channel), nopea informaatiokanava 32 (FIC, Fast Information Channel) ja synkronointikanava 33 (Synchronization channel). Kanavat lähetetään DAB-kehyksissä (engl. frame) 34. Edellä mainitut palvelukomponentit 25 -30 välitetään palvelukanavassa 31, joka on edel-30 leen jaettu erillisiksi konvoluutiokoodatuiksi alikanaviksi (3 la, 3 Ib, 3 le, 3 Id, 3 le kuvassa 2). Kukin alikanava voi välittää yhden virtamuotoisen (stream mode) tai useampia pakettimuotoisia (packet mode) palvelukomponentteja. Palvelukompo-nenttien ja alikanavien keskinäistä järjestystä nimitetään multipleksauskonfiguraa-tioksi (multiplex configuration). Nopea informaatiokanava 32 sisältää erityisesti 35 mainittua multipleksauskonfiguraatiota koskevat tiedot (MCI, Multiplex Configuration Information), mutta sitä voidaan käyttää myös muiden tietojen välittämiseksi nopeasti lähettimeltä vastaanottimelle. Synkronointikanavaa 33 käytetään järjestel- 7 101440 män lähetys- ja vastaanottotoiminnan ohjaamiseen, kuten lähetyskehysten synkronointiin ja vaihereferenssin välittämiseen.

Suurin osa radioaseman 9 tuottamasta tietyn DAB-kokonaisuuden palvelukanavasta 5 käytetään suurelle vastaanottajajoukolle tarkoitettujen palveluiden välittämiseen solukkoradiojärjestelmän kattavuusalueella. Järjestelmä on kuitenkin rakennettu siten, että sitä voidaan laajentaa lisäämällä palvelukomponentteja, palveluja ja jopa DAB-kokonaisuuksia. Tällöin voidaan varata tietty osuus näistä resursseista nopeiden alassuuntaisten tiedonsiirtoyhteyksien toteuttamiseen, jolloin kyseiset tiedon-10 siirtoyhteydet on suunnattu vain yhdelle päätelaitteelle tai pienelle joukolle päätelaitteita. Jäljempänä esitetään esimerkinomaisia menettelyjä, joilla tällainen tiedonsiirtoyhteys voidaan salata niin, että muut päätelaitteet eivät voi vastaanottaa niille kuulumatonta tietoa.

15 GSM-järjestelmän kaltaisissa solukkoradiojärjestelmissä päätelaitekohtainen lähetys ja vastaanotto tapahtuvat kapealla taajuuskaistalla. Jotta liikennöinti ei aiheuttaisi häiriöitä muihin samaa taajuutta käyttäviin yhteyksiin, vierekkäisissä soluissa ei käytetä samoja taajuuksia. Myös nykyisissä yleisradiojäijestelmissä käytetään saman ohjelman lähettämiseksi eri lähettimien kautta eri taajuuksia, koska signaalin 20 etenemismatka lähettimistä tiettyyn vastaanottimeen on erilainen, jolloin samalla taajuudella lähetetyt signaalit kärsisivät vastaanottimessa haitallisesta interferenssistä. DAB-järjestelmässä sovellettava OFDM-modulaatiomenetelmä, jossa lähetys koostuu suuresta määrästä tietyn keskitaajuuden ympärillä säännöllisin välein olevia kapeahkoja alitaajuuksia, ei ole altis interferenssistä tai yhden signaalin monitie-ete-25 nemisestä johtuville häiriöille. Tällöin DAB-lähetys voi tapahtua yksitaajuisessa verkossa (SFN, Single Frequency Network), jossa käytetään samaa keskitaajuutta laajan alueen kaikissa lähettimissä, jotka lähettävät samaa signaalia. OFDM-modu-laation avulla monitie-etenemisen kielteiset vaikutukset voidaan poistaa, ja sen sijaan hyödyntää eri asemilta tulevat samantaajuiset signaalit vastaanotossa. Yksitaa-30 juisen verkon eri asemilta tulevat signaalit summautuvat toisiinsa jo etenemistiellä ennen vastaanottoa ja muodostavat vastaanotettavan OFDM-signaalin.

