FI92124C - Menetelmä koodijakomonikäyttöympäristöön soveltuvan suorasekvenssihajoitusta käyttävän lähetin-vastaanottimen automaattiseksi lähetintehon säätämiseksi - Google Patents

Description

92124

Menetelmå koodijakomonikåyttoympåristoon soveltuvan suo-rasekvenssihajoitusta kåyttåvån låhetin-vastaanottimen automaattiseksi låhetintehon sååtåmiseksi 5 Tåmån keksinnon kohteena on menetelmå koodijako- monikåyttoympåristoon soveltuvan suorasekvenssihajoitusta kåyttåvån radiolåhetin- vastaanottimen automaattiseksi låhetintehon sååtåmiseksi, jossa vastaanottimen automaat-tisen vahvistuksen sååtoon generoitu ohjearvosignaali kåy-10 tetåån låhettimen låhettåmån radiosignaalin amplitudin tai tehon sååtåmiseksi.

Suorasekvenssihajaspektritekniikkaa eli DS-hajas-pektritekniikkaa (DS=Direct Sequence) on nåihin påiviin asti sovellettu pååasiassa sotilastietoliikenteesså. Siellå 15 kåytetyiden tekniikoiden yksityiskohdista ei juurikaan ole julkista tietoa. Hajaspektritekniikan kåytto koodijako-monikåytto- eli CDMA-solukkopuhelinjår jestelmisså (CDMA=Co-de Division Multiple Access) , jollaisia on suunnitteilla Yhdysvalloissa ja Euroopassa, tulee olemaan sen ensimmåisiå 20 kaupallisia sovellutuksia. CDMA- verkossa useat liikkuvat asemat (esim. radiopuhelimet) kåyttåvåt samanaikaisesti samoja låhetys- ja vastaanottotaajuuksia kommunikoidessaan tukiaseman kanssa. DS-hajaspektritekniikassa moduloidaan (kerrotaan) låhetettåvå informaatio valesatunnaiskoodilla, 25 jossa koodisignaalin kaistanleveys on suurempi kuin infor- maation kaistanleveys. Kullakin liikkuvalla asemalla on oma satunnais- eli DS-koodinsa, joita vastaten tukiasemalla on vastaava ns. korrelaattori. Vastaanotossa valesatunnaiskoo-di on purettavissa korrelaattorilla tuntemalla låhetyksesså 30 kåytetty koodi.

; CDMA- radioverkoissa maksimaalinen kåyttåjåmåårå saavutetaan, kun kaikkien liikkuvien asemien låhetteet vastaanotetaan kiinteållå asemalla samantehoisina. Tåmån takia on vålttåmåtontå, ettå liikkuvien ja kiinteiden ase-35 mien signaalivoimakkuuksia seurataan ja såådetåån laittei- 2 92124 den låhetys- ja vastaanottoparametreja vastaavasti. Tår-keimmåt sååtojårjestelmåt ovat lahettimen automaattinen te-honsååto (APC=Automatic Power Control), jossa såådetåån liikkuvan aseman låhetysteho tukiasemaan olevan etaisyyden 5 perusteella, ja automaattinen vahvistuksen saato (AGC=Au-tomatic Gain Control) , jonka mukaan radiovastaanotin saataa vahvistustaan vastaanottamansa signaalitehon mukaan.

Automaattisesta tehonsåådostå CDMA-verkoissa on vain våhån tietoa, lahinna joitain teoreettisia analyyseja APC:n 10 vaikutuksesta CDMA-solukkoverkon toimintaan. Qualcomm Inc.-niminen yritys on Yhdysvalloissa kehittånyt CDMA-jarjestel-man, johon kuuluu liikkuvia asemia ja tukiasemia. Liikku-vassa asemassa lahettimen tehon hienosaatoon kåytetaan tukiasemalta saatavaa ohjaustietoa. Tukiasema mittaa liik-15 kuvalta asemalta vastaanottamansa signaalin tehon ja taman tiedon perusteella låhettåå liikkuvalle asemalle komennon nostaa tai laskea lahetystehoaan. Tama tehonsaatotapa vaa-tii signalointia tukiaseman ja liikkuvan aseman valilla.

