FI107575B - Tiedonsiirtomenetelmä, tukiasema sekä tilaajapäätelaite - Google Patents

Description

107575

Tiedonsiirtomenetelmä, tukiasema sekä tilaajapäätelaite

Keksinnön kohteena on tiedonsiirtomenetelmä CDMA-solukkoradioverkossa, joka käsittää kussakin solussa aina-5 kin yhden tukiaseman, joka on yhteydessä alueellaan oleviin päätelaitteisiin tietyllä liikennekanavalla, jossa menetelmässä käyttäjien signaali jaetaan aikatasossa purs-keisiin.

CDMA (Code Division Multiple Access) on hajaspektri-10 tekniikkaan perustuva monikäyttömenetelmä, jota on viime aikoina ryhdytty soveltamaan solukkoradiojärjestelmissä aiempien FDMA:n (Frequency Division Multiple Access) ja TDMA:n (Time Division Multiple Access) ohella. CDMA.-lla on useita etuja verrattuna aiempiin menetelmiin, kuten 15 esimerkiksi spektritehokkuus, taajuussuunnittelun yksin kertaisuus sekä liikennekapasiteetti.

CDMA-menetelmässä käyttäjän kapeakaistainen datasig-naali kerrotaan datasignaalia huomattavasti laajakaistaisemmalla hajotuskoodilla suhteellisen laajalle liiken-20 nekanavan kaistalle. Tunnetuissa solukkoverkkokoejärjes- telmissä käytettyjä liikennekanavan kaistanleveyksiä on esimerkiksi 1,25 MHz, 10 MHz sekä 25 MHz. Kertomisen yhteydessä datasignaali leviää koko käytettävälle kaistalle. Kaikki käyttäjät lähettävät samaa taajuuskaistaa eli "·* * 25 liikennekanavaa käyttäen samanaikaisesti. Kullakin tu- • · · ’· kiaseman ja tilaajapäätelaitteen välisellä yhteydellä käy- • · · tetään omaa hajotuskoodia, ja käyttäjien signaalit pysty- • · · : tään erottamaan toisistaan vastaanottimissa kunkin yh teyden hajotuskoodin perusteella.

·;·*: 30 Perinteisessä CDMA-vastaanottimissa olevat korre- .***. laattorit tahdistuvat haluttuun signaaliin, joka tunniste- • · · taan signaalissa olevan hajotuskoodin perusteella. Da- • · · . r;' ' tasignaali palautetaan vastaanottimessa alkuperäiselle kaistalle kertomalle se uudestaan samalla hajotuskoodilla 35 kuin lähetysvaiheessa. Ne signaalit, jotka on lähetysvai- • · · 2 107575 heessa kerrottu jollain toisella hajotuskoodilla, eivät ideaalisessa tapauksessa korreloi vastaanottimessa käytetyn hajotuskoodin kanssa ja täten palaudu kapealle kaistalle. Täten ne näkyvät kohinana halutun signaalin 5 kannalta. Järjestelmän hajotuskoodit pyritään valitsemaan siten, että kussakin järjestelmän solussa käytetyt koodit olisivat keskenään korreloimattornia eli ortogonaalisia.

Viitejulkaisussa US 4901307 on kuvattu CDMA-järjes-telmää, missä kyseisellä monikäyttömenetelmällä on saavu-10 tettu parempi liikennekapasiteetti kuin aiemmilla menetelmillä.

Sekä FDMA- että TDMA-monikäyttömenetelmissä kullekin käyttäjälle on siis varattu tietty liikennekanava käyttöönsä, jolla kanavalla toiset käyttäjät eivät voi kom-15 munikoida. FDMA:n yhteydessä kanava on tietty kapeakaistainen taajuuskaista ja TDMA:n yhteydessä kanava on tietty aikaväli annetulla taajuuskaistalla. Täten näiden järjestelmien liikennekapasiteetti voidaan periaatteessa määritellä yksinkertaisesti käytettävissä olevien erillisten 20 kanavien, joko taajuuksien tai aikavälien, summana. Jos kaikki taajuudet tai aikavälit ovat käytössä, ei uusia käyttäjiä voida palvella ennen kuin jokin edellinen . käyttäjä katkaisee yhteyden.

CDMA-järjestelmässä kaikki käyttäjät lähettävät siis 25 samalla suhteellisen leveällä taajuuskaistalla. Käyttäjän • · liikennekanavan muodostaa käyttäjän yhteydelle ominainen hajotuskoodi, jonka perusteella käyttäjän lähetys erote- • · · V : taan muiden yhteyksien lähetyksistä, kuten aiemmin on kuvattu. Koska mahdollisia hajotuskoodeja on yleensä ·;··· 30 käytössä huomattava määrä, ei CDMA-järjestelmässä ole .*··. vastaavaa ehdotonta kapasiteettirajaa kuten FDMA- ja TDMA- järjestelmissä. CDMA on ns. häiriörajoitteinen järjestel- • · · :·· ; mä, jossa käyttäjien lukumäärää rajoittaa niiden toisil- ’...· leen aiheuttaman häiriön sallittu määrä. Koska käytännön 35 järjestelmissä käyttäjien hajotuskoodit eivät ole täysin • · • · · 3 107575 ortogonaalisia erityisesti naapurisolussa käytössä oleviin hajotuskoodeihin nähden, samanaikaiset käyttäjät häiritsevät toisiaan jonkin verran. Tätä käyttäjien toisilleen aiheuttamaa häiriötä kutsutaan monikäyttöhäiriöksi.

