FI97095B - TDMA-signaalien kehysajastuksen ohjaus - Google Patents

Description

97095 TDMA-signaalien kehysajastuksen ohjaus -Styrning av TDMA-signalers ramläsning

Keksinnön kohteena on menetelmä TDMA-signaalien kehysajastuksen ohjausta varten sekä piirijärjestely kehysajastuksen toteuttamiseksi.

5 Digitaalisissa solukkopuhelinjärjestelmissä käytetään mm. aikajakoista TDMA-(Time Division Multiple Access)-pohjaista tiedonsiirtoa tukiaseman ja matkaviestimen välisessä yhteydessä. Aikajakoisessa GSM-jäijestelmässä esimerkiksi on 8 aikaväliä, mikä mahdollistaa 8:n matkaviestimen samanaikaisen yhteyden tukiasemaan samalla lähetys/vastaanottotaajuudella. Kukin matkaviestin varaa yhden ai-10 kavälin kehyksestä ja tähän aikaväliin pakataan siirrettävä puhe- tai datasignaali koodattuna. GSM-järjestelmässä matkaviestimen kehysajastus ei ole kovin aikakriittinen signaaliprosessorilla ohjattavaksi johtuen suurehkosta aikavälin pituudesta (577 ps) ja alhaisesta bittinopeudesta (270 kbit/s). GSM matkaviestimeltä ei myöskään vaadita samanaikaista lähetystä ja vastaanottoa.

15 TDMA-pohjaisten järjestelmien kehittyessä vaatimukset matkaviestimen ajastuksen ohjauksessa kasvavat, koska vaaditaan suurempaa tiedonsiirtokapasiteettia ja sen seurauksena liikennöintiä erityyppisissä soluissa. Solutyypit eroavat toisistaan bit-tinopeuden ja purskeen pituuden suhteen. Makrosolun purskeen pituus on suurempi ja bittinopeus on alhaisempi kuin mikro- tai pikosolussa. Tällöin tulee myös vaati-20 mus nopeasta yhteydenvaihdosta (handover) solutyypistä toiseen tiedonsiirron katkeamatta.

Erityisesti kun matkaviestin siirtää dataa suurella nopeudella, on matkaviestimen • · vastaanotettava lyhyt purske, jossa on suuri datanopeus, ja samanaikaisesti se lähet tää pidemmän purskeen, jossa on pienempi datanopeus.

25 Sen sijaan TDMA-järjestelmän mikrosolussa kellotaajuus on suurempi, ja erityisesti kun matkaviestin siirtyy erilaisten solutyyppien, kuten makrosolujen ja mikro/piko-solujen välillä, tarvitaan suurempaa nopeutta ja tarkkuutta kehyksen ajastuksessa.

• · Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on aikaansaada sellainen TDMA-signaalien kehysajastuksen ohjaus, jonka avulla edellä esitetyt ongelmat voidaan ratkaista.

30 Tämän saavuttamiseksi on keksinnön menetelmälle patenttivaatimuksen 1 mukaan tunnusomaista se, että kehysajastuksen ohjaus jaetaan toisaalta lähetin/vastaanotti-men kehysajastuksen nopealla logiikalla toteutetun kehysajastuksen ohjausyksikön ja toisaalta lähetin/vastaanotinosan mikrokontrollerin kesken. Tällöin mikrokontrol- 2 97095 lerilta tai DSP:Itä ei vaadita turhan suurta prosessointikapasiteettia ja kuitenkin ke-hysohjaukseen tarvittavien piirien rakenne säilyy suhteellisen yksinkertaisena.

Nyt mikrokontrollerissa määritellään kulloisenkin TDMA-kehyksen pituus sekä kulloisenkin purskeen alku- ja lopetushetki. Kehysajastusyksikön kehysajastusloh-5 kossa määritetään TDMA-kehyksen pituus ja johdetaan ajastustieto vastaanottohaa- ran ja lähetyshaaran purskeen muodostuslohkoille. Kehysajastuslohkon rekisteriin tallennetaan kehyksen pituuden osoittava tieto, minkä jälkeen laskuria askelletaan järjestelmäkellon tahdissa, kunnes kehyksen pituusarvo on saavutettu. Tästä johdetaan keskeytyssignaali mikrokontrollerille ja laskuri nollataan. Tätä toimintaa tois-10 tetaan jatkuvasti. Laskuriin liitetty tahdistustulo voidaan tarvittaessa aktivoida niin, että laskuri nollataan kesken laskentajakson, esimerkiksi kun laskuri on tahdistettava toiseen laskimin, eli kun on tehtävä tahdistus esimerkiksi kahden tukiaseman kesken.