Nyt kyseesså oleva keksinto tarjoaa eraita kaytannon 20 tapoja toteuttaa sekå vahvistuksen automaattisen saadon ettå tehon automaattisen saadon CDMA- verkon liikkuvissa asemissa. Keksinnon mukaiselle menetelmalle on tunnusomais-ta se, etta vastaanottimen automaattisen vahvistuksen saadon ohjearvosignaali måårataån yhdelta tai useammalta en-25 nalta maåråtylta aikavalilta koostetun kantataajuussignaa-lin reaali- ja imaginaariosan nelioiden summien tai niitå approksimoivien arvojen perusteella.

Liikkuvan aseman lahtotehon saadon eri toteutusta-poihin ei tunnetuissa verkoissa ole toistaiseksi kiinnitet-30 ty suurta huomiota; niissa FDMA- ja TDMA-verkoissa, joissa tåma piirre esiintyy, saato on suoritettu tukiasemalta tulevilla kaskyilla. Nyt kyseesså olevassa keksinnosså tamå tehonsååto, joka on CDMA-verkoissa vålttåmåton yllå maini-tuista syistå, suoritetaan siis liikkuvassa asemassa itse-35 nåisesti, kuormittamatta radioverkkoa ja aiheuttamatta 3 92124 tahån liittyvåå signalointia.

Keksinnon mukaista menetelmåå voidaan soveltaa mm: - CDMA-solukkopuhelinjårjestelmien liikkuvissa ase- missa; 5 - CDMA-periaatteella toimivissa langattomissa pai- kallisverkoissa (Cordless LAN); - CDMA-periaatteella toimivissa palo-, murto-, var-kaus- ym. halytysjarjestelmissa.

Keksinnon mukainen automaattisen lahetystehon saato-10 konsepti sopii myos kåytettavaksi diversiteettivastaanotti-missa.

Keksintdå selostetaan seuraavassa tarkemmin viittaa-malla oheisiin piirustuksiin, joissa

Kuvio 1 esittåå CDMA-solukkoverkon liikkuvan aseman 15 DS-hajaspektrivastaanottimen ja -lahettimen lohkokaaviot,

Kuvio 2 esittåå koostetun kompleksisen kantataajuus-signaalin nåytteistamisperiaatetta.

Kuviossa 1 on siis esitetty CDMA- jårjestelman liikkuvan aseman DS-hajaspektrivastaanottimen RX- ja -lahetti-20 men TX radio-osien periaatteellinen lohkokaavio. Antennilla 1 vastaanotetaan tukiaseman (ei piirretty) lahettama radio-signaali. Signaali ohjataan duplex-suodattimen 12 kautta RX-etupaahan 2, joka sisåltåa vahvistus- suodatus- ja alas-sekoitustoiminnot niin, ettå RX-etupaån 2 låhtosignaalin ·’ 25 keskitaajuus on laitteen valitaajuudella (IF). Alassekoi- tuksen tarvitsema paikallisoskillaattori sijaitsee RX-etu-pååssa 2. Automaattista vahvistuksen såatoå vårten on RX-etupaassa 2 joko såådettava vaimennin tai vahvistin, tai molemmat. Nama toimivat joko vastaanottotaajuudella, vali-30 taajuudella tai molemmilla taajuuksilla. AGC:n ohjaus voi olla analoginen (DC-jannite) tai digitaalinen (ohjaussana) .

Lohkojen 2 ja 3 toimintojen pitamiseksi lineaarisel-la toiminta-alueella lohko 2 tai 3, tai molemmat, sisalta-vat laajakaistaisen AGC:n, joka mittaa signaalitehoa koos-35 tamattomasta signaalista ja ohjaa tålla tiedolla lohkon 2 4 921 24 vahvistusta.

Vålitaajuussignaali viedaån kvadratuurilohkoon 3, joka muuntaa vålitaajuussignaalin kompleksisen kantataa-juussignaalin naytejonoksi. Tåta vårten lohko 3 sisåltåå 5 A/D-muunnintoiminnon. Sekoitus vålitaa juudelta kantataajuu-delle voi olla analoginen, jonka jålkeen kantataajuussig-naalit naytteistetaån ja saadaan naytejonot II ja Ql. Toi-nen vaihtoehto on naytteistaa suoraan vålitaajuussignaalia ja tuottaa mainitut naytejonot digitaalisella signaalika-10 sittelylla. Naytejonot II ja Ql sisaltåvåt edelleen DS-haj oituskoodin.