5 Käyttäjien lukumäärän kasvaessa niiden toisilleen aiheuttama häiriö kasvaa samanaikaisesti, ja jollain käyttäjien lukumäärällä häiriö kasvaa niin suureksi, että yhteyksien laatu kärsii. Järjestelmässä voidaan määritellä sellainen häiriötaso, jota ei saa ylittää ja täten asettaa raja 10 samanaikaisten käyttäjien lukumäärälle eli järjestelmän kapasiteetille. Tilapäiset ylitykset tässä lukumäärässä voidaan kuitenkin sallia eli uhrata hieman yhteyden laatua kapasiteetin kustannuksella.

Tyypillisessä solukkoverkkoympäristössä tukiaseman 15 ja tilaajapäätelaitteen väliset signaalit etenevät useaa eri reittiä lähettimen ja vastaanottimen välillä. Tämä monitie-eteneminen aiheutuu pääosin signaalin heijastumisista ympäröivistä pinnoista. Eri reittejä kulkeneet signaalit saapuvat vastaanottimeen eri aikoina erilaisen 20 kulkuaikaviiveen takia. CDMA poikkeaa perinteisistä FDMA: -sta ja TDMA:sta siinä, että monitie-etenemistä voidaan käyttää hyväksi signaalin vastaanotossa. CDMA-vast aano tin-ratkaisuna käytetään yleisesti ns. RAKE-vastaanotinta, joka muodostuu yhdestä tai useammasta RAKE-haarasta. Kukin *t 25 haara on itsenäinen vastaanotinyksikkö, jonka tehtävänä on • · · ’· ‘1 koostaa ja demoduloida yksi vastaanotettu signaalikom- ponentti. Kukin RAKE-haara voidaan ohjata tahdistumaan eri • · · !,·’ ·* kautta edenneeseen signaalikomponenttiin ja perinteisessä CDMA-vastaanottimessa vastaanotinhaarojen signaalit yhdis- ·:··; 30 tetään edullisesti, esimerkiksi koherentisti, jolloin saa- .·*·. daan hyvätasoinen signaali. Monitie-etenemistä voidaan • · · käyttää hyväksi sekä tukiaseman että päätelaitteen vas- • · · • ’ r taanottimissa. Päätelaitteen olleessa kyseessä vastaan- otinhaarojen vastaanottamat signaalikomponentit voivat • 35 olla lähetetyt yhdestä tai makrodiversiteettitapauksessa • · « · · 4 107575 useammasta tukiasemasta. Yllä kuvatun tapaisista monitie-etenemistä hyödyntävistä CDMA-järjestelmistä esitetään viitteinä patenttijulkaisut US 5101501 sekä US 5109390.

Kansainvälisessä patenttihakemuksessa WO 92/00693, 5 joka otetaan tähän viitteeksi on kuvattu CDMA-järjestelmää, jossa liikennekapasiteetin kasvattamiseksi hyödynnetään puheaktiviteetin tunnistusta. Kuten on tunnettua, puhuessaan ihminen pitää välillä taukoja paitsi lauseiden ja sanojen välillä myös sanojen sisällä. Sanojen väliset 10 tauot saattavat olla sekunteja, kun taas sanojen sisäiset tauot ovat kymmenien millisekuntien luokkaa. Mittaustulokset ovat osoittaneet, että puhuessaan ihminen on varsinaisesti äänessä ainoastaan 3/8 ajasta, eli puheaktiviteetti-kertoimen sanotaan tällöin olevan 3/8. Mainitun puheakti-15 viteettikertoimen arvo riippuu luonnollisesti mittaustarkkuudesta eli kuinka lyhyet tauot kyetään puheesta erottamaan.

Yllä mainitussa patenttijulkaisussa esitetään järjestelmä, jossa käyttäjän lähettämä signaali on aikatasos-20 sa jaettu purskeisiin, joita koottaessa on huomioitu puhe-aktiviteetti. Taukojen aikana lähetettävää signaalia (eli siis purskeita) ei siis synny. Kunkin käyttäjän lähetys ei siis ole jatkuvaa signaalia, vaan siinä esiintyy siis « · * taukoja, koska puhujan pitäessä tauon purskeita ei lähete-v ' 25 tä. Tällä tavoin usean käyttäjän järjestelmässä samanai-

I I

kaisesti lähettävien käyttäjien lukumäärä vaihtelee jat-*:* kuvasti puheaktiviteetin mukaan. Jos esimerkiksi olete- taan, että järjestelmässä on N puhelua samanaikaisesti käynnissä, ja puheaktiviteetti on 3/8, niin voidaan 30 olettaa, että (3/8 * N) lähettimistä on samanaikaisesti • · päällä.

*;* Tunnetun tekniikan mukaisessa järjestelmässä käyt- i · • : ? täjien lähettämien samanaikaisten signaalien lukumäärä ; vaihtelee puheaktiviteetin mukaisesti. Tällöin esiintyy 35 hetkiä, jolloin samanaikaisten lähetysten lukumäärä on « · • · « • «· 5 107575 pienempi kuin mikä on järjestelmän kapasiteetti eli kanavaa ei käytetä tällöin tehokkaasti hyväksi. Vastaavasti esiintyy hetkiä, jolloin samanaikaisten lähetysten lukumäärä on suurempi kuin kanavan kapasiteetti. Jälkimmäises-5 sä tilanteessa siis käyttäjien yhteyden laatu, jota voidaan mitata esimerkiksi bittivirhesuhteen avulla, on huonompi kuin mitä on järjestelmälle määritelty.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena onkin mahdollistaa järjestelmä, jossa voidaan säätää samanaikaisten 10 lähetysten määrää tarkasti ja pitää se mahdollisimman lähellä kanavan optimaalista kapasiteettia, jolloin saavutetaan suuri liikennekapasiteetti yhdistettynä korkeaan yhteyksien laatuun.

