FI110643B - Menetelmä automaattisen vahvistuksen säädön optimoimiseksi radiovastaanottimissa - Google Patents

Description

1 110643

Menetelmä automaattisen vahvistuksen säädön optimoimiseksi radiovastaanottimissa

Keksintönä on menetelmä automaattisen vahvistuksen säädön opti-5 moimiseksi radiovastaanottimissa, etenkin matkaradiovastaanottimissa, jotka keskinäiseen tilajakoiseen järjestelyyn sijoitettuina kuuluvat perusasemat käsittävään solukkomaiseen matkaradioverkkoon.

Perinteisissä suurtaajuusvahvistimissa käytetään ajan suhteen vaihtelevien vastaanottotehojen tasoittamiseksi vahvistimia, joissa on yksi tai 10 useampia muuttuvia vahvistinasteita (AGC = Automatic Gain Control; automaattinen vahvistuksen säätö).

Matkaviestimien kohdalla vaihtelevan vastaanottotehon ongelma ilmenee erityisen vaikeana. Lisäksi matkaviestimissä käytetään siirronlaadun ylläpitämiksi tehokkaasti lähetystehon säätöjä. Näiden seikkojen yhdistyminen 15 vaikeuttaa suuresti automaattisen vahvistuksen säädön tulkintaa. Vaihtelevan lähetystehon lisäksi ilmenevä ylimääräinen aktiivinen lähetystehon muuttuminen aiheuttaa vastaanottajalle hyvin vaikeasti voitettavan tilanteen.

Perinteisissä AGC-silmukoissa käytetään tulevan AGC-arvon määrityksessä apuna yksinomaan jo esiintyneitä vastaanottotasoja. Tällöin esim. 20 AGC säädetään viimeisen mittausjakson, esim. viimeisen sekunnin, vastaan-ottotason keskiarvoon. Tällainen järjestely on kuvattu kuvion 1 lohkokaavio-: kuvaan, johon on kuvattu kaksi keskenään kommunikoivaa radioasemaa, joi- .·· ·. den välillä esiintyy ajallisesti muuttuvia siirtohäviöitä. Jokainen radioasema si- :·*' sältää AGC-säädön käsittävän vastaanottimen E sekä APC-säädön (APC = 25 Adaptiv Power Control; adaptiivinen tehosäätö) käsittävän lähettimen S. APC-'; *; säätöjen välillä vallitsee looginen yhteys (katkoviivoin piirretty).

’·* ' Jäljelle jäävät vaihtelut täytyy kattaa riittävän suurpiirteisen vas taanottovaiheiden dynamiikka-alueen tulkinnan välityksellä. Tämä merkitsee nykyään tavallisten digitaalivastaanottimien kohdalla sitä, että analogia-digi-30 taalimuunnin täytyy olla varustettu riittävän suurella sanaleveydellä, jotta se toi-: \; saalta pystyy varmuudella välttämään yliohjauksen ja toisaalta varmistamaan : vielä tarpeeksi hyvän signaalin erottelun.

Keksinnön tehtävänä on aikaansaada menetelmä, jonka avulla vas-‘ · · · taanottoasemalla pystytään ennustamaan vastaanottotehon käyttäytyminen.

35 Tämä tehtävä ratkaistaan edellä selitetyn tyyppisen keksinnön mu- ' kaisen menetelmän avulla käyttämällä hyväksi ensimmäisen aseman lähetys- 2 110643 tehon säätöä ja sen pohjalta odotettavissa olevia muutoksia toisen aseman ennakoitavan vastaanottotehon ennustamisessa siten, että lähetystehon sää-tötietojen pohjalta ennustetaan vastaanottajan automaattinen vahvistuksen säätö (AGC).

5 Tarkemmin ilmaistuna keksinnölle on tunnusomaista se, mitä on sanottu itsenäisessä patenttivaatimuksessa 1.

Keksinnön kohteen edulliset tulkinnat ja kehitellyt suoritusmuodot ilmenevät alivaatimuksista.

Keksintöä tarkastellaan seuraavassa yksityiskohtaisemmin piirus-10 tuksessa kuvattujen suoritusmuotoesimerkkien pohjalta. Kuviot ovat: kuvio 2 kuvion 1 tyyppinen kaavamainen esitys ennustuspää- töksestä ja kuvio 3 lohkokaaviokuva AGC:n ja APC:n yhteistoiminnasta matkaviestinjärjestelmässä, joka käsittää perusaseman ja liikkuvan aseman ja 15 kuvio 4 lohkokaaviokuva matkaviestinjärjestelmästä käsittäen liikku van aseman lähetystehon säädön.