Keksinnön mukaisessa solukkoradioverkossa suurelle vastaanottajajoukolle suunnattu yleisradiolähetys voidaan lähettää kaikkien tukiasemien 3-8 kautta samanlai-35 sena, jos käytetään OFDM-modulaatiota tai vastaavaa SFN-lähetyksen mahdollistavaa menetelmää. Päätelaitekohtaisen nopean alassuuntaisen tiedonsiirron multiplek-saus yleisradiotyyppiseen lähetykseen voidaan tehdä joko TDMA- tai CDMA-peri-aatteella (Time Division Multiple Access, Coded Division Multiple Access). Näistä 8 101440 ensinmainittu tarkoittaa, että kunkin tukiaseman lähettämä yleisradiotyyppinen lähetys on jaettu syklisesti toistuviin aikaväleihin kuvien 4a ja 4b esittämällä tavalla.

Kuvassa 4a on esitetty DAB-lähetysasemien BTS 3 ja BTS 4 lähettämä yleisradio-5 tyyppinen lähetys esimerkinomaisena ajoituskaaviona. Kummankin lähetys koostuu DAB-kehyksistä 34 ja lähettimet on synkronoitu niin, että DAB-kehysten rajat ovat samanaikaiset. Koska lähettimet toimivat samalla lähetystaajuudella, niiden on käytettävä samaa taajuusreferenssiä. Kuvan 4a suoritusmuodossa käyttäjäkohtainen tieto eli kaikkiin väliaikaisesti keksinnön mukaisella tavalla perustettuihin paketti-10 välitteisiin yhteyksiin kuuluva tieto 36 lähetetään DAB-kehyksessä nopean informaatiokanavan 32 ja kaikille yhteisen yleisradiolähetyksen 35 välissä. On huomattava, että kuvan mittasuhteet on valittu graafisen selkeyden perusteella eivätkä ne vastaa eri lähetysosien todellista kestoa. Kuvan 4a suoritusmuodossa tietty lähetin lähettää DAB-kehyksen alussa olevan synkronointikanavan 33 ja siihen sisältyvän 15 TFPR-symbolin 33a (Transmission Frame Phase Reference), sitä seuraavan nopean informaatiokanavan 32 ja käyttäjäkohtaisen tieto-osuuden 36 vain silloin, kun sillä on käyttäjäkohtaisen tiedon lähetysvuoro. Lähettimet, joilla ei ole käyttäjäkohtaisen tiedon lähetysvuoroa, ovat tämän ajan hiljaa. Yhtäaikainen SFN-tyyppinen lähetys kaikilta lähettimiltä käsittää vain kaikille yhteisen yleisradiolähetyksen 35 sekä sen 20 alussa vaihereferenssiä välittävän TFPR-symbolin 33b.

Kuvan 4a suoritusmuotoa voidaan kuvata siten, että yhdessä DAB-kehyksessä yksilöllisen datan osuus on allokoitu aina kokonaan yhdelle yleisradiolähetystä lähettävälle asemalle. Lisäksi, koska nopea informaatiokanava 32 lähetetään aina vain yh-25 deltä asemalta kerrallaan, siihen voidaan tarvittaessa lisätä yksilöllistä kontrolli-informaatiota. Kuvassa 4b on esitetty vaihtoehtoinen suoritusmuoto, jossa käyttäjäkohtainen tieto eli kaikkiin väliaikaisesti keksinnön mukaisella tavalla perustettuihin pakettivälitteisiin yhteyksiin kuuluva tieto 36 lähetetään DAB-kehyksessä viimeisenä SFN-tyyppisten nopean informaatiokanavan 32 ja kaikille yhteisen yleisradio-30 lähetyksen 35 jälkeen. Tällöinkin ne lähettimet, jotka eivät ole lähetysvuorossa, ovat hiljaa sillä aikaa, kun yksi lähetin lähettää käyttäjäkohtaista tietoa. Vaihereferenssin saamiseksi käyttäjäkohtaisen tiedon alkuun lisätään TFPR-symboli 33c. Kuvan 4b mukainen suoritusmuoto on lähempänä nykyistä DAB-standardia kuin kuvan 4a suoritusmuoto ja siinä nopea informaatiokanava voi välittää enemmän tietoa, koska 35 se lähetetään jokaisessa kehyksessä jokaiselta lähettimeltä.