Keksinnön mukaisella menetelmällä aikaansaadaan joustava TDMA-pohjaisen jär-15 jestelmän sovellutus, jossa kulloistenkin TDMA-pohjaisen jäijestelmän vaatimusten mukaan mikrokontrollerin avulla voidaan vaihtaa kehyksen pituutta, vastaanoton tai lähetyksen purskeiden pituutta saman kehyksen puitteissa ja vastaanoton tai lähetyksen purskeenmuodostuksen näytteenottotaajuutta.

Keksinnön mukaiselle piirijärjestelylle on tunnusomaista se, mitä patenttivaatimuk-20 sessa 7 on esitetty. Piirijärjestely voidaan toteuttaa helposti CMOS-tekniikalla FPGA-yksikkönä (Field Programmable Gate Array), niin että kehysajastusyksikössä on 16 bitin laskuri, kolme 16 bitin komparaattoria, vertailurekistereitä ja näiden puskurirekistereitä, 8 bitin kehyslaskuri, ja lähetys/vastaanottoajastuksen ohjaus-piirit. Kehysajastuksen ohjausyksikkö ohjaa myös sitä, että suodattimet, vastaan-• · 25 oton vahvistus, lähetyksen tehotaso ja tehoramppi on valittu reaaliajassa oikein, ja lisäksi se antaa tosiaikaiset keskeytyspulssit mikrokontrollerille.

Keksinnön mukaista TDMA-kehysajastuksen ohjausta voidaan soveltaa solukko-verkkojen matkaviestimissä (MS, Mobile Station) ja/tai tukiasemissa (BS, Base Station). Erityisesti on vielä mainittava keksinnön avulla saavutettavat ominaisuu-30 det: - kehyksen pituus on vapaasti valittavissa; - vastaanottopurskeen pituus, purskeen alkukohta ja purskeen loppukohta voidaan valita vapaasti ja näytteenottotaajuutta voidaan vaihtaa purskeesta toiseen; - lähetyspurskeen pituus, purskeen alkukohta ja purskeen loppukohta voidaan valita 35 vapaasti (josta on hyötyä erityisesti lähetysennakon muodostamisessa), näytteenottotaajuutta voidaan vaihtaa purskeesta toiseen ja lisäksi voidaan valita ja ohjata erilaisia tehoramppien muotoja. Lähetyksen tehoa voidaan ohjata ja tehorampin 3 97095 muotoa voidaan myös vaihtaa lähetyspurskeesta toiseen; - kanavanvaihto TDMA-solutyypistä toiseen voidaan tehdä nopeasti puhe- tai datayhteyden katkeamatta; - keksintö soveltuu myös monessa eri tyyppisessä TDMA-pohjaisessa järjestelmäs-5 sä toimivaan matkaviestimeen, ns. Dual mode- tai Multiple mode -laitteisiin.

Keksintöä selostetaan seuraavassa yksityiskohtaisesti viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa: kuva 1 esittää lohkokaavion muodossa keksinnön mukaista piirijäijestelyä, jossa TDMA-signaalien kehysajastuksen ohjaus on jaettu mikrokontrollerin ja kehysoh-10 jausyksikön kesken; kuva 2 esittää aika-akselilla kuvan 1 jäijestelyssä toteutettua mikrokontrollerin ja kehysajastusyksikön välistä työnjakoa; kuva 3 esittää kuvan 1 kehysajastusyksikön rakenteen, jonka lähetyksen ja vastaavasti vastaanoton purskeen muodostuslohkot on esitetty yksityiskohtaisemmin; 15 kuva 4 esittää kuvan 1 kehysajastusyksikön rakenteen, jossa eräät ratkaisevat komponentit on esitetty yksityiskohtaisemmin; ja kuva 5 esittää esimerkin keksinnön mukaisen kehysajastuksen ohjauksen toiminnasta siirryttäessä alhaisen nopeuden solutyypistä (macrocell) suuren nopeuden solutyyppiin (microcell/picocell).

20 Kuvissa 1-5 keksinnön mukaista menetelmää ja järjestelmää selitetään, kun esimerkkinä on matkaviestimen lähetys/vastaanotto-osa. Kuvassa 1 vastaanottohaaras-sa radio-osassa (RF unit) vastaanotettu kantataajuinen signaali johdetaan ensin analogia/digitaalimuuntimelle 4 ja siitä FIFO-muistille 3, josta vastaanotetut I/Q-näytteet (In-phase/Quadrature, eli alan ammattilaisten tuntemat vaiheessa olevat ja 25 niihin nähden 90 asteen vaihesiirrossa olevat näytteet) luetaan digitaaliselle signaaliprosessorille (ei esitetty). Vastaavalla tavalla digitaaliselta signaaliprosessorilta tulevat lähetettävät I/Q-näytteet johdetaan ensin FIFO-muistiin 5 ja siitä digi-taali/analogiamuuntimen 6 kautta lähetettävänä kantataajuisena signaalina.