Tämä saavutetaan johdannossa esitetyn tyyppisellä 15 tiedonsiirtomenetelmällä, jolle on tunnusomaista, että tukiasema tarkkailee liikennekanavan kuormitustilannetta, ja että tukiasema välittää tiedon liikennekanavan kuormitustilanteesta päätelaitteille, ja että päätelaitteiden ja tukiasemien välillä lähetettävien purskeiden määrää aika-20 yksikköä kohden säädetään tukiasemalla lasketun kuormitus tilannetiedon ja purskeiden viivetilan perusteella.

. Keksinnön kohteena on lisäksi tiedonsiirtomenetelmä CDMA-solukkoradioverkossa, joka käsittää kussakin solussa • · · ainakin yhden tukiaseman, joka on yhteydessä alueellaan V ' 25 oleviin päätelaitteisiin tietyllä liikennekanavalla, jossa « * :.‘‘i menetelmässä käyttäjien signaali jaetaan aikatasossa ]:* purskeisiin. Keksinnön mukaiselle tiedonsiirtomenetelmälle on tunnusomaista, että tukiasema tarkkailee liikenne- kanavan kuormitustilannetta, ja että kullekin päätelait- ....: 30 teelle, johon tukiasema on yhteydessä, lähetettävät purs- • · keet talletetaan tukiasemassa kukin omaan puskurimuistiin ennen lähetystä, ja että tukiaseman päätelaitteille • ♦ : : lähettämien purskeiden määrä aikayksikköä kohti riippuu puskurimuisteihin talletettujen purskeiden lukumäärästä.

35 Keksinnön kohteena on lisäksi tukiasema, tarkoitettu # · · • a · • · 6 107575 käytettäväksi CDMA-solukkoradioverkossa, joka käsittää kussakin solussa ainakin yhden tukiaseman, joka on yhteydessä alueellaan oleviin päätelaitteisiin tietyllä liikennekanavalla, ja jossa tukiasemassa on välineet jakaa 5 päätelaitteille lähetettävä signaali aikatasossa purskei-siin. Keksinnön mukaiselle tukiasemalle on tunnusomaista, että tukiasemassa on välineet tarkkailla liikennekanavan kuormitusta, välineet välittää tieto kuormitustilanteesta päätelaitteille, välineet tallettaa purskeet pus-10 kurimuistiin ja välineet säätää purskeiden lähetystä päätelaitteille puskurimuistiin talletettujen purskeiden lukumäärän ja liikennekanavan kapasiteetin perusteella.

Keksinnön kohteena on edelleen tilaajapäätelaite, tarkoitettu käytettäväksi CDMA-solukkoradioverkossa, joka 15 käsittää kussakin solussa ainakin yhden tukiaseman, joka on yhteydessä alueellaan oleviin tilaajapäätelaitteisiin tietyllä liikennekanavalla, ja jossa päätelaitteessa on välineet jakaa tukiasemalle lähetettävä signaali aikatasossa purskeisiin. Keksinnön mukaiselle tilaajapääte-20 laitteelle on tunnusomaista, että päätelaitteessa on välineet säätää tukiasemalle lähetettävien purskeiden :1 * * määrää aikayksikköä kohden liikennekanavan kunkin hetkisen . liikennekuormituksen ja purskeiden viivetilan perusteella.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä tukiasema siis ; 25 tarkkailee liikennekanavan kuormitustilannetta. Tämä tieto kuormitustilanteesta välitetään tilaajapäätelaitteille, ··· *;*· jotka sen mukaan säätävät lähetettävien signaalipurskeiden

I I I

’·* * määrää. Menetelmän avulla kanavan kuormitus voidaan pitää optimaalisesti lähellä haluttua kanavakapasiteettia eli 30 hyödyntää liikennekanavan kapasiteetti mahdollisimman 1tarkkaan tinkimättä silti yhteyden laadusta.

]·, Keksinnön edullisen toteutusmuodon mukaisesti • · tukiasema lähettää päätelaitteille tiedon siitä, onko sen hetkinen kanavakuormitus pienempi, yhtä suuri vai suurempi , V 35 kuin kanavakapasiteetti. Tilaajapäätelaitteet tallettavat I 1 I I I I I « 7 107575 lähetettävät signaalipurskeet puskurimuistiin. Päätelaitteet säätävät lähetettävien purskeiden määrää aikayksikössä sillä hetkellä puskurimuistissa olevien purskeiden lukumäärän, niiden viivetilan sekä tukiasemalta lähetetyn 5 kuormitustiedon perusteella. Keksinnön erään edullisen toteutusmuodon mukaan päätelaitteet käyttävät purskeiden lähetyksessä CSMA(Carrier Sense Multiple Access)-protokollaa.

Seuraavassa keksintöä selitetään tarkemmin viitaten 10 oheisten piirustusten mukaisiin esimerkkeihin, joissa kuvio 1 esittää solukkoradioverkkoa, jossa keksinnön mukaista menetelmää voidaan soveltaa, kuvio 2 havainnollistaa keksinnön mukaista menetelmää tukiasemassa kaaviokuvan avulla, 15 kuvio 3 havainnollistaa keksinnön mukaista menetel mää tilaajapäätelaitteessa kaaviokuvan avulla, kuviot 4a ja 4b havainnollistavat esimerkkiä tukiaseman puskurimuistin tilasta ennen ja jälkeen lähetyksen, kuvio 5 havainnollistaa keksinnön mukaisen tukiase-20 man rakennetta lohkokaaviotasolla ja kuvio 6 havainnollistaa keksinnön mukaisen tilaaja-; päätelaitteen rakennetta lohkokaaviotasolla.