CDMA-monikäytössä sovelletaan samankaltaista periaatetta, jolloin DAB-lähetyk-sen synkronointikanava, nopea informaatiokanava ja palvelukanavan suurelle vas- 9 101440 taanottajajoukolle tarkoitettu osuus lähetetään kaikkien DAB-lähetystä lähettävien tukiasemien kautta samanlaisina, mutta solukohtaisesti yleisradiolähetykseen voidaan liittää CDMA-hajotettua, tietylle päätelaitteelle tarkoitettua tietoa. Edullisessa CDMA-suoritusmuodossa käyttäjäkohtainen tieto eli kaikkiin väliaikaisesti keksin-5 nön mukaisella tavalla perustettuihin pakettivälitteisiin yhteyksiin kuuluva tieto lähetetään DAB-kehyksessä nopean informaatiokanavan ja kaikille yhteisen yleisra-diolähetyksen jälkeen, ja vain käyttäjäkohtainen tieto hajotetaan CDMA-menetel-mällä. Käyttäjäkohtaista tietoa välittävä kehyksen osa alkaa vaihereferenssisymbo-lilla, jota seuraavat hajotetut datasymbolit niille käyttäjille, joilla on perustettu pa-10 kettivälitteinen yhteys. Eri käyttäjät saavat oman datansa edullisimmin peräkkäin eli tietyn käyttäjän dataosuus alkaa siitä, mihin edellisen käyttäjän osuus loppuu. Tieto siitä, mistä kehyksen kohdasta kunkin käyttäjän päätelaite saa etsiä omaa dataansa, välitetään päätelaitteelle keksinnön mukaiseen järjestelmään kuuluvan kaksisuuntaisen solukkoradiojärjestelmän (esimerkiksi GSM-järjestelmän) kautta.

15 CDMA-suoritusmuodossa kunkin DAB-kehyksen alussa ovat SFN-tyyppiset syn-kronointikanava, nopea informaatiokanava ja palvelukanavan suurelle vastaanottajajoukolle tarkoitettu osuus. Näistä nopeaa informaatiokanavaa voidaan käyttää broadcast-tyyppisen lähetyksen välittämiseen, kuten liikennetiedotukset ja hakulai-20 teviestit (engl. paging), sekä normaaliin DAB-standardin mukaiseen palvelutietojen välittämiseen palvelukanavan sen osuuden osalta, joka on tarkoitettu suurelle vastaanottajajoukolle ja joka voi olla esimerkiksi paikallisradio. Koko signaalin verho-käyrä on täysin DAB-standardin mukainen, koska eri lähettimet eivät joudu jättämään lähetykseensä "aukkoja" samalla tavalla kuin edellä selostetuissa TDMA-25 suoritusmuodoissa. Kehysten perussynkronointi tapahtuu myös täysin DAB-standardin mukaisesti, joten tavanomainen DAB-vastaanotin pystyy vastaanottamaan suurelle vastaanottajajoukolle tarkoitetun osuuden eikä keksinnön mukainen yksilöllisen tiedon liittäminen lähetykseen vaikuta sen toimintaan. Eri lähettimet käyttävät käyttäjäkohtaisen tiedon hajotukseen erilaisia hajotuskoodeja, jolloin lähekkäiset 30 lähettimet eivät häiritse toistensa lähettämää käyttäjäkohtaista tietoa.

