FI104025B

FI104025B - Tehonsäätömenetelmä ja solukkoradiojärjestelmä

Info

Publication number: FI104025B
Application number: FI963357A
Authority: FI
Inventors: Jouko Lokio
Original assignee: Nokia Telecommunications Oy
Priority date: 1996-08-28
Filing date: 1996-08-28
Publication date: 1999-10-29
Also published as: EP0876714A1; FI963357A; JPH11514821A; US6272355B1; NO981890D0; CN1096762C; AU4016297A; FI104025B1; FI963357A0; WO1998009384A1; AU724693B2; NO981890L; CN1205139A

Description

104025

Tehonsäätömenetelmä ja solukkoradiojäijestelmä r Tekniikan ala

Keksinnön kohteena on tehonsäätömenetelmä, jota käytetään tehon-5 säädön askelkoon muuttamiseksi solukkoradiojärjestelmässä, joka käsittää ainakin yhden tilaajapäätelaitteen ja tukiaseman, ja jossa saadaan tieto tilaaja-päätelaitteen nopeudesta, ja jossa solukkoradiojärjestelmässä käytetään häipyvää kanavaa.

Keksinnön kohteena on lisäksi solukkoradiojäijestelmä, jota käytetään 10 tehonsäädössä, ja joka käsittää ainakin yhden tilaajapäätelaitteen, tukiaseman ja välineet tehonsäädössä käytettävän tehonsäädön askelkoon muuttamiseksi, ja jotka välineet saavat tiedon tilaajapäätelaitteen nopeudesta, ja jossa solukkoradiojärjestelmässä käytetään häipyvää kanavaa.

Tekniikan taso 15 Solukkoradiojärjestelmässä tukiaseman ja tilaaja-päätelaitteen välisen yhteyden laatu vaihtelee jatkuvasti. Tämä vaihtelu johtuu radiotiellä esiintyvistä häiriötekijöistä sekä esimerkiksi radioaaltojen vaimenemisesta etäisyyden funktiona. Tilaajapäätelaitteen vastaanottoon aiheuttavat häiriöitä myös ne signaalit, jotka tulevat kuuluvuusalueella olevista muita tilaajapäätelaitteita 20 palvelevista tukiasemista.

Solukkoverkkoympäristössä käyttäjät sijaitsevat satunnaisesti tukiasemaan ja toisiinsa nähden. Tukiaseman ja tilaajapäätelaitteen välillä tapahtuvaa signaalin vaimentumista kuvataan yhteysvälivaimennuksella, joka kasvaa vähintään neliöllisesti etäisyyden kasvaessa. Siksi lähellä tukiasemaa ole-25 vat tilaajapäätelaitteet saattavat peittää kauempana olevien tukiasemien lähe- j, tyksen kokonaan erityisesti silloin, jos tilaajapäätelaitteiden tehonsäätö ei ole « · · ’ ·* tarkkaa, sillä voimakkaan signaalin pienikin korrelaatio voi aiheuttaa suuren häiriön heikon signaalin ilmaisussa. Kyseistä ilmiötä nimitetään lähi-kauko- ongelmaksi. Solukkoradiojärjestelmässä tehonsäädöllä pyritään siihen, että 30 kaikkien tilaajapäätelaitteiden tukiasemalla vastaanotettu teho olisi samansuu- ' ruinen riippumatta tilaajapäätelaitteen etäisyydestä tukiasemasta. Samoin te- .·!·. honsäädöllä pyritään siihen, että tilaajapäätelaite vastaanottaa koko ajan tuki- * ';( asemaan yhteydessä ollessaan hyväksytyn tasoista signaalia. Tarkka tehon- säätö on kuitenkin vaikea toteuttaa johtuen esimerkiksi radiokanavan no- « 35 peasta muuttuvasta luonteesta.

