FI113320B - Menetelmä tiedonsiirron tehostamiseksi - Google Patents

Description

113320

Menetelmä tiedonsiirron tehostamiseksi

Keksintö kohdistuu menetelmään ja järjestelmään informaation siirtämisen tehostamiseksi tietokehysmuodossa suoritettavassa tiedon-5 siirrossa, joka tietokehys käsittää ainakin informaatiokentän, johon ainakin osa siirrettävästä informaatiosta sijoitetaan, ja kontrollikentän, ja jolle tietokehykselle suoritetaan kanavakoodaus kanavakoodatun tieto-kehyksen muodostamiseksi, ja jossa menetelmässä kanavakoodatusta tietokehyksestä muodostetaan siirtotielle lähetettävä purske. Keksintö 10 kohdistuu lisäksi patenttivaatimuksen 18 johdanto-osassa esitettyyn matkaviestimeen ja patenttivaatimuksen 21 johdanto-osassa esitettyyn tukiasemaan.

Siirrettäessä informaatiota digitaalisessa muodossa lähettimeltä vas-15 taanottimelle käytetään yleisesti menetelmää, jossa siirrettävä informaatio jaetaan tietokehyksiin. Tietokehykset voivat käsittää varsinaisen informaatiokentän lisäksi muutakin, kuten synkronointitietokenttiä ja muita ohjaustietokenttiä. Tietokehyksessä voi lisäksi olla mm. pariteetin tarkistustietoa tiedonsiirron virheettömyyden varmistamiseksi. Tieto-20 kehys käsittää siis informaatiokentän ja kontrollikentän. Lähetettävä informaatio sijoitetaan informaatiokenttään. Kontrollikentällä tässä selityksessä tarkoitetaan muita tietokehyksen tietokenttiä.

Tiedonsiirrossa matkaviestimen ja tukiaseman välillä olosuhteet vaihte-:' ·.: 25 levät matkaviestimen liikkuessa sekä ympäristö- ja ilmasto-olosuhteiden ; muuttuessa. Tällöin tiedonsiirto on häiriöaltis, jolloin vastaanotettu :·. informaatio saattaa sisältää virheitä. Virheiden eliminoimiseksi käyte- *···. tään mm. GSM-järjestelmässä kanavakoodausta lähetysvaiheessa ja ' vastaavasti kanavadekoodausta vastaanottovaiheessa. Kanavakoodi 30 dauksessa lähettävään informaatioon lisätään virheenkorjaustietoa esimerkiksi siten, että virheenkorjausalgoritmilla generoidaan pariteetin tarkistusbittejä, jotka lisätään lähetettävään informaatioon. Vastaanottovaiheessa suoritetaan käänteinen toimenpide, jolloin virheenkorjaus-algoritmilla voidaan havaita mahdolliset virheet ja korjata virheellinen :’·· 35 tieto oikeaksi, mikäli virheiden määrä on pienempi tai yhtä suuri kuin ·. virheenkorjausalgoritmin virheenkorjauskyky.

2 113320

Edellä mainittujen olosuhteiden muutosten lisäksi matkaviestimen ja tukiaseman väliseen tiedonsiirtoon aiheuttaa ongelmia myös signaalien etenemisviive lähettimeltä vastaanottimelle. Koska etäisyys matkaviestimen ja tukiaseman välillä muuttuu, muuttuu myös signaalin etene-5 misviive vastaavasti. Esimerkiksi GSM-järjestelmässä, joka on ns. solukkojärjestelmä, on solun maksimisäde suhteellisen suuri, luokkaa 35 km. Tällöin myös etenemisviive voi vaihdella merkittävästi, jolloin matkaviestimen ja tukiaseman välinen synkronointi muodostuu hankalaksi.

10 Jotta tukiasema pystyisi toimimaan mahdollisimman tehokkaasti, on sen vastaanotettava matkaviestimien lähettämä informaatio ennalta määrätyssä ajassa. Matkaviestimen ja tukiaseman välisen enenemis-viiveen kompensoimiseksi käytetään mm. GSM-järjestelmässä ns. ennakoivaa ajastusta (timing advance). Kuitenkaan ennakoivan ajoituksen 15 pituutta ei tiedetä, ennen kuin matkaviestin on muodostanut yhteyden tukiasemaan. Ajoitus määritetään satunnaispääsypurskeen avulla (random access burst), jonka matkaviestin lähettää esim. Slotted Aloha -protokollan mukaisesti. Purskeen lähetyksen aikana tukiaseman vastaanotto ei ole täsmällisesti synkronoituna, joten pääsypurske käsittää 20 suhteellisen pitkän synkronointibittisekvenssin (synkronointitietokenttä). Purskeen jälkeen on vielä 68,25 bittiä pitkä laajennettu suojaperiodi, jolla pyritään estämään lähetyksen ja vastaanoton välisen etenemis-viiveen vaikutus, eli peräkkäisten purskeiden päällekkäisyydet vastaanotossa.

25 : Kuvassa 2 on esitetty GSM-standardin 05.05 mukainen pääsypurske.

Purske käsittää aloitustietokentän (Extended Start), jonka pituus on 8 *.···. bittiä, synkronointitietokentän (Sync Sequence), 41 bittiä, 36 bittiä pit- kän informaatiokentän (Encrypted Data) ja 3-bittisen lopetustietokentän. 30 Pääsypurskeen jälkeisen suojaperiodin pituus on 68,25 bittiä. Virheettömän vastaanoton todennäköisyyden lisäämiseksi biteille suoritetaan kanavakoodaus ns. konvoluutiokoodauksella, joka myös on esitetty standardissa GSM 05.05. Koodaus suoritetaan bittisuhteella ΛΑ, jolloin jokaista koodattavaa bittiä kohden muodostetaan kaksi bittiä. 35 Tällöin informaatiobittien määräksi jää 18, joista on kuusi pariteettibittiä ja neljä loppubittiä. Tämän jälkeen käytettävissä on ainoastaan kah-. V deksan bittiä käyttäjän informaatiota varten. Osaa näistä käyttäjän informaatiobiteistä käytetään satunnaisluvun ilmoittamiseen tukiase- 3 113320 malle, jolloin eri matkaviestimet voidaan erottaa toisistaan tukiasemalla. Loppuja käyttäjän informaatiobittejä käytetään mm. matkaviestimen lähetyksen syyn ilmoittamiseen. Esimerkiksi bittijonossa "101XXXXX" binääriluku 101 merkitsee sitä, että kyseessä on hälytyssanoma ja 5 XXXXX, jossa X voi olla kumpi tahansa binääriluku (0/1), merkitsee matkaviestimen valitsemaa satunnaislukua. Tällöin tukiasema lähettää vastauksena matkaviestimelle kuittaussanoman, joka sisältää mm. mainitun satunnaisluvun, jolloin matkaviestin tietää (tietyllä todennäköisyydellä), että ko. sanoma on tarkoitettu sille.