. »

Kuvassa 1 on esitetty keksinnön mukaisen järjestelyn lohkokaavio TDMA-signaa-30 lien kehysajastuksen ohjausta varten. Ohjaus on jaettu kehysajastuksen ohjausyksikön 1 ja 16-bittisen mikrokontrollerin 2 kesken, joiden välillä tiedonsiirto tapahtuu 16-bittisellä dataväylällä. Mikrokontrolleri voidaan haluttaessa korvata digitaalisella signaaliprosessorilla 2.

4 97095

Keksinnön mukainen kehysajastuksen ohjausyksikkö 1 ohjaa kellosignaalien “A/D clock” ja vastaavasti “D/A clock” avulla piirien 4, 6 näytteenottoa, niin että myös näytteenottotaajuus voidaan valita tosiaikaisesti. Ohjauslogiikka 1 ohjaa myös sitä, että tässä tarkemmin esittämättä olevat, mutta alan ammattilaisen hyvin tietämät 5 suodattimet, vastaanoton vahvistus, lähetyksen tehotaso ja tehoramppi on valittu oikein. Ohjauslogiikka 1 antaa tosiaikaiset keskeytyspulssit mikrokontrollerille 2.

Päälähtökohtana keksinnön mukaisen järjestelyn piirisuunnittelussa on ollut yleinen toiminnallinen joustavuus. Tämä on aikaansaatu jakamalla toiminta kahteen osaan. Mikrokontrolleri voi olla suhteellisen yksinkertainen 16-bittinen mikro-ohjain, eikä 10 tässä tarvita DSP:n suorituskykyä, vaikka käsiteltävänä onkin noin 70 mikrosekun-nin mittaisia peräkkäisiä aikavälejä (time slot). Kehystahdistuksen ohjausyksikkö 1 voidaan toteuttaa nopealla logiikalla. Keksinnön eräänä perustavoitteena on se, että kehyksen muodostuksen on oltava yhteensopiva erityyppisten TDMA-pohjaisten järjestelmien kanssa. Esillä olevassa ratkaisussa kehystä muodostettaessa voidaan 15 vapaasti käyttää haluttua kehyksen pituutta ja pituutta voidaan helposti muuttaa toiminnan häiriintymättä. Vastaanoton purskeenmuodostuksessa voidaan käyttää haluttua purskeen pituutta. Myös purskeen aloitus- ja lopetushetki voidaan valita vapaasti. Myös näytteenottotaajuutta voidaan vaihtaa eri purskeiden välillä. Lähetyksen purskeenmuodostuksessa voidaan myös purskeen pituus ja purskeen aloitus-20 ja lopetushetki valita vapaasti. Vastaavasti myös näytteenottotaajuutta voidaan vaihtaa eri purskeiden välillä. Lähetyksessä voidaan myös valita erilaisia lähetyksen tehotasoja ja tehoramppeja.

Kuvassa 2 on esitetty, kuinka yhden kehysjakson eli kohtien 12 ja 15 välisenä aikana muodostetaan kaksi peräkkäistä pursketta 16, 17. Kehysjaksojen alkuajan-25 kohdat on merkitty numeroilla 12, 15 ja vastaavasti purskeiden 16, 17 alkuajankoh-.: dat on merkitty numeroilla 13, 14. Kehyksen pituuden määrittely on merkitty nume rolla 7, purskeen aloituksen määrittely on merkitty numeroilla 8 ja 10 ja purskeen lopetuksen määrittely on merkitty numeroilla 9 ja 11. Purskeiden 16 ja 17 näytteenottotaajuudet ja pituudet ovat tässä toisistaan poikkeavat.

30 Keksinnön menetelmän kehysajastuksen ohjaus jaetaan, kuten jo edellä mainittiin, ’' ohjausyksikön 1 ja mikrokontrollerin 2 kesken. Kuvassa 2 on kaaviollisesti esitetty aika-akselilla kuvan 1 järjestelyssä toteutettu mikrokontrollerin 2 ja kehysajastus-yksikön 1 välistä työnjako. Mikrokontrollerin 2 (pC) tehtävät on esitetty ylemmällä janalla ja logiikkapiirin 1 (logic) tehtävät alemmalla aika-akselilla. Menetelmä voi-35 daan jakaa vaiheisiin, joissa: 5 97095 A) mikrokontrollerissa 2 määritellään jatkuvana toimintana kulloisenkin tarpeen mukaan TDMA-kehyksen pituus 7, jokaisen purskeen alkuhetki 8, 10 ja jokaisen purskeen lopetushetki 9, 11, jolloin myös purskeiden pituus on määritelty; B) kehysajastusyksikön 1 kehysajastuslohkossa 18 (kuvassa 3) muodostetaan kul- 5 loinkin vuorossa olevan TDMA-kehyksen pituus 12, 15. Uuden kehyksen alkukohta ilmoitetaan keskeytyslinjan avulla kehystahdistuksena mikrokontrollerille 2, jota kuvaavat kehysten alussa (12 ja 15) olevat nuolet. Kehysajastusyksikön 1 puitteissa muodostetaan myös ajastustieto vastaanottohaaran ja lähetyshaaran purskeen muo-dostuslohkoille 19, 20 (kuvassa 3).