....: Tukiaseman ja tilaajapäätelaitteen välisen radiotien vaimennus yksit- .···. täisessä pisteessä ei ole ainoastaan etäisyyden ja esimerkiksi taajuuden funk- • · • % * 2 104025 tio. Vastaanotetussa signaalissa esiintyy ajan ja paikan mukaan funktiona nopeaa ja hidasta vaihtelua. Tätä signaalin vaihtelua sanotaan signaalin häipymiseksi.

Nopea signaalin häipyminen johtuu eri teitä vastaanottimeen saapuvi-5 en signaalikomponenttien summautumisesta toisiinsa. Riippuen signaalikom-ponenttien keskinäisestä vaihe-erosta signaalikomponentit joko vahvistavat tai vaimentavat toisiaan. Signaalikomponenttien vaihtelu voi olla huomattavaa, jopa kymmeniä desibelejä. Suurta vaihtelua esiintyy jo alle puolen aallonpituuden matkalla. Nopean häipymisen vaikutuksesta vastaanotetun signaalin 10 amplitudi noudattaa ns. Rayleigh-jakaumaa. Nopea häipyminen voi olla esimerkiksi tasaista (flat fading) tai taajuusselektiivistä riippuen signaalin kaistanleveydestä.

Hidas signaalin häipyminen johtuu siitä, että tukiaseman ja tilaaja-päätelaitteen välisellä radiotiellä on vaihteleva määrä ylimääräistä vaimen-15 nusta aiheuttavia esteitä. Esteinä voivat toimia esimerkiksi talojen seinät tai korkeat maaston muodot. Hidas häipyminen noudattaa tyypillisesti log-normaalia jakaumaa. Log-normaalissa jakaumassa vastaanotettu keskimääräinen signaalitaso desibeleissä on normaalijakautunut. Solukkoradiojärjestel-missä nopean ja hitaan häipymisen aiheuttamat signaalin vaihtelut otetaan 20 huomioon kasvattamalla lähetystehoa tai vastaavasti lyhentämällä radiotietä siten, että vastaanotettu signaaliteho tietyllä todennäköisyydellä on vastaanottimen kynnystehon yläpuolella.

Ennestään on tunnettua käyttää tilaajapäätelaitteissa tehonsäätöä häipymisen aiheuttaman signaalin vaihtelun pienentämiseksi. Yleensä tehoa 25 on säädetty jollakin vakioaskelkoolla. Tukiasema tai tilaajapäätelaite on mitan- j# ;* nut signaalia ja lähettänyt signaalin mittauksen perusteella tehonsäätöko- • ·' mentoja. Tehonsäätökomennot ovat olleet esimerkiksi lähetystehon lasku- tai nostokomentoja. Tehonsäädön askelkokoa on voitu myös vaihtaa. Askelkoon vaihtelu on ollut riippuvainen esimerkiksi tukiaseman kuormituksesta tai aikai-30 semmista tehonsäätökomennoista.

Tunnetuilla tehonsäätömenetelmillä ei ole kuitenkaan saavutettu tark-kaa tehonsäätöä, jotta kanavassa esiintyvää häipymää olisi saatu tarpeeksi *; pienennettyä. Näissä ratkaisuissa ei ole huomioitu tilaajapäätelaitteen liikkeen aiheuttamaa muutosta häipymäprofiiliin. Tunnetuissa menetelmissä tehonsää-35 dössä käytetyn askelkoon suuruudeksi on valittu jokin kompromissiarvo, joka ei ole ollut erityisen hyvä millään tilaajapäätelaitteen nopeudella. Askelkoko on ..... siis toiminut kaikilla tilaajapäätelaitteen nopeuksilla, mutta millään nopeudella • · 3 104025 tehonsäädön askelkoko ei ole ollut läheskään ideaalinen. Edellä mainitusta johtuen tunnetuilla tehonsäätömenetelmillä ei ole tehokkaasti pystytty seuraamaan häipymäprofiilissa olevia yksittäisiä häipymäkuoppia, joita on ollut radiokanavassa.