. Kuviossa 1 on esitetty kaaviokuva CDMA-solukkoverk-

< » I

kojärjestelmästä, jossa keksinnön mukaista tiedonsiirto-’·'' 25 menetelmää voidaan soveltaa. Solukkoradioverkko käsittää ·.*·: kussakin solussa ainakin yhden tukiaseman (BTS) , joka on yhteydessä alueellaan oleviin päätelaitteisiin (MS) : tietyllä liikennekanavalla. Liikennekanava muodostuu siis leveästä taajuuskaistasta, jota kaikki päätelaitteet käyt-30 tävät lähettäessään tukiasemalle, ja vastaavasti toisessa .···. siirtosuunnassa tukiasemalta päätelaitteille on vastaavan- kaltainen taajuuskaista käytössä, jossa siis tukiasema lä-: hettää alueellaan oleville päätelaitteille.

tM

Keksinnön mukaisessa menetelmässä tarkkaillaan siis 35 jatkuvasti liikennekanavan kuormitustilannetta ja tämän c · • · • t • · · • · · • « 8 107575 tiedon perusteella säädetään lähetystä tilaajapäätelait-teissa siten, että liikennekanavan kuormitus on mahdollisimman lähellä kanavan kapasiteettia. Toinen lähetykseen vaikuttava parametri on lähetettävien purskeiden viiveet.

5 Tukiasemassa purskeiden lähetystä päätelaitteille säädetään kanavakapasiteetin ja purskemuodostuksen perusteella.

Liikennekanavan kuormitustilanteen tarkkailu suoritetaan tukiasemassa. Kuviossa 2 havainnollistetaan menetelmän mukaista toimintaa tukiasemassa kaavion avulla. 10 Tukiasema käsittää tyypillisesti N kappaletta sovitettuja suodattimia 20-23, jotka kukin ovat tahdistuneet vastaanottamaan ja demoduloimaan N:ää samanaikaista signaalia tilaajapäätelaitteilta. Oletetaan, että vain n päätelaitetta kaikista N:stä todellisuudessa on samanaikaisesti 15 aktiivisena eli lähettää signaalia tukiasemalle. Tukiasemassa on sovitettujen suodattimien jälkeen ilmaisimet 24-27, jotka havaitsevat sovitettujen suodattimien ulostulosta sisältääkö suodattimen ulostulo vastaanotetun signaalin vai ei. Ilmaisimien ulostulossa on joko arvo '1' 20 tai '0' riippuen siitä näkyykö suodattimen ulostulossa vastaanotettu signaali vai ei. Summaamalla arvot summai-; messa 28 saadaan tieto aktiivisten lähetysten lukumääräs- • tä n.

et* • *

Ilmaisu voidaan käytännössä toteuttaa esimerkiksi j 25 siten, että sovitetun suodattimen ulostulosignaali neliöi-• · · '· dään ja tätä arvoa verrataan kynnysarvoon, joka on aikaan ...i saatu käyttäen CFAR(Constant False Alarm Rate)-algoritmia.

··· :.Σ · Sovitettujen suodattimien ulostuloissa havaittujen piik kien lukumäärä bitti-intervallin aikana vastaa liikenne-*:··: 30 kanavassa lähetettyjen pakettien lukumäärää n. On myöskin ·***: mahdollista laskea sovitettujen suodattimien neliöidyt ♦ ♦t . *. ulostulot yhteen ja muodostaa tästä pehmeät tilastolliset ;;/ päätökset ja verrata näin saatua tulosta ennalta asetet- « 1 tuun tai laskettuun kynnysarvoon.

Γ·': 35 Oikean kuormitustilannetiedon varmistamiseksi voi- i t « « « t * • < 4 < « 9 107575 daan käyttää erityistä menetelmää, jota kutsutaan kaksidi-mensionaaliseksi paketti-ilmaisuksi. On tunnettua, että hajaspektrilähetyksissä suorasekvenssisignaalin korrelaa-tiohuippujen aikaperiodi Tc on vakio. Tästä syystä, kun 5 sovitetun suodattimen ulostulosta on havaittu ensimmäinen korrelaatiopiikki, ajan Tc jälkeen saapuvaa toista korre-laatiopiikkiä voidaan käyttää varmistamaan, että ensimmäinen havainto oli oikea.

Keksinnön erään edullisen toteutusmuodon mukaan 10 liikennekanavan kuormitustieto voidaan lähettää päätelaitteille MFSK-moduloituna signalointi-informaationa pääs-tö/esto/reset (enable/disable/reset)-signaalin muodossa. Liikennekanavan kuormitustilannetta verrataan kanavan kapasiteettiin C, ja mikäli kanavan sen hetkinen kuormitus n 15 on suurempi kuin C, niin päätelaitteille lähetetään rese-tointisignaali. Vastaavasti, mikäli kanavan sen hetkinen kuormitus n on pienempi kuin C, niin päätelaitteille lähetetään päästösignaali. Mikäli kuormitus vastaa kapasiteettia, päätelaitteelle lähetetään estosignaali. Tätä 20 kuormitustietoa lähetetään jatkuvasti siten, että kullakin tilaajapäätelaitteella on joka hetki tämä tieto saatavil- i « « · ' 1 la.

•,f,· Kuormitustila voidaan lähettää päätelaitteelle myös : ; : kaksi- tai myös useampitasoisena kuin kolmitasoisena sig- 25 naalina riippuen siitä, kuinka tarkkaa säätöä halutaan ja minkälainen ohjausmenetelmä päätelaitteissa on käytössä.

• · · ·

Liikennekanavan kuormitustieto voidaan lähettää pää- • 1 · telaitteille myös muulla tavoin kuin MFSK-moduloituna . signaalina, kuten esimerkiksi laajakaistaisena pilottisig- 30 naalina, lisäämällä datasignaalin joukkoon ylimääräistä • · ···' informaatiota tai käyttämällä kaikille käyttäjille yhteis- :1· tä signalointikanavaa tiedon välittämiseen.