Kuvassa 5 on esitetty lohkokaavio, joka kuvaa CDMA-hajotuksen toteutusta lähetin-laitteessa. Lohkossa 51 käyttäjäkohtainen tieto muunnetaan sarjamuodosta rinnakkaismuotoon ja sille tehdään sinänsä tunnetut symbolikuvaus- (engl. symbol map-35 ping) ja taajuuslomitustoiminnot (engl. frequency interleaving). Lohkoissa 52a - 52n tehtävän differentiaalikoodauksen jälkeen bittijonot hajotetaan lohkoissa cl - c4 ja tulokselle tehdään käänteinen Fourier-muunnos lohkossa 53. Ennen lähetystä lohko 54 generoi lähetteeseen tarvittavat varmuusvälit (engl. guard intervals) ja muuttaa 10 101440 sen rinnakkaismuodosta sarjamuotoon. Ainoa kuvan 5 esittämä muutos DAB-stan-dardiin nähden on bittijonojen hajotus differentiaalisen koodauksen jälkeen. Keksintö ei varsinaisesti rajoita käytettäviä hajotuskoodeja. Koska järjestelmä on aikatah-distettu, esimerkiksi Walsh-Hadamard-koodit ovat mahdollisia. Monitiekanavan ko-5 herenssikaistanleveys rajoittaa koodien pituutta. Kuvan 5 tapauksessa koodin pituus on 4. Kuvan 5 esittämä suoritusmuoto on edullinen, koska hajotuksen toteuttaminen kantataajuudella (engl. baseband) ei edellytä samanlaista monimutkaista synkronointia kuin CDMA-tekniikassa yleensä. Bittisynkronointi varsinaisessa lähetteessä on olemassa DAB-standardin mukaisesti.

10

Yhdelle päätelaitteelle tai pienelle päätelaiteryhmälle voidaan maksimissaan osoittaa yksi DAB-kokonaisuus nopeaa alassuuntaista tiedonsiirtoa varten, edellyttäen, että sellainen on vapaana. Tällöin käytössä voidaan olettaa olevan noin 1,2 Mbit/s netto-kapasiteetti, jos koodisuhde on noin 0,5. Voidaan edelleen olettaa, että järjestelmässä 15 tulisi olla vähintään 2 tai 3 DAB-kokonaisuutta yhtä operaattoria kohti, jotta järkevä toiminta olisi mahdollista, mikä kaistanleveytenä vastaa noin viittä megahertsiä.

Digitaalinen yleisradiolähetys voidaan salata monilla sinänsä tunnetuilla menetelmillä, jotta lähetysten luvaton vastaanotto olisi vaikeaa tai mahdotonta. Vastaanotta-20 ja saa yleensä käyttöönsä tietyn salauksen purkuavaimen, jonka yleisradiopalvelun myyjä on tallentanut esimerkiksi älykorttiin. Myös GSM-jäijestelmän ja muiden digitaalisten solukkoradiojärjestelmien standardit määrittelevät salausmenettelyn, jolla estetään puhelujen salakuuntelu. Koska keksinnön mukaisessa menetelmässä solukkoradiojärjestelmän keskus välittää myös alassuuntaisen, tietylle käyttäjälle tai 25 pienelle käyttäjäjoukolle tarkoitetun yleisradiolähetyksen, se voi järjestää GSM-lähetyksen ja yleisradiolähetyksen salattaviksi siten, että vastaanottava laitteisto käyttää niiden purkamiseen samaa avainta. Tällöin keksinnön mukainen menetelmä ei edellytä ylimääräisten purkuavaimien tallentamista vastaanottavaan laitteistoon.