5 Kun tilaajapäätelaite on liikkunut hyvin hitaasti tai ollut paikoillaan, tunnetuissa ratkaisuissa käytetty tehonsäädön askelkoko on tavallisesti ollut liian suuri. Liian suurella tehonsäädön askelkoolla ei ole pystytty tarpeeksi tehokkaasti ja tarkasti mukailemaan ideaalista tehonsäätöä. Kun tilaajapääte-laitteen nopeus on kasvanut, tehonsäädössä käytettävä tehonsäädön askel-10 koko on tavallisesti käynyt liian pieneksi, jotta käytetyllä askelkoolla olisi pystytty tehokkaasti seuraamaan erityisesti nopeaa häipymää. Mikäli tilaajapää-telaitteen nopeus on kasvanut yhä suuremmaksi, tunnetuilla tehonsäätömenetelmillä ole enää pystytty seuraamaan yksittäisiä häipymäkuoppia. Edellä mainittujen häipymäkuoppien seuraaminen ei ole mahdollista, koska häipymä-15 kuoppien esiintymistiheys on ollut paljon suurempi kuin esimerkiksi tehonsää-tökomentoja on pystytty lähettämään. Tässä tilanteessa vastaanotettu tehota-so on keskiarvoistunut häipyvää kanavaa häipymäkuoppien kohdalla ja käytetty tehonsäätö on seurannut etupäässä hidasta häipymää.

Keksinnön tunnusmerkit 20 Esillä olevan keksinnön tarkoituksena onkin toteuttaa ratkaisu, jossa muodostetaan tehonsäädössä käytettävä tehonsäädön askelkoko siten, että tehonsäätö kompensoi kanavassa esiintyviä häipymiä.

Tämä saavutetaan johdannossa esitetyn tyyppisellä menetelmällä, jolle on tunnusomaista, että tukiaseman ja/tai tilaajapäätelaitteen tehonsää- 25 dössä käytetään tehonsäädön askelkokoa, joka riippuu tilaajapäätelaitteen I, nopeudesta.

• · · : Keksinnön mukaiselle solukkoradiojärjestelmälle on tunnusomaista, :-i.: että välineet määrittävät tukiaseman ja/tai tilaajapäätelaitteen tehonsäädössä l|· v ** käytettävän tehonsäädön askelkoon perustuen tilaajapäätelaitteen nopeuteen.

30 Keksinnön mukaisella menetelmällä saavutetaan huomattavia etuja.

’ Keksinnön mukaisessa solukkoradiojärjestelmän tehonsäädössä käytettävä tehonsäädön askelkoko määrätään siten, että tilaajapäätelaitteen nopeus * _ ' otetaan huomioon. Tällä tavalla tehonsäädöstä saadaan tarkka. Samalla so- lukkoradiojärjestelmän tukiaseman ja tilaajapäätelaitteen välinen yhteyden "': 35 laatu ja varmuus paranee. Keksinnön mukaisella ratkaisulla pystytään siis pa- remmin seuraamaan ideaalista tehonsäätöä ja vähentämään radiotien kana- van häipymää, koska tehonsäädössä käytettävää askelkokoa muutetaan so- •«· 104025 4 lukkoradiojärjestelmästä saadun nopeustiedon perusteella.

Keksinnön mukaisen menetelmän edulliset suoritusmuodot ilmenevät myös oheisista epäitsenäisistä patenttivaatimuksista, ja keksinnön mukaisen vastaanottimen edulliset toteutusmuodot ilmenevät oheisista epäitsenäisistä 5 patenttivaatimuksista.

Kuvioiden selitys

Seuraavassa keksintöä selitetään tarkemmin viitaten oheisten piirustusten mukaisiin esimerkkeihin, joissa kuvio 1 esittää keksinnön mukaista solukkoradiojärjestelmää, 10 kuvio 2 esittää tunnettua tekniikkaa tehonsäädössä käyttämällä saa dun signaalin kehysvirhesuhteen muuttumisen tilaajapäätelaitteen nopeuden funktiona ja kuvio 3 esittää tilaajapäätelaitteen nopeuden mukaan muuttuvaa te-honsäädön askelkokoa käyttämällä saadun signaalin kehysvirhesuhteen 15 muuttumisen tilaajapäätelaitteen nopeuden funktiona.