10

Matkaviestimen pyytäessä tukiasemalta kanavaa liikennöintiä varten, lähettää matkaviestin kanavan pyyntö -sanoman (channel request message) tukiasemalle. Sanomassa on mukana myös mainittu satunnaisluku. Koska satunnaislukuun käytettävissä olevien bittien määrä on ra- 15 jallinen (5 bittiä eo. esimerkissä), saattaa tämä aiheuttaa ongelmia erityisesti sellaisissa tilanteissa, joissa kanavan pyyntö -sanomia on runsaasti. Esimerkiksi pakettiradioverkoissa jokainen lähetettävä paketti tavallisesti vaatii kanavan pyyntö -sanoman.

20 Kanavakoodauksen jälkeen koodatuista biteistä muodostetaan lähetettävä purske, joka johdetaan modulaattorille. Kuvassa 1a on esitetty pelkistettynä lohkokaaviona tällainen tekniikan tason mukainen menetelmä pääsypurskeen lähettämiseksi. Vastaavasti kuvassa 1b on esitetty pelkistettynä lohkokaaviona tunnetun tekniikan mukainen purskeen :*·.! 25 vastaanotto.

Informaation siirtotehokkuuden lisäämiseksi on kehitetty menetelmiä, ’···. joilla siirrettävä informaatio pyritään muuttamaan tiiviimpään, ns. pakat tuun muotoon ennen informaation lähettämistä siirtotielle, kuten radio-: 30 tielle. Tällaiset menetelmät perustuvat mm. siihen, että siirrettävästä informaatiosta pyritään etsimään toistuvia osia, joille annetaan sopiva tunnus. Tällöin toistuva osa korvataan lyhyemmässä muodossa olevalla tunnuksella, jolloin lähetettävän informaation määrä pienenee. Tällaisia toistuvia osia voi olla esim. tekstissä toistuvat kirjainyhdistelmät, esim.

35 abc. Tavanomaisessa 8 bitin esitysmuodossa näiden kirjaimien esittä-miseen tarvitaan 24 (= 3 x 8) bittiä. Kun tälle yhdistelmälle annetaan esimerkiksi 5-bittinen tunnus ja korvataan kaikki lähetettävässä infor-:maatiossa esiintyvät kirjainyhdistelmät abc tällä tunnuksella, säästetään • · 4 113320 19 (= 24—5) bittiä jokaista korvattavaa kirjainyhdistelmää kohti. Voidaan lisäksi käyttää menetelmää, jossa saman merkin toistuessa peräkkäin useamman kerran, esim. 4 peräkkäistä 0-numeroa, voidaan tämä korvata siten, että ilmoitetaan merkki, joka toistuu, sekä se, kuin-5 ka monta kertaa kyseinen merkki toistuu. Tällöin pakkaustiheys on sitä suurempi, mitä pidempiä tällaiset toistumat ovat.

Edellä kuvatut menetelmät toimivat tehokkaasti sellaisissa tilanteissa, joissa pakkaus voidaan suorittaa suuresta tietojoukosta, kuten erityyp-10 pisistä tiedostoista. Mikäli kulloinkin pakattava tietomäärä on pieni, kuten esimerkiksi pääsypurskeen lähetyksessä, saattaa edellä kuvattujen menetelmien seurauksena olla se, että menetelmien käyttö lisää lähetettävän informaation määrää. Esimerkiksi pakkauksen kohdistuessa vain muutamiin bitteihin eivät edellä kuvatut menetelmät ole käyttö-15 kelpoisia.

Eurooppalaisessa patenttihakemuksessa EP-535812 on esitetty eräs menetelmä, jossa informaatiota välitetään tietokehysmuodossa tiedonsiirtokanavassa. Viitejulkaisussa esitetyn menetelmän eräänä ta-20 voitteena on tiedonsiirron virheenkorjauskyvyn parantaminen. Menetelmässä käytetään kahta erilaista viestiä, joista esimerkkinä on mainittu liikennöintikanavan (Traffic Channel, TCH) ja nopean lisäohjauska-navan (Fast Associated Control Channel, FACCH) purskeita, jotka lomitetaan eri kehyksiin. Tässä EP-julkaisussa esitetyllä menetelmällä vir-25 heenkorjauskyky saattaa parantua, mutta välitetyn informaation määrää • ei saada kasvatettua.

Eurooppalaisessa patenttihakemuksessa EP-643510 ja USA:laisessa patentissa US-5408502 on esitetty konvoluutiokoodatun tietokehyksen 30 muuttaminen poistamalla osa siitä, eli ns. punkturointi. Viitejulkaisu EP-643510 käsittelee lähinnä punkturoitujen tietokehysten lähettämisen automaattista vastaanottokuittausta. US-patentin 5408502 lähtökohtana on tietyn informaatiomäärän tiivistäminen mahdollisimman pieneen tilaan kiinteällä koodaussuhteella. Tämän menetelmän käyttö edellyttää '·- 35 kuitenkin muutoksia jo olemassaoleviin tiedonsiirtojärjestelmiin ja niissä .T käytettyihin purskemuotoihin.

5 113320

Nykyisiä matkaviestinverkkopalveluja laajennettaessa tulee tarve sille, että suuremman informaatiomäärän siirron toteuttavassa ratkaisussa tarvittavat vastaanottolaitteet eivät poikkea oleellisesti aiempien palvelujen toteutukseen käytetyistä laitteista. Tällöin esim. tukiasematoteutus 5 voisi olla oleellisesti nykyinen, kohtuullisia ohjelmistomuutoksia lukuunottamatta.