30 Seuraavaksi selostetaan keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisessa järjestelmässä tarvittavia laitteistoja ja niiden käyttöä viitaten kuviin 6a ja 6b. Olete-

« I

taan esimerkin vuoksi, että käyttäjä on vieraaseen kaupunkiin saapuva autoilija, joka haluaa ladata kannettavan tietokoneensa muistiin kaupungin katukartan digitaalisessa muodossa. Käyttäjän päätelaitteisto muodostuu kuvan 6a tapauksessa GSM-puhe-35 limestä 10, auton DAB-vastaanottimesta 14 ja kannettavasta tietokoneesta 15, jotka ovat johdin- tai infrapunavälitteisessä tiedonsiirtoyhteydessä keskenään. Käyttäjä soittaa puhelimella 10 tukiaseman 3 välityksellä keskukseen 1 valitsemalla automaattisen karttapalvelun puhelinnumeron. Nauhoitettu tai elektronisesti tallennettu 11 101440 tiedote kehottaa käyttäjää antamaan tietyn näppäinkomennon, jonka keskus 1 tulkitsee tilaukseksi saada kaupungin katukartta nopeana datasiirtona. Keskus 1, jolla on yhteydet 13 erilaisiin tiedonsiirtoverkkoihin, ottaa ATM-verkon kautta yhteyden paikallisen karttakeskuksen tietopankkiin 16 ja välittää sille käyttäjän tilauksen ja 5 käyttäjätunnuksen. Tietopankki 16 lähettää tilattua karttaa vastaavan tiedoston ATM-datasiirtona paikalliselle radioasemalle 9, joka normaalisti lähettää audiomuo-toista DAB-ohjelmaa. Tiedosto multipleksoidaan DAB-lähetykseen, joka kulkee radioasemalta 9 matkapuhelinkeskukseen 1 ja edelleen tukiasemalle 3, jossa on GSM-lähetin/vastaanotinosuus 3a ja DAB-lähetin 3b.

10

Tukiaseman DAB-lähetin 3b lähettää saamansa multipleksoidun DAB-lähetyksen, johon sisältyy kyseisen käyttäjän käyttäjätunnuksella merkitty karttatiedosto. Käyttäjän autossa DAB-vastaanotin 14 havaitsee lähetyksessä tiedoston, joka on merkitty GSM-puhelimen 10 välittämällä käyttäjätunnuksella, jolloin se suorittaa tarvittavan 15 demoduloinnin ja mahdollisten salausten avaamisen ja siirtää tiedoston kannettavalle tietokoneelle 15. GSM-puhelin 10 voi vielä välittää automaattisen kuittauksen merkkinä tiedoston onnistuneesta vastaanotosta tukiasemalle 3, joka välittää tiedon edelleen keskukseen 1 ja radioasemalle 9, jolloin tiedoston siirtoon varattu DAB-kapasiteetti vapautuu käytettäväksi johonkin toiseen tarkoitukseen. Jos tiedoston 20 siirto epäonnistui esimerkiksi äkillisen radiosignaalin häipymän takia, kuittauksen asemesta voidaan lähettää uudelleenlähetyspyyntö.

Edellä on oletettu, että keksinnön mukaisessa nopeassa alassuuntaisessa tiedonsiirrossa käytettävä yleisradiolähetys (DAB-lähetys) kootaan valmiiksi radioasemalla 9, 25 jossa siihen multipleksoidaan myös tietyille yksittäisille käyttäjille suunnattu tiedonsiirto. Erässä toisessa suoritusmuodossa lähetys kootaan matkapuhelinkeskuksessa 1 tai vasta tukiasemassa 3, jolloin keskus 1 saa radioasemalta 9 vain sen tuottamat palvelut. Tällöin edellä selostetun esimerkkitapauksen karttatiedostoa ei tarvitse kierrättää radioaseman 9 kautta ja keskuksessa 1 ja/tai tukiasemassa 3 voidaan 30 monipuolisemmin yhdistellä eri lähteistä saapuvia nopeita alassuuntaisia lähetyksiä ; ja jakaa tehokkaammin järjestelmän kapasiteettia.