10 Keksinnön mukainen TDMA-kehysajastuksen ohjausyksikkö 1 on jaettu kolmeen lohkoon: kehysajastuslohko 18, vastaanoton purskeenmuodostuslohko 19 ja lähetyksen purskeenmuodostuslohko 20.

Kuva 3 esittää kuvan 1 kehysajastusyksikön rakenteen, jonka lähetyksen ja vastaanoton purskeen muodostuslohkot on esitetty yksityiskohtaisemmin.

15 Lähetyksen ja vastaanoton purskeenmuodostuslohkojen 20, 19 päätehtävänä on A/D-ja D/A-näytteenoton kellotus tietyn purskejakson aikana. Nämä lohkot 20, 19 antavat myös keskeytystiedon purskeen alkuhetkestä (13, 14) mikrokontrollerille 2 synkronointia varten. Lähetyksen purskeenmuodostuslohko 20 generoi myös lähet-timelle menevän tehon ramppiohjauksen (ramp addr, ramp set), jota tässä ei ole 20 esitetty tarkemmin.

Tässä lohkokaaviona esitetty kehysajastuslohko 18 käsittää laskurin 22, tulorekiste-rin 21 ja lähtörekisterin 23 ja vertailijan 24. Kun mikrokontrolleri 2 on dataväylällä "uC bus” ladannut tulorekisteriin 21 kehyksen pituusarvon, laskuri 22 laskee ke-hyssignaalin pituutta ja antaa keskeytyksen “frame int” mikrokontrollerille 2 kerran 25 kehysjakson aikana. Laskuri 22 voidaan nollata tarvittaessa ulkoisella synkronoin-tisignaalilla “sync”.

Kehyksen pituuden laskeminen alkaa, kun prosessori kirjoittaa 16-bittisen kehyksen pituuden arvon tulorekisteriin 21. Laskuri 22 laskee järjestelmäkellon jaksoja, kunnes vertailija 24 havaitsee, että laskuri 22 on saavuttanut tulorekisterin 21 arvon ja 30 nollaa laskurin 22 takaisinkytkentäsignaalilla “clr”. Kehyksen pituuden laskenta ja mittaus toistetaan jatkuvana toimintana.

Kehyksen pituus voidaan muuttaa kirjoittamalla uusi arvo tulorekisteriin 21. Kun kahden laitteen välillä on tehtävä uudelleensynkronointi, voidaan signaali “sync” ; syöttää laskurin 22 tuloon, jolloin laskuri nollataan välittömästi kesken laskenta- 35 jakson. Lähtörekisteri 23 sisältää kulloisenkin kehyksen menossa olevan pituuslas- 6 97095 kennan arvon. Tätä rekisteriä lukemalla prosessori voi tarkistaa senhetkisen ajastuk-sen varsin tarkasti. Laskurin muodostama 16-bittinen kehyssignaalin laskenta-arvo johdetaan myös signaalina “count value” lähetyksen ja vastaanoton purskeenmuo-dostuslohkoille 20, 19.

5 Vastaanoton purskeenmuodostuslohko 19 käsittää tulorekisterin 25, johon dataväy-lältä kirjoitetaan pursketiedot. Vastaanottotilan rekisteriin 26 johdetaan lähetystila-tieto “Rx mode”, jolla määrätään haluttu näytteenottotaajuus. Lohkossa on lisäksi vastaanoton ohjaus 27, vertailurekisteri 28, vertailija 29 ja viivekomponentti 30. Mikrokontrolleri 2 määrää kulloisenkin purskeen pituuden määrittelemällä varsinai-10 set aloitus- ja lopetusajankohdat. Laskurilta 22 saadaan vertailuaika, jota vertaili- jassa 29 verrataan annettuihin aloitus-ja lopetusarvoihin. Näin vastaanoton purskeenmuodostuslohko 19 voi muodostaa halutun pituisia purskeita. Vastaanoton purskeenmuodostuslohko 19 ohjaa ohjauksen 27 lähdön kellosignaalin “A/D sample” avulla näytteenottotaajuutta ja voi muuttaa sitä vastaanotettujen purskei-15 den välillä.

Ensin prosessori kirjoittaa purskeen aloitusajankohdan tulorekisteriin 25. Tämä arvo siirretään edelleen vertailurekisterille 28. Ohjaimella voidaan myös antaa haluttu näytteenottotaajuus tilarekisterille 26. Kun laskurilta 22 saatu vertailuaika “count value” vastaa rekisterissä olevaa aloitusaikaa, vertailija 29 antaa keskeytyksen “Rx 20 int” prosessorille 2 ja vastaanotto alkaa.