Nyt esillä olevan keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä mainitut epäkohdat mitä suurimmassa määrin ja aikaansaada menetelmä ja 10 laite, joiden avulla voidaan lisätä tietokehyksessä siirrettävissä olevan informaation määrää siten, että siirtokanavaan johdettavan purskeen pituus on sama kuin tunnetun tekniikan mukaisilla menetelmillä muodostettava purske. Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että lähetettävälle tietokehykselle suoritetun kanavakoodauksen jälkeen muutetaan 15 osa kanavakoodauksessa muodostettavasta informaatiosta. Vastaanottovaiheessa käytetään kanavakoodattua informaatiota lähetysvaihees-sa poistetun osan rekonstruoimiseksi, jolloin kanavadekoodauksen jälkeen saadaan alkuperäistä tietokehystä vastaava, rekonstruoitu tieto-kehys. Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mikä 20 on sanottu oheisen patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa. Keksinnön mukaiselle järjestelmälle on tunnusomaista se, mikä on sanottu oheisen patenttivaatimuksen 13 tunnusmerkkiosassa. Keksinnön mukaiselle matkaviestimelle on tunnusomaista se, mikä on sanottu oheisen patenttivaatimuksen 18 tunnusmerkkiosassa. Keksin-:‘v 25 nön mukaiselle tukiasemalle on tunnusomaista se, mikä on sanottu • oheisen patenttivaatimuksen 21 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön ensimmäisessä suoritusmuodossa kanavakoodattava tieto-/*’ kehys käsittää siirrettävän informaation, jolloin kanavakoodauksessa 30 muodostettavasta kanavakoodatusta tietokehyksestä poistetaan osa, ennen kuin kanavakoodatusta tietokehyksestä muodostetaan siirtotielle lähetettävä purske.

Keksinnön toisessa suoritusmuodossa siirrettävä informaatio on jaettu : · 35 sopivimmin kahteen osaan: ensimmäiseen ja toiseen informaatio- osaan. Ensimmäinen informaatio-osa sijoitetaan kanavakoodattavan . V tietokehyksen informaatiokenttään, jolloin kanavakoodauksessa muodostettavasta kanavakoodatusta tietokehyksestä korvataan osa 6 113320 toisella informaatio-osalla, ennen kuin kanavakoodatusta tieto-kehyksestä muodostetaan siirtotielle lähetettävä purske.

Keksinnön kolmannessa suoritusmuodossa on yhdistetty keksinnön 5 ensimmäinen ja toinen suoritusmuoto. Tällöin siirrettävä informaatio on jaettu sopivimmin kahteen osaan: ensimmäiseen ja toiseen informaatio-osaan. Ensimmäinen informaatio-osa sijoitetaan kanavakoodattavan tietokehyksen informaatiokenttään, jolloin kanavakoodauksessa muodostettavasta kanavakoodatusta tietokehyksestä poistetaan osa, ja 10 korvataan osa toisella informaatio-osalla, ennen kuin kanavakoodatusta tietokehyksestä muodostetaan siirtotielle lähetettävä purske.

Keksinnöllä saavutetaan huomattavia etuja tekniikan tason mukaisiin menetelmiin ja laitteisiin verrattuna. Keksinnön mukaista menetelmää 15 käytettäessä voidaan välittää suurempi määrä informaatiota samankokoisissa purskeissa kuin nykyisin tunnetuilla menetelmillä. Keksinnön mukainen menetelmä on myös adaptiivinen, jolloin esimerkiksi häiriö-olosuhteiden muuttuessa voidaan lisätä tai vähentää kussakin purs-keessa siirrettävän informaation määrää mahdollisimman luotettavan 20 informaation välittämisen varmistamiseksi.

Keksintöä voidaan soveltaa myös nykyisin käytössä oleviin järjestelmiin, jolloin tehostettua informaation välitystä käytetään vain niissä yhteyksissä, joissa sekä lähetys- että vastaanottopäässä on keksinnön 25 mukainen menetelmä käytössä.

• t :·. Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin viitaten samalla oheisiin piirustuksiin, joissa • I ♦ * » V: 30 kuva 1 a esittää tekniikan tason mukaista purskeen lähetysmenetel mää pelkistettynä lohkokaaviona, kuva 1b esittää tekniikan tason mukaista purskeen vastaanottome-netelmää pelkistettynä lohkokaaviona, 35 :T kuva 2 esittää GSM-standardin 05.05 mukaista pääsypursketta, t · > » « 7 113320 kuva 3a esittää keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaista informaation lähetysmenetelmää pelkistettynä lohkokaaviona, kuva 3b esittää keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaista infor-5 maation vastaanottomenetelmää pelkistettynä lohkokaavio na, kuva 4 esittää keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaista informaation vastaanottomenetelmää pelkistettynä lohkokaavio-10 na, ja kuva 5 esittää erästä sinänsä tunnettua kanavakoodainta pelkistettynä lohkokaaviona.

15 Nyt esillä olevan keksinnön toiminnan kuvaamiseksi esitetään ensin kuvassa 5 pelkistettynä lohkokaaviona esitetyn, sinänsä tunnetun kana-vakoodaimen 3 toimintaa. Kanavakoodain 3 on ei-systemaattinen, (3· 2, 3 1) koodain. Sisäänmeno IN on kytketty ensimmäisen siirtorekiste-rin SR1 tuloon ja summaimien SUM1, SUM2 ensimmäiseen tuloon. 20 Ensimmäisen siirtorekisterin SR1 lähtö on kytketty toisen siirtorekiste-rin SR2 tuloon ja toisen summaimen SUM2 toiseen tuloon. Toisen siirtorekisterin SR2 lähtö on kytketty toisen summaimen SUM2 kolmanteen tuloon ja ensimmäisen summaimen SUM1 toiseen tuloon. Ensimmäisen summaimen lähtö OUT 1 ja toisen summaimen lähtö OUT2 on kytketty :*·/ 25 valitsimen MUX tuloihin, jolloin valitsimen MUX lähtö muodostaa ; .* kanavakoodaimen 3 lähdön OUT. Ensimmäisen summaimen lähdön tila riippuu tulon IN tilasta kaavan a(D)(D2+l) mukaisesti, missä a(D) » ·

tarkoittaa tuloon IN johdettavaa informaatiota, D2 tarkoittaa tulon IN ”! tilaa ajanhetkellä t-2 (=toisen siirtorekisterin SR2 lähdön tila) ja D