Naytteistetty kantataajuussignaali I1,Q1 viedaån spektrin koostamislohkoon 4. Siellå suoritetaan DS-koodi-vaiheen etsintå (acquisition) ja koodiseuranta (tracking) 15 koodigeneraattorin 5 tuottaman koodin ja sen eri vaiheiden e (early), 1 (late) ja n (nominal) avulla. Koodivaiheen etsinnåsså voidaan kåyttåå esim. liukuvaa korrelointia tai sovitettua suodatinta. Koodiseurantaan on kirjallisuudessa esitetty useita eri menetelmiå, joista yksi on viivelukko-20 silmukkamenetelmå. Kun koodivaihe on kohdallaan ja seuran-tasilmukka lukossa, saadaan lohkosta 4 koostettu kompleksi-nen kantataajuussignaali 12,Q2, joka sisåltåå kiinteån aseman låhettåmån informaation.

Koostettu kantataajuussignaali viedaån lohkoihin 6 25 ja 7. Lohko 6 sisåltåå datademodulointitoiminnan ja dekoo-dauksen, jotka purkavat 12- ja Q2- nåytejonoista informaa-tiobitit. Lohko 6 sisåltåå myos kantoaallon uudelleengene-roinnin (carrier recovery), jolla voidaan mm. kompensoida osa vastaanottimen paikallisoskillaattorin (lohkossa 2) 30 mahdollisesta taajuusvirheestå.

Lohko 7 toteuttaa automaattisen vahvistuksen sååto-algoritmin. Yksi osa algoritmia on toiminto, joka pyrkii approksimoimaan vastaanotetun signaalin tehon tai amplitu-din koostetun kompleksisen kantataajuussignaalin nåyte-35 jonoista 12 ja Q2. Tåmå approksimointi voidaan tehdå esi- • 5 92124 merkiksi laskemalla peråkkåisistå aikavåleistå suureen I22 2 2 2 + Q2 keskiarvo, kaikkien 12 + Q2 arvojen summa tai hake- 2 2 malla suureen 12 + Q2 mediaani. Erås approksimointi saa- 2 2 daan myos laskemalla keskiarvo niistå suureen 12 + Q2 5 arvoista, jotka ylittåvåt ennalta asetetun kynnysarvon.

Kåytånnon laitetoteutuksissa ei aina ole riittåvåsti laskentakapasiteettia kåytosså ja etenkin nelioon korotta- minen vaatii useita ohjelma-askelia. Laskennan mååråå voi- daan våhentåå kåyttåmållå algoritme ja, jotka approksimoivat 2 2 10 suuretta 12 + Q2 . Yksi esimerkki on kirjallisuudesta tun- nettu: max(I 12 I , |Q2I ) + 0.5*min(I 12 I , |Q2I) , joka approksimoi suureen 12 + Q2 neliojuurta. Max-operaat-tori ottaa suuremman kahdesta luvusta ja min-operaattori 15 vastaavasti pienemmån. Itseisarvo-operaattori ottaa luvun itseisarvon. Tållå menetelmållå saadaan nelioon korotusope-raatioiden lukumåårå putoamaan puoleen.

Vahvistuksen sååtåalgoritmi voidaan keskiarvoistaa tai olla keskiarvoistamatta vastaanotettua tehoa approksi-20 moivia arvoja useamman aikavålin yli. Sopiva sååtoalgoritmi on esim. sååtotekniikassa yleisesti tunnettu PID- algorit-mi, joten sitå ei selitetå tåsså yhteydesså tarkemmin.

Saatu approksimaatio verrataan referenssiarvoon ja nåiden erotus ohjataan sååtoalgoritmiin, joka laskee uuden 25 ohjearvon RX-etupåån 2 vahvistusta muuttaville elimille. Ohjearvosignaali viedåån takaisinkytkentånå johtoa 15 pit-kin lohkolle 2.