• · · · Päätelaitteet vastaanottavat tukiaseman lähettämän kuormitustietosignaalin samanaikaisesti normaalin datalii- ·' ·' 35 kenteen yhteydessä. Päätelaitteissa käytetään CDMA:ssa «14 « 4 « 10 107575 tunnettuja adaptiivisia häiriönpoistomenetelmiä, joilla lähetetty kapeakaistainen MFSK-signaali poistetaan vastaanotetusta laajakaistaisesta signaalista. Täten kuormi-tustiedon lähetys ei häiritse varsinaisen yhteyden laatua.

5 Myös laajakaistaisena lähetetyn kuormitustietosignaalin vaikutus voidaan poistaa häiriönpoistomenetelmillä.

Keksinnön erään toisen edullisen toteutusmuodon mukaan tukiasema ennustaa liikennekanavan kuormitustilanteen muutosta ylös- tai alaspäin, ja ohjaa päätelaitteiden 10 lähetystä tämän ennusteen perusteella. Tällöin voidaan reagoida liikennekanavan muutoksiin nopeasti.

Keksinnön mukaisen menetelmän toimintaa tilaajapää-telaitteessa havainnollistetaan kuviossa 2 kaavion avulla. Päätelaitteessa lähetettävä signaali jaetaan aikatasossa 15 purskeisiin 30 ja talletetaan puskurimuistiin 31 lähetystä varten. Päätelaite vastaanottaa tukiasemalta tiedon liikennekanavan kuormituksesta esimerkiksi päästö/es-to/reset-signaalin 32 muodossa. Käytettävän liikennekapa-siteetin käytön tarkka hyödyntäminen vaatii huolellista 20 optimointia. Tilaajapäätelaitteissa kyseisen päästö/es- to/reset-signaalin sisältämää informaatiota sekä tietoa puskurimuistin tilasta käytetään hyväksi lähettäessä : signaalipurskeita liikennekanavan e.

Keksinnön mukaisen menetelmän edullisessa sovellus- .·. : 25 muodossa tilaajapäätelaitteessa käytetään jotain CSMA(Car- rier Sense Multiple Access)-pohjaista protokollaa lähetyk- ‘II! sen säädössä. Seuraavassa selostetaan esimerkinomaisesti • · · * * erästä protokollavaihtoehtoa.

Kun päätelaitteen puskurissa on purske valmiina : ’· 30 lähetettäväksi, päätelaite tarkistaa tukiasemalta vastaan- • · · ottamastaan signaalista liikennekanavan kuormitustilan- : .·. teen. Jos kanavan kuormitus on suurempi tai yhtä suuri • · · ’*** kuin kapasiteetti eli tukiasema on lähettänyt esto- tai resetointisignaalia, purskeen lähetystä yritetään uudel- : V 35 leen satunnaislukugeneraattorilla lasketun viiveen jäi- » · · • · 11 107575 keen. Mikäli kanavan kuormitus on pienempi kuin kapasiteetti eli tukiasema on lähettänyt päästösignaalia, purske lähetetään välittömästi. Mikäli purskeen viive tilaajapäätelaitteessa ylittää jonkin ennalta määrätyn ar-5 von, purske voidaan tarvittaessa lähettää huolimatta tukiaseman lähettämästä estosignaalista.

CSMA-protokollia on esitetty kirjallisuudessa useita erilaisia, joista monia voidaan soveltaa keksinnön mukaisessa menetelmässä ottaen kuitenkin keksinnön ominaispiir-10 teet huomioon, kuten esimerkiksi sen, että törmäyksen sattuessa pursketta ei tarvitse lähettää uudelleen, koska päällekkäin lähetetyt purskeet eivät tuhoudu, vaan ne ainoastaan huonontavat kaikkien käyttäjien bittivirhesuhdetta. CSMA-protokollia on tarkemmin selostettu viitteessä 15 Kleinrock, Tobagi: Packet Switching in Radio Channels:

Part I - Carrier Sense Multiple Access Modes and Their Throughput Delay Characteristics, IEEE Transactions on Communications, Vol COM-23, No.12, pp 1400-1416, December 1975 .

20 Puheinformaatiolla ja muulla datainformaatiolla on erilaiset ominaisuudet ja vaatimukset informaation siir-: · toon käytettävän kanavan suhteen. Puheensiirron viivevaa- :.j.: timukset ovat hyvin tiukat. Toisaalta data sietää huomat- : tavasti pitempiä viiveitä kuin puhe, mutta on luonteeltaan 25 purskeista. Erilaisilla datalähetyksillä saattaa myös olla « « erilaiset ominaisuudet, kuten viiveen sieto, priori teet- ♦ · · · tierot ja purskeisuus. Keksinnön mukaista menetelmää • · · voidaan soveltaa siten, että tällaisille erilaisille . informaatiotyypeille käytetään erilaisia protokollia, j 30 Täten solukkoverkon kapasiteettia voidaan helposti käyttää • c.

···1 2 optimaalisesti hyväksi vaikka verkossa lähetetään erityyp- pisiä lähetyksiä. Eri protokollia voidaan käyttää esimer- • · · · kiksi lähetyksillä, joilla on eri prioriteetti, erilaiset purskemuodot tai sallitut maksimiviiveet.

2 35 Seuraavassa esimerkissä oletetaan, että tukiasema • · 12 107575 lähettää päätelaitteille informaatiota kanavan kuormitustilanteesta päästö/esto/reset-signaalia käyttäen kuten yllä on kuvattu ja että päätelaitteet lähettävät joko puhetta tai purskeista viivesietoista datainformaatiota.