30 tarkoittaa tulon IN tilaa ajanhetkellä t-1 (=ensimmäisen siirtorekiste- » > rin SR1 lähdön tila). Vastaavasti toisen summaimen lähdön tila riippuu tulon IN tilasta kaavan a(D)(D2+D+i) mukaisesti. Summaimen SUM1.SUM2 lähtö on 1-tilassa, kun summaimen SUM1, SUM2 tuloissa on pariton määrä 1-tiloja. Muulloin summaimen SUM1, SUM2 i‘*. 35 lähtö on 0-tilassa.

• % » * » * » * 8 113320

Kanavakoodain on siis eräänlainen tilakone, jossa kanavakoodaimen ulostuloon vaikuttaa kulloinkin koodattavana olevan bitin lisäksi myös osa aikaisemmin koodattujen bittien tiloista.

5 Kuvan 5 lohkokaaviossa on lisäksi esitetty ajoituspiiri CLK, jonka avulla mm. siirtorekisterin SR1, SR2 tulossa oleva tieto siirretään siirtorekis-terinSR1,SR2 lähtöön sekä muodostetaan ohjaussignaali SEL, jolla valitsin MUX valitsee lähtöön OUT valitsimen MUX ensimmäisessä tai toisessa tulossa olevan signaalin, eli siis toisen summaimen SUM2 tai 10 ensimmäisen summaimen SUM1 lähdön tilan. Esimerkiksi valitsimen ohjaussignaalin SEL ollessa 0-tilassa, valitsimen MUX lähdössä on toisen summaimen SUM2 tila ja valitsimen ohjaussignaalin SEL ollessa 1-tilassa, valitsimen MUX lähdössä on ensimmäisen summaimen SUM1 tila. Ohjaussignaali SEL on edullisesti suorakaideaaltoa, jonka taajuus 15 on kaksi kertaa siirtorekisterien SR1, SR2 liipaisusignaalin K taajuus. Kuvan 5 esimerkkikytkennässä tämä on toteutettu siten, että ajastus-piirin CLK lähtö on kytketty valitsimen MUX ohjaussisäänmenoon ja kahdella jakajan DIV sisäänmenoon. Kahdella jakajan DIV lähtö on kytketty siirtorekisterien SR1, SR2 liipaisusisäänmenoihin. Ajoitukset on 20 toteutettavissa muillakin, alan ammattilaiselle sinänsä tunnetuilla menetelmillä, kuten mikroprosessorin sovellusohjelmalla.

Kanavakoodaimen 3 toimintaa kuvataan seuraavassa käyttäen esimerkkinä tietokehystä a(D), jonka informaatiokenttä on bittijono 0101 ja 25 kontrollikenttä 0000, missä 0 tarkoittaa loogista 0-tilaa ja 1 tarkoittaa • loogista 1-tilaa. Looginen 0-tila käytännön sovelluksissa on ;\t tavallisimmin jännitearvo n. 0V ja looginen 1-tila vastaavasti n.

käyttöjännite, esim. 3,3 V. Bittijono on kuvattu ajallisesti vasemmalta oikealle etenevänä, siis ensimmäinen bitti on 0. Informaatio a(D) 30 johdetaan kanavakoodaimen 3 sisäänmenoon IN. Tällöin ensimmäisen % » summaimen lähtö OUT 1 on tilassa 0 ja toisen summaimen lähtö OUT2 on myös tilassa 0, kun oletetaan, että siirtorekisterit SR1, SR2 ovat aluksi tilassa 0. Valitsimen MUX lähdössä on ohjaussignaalin SEL 0-tilan ja 1-tilan aikana 0, joten kanavakoodaimen 3 lähtöön muodostuu ; 35 bittijono 00. Seuraava tulobitti on 1, ja siirtorekisterit SR1, SR2 ovat tilassa 0, jolloin ensimmäisen summaimen lähtö OUTI ja toisen summaimen lähtö OUT2 on tilassa 1. Tällöin valitsimen MUX lähdössä s « on ohjaussignaalin SEL 0-tilan ja 1-tilan aikana 1, joten » # » » 9 113320 kanavakoodaimen 3 lähtöön muodostuu bittijono 11. Seuraava bitti on 0, siirtorekisteri SR1 on tilassa 1 ja siirtorekisteri SR2 on tilassa 0. Tällöin kanavakoodaimen 3 lähtöön muodostuu bittijonoksi 01. Neljäs bitti on 1, siirtorekisteri SR1 on tilassa 0 ja siirtorekisteri SR2 on tilassa 5 1. Tällöin kanavakoodaimen 3 lähtöön muodostuu bittijonoksi 00.

Kontrollikentän biteillä muodostuu lähtöön bittijono 01110000. Kontrollikentän merkitys tässä on mm. se, että viimeinenkin informaatiobitti on kulkeutunut kanavakoodaimen siirtorekiste-reiden SR1, SR2 läpi. Tämän saavuttamiseksi askelletaan kanava-10 koodaimen siirtorekistereitä SR1, SR2 vähintään kaksi kertaa viimeisimmän informaatiokentän bitin jälkeen, jolloin kontrollikentän pituuden tulisi olla ainakin kaksi. Tässä esimerkissä tietokehys a(D) 01010000 koodautuu siis bittijonoksi 0011010001110000. Käytännön sovelluksissa tietokehyksen kontrollikenttä käsittää tavallisesti useampia kuin 15 yhden kontrollitietokentän, kuten kuvasta 2 ilmenee.