Aikavålien hakujakso voi olla kiinteå ja ennalta mååråtty, tai lohkossa 7 tarkkaillaan, kuinka nopeasti 3 0 signaaliteho Pi vaihtelee ja såådetåån hakujakso sen mukai-seksi. Kuviossa 2 on esimerkinomaisesti esitetty koostetun kompleksisen kantataajuussignaalin nåytejonot (12, Q2) sekå 12 + Q2 nåytejono. Kahden nåytteen aikavåli ΔΤ on lohkon 3 A/D- muunnoksen nåytteenottotaajuuden kåånteisarvo. Aika-35 vålit Tn, Tr>+1 ja ovat yllå mainittuja hakujaksoja. Ku- 6 921 24 viossa 2 hakujaksot ovat kaikki ajallisesti yhtå pitkiå, mutta lohkon 7 algoritmi voi tarkkailla I22 + Q22- nåytejo-non nåytearvojen suuruuksien muutosnopeutta, ja sååtåå hakujakson lyhyemmåksi, jos muutosnopeus on suuri, ja påin-5 vastoin.

Vahvistuksen muuttamista vårten voi tukiaseman lå-hettåmåsså informaatiossa olla sopivin vålein katkoja, jolloin vahvistusta voidaan muuttaa aiheuttamatta virheitå vastaanotettuun informaatioon.

10 Jos vastaanotettu radiosignaali on purskemainen, lasketaan purskeen alun synkronointijakson ajalta ohjausar-vo jollain edellå kuvatulla menetelmållå lohkon 2 vahvistusta muuttaville elimille. Tåmå ohjausarvo on sitten val-litseva koko purskeen keston ajan. Toinen vaihtoehto on 15 kåsitellå purskeen aikana jatkuvassa vastaanotossa kuvatul la tavalla nåytejonoja 12 ja Q2 ja laskea nåin uusi ohjear-vo lohkon 2 vahvistusta muuttaville elimille seuraavan purskeen ajaksi. Uusi vahvistusarvo voidaan asettaa purs-keiden vålillå.

20 Olennaista keksinnon mukaisessa menetelmåsså on se, ettå AGC:n ohjearvo lasketaan vastaanotetusta informaatio-signaalista, jolloin ylimååråisiå pilot- yms. signaaleja ei vålttåmåttå tarvita.

Vastaanottimen ja låhettimen lohkojen staattisia 25 toimintaparametreja ohjaa kuvion 1 prosessoriyksikko 13 ohjausvåylån 16 vålityksellå. Prosessorissa puretaan myos sanomat vastaanotetusta informaatiobittivirrasta ja luodaan låhetettåvå bittivirta.

Låhettimesså lohko 8 tekee prosessoriyksikoltå 13 30 tulevalle informaatiobittivirralle aikajårjestyksesså seu- raavat muunnokset: koodaus, bittien modulointi (kertominen) DS-hajotuskoodilla, ja modulointi kompleksiseksi kantataa-juussignaaliksi. Hajotuskoodi tulee erillisestå koodigene-raattorista 9. Kantataajuussignaalien D/A-muunnos ja siir-35 tåminen låhetystaajuudelle sisåltyvåt myos lohkoon 8. Ibi- li 7 92124 nen modulointitapa on antaa DS-hajoituskoodilla kerrottujen bittien ohjata suoraan digitaalisen syntetisoijan (DDS) lahtosignaalin vaihetta tai amplitudia, tai molempia. Tama lahtosignaali sekoitetaan RF-kantoaallon kanssa lopullisel-5 le lahetystaajuudelle. RF-kantoaalto saadaan taajuussynte-tisoijalta 14.

Lohkolla 10 saadetaan antenniin 1 syotettya lahtdte-hoa. Kuviossa esitetty RX:n vastaanottama teho Pi on sen signaalin teho, joka on moduloitu talle liikkuvalle asemal-10 le maaratylla hajotuskoodilla, eli on talle asemalle tar-koitetun signaalin teho. Pirn ja lohkon 2 vahvistuksen ohjearvosignaalin valinen siirtofunktio on alipaastotyyppi-nen. Nain olien ohjaussignaali seuraa suoraan Pirn muutok-sia. Alipaastovasteen -3 dBm rajataajuus maaraa kuinka no-15 peita Pirn muutoksia ohjaus kykenee seuraamaan. Tama nopeus on eraissa rajoissa aseteltavissa AGC-algoritmilohkossa 7.