Kuvassa 6b on esitetty suoritusmuoto, jossa solukkoverkon tukiasemat 3, 4, 5 ja yleisradiolähetin 61 ovat erillisiä. Eri järjestelmien tukiasemia ja lähettimiä voi olla 35 eri määrä ja niillä voi olla erisuuri keskimääräinen kattavuusalue. Tyypillisesti solukkoverkon tukiaseman kattavuusalue on pienempi kuin yleisradiolähettimen, jolloin jälkimmäisiä on harvemmassa. Kuvan 6b mukaisessa järjestemässä solukkoverkon tukiasemat 3, 4, 5 ja keskukset 1 eivät ole suorassa yhteydessä yleisradiopalve- 12 101440 lua tarjoavaan radioasemaan 9 eikä lähettimeen 61 vaan kaikki niiden välinen tiedonsiirto tapahtuu yleisen tiedonsiirtoverkon kautta. Tämän suoritusmuodon toiminta vastaa kuvan 6a suoritusmuodon toimintaa, kuitenkin siten, että DAB-multiplek-sauksen jälkeen yleisradiolähetystä ei ohjata solukkoverkon keskukseen vaan suo-5 raan radioaseman omalle radiolähettimelle 61.

Kuvien 6a ja 6b mukaisia suoritusmuotoja on myös mahdollista yhdistää siten, että tietyillä tukiasemilla on vain solukkoverkon (GSM-verkon) laitteistoja, tietyillä lähetysasemilla on vain yleisradioverkon (DAB-järjestelmän) lähettimiä ja tietyillä 10 yhdistetyillä asemilla on molempien järjestelmien laitteistoja.

Keksinnön mukaiselta järjestelmältä edellytetään, että käyttäjällä on solukkoverkon kaksisuuntainen viestinlaite (esimerkiksi GSM-puhelin 10) ja yleisradiovastaanotin (esimerkiksi DAB-vastaanotin 14) sekä mahdollisesti tietokone 15, koska nopeaa 15 alassuuntaista tiedonsiirtoa tarvitaan yleensä tietokoneiden väliseen datasiirtoon. Tukiasemalta 3 edellytetään kuvan 6a mukaisessa suoritusmuodossa, että siinä on tavallisten solukkoverkon tukiasematoimintojen 3a lisäksi yleisradiolähetin 3b. Lähettimen ei sinänsä tarvitsisi olla tukiaseman yhteydessä, jos sama alueellinen kattavuus saavutetaan sijoittamalla yleisradiolähettimet muulla tavalla kuten kuvassa 6b. 20 On kuitenkin edullista pitää niiden kattavuusalueet suhteellisen pieninä, jotta yhdelle käyttäjälle tai pienelle käyttäjäryhmälle varattu yleisradiolähetyksen osuus ei pitäisi kyseistä kapasiteettia varattuna kovin suurella maantieteellisellä alueella. Keskukselta 1 edellytetään kuvan 6a suoritusmuodossa, että siinä on tavallisten solukko-radiojärjestelmän keskustoimintojen la, Ib lisäksi välineet le yleisradiolähetyksen 25 ohjaamiseksi tukiasemille. Kuvan 6b mukainen keskus käsittää vain yhteyden 13 yleiseen tiedonsiirtoverkkoon.

Claims (12)

101440

1. Menetelmä kaksisuuntaisen tiedonsiirron toteuttamiseksi päätelaitteiston (10, 14, 15) ja tiedonsiirtoverkon välillä, tunnettu siitä, että mainitun päätelaitteiston käsittäessä 5 - matkaviestinverkon viestinlaitteen (10) kaksisuuntaisen tietoliikenteen välittämiseksi sekä - yleisradiovastaanottimen (14) yleisradiolähetyksen vastaanottamiseksi 10 mainitussa menetelmässä siirretään tietoa päätelaitteistosta tiedonsiirtoverkkoon mainitun matkaviestinverkon viestinlaitteen (10) kautta ja tiedonsiirtoverkosta pääte-laitteistolle mainitun yleisradiovastaanottimen (14) kautta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että siinä siirretään 15 tietoa tiedonsiirtoverkosta päätelaitteistolle myös mainitun matkaviestinverkon viestinlaitteen (10) kautta, jolloin edellytyksenä tiedonsiirrolle tiedonsiirtoverkosta päätelaitteistolle mainitun yleisradiovastaanottimen (14) kautta mainittu menetelmä käsittää vaiheen, jossa päätelaitteisto välittää tiedonsiirtoverkkoon nopean alassuun-taisen tiedonsiirron aloittamista koskevan pyynnön. 20