Seuraavassa selostetaan keksinnön mukaisen menetelmän toimintaa viitaten samalla kuvan 3a lohkokaavioon. Lähetettävä informaatio on tässä esimerkissä 11 bittiä, ja tekniikan tason mukaisessa tapauksessa, 20 jota aikaisemmin tässä selityksessä on kuvattu, pääsypurskeessa lähetettävissä oleva informaatio on kahdeksan bittiä. Bittien muodos-tuslohko 1 muodostaa lähetettävän tietokehyksen informaatiokentän, joka käsittää esimerkiksi syy-koodin ja satunnaisluvun.

Informaatiokenttä johdetaan pariteetinmuodostuspiirille 2, jossa 25 tietokehykseen lisätään kontrollikenttä, joka tässä esimerkissä käsittää : 6-bittisen pariteetin ja 4 loppubittiä. Tässä vaiheessa tietokehyksessä on siis 21 bittiä. Tietokehys johdetaan kanavakoodaimelle 3, jossa tietokehykselle suoritetaan kanavakoodaus bittisuhteella Yz, jolloin kanavakoodaimen lähdöstä saadaan 42-bittinen kanavakoodattu 30 tietokehys. Koodaus suoritetaan edullisesti konvoluutiokoodilla, joka on eräs virheenkorjaava koodi (Forward Error Correction). Tämän jälkeen kanavakoodattu tietokehys johdetaan muokkauselimeen 4. Muokkauselin 4 poistaa osan informaatiokehyksen biteistä. Tässä esimerkissä poistetaan 6 bittiä, jolloin saadaan GSM-standardin 05.05 35 mukainen 36 bittinen, kanavakoodattu, typistetty tietokehys. Kuva 4 esittää kanavakoodattua tietokehystä, josta poistetaan joka seitsemäs bitti. Muokkauselin 4 voidaan toteuttaa esim. siirtorekisteriperiaatteella, * * · · 10 113320 jossa on sarjamuotoinen tulo. Tällöin bittien poisto voidaan tehdä esim. siten, että siirtorekisteriä ei Hipaista poistettavien bittien kohdalla.

Seuraavassa vaiheessa kanavakoodattu, typistetty tietokehys johde-5 taan purskeen koodauselimelle 5, jossa tietokehykseen lisätään aloi-tustietokenttä, synkronointitietokenttä, ja lopetustietokenttä, jolloin muodostuu lähetettävä purske. Purskeen koodauselimeltä 5 purske johdetaan modulaattorille 6, jolloin moduloitu signaali johdetaan lähettimeen 7 radiokanavaan lähetettäväksi, mikä on sinänsä tunnettua.

10

Vastaanottovaihetta on esitetty pelkistettynä lohkokaaviona kuvassa 3b. Vastaanotin 8 vastaanottaa radiokanavalla lähetetyn signaalin ja johtaa sen demodulaattorille 9. Demodulaattorilta 9 saadaan demoduloitu signaali, joka kuvaa lähetettyä pursketta. Purskeen dekoodauseli-15 messä 10 purskeesta erotetaan kanavakoodattu, typistetty tietokehys (36 bittiä), joka johdetaan palautuselimelle 11, missä lisätään puuttuvat bitit (6 bittiä). Lisättävät bitit voidaan asettaa esim. nollaksi riippumatta lähetysvaiheessa poistettujen bittien arvoista. Täydennetty tietokehys johdetaan kanavadekoodaimelle 12, jossa kanavakoodaus puretaan. 20 Kanavadekoodain 12 pystyy palauttamaan alkuperäisen, 21-bittisen tietokehyksen siitä huolimatta, että vastaanottovaiheessa lisätyt bitit eivät vastaisikaan lähetysvaiheessa poistettuja. Kanavadekoodain tulkitsee ne ikäänkuin virheellisesti vastaanotetuiksi biteiksi, jolloin kana-vadekoodauksessa käytettävä virheenkorjausalgoritmi rekonstruoi oi-25 kean informaation.

• '·· Tietokehys johdetaan vielä pariteetin tarkistuselimelle 13, jossa tieto- :kehyksestä erotetaan varsinainen 11-bittinen informaatio ja voidaan : tarkistaa sen oikeellisuus. Pariteetin tarkistuselin 13 pystyy joissakin :y; 30 sovelluksissa vielä korjaamaan joitakin mahdollisia virheitä informaatiossa. Pariteetin tarkistuselimen 13 lähdössä on nyt alkuperäistä vastaava informaatio.

Keksintöä voidaan soveltaa myös siten, että jaetaan informaatio ' 35 sopivimmin kahteen osaan, jolloin ensimmäinen informaatio-osa sijoite-taan tietokehyksen informaatiokenttään. Ensimmäisen informaatio-osan I ;· pituus on esim. kahdeksan bittiä ja toisen informaatio-osan pituus on .···. esim. kolme bittiä. Tämä suoritusmuoto toimii siten, että kanavakoo- 11 113320 daus suoritetaan informaatiokehykselle normaalisti, minkä jälkeen kontrollikentän kanavakoodauksessa korvataan osa koodauksen perusteella muodostettavista kehyksen biteistä toisen informaatio-osan biteillä. Tämä voidaan tehdä esim. siten, että kanavakoodaimen valitsi-5 men MUX lähtöön kytketään toinen valitsin (ei esitetty), jolla valitaan joko valitsimen MUX lähdön tila tai toisen informaatio-osan bitti kanavakoodaimen 3 lähdön tilaksi. Vastaanottovaiheessa on tiedossa se, mitkä bitit kuuluvat toiseen informaatio-osaan, jolloin alkuperäistä tieto-kehystä vastaava tietokehys voidaan rekonstruoida vastaanotetun ja 10 dekoodatun purskeen perusteella.

Kanavakoodaimen 3 siirtorekistereiden SR1, SR2 liipaisu voidaan keskeyttää siinä vaiheessa kun toisen informaatio-osan bitit sijoitetaan ka-navakoodattuun tietokehykseen. Tällöin ennen seuraavan tietokehyk-15 sen kanavakoodausta siirtorekisterit SR1, SR2 edullisesti asetetaan tunnettuun alkutilaan, kuten 0-tilaan.

Vastaanottovaiheessa ei tarvitse lisätä bittejä dekoodattuun purskee-seen ennen kanavadekoodausta. Sen sijaan muodostetaan palautus-20 elimessä 11 toinen informaatio-osa niiden bittien perusteella, jotka lä-hetysvaiheessa on korvattu toisen informaatio-osan biteillä.