Uusissa matkaviestinjärjestelmissä lähetystehon säädöllä on erityinen merkitys optimaalisen verkkokapasiteetin saavuttamisessa. Tämä vaikeuttaa toisaalta vasta-aseman vastaanottopuolen AGC:n tehtävää. Keksinnön 20 mukaisessa menetelmässä hyödynnetään toisaalta sitä tosiasiaa, että tästä : ’ ' · lähetystehon säätöalgoritmista on saatavissa tärkeitä tietoja, joiden avulla odo- : ;· tettavissa oleva vastaanottoteho voidaan ennustaa paremmin. Kuviossa 2 ku- .···. vataan tätä yhden aseman lähetystehon säädön hyväksikäyttöä sekä tämän johdosta odotettavissa olevaa muutosta toisen aseman oletetun vastaan-: 25 ottotehon ennustamisessa. Kuvioon on otettu mukaan kuviota 1 täydentäen lähetystehon säädön ja vastaanottimen automaattisen vahvistuksen säädön välinen yhteys. Tämän takia on kuhunkin radioasemaan piirretty ylimääräinen yhteys APC-säädön ja AGC-säädön välille. Oleellista on tällöin, että ennustus ei perustu ainoastaan entisille arvoille vaan ottaa mukaan myös odotettavissa 30 olevat muutokset lähetystehossa. Tällä tavoin onnistutaan säätämään luotetta-vasti automaattinen vahvistuksen säätö, mikä puolestaan heijastuu pienempinä vaatimuksina edellä mainittua dynamiikka-alueen suuripiirteistä tulkintaa kohtaan. Jos esimerkiksi analogia-digitaalimuuntimen vaadittua sanaleveyttä ’ · t voidaan pienentää kahdella bitillä, pienenevät toisaalta valmistuskustannukset, [ 35 ja toisaalta saatetaan löytää jopa uusia periaatteessa edullisempia toteutus mahdollisuuksia pienenevän sanaleveyden myötä lisääntyvien muunnos- ’ 110643

Kuvio 3 kuvaa matkaviestinjärjestelmän suoritusmuotoa käsittäen keskinäisessä tilajakoisessa järjestelyssä sijaitsevat perusaseman BS sekä liikkuvan aseman MS silloin, kun käytetään menetelmää liikkuvan aseman lä-5 hetystehon säätämiseksi. Tällaista menetelmää lähetystehon säätämiseksi on selitetty hakijan DE-patenttihakemuksessa P 4 308 904.6.

Perusasema BS on kuvattu kuvion 3 vasempaan sivuun, liikkuva asema oikeaan sivuun. Näiden välissä sijaitsee radiokenttä. Perusasema BS sisältää lähettimen S1 käsittäen APC:n, joka on liitetty signaalinkäsittely-yksik-10 köön V1 (algoritmi perusaseman BS lähetystehon säätöä varten), joka puolestaan on liitetyn ohjauskanavan välityksellä yhteydessä suodattimen F2 läh-töliitäntään liikkuvan aseman vastaanottopuolella. Suodattimen F2 tuloliitäntä on liitetty AGC:n sisältävään liikkuvan aseman MS vastaanottimeen E2. Tällä tasolla tapahtuu lähetystehon säätö downlink, ts. perusaseman lähetystehon 15 säätö.

Perusasema BS sisältää lisäksi AGCillä varustetun vastaanottimen E1, jonka perään on kytketty suodatin F1 sekä sen perään signaalinkäsittely V2 (algoritmi liikkuvan aseman MS lähetystehon (tässä pitkäaikais-)säätöä varten). Signaalinkäsittelyn yksi lähtöliitäntä on liitettynä vastaanottimen tuloliitän-20 tään E1. Tämän yhteyden välityksellä välitetään lähetystehon säätötietoja AGC:lle vastaanottimessa E1 odotettavissa olevan vastaanottotehon ennus-: ,· tamiseksi. V2:n toinen lähtöliitäntä on liitetty yhteenliitetyn ohjauskanavan [ · · ·, (ACCH = Associated Control Channel) välityksellä signaalinkäsittelylaitteeseen V3 (algoritmi liikkuvan aseman MS lähetystehon (tässä lyhytaikais-)säätöä var- * ; 25 ten) liikkuvan aseman MS lähetyspuolella. Käsittelyn V3 toinen tuloliitäntä on • * · ;·; liitetty liikkuvan aseman vastaanottimen E2 perään kytketyn suodattimen F2 toiseen lähtöliitäntään, kun taas käsittelylaitteen V3 lähtöliitäntä on liitetty liikkuvan aseman MS lähettimeen S2. Lisäksi suodattimen F2 lähtöliitäntä on yhteydessä AGC:hen liikkuvan aseman vastaanottimessa E2, ja ohjauskanavan 30 välityksellä perusaseman BS käsittely V2 on yhteydessä vastaanottimen E2 :'v AGC:hen liikkuvalla asemalla MS. Näiden kahden liitännän välityksellä vas taanottimen E2 sisältämä AGC saa tietoja lähetystehon säädöistä odotetta-vissa olevan vastaanottotehon ennustamiseksi. Liikkuvan aseman MS lähettimen S2 ja perusaseman BS vastaanottimen E1 välinen alempi taso esityk-• 35 sessä sisältää lähetystehon säädön uplink-kanavaa varten.