Edullisten toimintamuotojen kuvaus

Kuviossa 1 esitetään solukkoradiojärjestelmä, jossa käytetään keksinnön mukaista ratkaisua. Keksinnön mukainen ratkaisu soveltuu käytettäväksi etenkin CDMA-tekniikkaan (CDMA = Carrier Division Multiple Access) 20 perustuvissa solukkoradiojärjestelmissä. Kuvion mukainen solukkoradiojärjestelmä käsittää tilaajapäätelaitteen 100, tukiaseman 200 ja välineet 300. Kuvion mukaisessa ratkaisussa välineet 300 on yhteydessä tukiasemaan 200. Tilaajapäätelaite 100 on yhteydessä tukiasemaan 200 ja tilaajapäätelaite 100 liikkuu solukkoradiojärjestelmän eri solujen alueella muuttuvalla nopeudella.

25 Tilaajapäätelaite 100 käsittää antennin 101, radiotaajuusosat 102, i. D/A- ja A/D- muunninosat 103 ja modulointiosat 104. Antenni 101 toimii nor- : maalisti lähetinvastaanotinantennina. Tilaajapäätelaite 100 vastaanottaa an- termillä 101 tukiaseman 200 lähettämän signaalin, joka viedään radiotaajuus- • · · v ·' osille 102. Radiotaajuinen analogiasignaali siirretään välitaajuudelle ja suoda- 30 tetaan. Vastaanottosuunnassa modulointiosat 104 palauttavat laajakaistaisen :T: signaalin kapeakaistaiseksi datasignaaliksi.

:*·*: Tukiasema 200 käsittää antennin 201, radiotaajuusosat 202, D/A- ja A/D- muunninosat 203 ja modulointiosat 204. Antenni 201 toimii normaalisti '··] lähetinvastaanotinantennina. Tukiasema 200 vastaanottaa antennilla 201 sig- 35 naalin, joka viedään radiotaajuusosille 202. Radiotaajuinen analogiasignaali ·;·<: siirretään välitaajuudelle ja suodatetaan. Tämän jälkeen signaali viedään A/D- .···. muunninosille 203, jossa analoginen signaali muutetaan digitaaliseksi. Vas- f I f 5 104025 taanottosuunnassa modulointiosat 204 palauttavat laajakaistaisen signaalin kapeakaistaiseksi datasignaaliksi.

Lähetyssuunnassa digitaalinen signaali D/A-muunnetaan analogiseksi signaaliksi. Tämän jälkeen analoginen signaali valekohinakoodataan laaja-5 kaistaiseksi hajaspektrisignaaliksi modulointiosissa 204. Saatu hajaspektrisig-naali muunnetaan radiotaajuiseksi tunnetun tekniikan mukaisesti radiotaajuus-osissa 202 ja lähetetään antennin 201 kautta radiotielle. Tukiasemaan 200 yhteydessä olevat välineet 300 muuttavat solukkoradiojärjestelmän tehonsää-dössä käytettävää askelkokoa.

10 Oletetaan aluksi, että tilaajapäätelaite 100 liikkuu hyvin hitaasti tai se on paikoillaan solukkoradiojärjestelmän alueella. Välineet 300 mittaavat tilaa-japäätelaitteen 100 lähettämää signaalia, josta välineet 300 muodostavat ti-laajapäätelaitteen 100 liikkeen nopeuteen verrannollisen mittaustiedon. Välineiden 300 muodostama tieto voi perustua esimerkiksi Doppler-ilmiön mittaa-15 misesta saatuun mittaustietoon. Koska tilaajapäätelaite 100 liikkuu hyvin hitaasti, välineet 300 muuttavat tehonsäädön askelkoon pieneksi. Askelkoko muutetaan mittauksesta saadun tiedon perusteella niin pieneksi, että tehon-säätö seuraa mahdollisimman tarkasti ideaalista tehonsäätöä.