Keksinnön toinen suoritusmuoto voidaan toteuttaa myös siten, että toisen informaatio-osan biteillä korvataan osa kontrollikentän biteistä, 25 edullisesti lopetusbiteistä, kanavakoodaimen sisääntulossa. Tämä suoritetaan sopivimmin tietokehyksen muodostusvaiheessa esim. siten, p· että tietokehyksessä informaatiokehyksen jälkeisen kontrollikentän alkubittien tilalle sijoitetaan toisen informaatio-osan bitit. Tämän jälkeen : :* tietokehykselle suoritetaan kanavakoodaus. Myöskään tässä suoritus- : 30 muodossa kanavakoodauksessa muodostettavan kanavakoodatun tietokehyksen pituus ei kasva. Tällä keksinnön toisen suoritusmuodon mukaisella menetelmällä on mahdollista päästä jonkin verran parempaan kehysvirhesuhteeseen kuin kuvissa 3a ja 3b esitetyllä ensimmäisen suoritusmuodon mukaisella menetelmällä, mikäli lisäinformaatio-: " 35 bittien tarve ei ole kovin suuri.

* · • Lopetusbittien poistamisen sijaan voidaan käyttää tätä läheisesti muis- .··. tuttavaa "tail biting" -tekniikkaa. Tällöin lopetusbittien asema korvataan 12 113320 koodaamalla datalohko ikäänkuin syklisenä. Tällöin toinen informaatio-osa sisältää sopivimmin ensimmäiset data-bitit, joilla kanavakoodai-men 3 siirtorekisteri voidaan alustaa. Lopuksi toisen informaatio-osan bitit syötetään siirtorekisteriin lopetusbittien sijasta. Näin kanava-5 koodaimen alkutila seuraa lopputilaa, jolloin lopetusbittejä ei tarvita koodauksen lopettamiseksi tunnettuun alkutilaan.

Edellä esitetyt menetelmät voidaan myös yhdistää, jolloin osa loppubi-teistä korvataan informaatiobiteillä ja lisäksi poistetaan osa kanava-10 koodatusta tietokehyksestä. Tällöin lähetettävissä olevan informaation määrä voi olla vielä suurempi.

Nyt esillä olevaa keksintöä voidaan soveltaa myös siten, että tietoke-hyksessä siirrettävän informaation määrää voidaan vaihdella tarpeen 15 mukaan, jolloin keksinnön ensimmäisessä suoritusmuodossa kanava-koodaimelle johdettavan tietokehyksen pituus muuttuu vastaavasti, ja toisen suoritusmuodon mukaisessa menetelmässä käytetään vain tarpeellinen määrä kontrollibiteistä informaation välittämiseksi. Luonnollisesti eri menetelmillä virheenkorjauskyky heikkenee alkuperäiseen to-20 teutukseen verrattuna, mutta tämä on välttämätön kompromissi haluttaessa kasvattaa informaation määrää suhteessa virheenkorjauksen sallivaan redundanssiin.

Tukiasema voi välittää esimerkiksi lähetyksen ohjauskanavassa 25 (Broadcast Control Channel, BCCH) matkaviestimelle tiedon siitä, onko tukiasemalla käytössä tunnetun tekniikan tason mukainen informaation välitys vai nyt esillä olevan keksinnön mukainen, tehostettu informaa-tion välitys. Lisäksi lähetyksen ohjauskanavassa voidaan välittää tieto siitä, kuinka monta bittiä informaatiota lähetettävä tietokehys sisältää.

;Y. 30

Keksinnön mukainen, tehostettu informaation välitys voidaan toteuttaa käytännön järjestelmissä myös siten, että muodostetaan eri tyyppisiä informaation välitysformaatteja. Eri formaateissa on esim. informaa-tiobittien määrä erilainen. Kullakin formaatilla on oma tunnuksensa. 35 Tällöin tukiasema välittää edullisesti lähetyksen ohjauskanavassa tie-: ·| don siitä, mitä formaattia tukiasema ehdottaa käytettäväksi informaation ; välityksessä. Matkaviestin, jossa keksinnön mukainen menetelmä on .··· toteutettu, käyttää ehdotettua formaattia lähetettävässä tietokehyk- »»»* 13 113320 sessä. Käytettävä formaatti voi vaihdella jopa saman yhteyskerran aikana.

Keksinnön mukaisen menetelmän soveltaminen jo olemassa olevissa 5 laitteistoissa ja järjestelmissä ei vaadi muutoksia modulointi- ja radio-osiin, koska voidaan käyttää standardien mukaisia purskeita.

Eräs esimerkki sanomasta, joka keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan lähettää, on GSM pakettiradiojärjestelmän sanoma, joka käsit-10 tää: - tiedon siitä, onko matkaviestin RF-tasolla full duplex -tyyppinen vai half duplex-tyyppinen (1 bitti), - tiedon siirtämiseen haluttujen aikajaksojen määrä, kolmella bitillä voidaan pyytää korkeintaan kahdeksan aikajaksoa, 15 - prioriteetti (2 bittiä), - satunnaisluku (5 bittiä).

Sanoman kokonaispituus on siis 11 bittiä.

20 Keksinnön mukainen laajennettu informaatio voidaan lähettää mm. GSM-järjestelmässä satunnaispääsypurskeessa, mutta myös muita purskeita voidaan käyttää.

Keksinnön mukainen laitteisto voidaan toteuttaa suurelta osin matka-25 viestimien ja tukiasemien sovellusohjelmistoihin tehtävillä muutoksilla.

• Keksintöä voidaan soveltaa mm. solukkojärjestelmissä. Eräitä tunnet- tuja solukkojärjestelmiä ovat GSM-järjestelmät, PCN-järjestelmät, kuten : DCS 1800 -järjestelmä, ja PCS-1900 -järjestelmät.