4 110643

Jotta ymmärrettäisiin paremmin keksinnön mukaista menetelmää automaattisen vahvistuksen säädön optimoimiseksi radiovastaanottimissa, etenkin solukkomaiseen radioverkkoon kuuluvissa matkaviestinvastaanottimis-sa, selitetään ensiksi menetelmään kuuluvaa lähetystehon säätöä, jollainen on 5 ilmoitettu edellä mainitussa patenttihakemuksessa, kuvion 4 pohjalta.

Liikkuva asema MS ja perusasema BS on kumpikin kuvattu kuvioon 4 katkoviivoin piirrettyjen laatikoiden avulla, jolloin säätöpiirien havainnollista esitystä varten perusasema BS on piirretty molemmille puolille liikkuvaa asemaa MS. Perusaseman ja liikkuvan aseman välillä sijaitsee radiokanava 1 10 (downlink), vastakkaisessa siirtosuunnassa liikkuvalta asemalta MS perusase-malle BS puolestaan sijaitsee radiokanava 2 (uplink). Radiokanavalla esiintyvät häiriöt on nimetty tunnuksin Zdi tai Zui ja niitä on merkitty aina kyseiseen laatikkoon 1 ja 2 suunnatun nuolen avulla.

Liikkuvan aseman MS pitkäaikaislähetystehon Pt,ui ohjaus tapahtuu 15 perusasemalla perusasemalla seuraavien suureiden pohjalta:

Uplink'in N näytteen ((= T1) pohjalta suodatetun vastaanottotehon Pr,ui ja N

näytteen (- T1) pohjalta suodatetun vastaanottolaadun Qr,ui pohjalta, jolloin suodatus (esim. keskiarvoistus) tapahtuu perusaseman BS suodattimessa 3 sekä O & M -parametreiksi esiasetettujen, näille suureille pätevien kynnys- 20 arvojen pohjalta. Nämä viedään ylempänä ja alempana vastaanottotehon ja f·' vastaanottolaadun kynnysarvoina vähennyselimen 10 toiseen tuloliitäntään, » · : ,· jolloin tämä elin on lähtöpuolelta liitetty pitkäaikaissäätöalgoritmin ja lyhyt- /··. aikaissäätöön tarvittavien parametrien määrityksen sisältävään laatikkoon 5.

! Vastaanottotehon ja vastaanottolaadun määritellyt arvot suodattimen 3 läh- * ' ; 25 dössä voidaan alistaa vielä uuteen suodatukseen, esim. liukuvaan keskiarvoi- ·;·; tukseen, m-arvon välityksellä. Tämä tapahtuu suodatinlähdön 3 ja perusase- • · *·’ man vähennyselimen 10 yhdistävälle reitille sijoitetussa suodattimessa 4. O & M -parametri m on riippuvainen mm. solukkotyypistä ja solukkokoosta.

Tässä menetelmässä annetaan vielä perusasemalla lausunto sen 30 itsensä selvittämien suodatustulosten Pr,ui ja Qr,ui pohjalta sekä liikkuvan ase-; ’ ·. man sille välittämien, downlink'in suodatettujen vastaanottoarvojen Pr,di ja Qr,di ” tietojen pohjalta radiokanavan vastavuoroisuudesta. Tämä kanavan vastavuo- ,roisuudesta tehtävä arvio (tunnistus) tapahtuu suodattimen 3 ja laitteen 5 toi-* ·· siinsa yhdistävälle reitille sijoitetussa laitteessa 6. Arvioinnin tulos syötetään 35 vastavuoroisuusindeksinä laitteelle 5 sekä muuttumattomana yhdessä pitkäai-’ kaistason Pt,ui kanssa edelleen lyhytaikaissäädön esiasetusparametrina liikku- 5 110643 valle asemalle MS, joka sisältää laitteen 7 lyhytaikaissäätöalgoritmia varten siten, että rajoitus ja pitkäaikaistaso otetaan huomioon.