Kun prosessori 2 saa keskeytyssignaalin, se kirjoittaa vastaanotetun purskeen lope-tusajankohdan tulorekisteriin 25. Tämä arvo siirretään edelleen vertailurekisterille 28. Tämän jälkeen prosessori voi taas antaa uuden purskeen aloitusajankohdan tulo-rekisteriin 25. Tämän jonotusmekanismin avulla kehysajastuksen ohjausyksikkö voi .. 25 vastaanottaa peräkkäisiä purskeita ja ohjaustoiminnalta vaadittu ajastustarkkuus on kohtuullinen, eli piirit voidaan toteuttaa suhteellisen hitailla komponenteilla. I/Q-näytteiden vastaanotto aloitetaan A/D-muuntimen muunnosaikaa kompensoivan lyhyen viiveen 30 jälkeen. Vastaanotto jatkuu, kunnes “count value” vastaa purskeen lopetusaikaa.

30 Kuvan 3 lähetyksen purskeenmuodostuslohko 20 käsittää samalla tavalla tulorekisterin 31, tilarekisterin 32, lähetyksen ohjauksen 33, vertailurekisterin 34, vertailijan 35 ja ramppilaskurin 36. Mikrokontrolleri 2 määrää purskeen pituuden määrittelemällä varsinaiset aloitus- ja lopetusajankohdat. Laskurilta 22 saadaan vertailuaika, jota verrataan annettuihin aloitus-ja lopetusarvoihin. Näin lähetyksen purskeen-35 muodostuslohko 20 voi muodostaa halutun pituisia purskeita. Lähetyksen purskeenmuodostuslohko 20 voi myös muuttaa näytteenottotaajuutta lähetettyjen purs-keiden välillä.

7 97095

Ensin prosessori kiijoittaa purskeen aloitusajankohdan tulorekisteriin 31. Tämä arvo siirretään edelleen vertailurekisterille 34. Kontrollerilla 2 voidaan myös antaa haluttu näytteenottotaajuus tai lähetystila “Tx mode” tilarekisterille 32. Kun laskurilta 22 saatu vertailuaika “count value” vastaa purskeen aloitusaikaa, vertailija 5 35 antaa keskeytyksen “Tx int” prosessorille 2 ja lähetys alkaa. Kun prosessori 3 saa keskeytyssignaalin, se kiijoittaa lähetetyn purskeen lopetusajankohdan tulonre-kisteriin 31. Tämä arvo siirretään edelleen vertailurekisterille 34. Tämän jälkeen prosessori 2 voi taas antaa uuden purskeen aloitusajankohdan tulorekisteriin 31. Tämän ratkaisun avulla ohjain 1 voi lähettää peräkkäisiä purskeita ja toiminta vas-10 taa pääpiirteissään edellä vastaanottohaaran osalta selitettyä. Näin ollen lähetys-purskeiden pituus voi vaihdella purskeesta toiseen ja myös näytteenottotaajuus voi vaihdella purskeesta toiseen. Lähetyksen aikana I/Q-näytteet viedään D/A-muunti-melle 6.

Ramppilaskuri 36 toimii lähetyksen ohjauksen 33 yhteydessä. Näiden kahden loh-15 kon 33, 36 avulla ohjataan lähettimen (ei esitetty) tehotasoa “ramp addr” ja rampin muotoa “ramp sef \ Purskeen alussa lähettimen tehotaso on tunnetulla tavalla nolla ja rampin lopussa saadaan haluttu tehotaso. Purskeen lähetys jatkuu tällä tehota-solla. Kun laskurin 22 tulos “count value” vastaa purskeen lopetushetkeä, siirrytään tehon alennussekvenssiin ja lähetysteho katkaistaan. Tehorampin muoto on 20 tallennettu näytteinä ramppimuistiin (ei esitetty), josta se haetaan "ramp addr" väylän ohjaamana tehotasoa ohjaavalle D/A-muuntimelle (ei esitetty). Rampin aikana laskuri 36 askeltaa ja vastaavasti ramppimuisti tuottaa jatkuvasti muuttuvan tehoa nostavan ohjaussekvenssin. Purskeen lopussa tehotason ohjaus on vastaava, nyt alaspäin. Tämän järjestelyn avulla voidaan perättäisille purskeille valita erilaiset 25 ramppimuodot.

Kuvassa 4 on esitetty 1 kehysajastusyksikön rakenne niin, että eräät ratkaisevat komponentit on esitetty yksityiskohtaisemmin. Kehysajastuslohkoa 18 vastaavat komponentit ovat: tulorekisteri 37 (kuvassa 3:21), laskuri 42 (22) ja komparaattori 43 (24). Vastaanottohaaran purskeenmuodostuslohkoa 19 vastaavat komponentit 30 ovat: tulorekisteri 39 (kuvassa 3: 25), vertailurekisteri 38 (28) ja komparaattori 44 (29). Samalla tavalla lähetyshaaran purskeenmuodostuslohkoa 19 vastaavat komponentit ovat: tulorekisteri 41 (kuvassa 3:31), vertailurekisteri 40 (34) ja komparaattori 45 (35). Kuvan 4 edellä mainitut komponentit 37-45 ovat 16-bittisiä komponentteja.