: 30

Keksinnön mukaista menetelmää voidaan käyttää esimerkiksi GSM-järjestelmän kanavakapasiteetin lisäämiseen. Tällöin satunnaispääsy-purskeena lähetettävän tietokehyksen informaatiokentän alkuun varataan tila sanoman syy-koodin biteille esimerkiksi GSM-järjestelmän toi-35 sen vaiheen mukaisesti. Muita informaatiokentän bittejä voidaan , käyttää toteutuskohtaisesti, eri tarkoituksissa. Uusilla kanavilla on ! :* edullisesti käytettävissä keksinnön mukainen, tehostettu informaation 14 1 13320 siirtomenetelmä ja vanhoilla kanavilla voidaan käyttää tunnetun tekniikan mukaista menetelmää.

Kanavat voivat olla ns. loogisia kanavia, joille on varattu esim. tietyt ai-5 kajaksot, joissa kanavan tiedonsiirto suoritetaan. Tällainen toteutus on mm. TDMA (Time Division Multiple Access) pohjaisessa GSM-järjes-telmässä.

Keksintöä ei ole rajoitettu pelkästään bittisuhteella konvoluutioni 0 koodeille, vaan sitä voidaan soveltaa myös muissa kanavakoodaus-menetelmissä.

Keksintöä ei ole rajoitettu myöskään siihen, että kanavakoodatun tieto-kehyksen muokkaus toteutetaan kanavakoodauksen jälkeen, vaan se 15 voidaan toteuttaa myös kanavakoodauksen yhteydessä.

Keksinnön mukaista menetelmää ei ole rajoitettu ainoastaan edellä esitettyihin esimerkkeihin, vaan sitä voidaan muunnella oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

> I I * » I f

Claims (23)

1. Menetelmä informaation siirtämisen tehostamiseksi tietokehysmuo-dossa suoritettavassa tiedonsiirrossa, joka tietokehys käsittää ainakin 5 informaatiokentän, johon ainakin osa siirrettävästä informaatiosta sijoitetaan, ja kontrollikentän, ja jolle tietokehykselle suoritetaan lähetysvaiheessa kanavakoodaus kanavakoodatun tietokehyksen muodostamiseksi, ja muutetaan osa kanavakoodatusta tietokehyksestä ennen kuin siitä muodostetaan siirtotielle lähetettävä purske, tunnettu 10 siitä, että siirrettävä informaatio välitetään yhdessä purskeessa, ja että informaatio voidaan tarvittaessa jakaa ensimmäiseen informaatio-osaan ja toiseen informaatio-osaan, ja että kanavakoodattua tietokehystä muutetaan suorittamalla jokin seuraavista toimenpiteistä: osa tietokehyksestä korvataan siirrettävällä informaatiolla, 15. poistetaan osa tietokehyksestä, (suoritetaan) molemmat edeltävät toimenpiteet, ja vastaanottovaiheessa rekonstruoidaan siirretty informaatio vastaanotetusta, muutetusta kanavakoodatusta tietokehyksestä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tietokehyksen informaatiokenttä on määrätyn mittainen.

3. Patenttivaatimusten 1 ja 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, . . että tietokehykseen lisätään ennen kanavakoodausta enemmän "· 25 informaatiota kuin informaatiolle on tietokehyksessä varattu tilaa.

4. Patenttivaatimusten 1 ja 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että informaatio lisätään tietokehykseen kanavakoodauksen jälkeen.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1—4 mukainen menetelmä, jossa siirrettävä informaatio jaetaan ensimmäiseen informaatio-osaan ja toiseen informaatio-osaan, tunnettu siitä, että korvataan osa kanavakoodatusta tietokehyksestä toisella informaatio-osalla.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1—5 mukainen menetelmä, jossa ** . informaatio jaetaan ensimmäiseen informaatio-osaan ja toiseen ί informaatio-osaan, tunnettu siitä, että korvataan osa kontrollikentästä : ‘: toisella informaatio-osalla. 16 113320

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1—6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tiedonsiirto suoritetaan matkaviestinjärjestelmässä.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tietokehys on satunnaispääsypurskeen muodostava tietokehys.

9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen menetelmä, jossa tiedonsiirto suoritetaan matkaviestinjärjestelmään kuuluvan tukiaseman ja 10 matkaviestimen välillä, tunnettu siitä, että tukiasemalla ja matkaviestimessä on käytettävissä ainakin yksi tehostettu informaationsiirtomene-telmä, ja että tukiasema ilmoittaa matkaviestimelle informaation siirrossa käytettävän menetelmän, jolloin matkaviestin käyttää tukiaseman ilmoittamaa menetelmää informaationsiirrossa. 15

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmä ilmoitetaan lähetyksen ohjauskanavassa.

11. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 20 matkaviestinjärjestelmä käsittää kaksi tai useampia tehostettua infor- maationsiirtomenetelmää, jolloin tukiasemalla on käytettävissä ainakin yksi tehostettu informaationsiirtomenetelmä ja matkaviestimessä on käytettävissä ainakin kaksi, sopivimmin kaikki matkaviestinjärjestel-. . mässä käytettävissä olevat tehostetut informaationsiirtomenetelmät. ;·';· 25 : i

· 12. Jonkin patenttivaatimuksen 7—11 mukainen menetelmä, jossa i '· tiedonsiirto suoritetaan loogisia kanavia käyttäen, tunnettu siitä, että : matkaviestinjärjestelmään lisättävillä uusilla kanavilla käytetään tehos- : tettua informaationsiirtomenetelmää. :'· 30

13. Järjestelmä informaation siirtämisen tehostamiseksi tietokehys-muodossa suoritettavassa tiedonsiirrossa, joka tietokehys käsittää ainakin informaatiokentän, johon ainakin osa siirrettävästä informaatiosta .. on järjestetty sijoitettavaksi, ja kontrollikentän, ja joka järjestelmä käsit- 35 tää välineet (3) kanavakoodauksen suorittamiseksi tietokehykselle ka- • · . navakoodatun tietokehyksen muodostamiseksi, välineet (4) i kanavakoodatun tietokehyksen muuttamiseksi, ja välineet (5) siirtotielle I · 17 113320 lähetettävän purskeen muodostamiseksi kanavakoodatusta tieto-kehyksestä, tunnettu siitä, että siirrettävä informaatio on tarvittaessa jaettu ensimmäiseen informaatio-osaan ja toiseen informaatio-osaan, 5. että järjestelmä käsittää lisäksi välineet (3, 4, 5) siirrettävän informaation välittämiseksi yhdessä purskeessa, ja välineet (11) siirretyn informaation rekonstruoimiseksi vastaanottovaiheessa vastaanotetusta, muutetusta kanavakoodatusta tietokehyksestä, ja että välineet (4) kanavakoodatun tietokehyksen muuttamiseksi on 10 järjestetty suorittamaan jokin seuraavista toimenpiteistä: korvaamaan osa tietokehyksestä siirrettävällä informaatiolla, poistamaan osa tietokehyksestä, (suorittamaan) molemmat edeltävät toimenpiteet.