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu tiedonsiirtoverkko käsittää tukiasemia (3) radiolähetystä ja -vastaanottoa varten, jolloin ainakin yhtä tukiasemaa käytetään sekä matkaviestinverkon kaksisuuntaisen tietoliikenteen että yleisradiolähetyksen välittämiseen. 25

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tiedonsiirto tiedonsiirtoverkosta päätelaitteiston yleisradiovastaanottimelle (14) tapahtuu lähettimen (61) kautta, joka lähetin on ei sijaitse mainitun matkaviestinverkon tukiasemassa. 30

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu yleisradiolähetys käsittää erilliset ensimmäisen osan (33, 32, 35) ja toisen osan (36), joista mainittu ensimmäinen osa käsittää oleellisesti kaikille vastaanottajille yhtäläisesti tarkoitettua tietoa ja mainittu toinen osa on ainakin osittain osoitet- 35 tavissa yksittäiselle vastaanottajalle tai pienelle vastaanottajajoukolle tarkoitetun tiedon välittämiseen. 101440

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että siinä käytetään aikajakoista monikäyttöä, jolloin mainitut ensimmäinen ja toinen osa ovat ajallisesti erillisiä sijoittuen syklisesti toistuviin aikaväleihin.

7. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että siinä käyte tään koodijakoista monikäyttöä, jolloin mainittu toinen osa on multipleksoitu mainittuun yleisradiolähetykseen käyttäen tiettyä multipleksauskoodia.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitun toi-10 sen osan multipleksoimiseksi mainittuun yleisradiolähetykseen käytetään hajotus- koodia lähetinlaitteistossa differentiaalikoodausta vastaavan toimintovaiheen ja käänteistä Fourier-muunnosta vastaavan toimintovaiheen välissä.

9. Tiedonsiirtojärjestelmä kaksisuuntaisen tiedonsiirron toteuttamiseksi päätelait-15 teiston ja tiedonsiirtoverkon välillä, tunnettu siitä, että mainittu tiedonsiirtoverkko käsittää yleisradiolaitteiston (3b; 9, 61)yleisradiolähetyksen lähettämiseksi ja siihen tiedonsiirtoyhteydessä olevan matkaviestinverkon (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) kaksisuuntaisen tietoliikenteen välittämiseksi.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen tiedonsiirtojärjestelmä, tunnettu siitä, että se käsittää ainakin yhden tukiaseman (3), jolloin mainitun yleisradiolaitteiston lähetin-laite (3b) ja mainitun matkaviestinverkon lähetin/vastaanotinlaite (3a) sijaitsevat molemmat mainitussa tukiasemassa.

11. Patenttivaatimuksen 9 mukainen tiedonsiirtojärjestelmä, tunnettu siitä, että se käsittää ainakin ensimmäisen tukiaseman (3), jolla on ainoastaan matkaviestinverkon lähetin/vastaanotinlaitteisto, ja ainakin toisen tukiaseman (61), jolla on ainoastaan mainitun yleisradiolaitteiston lähetinlaite.

12. Jonkin patenttivaatimuksen 9-11 mukainen tiedonsiirtojäijestelmä, tunnettu siitä, että se käsittää multipleksointivälineet (DAB MUX) yksittäisille vastaanottajille tarkoitetun tiedon multipleksoimiseksi oleellisesti kaikille vastaanottajille tarkoitettuun yleisradiolähetykseen. 101440