Jotta liikkuvan aseman MS lähetystehoa Pt,ui pystytään säätämään niin todellisuuspohjaisesti kuin mahdollista, välitetään liikkuvalle asemalle MS 5 rajoitettu päätösvalta. Tähän liittyvän signalointityön rajoittamiseksi perustuu liikkuvaan asemaan toteutetun alemman kerroksen ohjaus downlink'in mittauksiin. Tätä varten suodatetaan vastaanottolaatu Qr,di liikkuvalla asemalla MS N/K-näytteen (=T2) välityksellä. K on O & M-parametri, jota rajoitetaan ylöspäin pikahäipymisen (fast-fading) poissuodatuksen perusteella, ts. tarvi-10 taan vähimmäismäärä näytteitä, jotta pikahäipyminen saadaan suodatettua pois ja hidashäipyminen (slow-fading) saadaan määriteltyä luotettavasti. K on samanaikaisesti mittana ohjauksen ajankohtaisuudelle, ts. kun K = 1 ohjaus tapahtuu pelkästään pitkäaikaisarvon Pt.ui mukaan. Suodattimen 8 suodatettu lähtösignaali Qr,di viedään laitteen 7 yhteen tuloliitäntään.

15 Koska liikkuva asema ei tunne etenemistilannetta maailmanlaajui sesti, alistetaan lyhytaikaissäätöalgoritmi edellä jo käsitellylle tunnistimelle, jonka avulla lyhytaikaislähetystehon Pt,ui muutoksen sallittu suunta ja maksimaalinen muutos määritetään. Stabiloivana tekijänä voidaan lisäksi käyttää sitä, että sallittu muutossuunta ja muutoksen suurin sallittu määrä tehdään riip-20 puvaisiksi viimeisen muutoksen Pt.ui tyypistä ja suuruudesta.

Keksinnön mukaisen menetelmän selityksessä keskitytään jatkossa

» I

: .· ensiksi uplink-tilanteeseen, jolloin liikkuva asema toimii lähettimenä ja perus- ,···. asema vastaanottimena. Perusasemalle ovat sen oman lähetystehon säätöä .! sekä myös yhden sille sovitetun liikkuvan aseman lähetystehon säätöä varten * ' ; 25 tunnettuja seuraavat tiedot: * i _ ·;·; a) suodatettu downlink-vastaanottotaso F?,di sekä suodatettu down- • · link-vastaanottolaatu Qr,di (nämä tiedot välitetään liikkuvalta asemalta perusasemalle liitetyn ohjauskanavan ACCH välityksellä), b) uplink-vastaanottotaso Pr,ui sekä uplink-vastaanottolaatu Qr,ui 30 purske-tasolla c) suodatettu uplink-vastaanottotaso Pr,ui sekä suodatettu uplink- :' “ vastaanottolaatu Qr,ui, * t d) perusaseman säädettävä lähetysteho Pt.di säätöalgoritmin tuloksena ja 35 e) liikkuvan aseman pitkäaikaislähetysteho Pt,ui sekä vastavuoroi- : V suusindeksi aQ pitkäaikaissäätöalgoritmin tuloksena.

e 110643

Perusaseman käytettävissä on siten tarkat tiedot siirtokanavasta. Lisäksi sen tiedossa on, minkä verran ja mihin suuntaan liikkuvan aseman pit-käaikaislähetysteho muuttuu tiettynä ajankohtana. Perusasema tuntee lisäksi liikkuvan aseman itseohjausalueen. Mikäli APC-säätömekanismi luovuttaa tie-5 dot tulevista muutoksista MS-lähetystehossa perusaseman AGC-säädön käyttöön, pystyy tämä asettelemaan dynamiikka-alueensa näiden muutosten mukaisesti. Lisäksi dynamiikka-alue voidaan muuttaa kapeammaksi.