35 TDMA-kehysajastuksen perusajatuksena on nopea ja helposti parametroitavissa oleva ajastuksen ohjausyksikkö 1 (kuvassa 1), joka voidaan liittää 16 bitin mikrokontrolleriin 2 dataväylällä “microcontroller data bus”. Yksikön 1 ydinkompo- 8 97095 nenttina on kuvassa 4 esitetty, taajuudella 7,2 MHz toimiva 16-bittinen kehysajas-tuksen laskuri 42. Ohjausyksikköä 1 kellotetaan tarkasti vain yhdellä kellosignaalilla “CLOCK”. Kuvan 4 komponenteilla saadaan kehysajastus, jossa voidaan tehdä nopea siirtyminen (handover) TDMA-solutyypistä toiseen puhe- tai datayhteyden 5 katkeamatta. Kuten alan ammattilainen ymmärtää, piiri voidaan toteuttaa CMOS-tekniikalla. Koska siinä on vain vähän suurella taajuudella toimivia osia, logiikka myös kuluttaa varsin vähän virtaa. Kehysajastuksen ohjausyksikköä 1 voidaan pitää 16-bittisen mikrokontrollerin 2 liitäntäpiirinä, jonka kautta se ohjaa lähetys-ja vas-taanottohaarojen kehysajastusta sekä purskeen muodostusta. Ohjausyksikkö 1 voi-10 daan edullisella tavalla toteuttaa integroituna piirinä tai laajemman piirin osana.

Kuvassa 5 havainnollistetaan esimerkin avulla matkaviestimen kehysajastuksen toteutusta ja radio-osan (RF unit kuvassa 1) ohjaukseen periaatteessa käytettyjen signaalien ajastusta. Tässä esimerkissä siirrytään alhaisen nopeuden solutyypistä (macrocell) suuren nopeuden solutyyppiin (microcell/picocell). Kun matkaviesti-15 mellä on käynnissä tietojensiirtoa suurella nopeudella, yhteysvastuun/kanavan vaihtoon (handover) liittyvän ohjauksen mahdollistamiseksi matkaviestimen on samanaikaisesti voitava vastaanottaa lyhyt purske, jossa on suuri bittinopeus eli suuri näytteenottotaajuus, ja lähettää pidempi purske, jossa on pienempi bittinopeus eli alempi näytteenottotaajuus. Makrosolussa matkaviestin tarvitsee 18 aikaväliä käsit-20 tävästä kehyksestä 17 aikaväliä, niin että se voi siirtää 64 kbit/s dataa. Tällöin käyttämättä jäävää aikaväliä eli pursketta voidaan käyttää mikro/pikosolun valvomista ja yhteysvastuun vaihtoa varten.

Kuvassa 5 olevat signaalit ovat: - lähetyksen tehonohjaus (Tx power control) 49, lähetyksen päälle/pois-ohjaus (Tx 25 ON/OFF) 50 ja lähetyksen kaistanleveyden valinta (Tx bandwidth select) 51; sekä ‘ > - vastaanoton näytteenoton ja ohjauksen valinta (Rx sampling and control enable) 52 ja vastaanoton kaistanleveyden valinta (Rx bandwidth select) 53.

Esimerkissä oletetaan, että kun siirrytään makrosolusta mikro/pikosoluun, niillä on seuraavat ominaisuudet: 30 _Makrosolu_Mikro/pikosolu

Kehyksen pituus, ms 5 5

Purskeen pituus, ps 278 69

Kantoaallon bittitaajuus, kbit/s 450 1800

Bitin pituus, ps 2,2 0,55 9 97095

Huomataan, että kuvassa 5 aikavälien pituusarvot on pyöristetty (signaalit 50 ja 52). Kuvaa 5 voidaan myös edullisesti verrata kuvassa 2 esitettyyn periaatteeseen ja lukea sitä aika-akselin suunnassa vasemmalta oikealle. Kuvassa 5 on kuitenkin esitetty vain osa kehystä jossain mielivaltaisessa kohdassa, jolloin kehyksestä näkyy vain 5 muutamia purskeita suuruusluokkaa 500 ps ajalta, kun taas koko kehyksen pituus on edellä mainittu 5 ms. Tässä on huomattava, että tämän esimerkin mikrosolussa bittinopeus on nelinkertainen makrosoluun verrattuna, jolloin myös D/A- ja A/D-muuntimien näytteenottotaajuuksien on mikrosolussa oltava nelinkertaiset.