5 Mikäli päätelaite lähettää puhetta, purskeaikaväli

Tp jaetaan M:ään aikaväliin, jotka ovat pituudeltaan Ts, missä Ts on suurempi kuin kulkuaikaviive päätelaitteelta tukiasemalle ja takaisin (MS-BTS-MS). Jos tukiaseman lähettämä signaali on päästösignaali, niin purske lähete-10 tään ennalta asetetulla todennäköisyydellä pv. Todennäköisyydellä 1-pv odotetaan yhden Ts:n pituisen aikavälin verran ja yritetään uudestaan. Jos uuden päätöksenteon hetkellä havaitaan estosignaali, niin lähetystä viivästetään kokonaisen bitti-intervallin verran ennenkuin yrite-15 tään uudestaan. Mikäli purskeen kokema viive päätelaitteessa ylittää jonkin ennalta määrätyn arvon, niin purske voidaan tarvittaessa lähettää välittömästi. Täten voidaan välttää huonosti viivettä sietävän informaation välitys.

Mikäli päätelaite lähettää dataa, niin protokolla on 20 muutoin yllä kuvatun kaltainen, paitsi että käytetty lähe-tystodennäköisyys pd on pienempi kuin puheella käytetty i ' ‘ pv. Jos lähetyksen aikana havaitaan resetointisignaali tukiasemalta, niin lähetys keskeytetään.

:: : Yllä kuvattuna on ainoastaan yksi esimerkki mahdol- 25 lisistä protokollista. Päätelaitteen käyttämä protokolla voi myös ottaa huomioon puskurimuistista aiheutuvan • · · · viiveen sekä estimoida tulevien purskeiden viivettä • · · tehdessään lähetyspäätöstä. Jos viive ei ole kriittisen . suuri ja kanava on kuormitettu, niin päätelaite ei lähetä.

30 Jos viive on kriittisen suuri purske joko hylätään tai • « ···* lähetetään huolimatta kanavan kuormituksesta.

Yllä on selostettu tilaajapäätelaitteen käyttämiä protokollia lähetyksen säädön yhteydessä. Keksinnön mukaisessa menetelmässä myös tukiasema suorittaa vastaavasti \ 35 kuin päätelaite oman lähetyksensä säätöä puskurimuistin • « « ♦ · 13 107575 tilaan perustuen.

Tukiasema jakaa kunkin yhteyden lähetyksen vastaavasti aikatasossa purskeisiin, ja varastoi purskeita kunkin yhteyden omassa puskurimuistissa. Menetelmää havain-5 nollistaa kuvio 4a, jossa on esitettynä tukiaseman puskurimuistien tilat yhdeksän käyttäjän esimerkissä. Eri yhteyksillä on erisuuri määrä purskeita puskurimuistissa odottamassa lähetystä. Keksinnön mukaisen menetelmän edullisessa toteutusmuodossa tukiaseman käyttämä protokol-10 la pyrkii pitämään purskeiden lukumäärät eri puskurimuisteissa yhtä suurina. Kuvion 4a esimerkissä käyttäjän 1 puskurissa on neljä pursketta, käyttäjällä 2 on kaksi pursketta, käyttäjällä 3 kuusi pursketta jne. Uudet purskeet lisätään puskuriin oikealle ja ne lähetetään 15 vasemmalta. Oletetaan, että liikennekanavan kapasiteetti C on kuusi eli tukiasema lähettää kuusi pursketta kerrallaan. Pyrkiessään pitämään purskeiden lukumäärät eri puskureissa yhtä suurina, tukiasema lähettää kuvion 4a esittämässä tilanteessa seuraavan aikavälin aikana kuusi 20 vasemmanpuolista pursketta siten, että lähetyksen jälkeen puskurimuistien tila on kuvion 4b mukainen.

·"· Kuviossa 5 on havainnollistettu lohkokaaviotasolla erään keksinnön mukaisen CDMA-solukkoradioverkon tuki-aseman rakennetta. Tukiasema käsittää vastaanotinsuunnassa 25 antennin 50, jolla vastaanotettu signaali viedään ra-diotaajuusosien 51 kautta joukolle sovitettuja suodattimia • · · · tai korrellaattoreita 52a-52c, jotka kukin ovat tahdis- * · 1 tuneet vastaanottamaan ja demoduloimaan samanaikaisia . signaaleja tilaajapäätelaitteilta. Sovitetuilta suodatti- 30 miltä signaali viedään yhdistelijälle 54, joka yhdistää • · ···1 edullisesti saman käyttäjän eri signaalikomponentit.

Keksinnön mukaisessa tukiasemassa on lisäksi sovitettujen « · · · suodattimien ulostuloon kytketyt välineet 53a-53c ja 55 tarkkailla liikennekanavan kuormitusta. Välineet 53a-53c : 1‘ 35 voidaan toteuttaa esimerkiksi siten, että ne ilmaisevat 14 107575 kustakin sovitetusta suodattimesta vastaanottaako se kullakin hetkellä signaalia vai ei, ja nämä ilmaisutulok-set voidaan summata välineessä 55, jolloin saadaan selville aktiivisten päätelaitteiden lukumäärä. Ilmaisussa on 5 luonnollisesti otettava huomioon se, että usea sovitettu suodatin saattaa olla tahdistunut saman päätelaitteen lähetyksen eri tietä edenneeseen komponenttiin. Käytännön tukiasemassa voidaan välineet 53a-53c, 54 ja 55 toteuttaa usealla tavalla, myös yhdistämällä samaan komponenttiin. 10 Lähetinpuolella tukiasema käsittää välineet 57 lähetettävän signaalin moduloimiseksi ja jakamiseksi aikatasossa purskeisiin sekä välineet 57 tallettaa kunkin yhteyden purskeet omaan puskurimuistiin. Tukiasema käsittää edelleen välineet 56 ohjata purskeiden lähetystä 15 päätelaitteille puskurimuistiin talletettujen purskeiden lukumäärän perusteella radiotaajuusosien 58 kautta ja välineet 56,57 lähettää tieto liikennekanavan kuormitustilanteesta tilaajapäätelaitteille.