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että välineet (4) kanavakoodatun tietokehyksen muuttamiseksi käsittävät välineet (4) informaation lisäämiseksi tietokehykseen ennen kanava-koodausta, ja että tietokehykseen on järjestetty lisättäväksi enemmän informaatiota kuin informaatiolle on tietokehyksessä varattu tilaa. 20

15. Patenttivaatimuksen 13 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että välineet (4) kanavakoodatun tietokehyksen muuttamiseksi käsittävät välineet (4) informaation lisäämiseksi tietokehykseen kanava-koodauksen jälkeen. ;· 25

15 113320

16. Patenttivaatimuksen 13 mukainen järjestelmä, jossa i informaatiokenttä on jaettu ensimmäiseen informaatio-osan ja toiseen :...· informaatio-osan, tunnettu siitä, että välineet (4) kanavakoodatun : \[ tietokehyksen muuttamiseksi käsittävät välineet (4) osan ; 30 kanavakoodatusta tietokehyksestä korvaamiseksi toisella informaatio- osalla.

17. Patenttivaatimuksen 13 mukainen järjestelmä, jossa ... informaatiokenttä on jaettu ensimmäiseen informaatio-osan ja toiseen 35 informaatio-osan, tunnettu siitä, että välineet (4) kanavakoodatun . tietokehyksen muuttamiseksi käsittävät välineet (2) osan ;,: ’; kontrollikentästä korvaamiseksi toisella informaatio-osalla. i i i i » · · t is 113320

18. Matkaviestin, jossa on välineet (1, 2, 3, 5, 6, 7) informaation siirtämiseksi tietokehysmuodossa suoritettavassa tiedonsiirrossa, joka tietokehys käsittää ainakin informaatiokentän, johon ainakin osa siirrettävästä informaatiosta on järjestetty sijoitettavaksi, ja kontrollikentän, ja 5 joka matkaviestin käsittää välineet (3) kanavakoodauksen suorittamiseksi tietokehykselle kanavakoodatun tietokehyksen muodostamiseksi, välineet (4) kanavakoodatun tietokehyksen muuttamiseksi, ja välineet (5) siirtotielle lähetettävän purskeen muodostamiseksi kana-vakoodatusta tietokehyksestä, tunnettu siitä, että 10 - siirrettävä informaatio on tarvittaessa jaettu ensimmäiseen informaatio-osaan ja toiseen informaatio-osaan, että matkaviestin käsittää lisäksi välineet (3, 4, 5) siirrettävän informaation välittämiseksi yhdessä purskeessa, ja että välineet (4) kanavakoodatun tietokehyksen muuttamiseksi on 15 järjestetty suorittamaan jokin seuraavista toimenpiteistä: korvaamaan osa tietokehyksestä siirrettävällä informaatiolla, poistamaan osa tietokehyksestä, (suorittamaan) molemmat edeltävät toimenpiteet.

19. Patenttivaatimuksen 18 mukainen matkaviestin, tunnettu siitä, että välineet (4) kanavakoodatun tietokehyksen muuttamiseksi käsittävät välineet (4) informaation lisäämiseksi tietokehykseen ennen kanavakoodausta, ja että tietokehykseen on järjestetty lisättäväksi . . enemmän informaatiota kuin informaatiolle on tietokehyksessä varattu ’ / 25 tilaa.

: *· 20. Patenttivaatimuksen 18 mukainen matkaviestin, tunnettu siitä, - että välineet (4) kanavakoodatun tietokehyksen muuttamiseksi käsittävät välineet (4) informaation lisäämiseksi tietokehykseen kanava-: 30 koodauksen jälkeen.

21. Tukiasema, jossa on välineet (8, 9, 10, 12, 13) informaation vastaanottamiseksi tietokehysmuodossa suoritettavassa tiedonsiirrossa, .. joka tietokehys käsittää ainakin informaatiokentän, johon ainakin osa 35 siirrettävästä informaatiosta on järjestetty sijoitettavaksi, ja v . kontrollikentän, ja joka tukiasema käsittää välineet (9, 10) siirtotieltä i vastaanotettavaksi järjestetyn purskeen muuntamiseksi kanava- koodatuksi tietokehykseksi, tunnettu siitä, että siirrettävä informaatio • »· * 19 1 13320 on tarvittaessa jaettu ensimmäiseen informaatio-osaan ja toiseen informaatio-osaan, ja että tukiasema käsittää lisäksi välineet (3, 4, 5) siirretyn informaation vastaanottamiseksi yhdestä purskeesta, ja välineet (11) siirretyn informaation rekonstruoimiseksi vastaanotto-5 vaiheessa vastaanotetusta, muutetusta kanavakoodatusta tieto-kehyksestä.

22. Patenttivaatimuksen 21 mukainen tukiasema, tunnettu siitä, että välineet (11) siirretyn informaation rekonstruoimiseksi käsittävät 10 välineet (11) informaation rekonstruoimiseksi vastaanotetusta, kanava-koodatusta tietokehyksestä ennen kanavadekoodausta.

23. Patenttivaatimuksen 21 mukainen tukiasema, tunnettu siitä, että välineet (11) siirretyn informaation rekonstruoimiseksi käsittävät 15 välineet (11) informaation rekonstruoimiseksi vastaanotetusta, kanava-koodatusta tietokehyksestä kanavadekoodauksen jälkeen, jolloin on vastaanotettu enemmän informaatiota kuin informaatiolle on tieto-kehyksessä varattu tilaa. » * t * · * » t I