Kuvan 5 alussa oletetaan, että matkaviestimen ja makrosolun tukiaseman välille on 10 muodostettu normaali radioyhteys. Kummassakin yksikössä ajastuspiirit on asetettu toimintatilaan (mode), jossa käytetään kiinteätä bittinopeutta ja purskeen pituutta makrosolun toimintaa varten. Nyt oletetaan, että matkaviestin on liikkunut ja se yrittää vaihtaa yhteysvastuun mikrosolulle. Tämä voidaan nyt tehdä edellä mainitun vapaan purskeen avulla ja kuitenkin säilyttää olemassa oleva yhteys makrosolun 15 tukiasemaan. Mikrosoluun muodostettava ohjausyhteys tarkoittaa toisaalta sitä, että matkaviestimen ajastuspiireissä on tehtävä nopeat, jaksolliset parametrivaihdot purskeesta toiseen. Tämä on mahdollista keksinnön mukaisella menetelmällä ja piirij ärj estetyllä, joita edellä kuviin 1-4 nojautuen on selitetty.

Kun matkaviestin kuuntelee mikrosolua, purskeen pituus ja bittinopeus on asetet-20 tava mikrosolun toimintatavan mukaan. Kim toisaalta makrosolussa välitetään liikennettä, on vastaavien aikavälien eli purskeiden aikana käytettävä makrosolun purskeen pituutta ja bittinopeutta, makrosolun toimintatavan mukaan. Tällä tavalla matkaviestimen yhteysvastuun vaihtamiseen liittyy väistämättä useamman kehyksen ajan tapahtuvaa purskeparametrien vaihtamista. Keksinnön mukaisen ajastusyksi-25 kön 1 ja mikrokontrollerin 2 työnjaon ansiosta nämä vaihdot voidaan tehdä kulloi-‘: senkin purskeen alussa, niin että toimintatapaa voidaan vaihtaa saman kehyksen ai kana makrosolutoiminnasta mikrosolutoimintaan ja päinvastoin, myös useampia kertoja.

Kuvassa 5 nähdään lähetyshaaran signaalien 49-52 avulla, että ensimmäisenä va-30 semmalla lähetetään (Tx ON/OFF, 50) makrosolun purske (Low Bit Rate Burst) ja . sen jälkeen kaksi mikrosolun pursketta (High Bit Rate Burst). Vastaavasti lähetti men tehoa ohjataan edellä kuvan 3 yhteydessä selitetyn rampin ohjauksen avulla niin, että saadaan kuvan 5 tehokäyrä 49, jolla on loivat nousu- ja laskurampit. Tehotasoa säädetään myös kulloisenkin makro- tai mikrosolun toimintatilan mu-35 kaan. Vastaavasti vastaanottopuolella nähdään kuvan 5 vasemmalta alkaen ensin miten matkaviestin vastaanottaa (Rx sampling and control enable, 52) mikrosolun ίο 97095 purskeen (High Bit Rate Burst), sen jälkeen makrosolun purskeen (Low Bit Rate Burst) ja vielä mikrosolun purskeen (High Bit Rate Burst).

Keksinnön mukaisen joustavan TDMA-kehysajastuksen ohjauslogiikan avulla voidaan käyttää haluttua kehyksen pituutta ja haluttua purskeen pituutta, joka voi vaih-5 della purskeesta toiseen, sekä myös haluttua purskeen lähetys- tai vastaanottohet-keä. Keksinnön mukaisen ohjauslogiikan eli kehysajastuksen ohjausyksikön 1 ja mikrokontrollerin 2 avulla voidaan käyttää peräkkäisiä aikavälejä yhtäaikaisesti sekä lähetykseen että vastaanottoon. Keksinnön mukainen TDMA-kehysajastuksen ohjauslogiikka muodostaa tarkan ajastuksen vaatimat signaalit yhdestä ainoasta 7,2 10 MHz:n kellosignaalista. Kehysajastuksen ohjauslogiikka on kytketty 16-bittisen mikrokontrollerin liitäntäpiiriksi ja toteutettu ohjelmoitavilla logiikkaverkoilla.

Vaikka edullisina pidettyjä suoritusmuotoja on esimerkkien valossa tarkasteltu varsin yksityiskohtaisesti, alan ammattilainen kuitenkin ymmärtää, että keksinnön mukaista menetelmää ja siihen perustuvia piirijäijestelyjä voidaan toteuttaa myös toi-15 sillakin piiriratkaisuilla, kunhan ne ovat ohessa esitettyjen patenttivaatimusten puitteissa.

t m il I ···* KK i n *· . · 4

Claims (12)

1. Menetelmä TDMA-kehysajastuksen ohjausta varten matkaviestimen lähetin/-vastaanotinosassa, jolloin TDMA-kehyksessä voidaan lähettää/vastaanottaa eri pituisia purskeita, tunnettu siitä, että kehysajastuksen ohjaus jaetaan toisaalta nopeal- 5 la logiikalla toteutetun lähetin/vastaanottimen kehysajastuksen ohjausyksikön (1) ja toisaalta lähetin/vastaanotinosan mikrokontrollerin (2) kesken, niin että A) mikrokontrollerissa (2) määritellään kulloisenkin TDMA-kehyksen pituus (7), määritellään kulloisenkin purskeen alkuhetki (8, 10) ja määritellään kulloisenkin purskeen lopetushetki (9, 11); ja että