Tukiasema käsittää luonnollisesti myös muita kom-20 ponentteja, kuten esimerkiksi A/D- ja D/A-muuntimia ja suodattimia, mutta selkeyden takia ne on jätetty oheisessa * * selostuksessa sekä kuviosta mainitsematta keksinnön perus- idean kannalta epäoleellisina komponentteina.

V : Kuviossa 6 on havainnollistettu lohkokaaviotasolla 25 erään keksinnön mukaisen CDMA-solukkoradioverkon tilaaja- ··· päätelaitteen rakennetta. Tukiasema käsittää vastaanotin- * · · · suunnassa antennin 60, jolla vastaanotettu signaali viedään radiotaajuusosien 61 kautta A/D-muuntimelle 62.

. Muunnettu signaali viedään sovitetuille suodattimille 64a- ... 30 64d, jotka kukin ovat tahdistuneet omaan eri tietä eden- • · •y* neeseen signaalikomponenttiin. Lisäksi muunnettu signaali viedään etsijäkorrelaattorille 63, jonka tehtävänä on etsiä halutulla hajotuskoodilla lähetettyjä signaalikom- ponentteja. Sovitetuilta suodattimilta signaali viedään ·. y 35 välineisiin 65, jotka edullisesti yhdistävät vastaanotetut • * · 15 107575 signaalikomponentit sekä ilmaisevat signaalin. Yhdisteli-jältä signaali viedään kanavadekooderiin 66, josta puhede-kooderin 67 kautta kaiuttimelle 68. Keksinnön mukainen päätelaite käsittää edelleen välineet 64a-64d, joilla 5 vastaanotetaan tukiaseman lähettämä informaatio liikenne-kanavan kuormitustilanteesta. Keksinnön erään edullisen toteutusmuodon mukainen päätelaite sisältää lisäksi välineet 65, joilla poistetaan liikennekuormitusinformaation vaikutus vastaanotetusta signaalista.

10 Lähetinsuunnassa tilaajapäätelaite käsittää mikro fonin 69, jolta tuleva signaali viedään puhekooderin 70 ja kanavakooderin 71 kautta hajotuskoodattavaksi 73. Päätelaite käsittää edelleen välineet 74, joissa lähetettävä signaali jaetaan aikatasossa purskeisiin ja välineet 74, 15 joissa purskeita talletetaan puskurimuistissa lähetystä varten. Päätelaite käsittää edelleen välineet 73, jotka ohjaavat edellä mainittujen komponenttien toimintaa ja säätävät lähetettävien purskeiden määrää aikayksikköä kohden tukiasemalta lähetetyn liikennekanavan kuormitusti-20 lanteen perusteella. Keksinnön edullisen toteutusmuodon mukainen päätelaite käsittää välineet 73, jotka säätäes-: "* sään purskeiden lähetystä ottavat huomioon puskurimuistis- sa olevien purskeiden lukumäärän.

: : : Tilaajapäätelaite käsittää luonnollisesti myös muita ' 25 komponentteja, kuten esimerkiksi suodattimia, mutta sei- keyden takia ne on jätetty oheisessa selostuksessa sekä «··· kuviosta mainitsematta keksinnön perusidean kannalta epä- • · · oleellisina komponentteina.

. Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten 30 oheisten piirustusten mukaisiin esimerkkeihin, on selvää, • · ···* ettei keksintö ole rajoittunut niihin, vaan sitä voidaan ! muunnella monin tavoin oheisten patenttivaatimusten esit- ··· · *" tämän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

« 4

Claims (19)

107575 16

1. Tiedonsiirtomenetelmä CDMA-solukkoradioverkossa, joka käsittää kussakin solussa ainakin yhden tukiaseman 5 (BTS), joka on yhteydessä alueellaan oleviin päätelaitteisiin (MS) tietyllä liikennekanavalla, jossa menetelmässä käyttäjien signaali jaetaan aikatasossa purskeisiin, tunnettu siitä, että tukiasema tarkkailee liiken-nekanavan kuormitustilannetta, ja että tukiasema välittää 10 tiedon liikennekanavan kuormitustilanteesta päätelaitteille, ja että päätelaitteiden ja tukiasemien välillä lähetettävien purskeiden määrää aikayksikköä kohden säädetään tukiasemalla lasketun kuormitustilannetiedon ja purskeiden viivetilan perusteella.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että tukiasema (BTS) tarkkailee liikennekanavan kuormitustilannetta laskemalla kullakin hetkellä lähettävien päätelaitteiden lukumäärän.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, t u n -20 n e t t u siitä, että tukiasema (BTS) lähettää päätelaitteille (MS) tiedon siitä, onko kullakin ajan hetkellä lä-hettävien päätelaitteiden lukumäärä pienempi, yhtä suuri :' vai suurempi kuin liikennekanavan optimaalinen kapasiteet- ; ' tl. , 25