Koska lohkon 2 vahvistuksen ohjaus seuraa Pirtå, voidaan samasta johtoon 15 syotetysta ohjearvosta synnyttaå ohjearvo myos lahettimen TX låhtotehoa Po saatMvalle loh-20 kolle 10. Talloin Po seuraa Pirta, mikå on keksinnon mukai-sen automaattisen lahetystehon sååtamisen tarkoituskin. Lohkon 10 toiminta vaatii taysin vastaavan saadettåvan vai-mentimen, vahvistimen tai molemmat kuin lohko 2; eli kun lohkossa 2 esimerkiksi tulosignaalia vaimennetaan, alenne-25 taan myos lahtoteho, koska voimistunut tulosignaali on merkki siita, etta liikkuva asema todennakoisesti lahestyy tukiasemaa, ja painvastoin.

Lohkon 10 lahtoteho vahvistetaan tehovahvistimella 11 ja ohjataan duplex-suodattimen 12 kautta antenniin 1.

30 Vastaanottoon ja lahetykseen voidaan kåyttaa myos eri an-tenneja.

Alan ammattimiehelle on selvaå, etta keksinnon eri sovellutusmuodot eivåt rajoitu yllå esitettyihin esimerk-keihin, vaan etta ne voivat vaihdella jaljempana olevien 35 patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (9)

1. 921 24
2. 1. Menetelmå koodijakomonikåyttoympåristoon soveltu-van suorasekvenssihajoitusta kayttåvan radiolåhetin- vas-5 taanottimen automaattiseksi låhetintehon sååtåmiseksi, jossa vastaanottimen (RX) automaattisen vahvistuksen såå-toon generoitu ohjearvosignaali kåytetaan låhettimen (TX) låhettåmån radiosignaalin amplitudin tai tehon (Po) sååtå-miseksi, tunnettu siitå, ettå vastaanottimen (RX) 10 automaattisen vahvistuksen saadon ohjearvosignaali måårå-taån yhdelta tai useammalta ennalta maåråtyltå aikavalilta (Tn) koostetun kantataajuussignaalin reaali- ja imaginaa-riosan (I2,Q2) nelioiden summien tai niita approksimoivien arvojen perusteella.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelma, tun nettu siita, etta vastaanottimen (RX) automaattisen vahvistuksen saadon ohjearvosignaali maårataan koostetun kantataajuussignaalin reaali- ja imaginååriosan (I2,Q2) nelioiden summien keskiarvon perusteella. 2 0 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelma, tun nettu siita, etta vastaanottimen (RX) automaattisen vahvistuksen saadon ohjearvosignaali maarataån koostetun kantataajuussignaalin reaali- ja imaginaariosan (12,Q2) nelioiden summien summan perusteella.
4. 4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelma, tun nettu siita, etta vastaanottimen (RX) automaattisen vahvistuksen saadon ohjearvosignaali maarataan tietyn kyn-nysarvon ylittavien koostetun kantataajuussignaalin reaali-ja imaginaariosan (12,Q2) nelioiden summien perusteella.
5. 5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelma, tun nettu siita, etta vastaanottimen (RX) automaattisen vahvistuksen saadon ohjearvosignaali maårataan koostetun kantataajuussignaalin reaali- ja imaginååriosan (12,Q2) nelioiden summien mediaanin perusteella. 92124
6. 6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmå, t unnet t u siita, etta vastaanottimen (RX) automaattisen vahvistuksen saadon ohjearvosignaali mååråtåån koostetun kantataajuussignaalin reaali- ja imaginååriosan (I2,Q2) 5 nelioiden summaa approksimoivan suureen perusteella.
7. 7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen mene-telmå, tunnettu siita, ettå ennalta maåratty aika-vali (Tn) on kiintea.
8. 8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen mene-10 telmS, tunnettu siita, etta ennalta maåratty aika- våli (Tn) on sååtyvå vastaanotetun signaalin muutosnopeuden mukaan.
9. 9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen mene-telmå, tunnettu siita, etta koostetun kantataa- 15 juussignaalin reaali- ja imaginååriosan (12,Q2) nelioiden summien arvoja keskiarvoistetaan useiden aikavålien (Tn) yli. 921 24