Mikäli tilaajapäätelaitteen 100 liikkeen nopeus kasvaa, välineet 300 20 havaitsevat nopeuden muutoksen. Välineet 300 kasvattavat edellä mainitussa tilanteessa tehonsäädön askelkokoa. Askelkoon kasvattaminen perustuu välineiden 300 tekemään tilaajapäätelaitteen 100 lähettämän signaalin mittaamiseen. Askelkokoa kasvattamalla voi tehonsäätö seurata tukiaseman 200 ja tilaajapäätelaitteen 100 välisellä radiotiellä eli kanavalla olevia häipymiä. Koska 25 askelkoon kasvattamisen suuruus perustuu tilaajapäätelaitteen 100 liikkeen I. ! nopeuden suuruuteen, voidaan keksinnön mukaisella ratkaisulla seurata häi- « * « : i pymiä suuremmilla tilaajapäätelaitteen 100 liikkeen nopeuksilla kuin käyttä- · · ’·«*·' mällä vakiokokoista askelta.

• · · v : Mikäli tilaajapäätelaitteen 100 nopeus kasvaa yhä edelleen, häipymiä 30 alkaa esiintyä kanavassa enemmän. Tällöin yksittäisten häipymien seuraami-- nen ei onnistu enää askelkokoa kasvattamalla, vaan askelkokoa muutetaan :’·*· pienemmäksi. Askelkoon pienentämisen jälkeen tehonsäätö seuraa jälleen te- hokkaammin etenkin hidasta häipymää. Tehonsäädössä käytettävän askel- ’···* koon määrääminen voi lisäksi perustua muihinkin solukkoradiojärjestelmän pa- , : 35 rametreihin kuin tilaajapäätelaitteen 100 liikkeen nopeuteen.

:··: Kun välineet 300 ovat saaneet tiedon tilaajapäätelaitteen 100 liikkeen nopeudesta, välineet 300 muuttavat solukkoradiojärjestelmän tehonsäädössä «· · 6 104025 käytettävää tehonsäädön askelkokoa. Välineet 300 muuttavat esimerkiksi ti-laajapäätelaitteen 100 signaalin lähetyksessä käyttämää tehonsäädön askel-kokoa. Lisäksi välineet 300 muuttavat solukkoradiojärjestelmän tukiaseman 200 signaalin lähetyksessä käyttämää tehonsäädön askelkokoa. Koska tuki-5 aseman 200 ja tilaajapäätelaitteen 100 tehonsäädön askelkokoa on mahdollista muuttaa erikseen, keksinnön mukaisella ratkaisulla saadaan solukkora-diojärjestelmään tehokas ja tarkka tehonsäätö.

Kuviossa 2 esitetään tunnetun tekniikan mukaisella menetelmällä saadun signaalin kehysvirhesuhteen (FER = Frame Error Rate) muuttuminen 10 tilaajapäätelaitteen 100 nopeuden funktiona. Tunnetussa tekniikassa tehon-säädössä on yleensä käytetty vakioaskelkokoa. Kuviosta nähdään, että for-ward-suuntaisella eli tilaajapäätelaitteen 100 ja tukiaseman 200 suuntaisella yhteydellä on pienempi kehysvirhesuhde jokaisella tilaajapäätelaitteen 100 liikkeen nopeudella verrattuna reverse-suuntaan. Reverse-suunnalla tarkoite-15 taan tässä tapauksessa tukiaseman 200 ja tilaajapäätelaitteen 100 suuntaista siirtosuuntaa. Suurin kehysvirhesuhde on kuvion mukaisessa tapauksessa saatu nopeusalueella 16-32 km/h.