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n - n e t t u siitä, että tukiasema (BTS) lähettää tiedon liikennekanavan kuormitustilanteesta päätelaitteille (MS) *** 1 MFSK-moduloitua signaalia käyttäen.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n -30 n e t t u siitä, että tukiasema (BTS) lähettää tiedon ··· liikennekanavan kuormitustilanteesta päätelaitteille (MS) : .·. lisäämällä tätä koskevaa ylimääräistä informaatiota pääte- *"1 laitteille lähetettävään datasignaaliin.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n - : 35 n e t t u siitä, että tukiasema (BTS) lähettää tiedon < 1 « « < · 17 107575 liikennekanavan kuormitustilanteesta päätelaitteille (MS) laajakaistaista pilottikanavaa käyttäen.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tukiasema (BTS) tarkkailee liiken- 5 nekanavan kuormitustilannetta, laskee ennusteen kuormitustilanteen muutokselle, ja että päätelaitteiden (MS) ja tukiasemien välillä lähetettävien purskeiden määrää aikayksikköä kohden säädetään tukiasemalla lasketun kuormitustilanne-ennusteen ja purskeiden viivetilan pe-10 rusteella.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lähetettävät purskeet talletetaan päätelaitteessa (MS) puskurimuistiin ennen lähetystä, ja että päätelaitteen tukiasemalle (BTS) lähettämien purs- 15 keiden määrä aikayksikköä kohti riippuu puskurimuistiin talletettujen purskeiden lukumäärästä.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että päätelaitteen (MS) tukiasemalle (BTS) lähettämien purskeiden määrä aikayksikköä kohti 20 riippuu siitä, minkä tyyppistä informaatiota päätelaite lähettää.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että päätelaitteen (MS) tu- j kiasemalle (BTS) lähettämien purskeiden määrä aikayksikköä 25 kohti riippuu lähetettävän informaation viivesietoisuudes- ta, prioriteetista tai purskeisuudesta. 'V.'.

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, • · · * tunnettu siitä, että päätelaite (MS) käyttää purskeiden lähetyksessä tukiasemalle (BTS) CSMA-protokol- ‘:’*r 30 laa. • M

*...· 12. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että purskeet voivat eri ajan • · · i hetkinä olla eri mittaisia.

13. Tiedonsiirtomenetelmä CDMA-solukkoradioverkossa, : 35 joka käsittää kussakin solussa ainakin yhden tukiaseman 18 107575 (BTS), joka on yhteydessä alueellaan oleviin päätelaitteisiin (MS) tietyllä liikennekanavalla, jossa menetelmässä käyttäjien signaali jaetaan aikatasossa purskeisiin, tunnettu siitä, että tukiasema (BTS) tarkkailee 5 liikennekanavan kuormitustilannetta, ja että kullekin päätelaitteelle (MS), johon tukiasema (BTS) on yhteydessä, lähetettävät purskeet talletetaan tukiasemassa kukin omaan puskurimuistiin ennen lähetystä, ja että tukiaseman päätelaitteille lähettämien purskeiden määrä aikayksikköä kohti 10 riippuu puskurimuisteihin talletettujen purskeiden luku määrästä .

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tukiasema (BTS) pyrkii pitämään eri yhteyksien puskurimuisteissa olevien purs- 15 keiden lukumäärän yhtä suurena.

15. Tukiasema, tarkoitettu käytettäväksi CDMA-so-lukkoradioverkossa, joka käsittää kussakin solussa ainakin yhden tukiaseman (BTS), joka on yhteydessä alueellaan oleviin päätelaitteisiin (MS) tietyllä liikennekanavalla, 20 ja jossa tukiasemassa on välineet (57) jakaa päätelaitteille lähetettävä signaali aikatasossa purskeisiin, tunnettu siitä, että tukiasemassa on välineet (53a-53c,55) tarkkailla liikennekanavan kuormitusta, väli-, neet (56,57) välittää tieto kuormitustilanteesta pääte- ; 25 laitteille, välineet (57) tallettaa purskeet puskurimuis- .i. tiin ja välineet (56) säätää purskeiden lähetystä pääte- laitteille puskurimuistiin talletettujen purskeiden luku- t · t määrän ja liikennekanavan kapasiteetin perusteella.

, 16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen tukiasema, * ’ 30 tunnettu siitä, että tukiaseman välineet (53a-53c) ...1 tarkkailevat liikennekanavan kuormitustilannetta laskemal- ' la kullakin hetkellä lähettävien päätelaitteiden lukumää- • · · · .···, rän. i

< • 17. Tilaajapäätelaite, tarkoitettu käytettäväksi • ·' 35 CDMA-solukkoradioverkossa, joka käsittää kussakin solussa » i • · · • 4« • « 19 107575 ainakin yhden tukiaseman (BTS), joka on yhteydessä alueellaan oleviin tilaajapäätelaitteisiin (MS) tietyllä liiken-nekanavalla, ja jossa päätelaitteessa on välineet (74) jakaa tukiasemalle lähetettävä signaali aikatasossa purs-5 keisiin, tunnettu siitä, että päätelaitteessa on välineet (73) säätää tukiasemalle lähetettävien purskeiden määrää aikayksikköä kohden liikennekanavan kunkin hetkisen liikennekuormituksen ja purskeiden viivetilan perusteella.

18. Patenttivaatimuksen 17 mukainen tilaajapääte-10 laite, tunnettu siitä, että päätelaitteessa on välineet (74) tallettaa purskeet puskurimuistiin ja välineet (73) säätää tukiasemalle lähetettävien purskeiden määrää aikayksikköä kohden puskurimuistiin talletettujen purskeiden lukumäärän perusteella.

19. Patenttivaatimuksen 17 mukainen tilaajapääte- laite, tunnettu siitä, että päätelaitteessa on välineet (64a-64d) vastaanottaa tukiasemalta lähetetty tieto kanavan liikennekuormitustilanteesta ja välineet (65) poistaa kuormitustieto muun signaalin joukosta. • 4 * « I * I I • I 1 • < « 4 • · · ··♦· ·♦· • ♦ ♦ • · · « ···«« * « • · · • « . · ♦ « • · • · · • •t t < < ( \ (< 1 4 # · · • 4 « • · 20 107575