Downlink-tilanteessa perusasema toimii lähettäjänä, liikkuva asema vastaanottajana. Liikkuvalle asemalle ovat sen oman lähetystehon säätöä se-10 kä myös sille sovitetun perusaseman lähetystehon säätöä varten tunnettuja seuraavat tiedot: a) downlink-vastaanottotaso Pr,di sekä downlink-vastaanottolaatu Qr.di purske-tasolla, b) suodatettu downlink-vastaanottotaso Pr,di sekä suodatettu down-15 link-vastaanottolaatu Qr.di, c) liikkuvan aseman pitkäaikaislähetysteho Pt,ui sekä vastavuoroi-suusindeksi aQ pitkäaikaissäätöalgoritmin tuloksena perusasemalla, jotka siirretään liikkuvalle asemalle MS liitetyn ohjauskanavan (ACCH) välityksellä, d) radioyhteyden paikallistettu laatumitta, joka tunnetaan radioyh-20 teyden muodostusproseduurin pohjalta, sekä ; *. ’ e) liikkuvan aseman säädettävä lähetysteho PtlUi säätöalgoritmin tu- : .· loksena.

» · ’ ’ ‘ · Tutkimalla suodatettua downlink-vastaanottotasoa Pr,di sekä suoda- ,; ‘; tettua downlink-vastaanottolaatua Qr,di ottamalla huomioon paikallistetun laatu- < # • ; 25 mitan pystyy liikkuva asema tunnistamaan perusaseman lähetystehossa tule-

» I

·;·; vaisuudessa tapahtuvat muutokset. Tämän tiedon tarkentamisessa käytetään v parametreinä liikkuvan aseman pitkäaikais-lähetystehoa Pt,ui sekä vastavuo- roisuusindeksiä aQ. Liikkuvan aseman pitkäaikaislähetystehon Pt,ui muutoksen perusteella verrattuna edeltävään arvoon sekä up- ja downlink-tilanteiden vas-30 tavuoroisuudesta annetun lausunnon perusteella pystyy AGC-säätö liikkuvalla asemalla johtamaan muutoksen suuruuden. Siten AGC-säätö pystyy asette- . · · lemaan dynamiikka-alueensa näiden muutosten mukaisesti ja kaventamaan ; (· dynamiikka-aluettansa.

Claims (4)

1. Menetelmä vahvistimen automaattisen säädön optimoimiseksi radiovastaanottimissa, solukkomatkaviestinverkossa, jossa on perusasemia ja liikkuvia asemia, tunnettu siitä, että tapauksessa, jossa 5 a) ensimmäisen aseman lähetystehon säätötiedot lähetetään toisel le asemalle ja käytetään ohjaamaan toisen aseman vastaanottimen vahvistimen säätöä, tietoa ensimmäisen aseman lähetystehon säätötiedoista käytetään tuottamaan ennuste toisen aseman odotettavasta vastaanottotehosta toisen aseman vastaanottimen automaattiselle vahvistuksensäädölle (AGC), 10 tai b) tiedot toisen aseman vastaanottimen vahvistimen säädön ohjaamiseksi määritetään ensimmäisen aseman lähetystehon säätötiedoista ja siirretään toiselle asemalle ja käytetään ohjaamaan toisen aseman vastaanottimen vahvistimen säätöä, tietoa näistä ensimmäisen aseman siirtämistä tie-15 doista käytetään tuottamaan ennuste toisen aseman odotettavasta vastaanottotehosta toisen aseman vastaanottimen automaattiselle vahvistuksensäädölle (AGC).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että odotettavissa oleva vastaanottoteho ennustetaan keskinäisistä tiedoista 20 tietyn aseman lähetystehon säätötiedoista ja kulloinkin nimetyn vastaavan : v. aseman lähetystehon säätötiedoista.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että odotettavissa oleva vastaanottoteho ennustetaan tietojen pohjalta, jotka mitataan tai selvitetään tietyn aseman lähetystehon säätöä tai kulloinkin nime- : · 25 tyn vastaavan aseman lähetystehon säätöä varten.

..!:’ 4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tiedot lähetystehon säätöä varten saadaan kahdesta kerroksesta koostuvasta hierarkkisesta järjestelmästä siten, että ylemmässä kerroksessa, joka muodostaa perusaseman ja liikkuvan aseman käsittävän suljetun säätösilmu-30 kan, säädetään liikkuvan aseman pitkäaikaislähetysteho Pt,ui perusasemalla : (pitkäaikaissäätö), ja että lisäksi perusasemalla annetaan lausunto alemman , · * · ’ kerroksen päätösvallasta ja välitetään se liikkuvalle asemalle, ja että alemmas- '; . sa kerroksessa, joka edustaa liikkuvalla asemalla toimeenpantua paikallista säätöä, määritetään liikkuvalle asemalle lyhytaikaislähetysteho Pt,ui (lyhytai-35 kaissäätö) ottamalla huomioon perusaseman määrittämä pitkäaikaislähetysteho sekä lausunto alemman kerroksen päätösvallasta. Patentkrav 110643