Kuviossa 3 esitetään keksinnön mukaisella menetelmällä saadun signaalin kehysvirhesuhteen muuttuminen tilaajapäätelaitteen 100 nopeuden 20 funktiona. Keksinnön mukaisessa menetelmässä on käytetty tilaajapäätelaitteen 100 liikkeen nopeuteen verrannollista tehonsäädön askelkokoa. Tässäkin tapauksessa suurin kehysvirhesuhde on saatu nopeusalueella 16-32 km/h. Kuviosta nähdään kuitenkin selvästi, että keksinnön mukaisella menetelmällä on saatu huomattavasti pienempi kehysvirhesuhdeluku kaikilla tilaaja-!, 25 päätelaitteen 100 liikkeen nopeusarvoilla verrattuna tunnetulla tekniikalla ιοί. teutettuun ratkaisuun. Keksinnön mukaisella ratkaisulla saadaan siis solukko- • · · : ·1 radiojärjestelmän radiotiellä olevassa kanavassa esiintyviä häipymiä vähen- nettyä ja kompensoitua huomattavasti enemmän verrattuna tunnettuihin rat-

• M

v ·’ kaisuihin.

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

• · • ♦ · • · · • « I • » — · 9

I · I

Claims

1. Tehonsäätömenetelmä, jota käytetään tehonsäädön askelkoon muuttamiseksi solukkoradiojärjestelmässä, joka käsittää ainakin yhden tilaaja-5 päätelaitteen (100) ja tukiaseman (200), ja jossa saadaan tieto tilaajapääte-laitteen (100) nopeudesta, ja jossa solukkoradiojärjestelmässä käytetään häipyvää kanavaa, tunnettu siitä, että tukiaseman (200) ja/tai tilaajapääte-laitteen (100) tehonsäädössä käytetään tehonsäädön askelkokoa, joka riippuu tilaajapäätelaitteen (100) nopeudesta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että askelkokoa kasvatetaan tilaajapäätelaitteen (100) nopeuden kasvaessa.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että askelkokoa pienennetään tilaajapäätelaitteen (100) nopeuden pienetessä.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 15 että yksittäisessä kanavassa olevan häipymän estäessä kanavan käytön, askelkokoa pienennetään siihen asti, että tehonsäätö vähentää jälleen häipymiä kanavassa.

5. Solukkoradiojärjestelmä, jota käytetään tehonsäädössä, ja joka käsittää ainakin yhden tilaajapäätelaitteen (100), tukiaseman (200) ja välineet 20 (300) tehonsäädössä käytettävän tehonsäädön askelkoon muuttamiseksi, ja jotka välineet (300) saavat tiedon tilaajapäätelaitteen (100) nopeudesta, ja jossa solukkoradiojärjestelmässä käytetään häipyvää kanavaa, tunnettu siitä, että välineet (300) määrittävät tukiaseman (200) ja/tai tilaajapäätelaitteen (300) tehonsäädössä käytettävän tehonsäädön askelkoon perustuen tilaaja-; 25 päätelaitteen (300) nopeuteen. • I I I.

;* 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen solukkoradiojärjestelmä, t u n - : ·; nettu siitä, että välineet (300) kasvattavat askelkokoa tilaajapäätelaitteen :.i.: (100) nopeuden kasvaessa. : J’i 7. Patenttivaatimuksen 5 mukainen solukkoradiojärjestelmä, t u n - 30 nettu siitä, että välineet (300) pienentävät askelkokoa tilaajapäätelaitteen , (100) nopeuden pienetessä.

7 104025

8. Patenttivaatimuksen 5 mukainen solukkoradiojärjestelmä, t u n -nettu siitä, että yksittäisessä kanavassa olevan häipymän estäessä kana-van käytön välineet (300) pienentävät askelkokoa siihen asti, että tehonsäätö ’: ’ ‘: 35 vähentää jälleen häipymiä kanavassa. f · • · • · 8 104025