10 B) kehysajastusyksikön (1) kehysajastuslohkossa (18) määritetään (12, 15) kulloisenkin TDMA-kehyksen pituus ja johdetaan tieto kulloisenkin kehyksen aloittamisesta mikrokontrollerille (2) sekä johdetaan ajastustieto (13, 14) kehysajastusyksikön (1) puitteissa vastaanottohaaran ja vastaavasti lähetyshaaran purskeen muodos-tuslohkoille (19, 20) sekä johdetaan mikrokontrollerille (2) tieto (13, 14) kulloisen-15 kin purskeen aloittamisesta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kehysajastuslohkossa (18) a) mikrokontrollerilta (2) vastaanotetaan ja tallennetaan (21) kehyksen pituuden osoittava tieto; 20 b) minkä jälkeen kehysajastuslohkon (18) laskurilla (22) vastaanotetaan kellopuls-seja (clk), jotka askeltavat laskuria (22), c) tallennettua kehyksen pituutta (21) verrataan (24) jokaisen kellopulssin jälkeen laskurin (22) lähtölukemaan, ja kun laskurin lähtölukema on yhtä suuri kuin tallennettu kehyksen pituustieto, vertailun tuloksesta tuotetaan toisaalta keskeytyssignaali 25 . (frame int) mikrokontrollerille (2) ja toisaalta nollaussignaali (clr), jolla laskuri (22) nollataan; • - - jolloin vaiheita a) - c) toistetaan jatkuvasti.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheessa b) lisäksi 30 bl) laskurin (22) kulloinenkin lähtölukema tallennetaan lähtörekisteriin (23), josta mikrokontrolleri (2) tarvittaessa voi saada täsmällisen kehysajastustiedon.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että laskuriin on liitetty tahdistustulo (sync), jolloin tahdistustulo voidaan aktivoida niin, että laskuri (22) nollataan kesken laskentajaksoa ennen laskurin askeltamisen jatkamista.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, « että mikrokontrolleri (2) päivittää kehysajastuslohkoon (18) tallennetun kehyksen « 97095 pituutta vastaavan tiedon, niin että kehyksen pituus kulloinkin vastaa TDMA-järjes-telmän vaatimuksia.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mikroprosessori (2) TDMA-järjestelmän kulloistenkin vaatimusten mukaan 5 ohjaa vastaanoton purskeen hetkellisen pituuden ja/tai lähetyksen purskeen hetkellisen pituuden ja/tai vastaanoton purskeenmuodostuksen näytteenottotaajuutta ja/tai lähetyksen purskeenmuodostuksen näytteenottotaajuutta ja/tai lähetyksen tehotasoa.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukaisen menetelmän toteuttava piiri-jäijestely, tunnettu siitä, että mikrokontrolleri (2) ja kehysajastusyksikkö (1) on 10 liitetty toisiinsa 16-bittisellä dataväylällä, jolla kehysajastinyksikölle (1) siirretään 16-bittisestä mikrokontrollerista (2) sen määrittelemä kulloisenkin TDMA-kehyk-sen pituus, kulloisenkin purskeen alkuhetki ja kulloisenkin purskeen lopetushetki.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen piirijärjestely, tunnettu siitä, että mikrokontrollerin (2) sijasta käytetään digitaalista signaaliprosessoria (2).

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 7-8 mukainen piirijärjestely, tunnettu siitä, että kehysajastusyksikkö (1) käsittää kehysajastuslohkon (18), vastaanotto-purskeen muodostamislohkon (19) ja lähetyspurskeen muodostamislohkon (20), jolloin kehysajastuslohkossa (18) - tulorekisteri (21; 37) vastaanottaa dataväylän kautta ja tallentaa mikrokontrollerin 20 (2) määrittelemän kehyspituuden, - laskurin (22; 42) ensimmäisenä tulona on järjestelmäkellon signaali (clk; CLOCK), joka askeltaa laskuria, - tulorekisterin (21; 27) lähtönä oleva tallennettu kehyspituuden arvo johdetaan komparaattorin (24; 43) ensimmäiseksi tuloksi (A) ja laskurin (22,42) lähdössä 25 oleva askelluksen tulos johdetaan komparaattorin (24; 43) toiseksi tuloksi (B), jolloin komparaattori tuottaa lähtösignaaliksi kehyksen aloituskeskeytyksen (frame int) kehystahdistuksena mikrokontrollerille (2), kun tulosignaalit ovat yhtä suuret (A = B), ja jolloin tämä lähtösignaali (clr) myös nollaa laskurin (22, 42) sisällön, jolloin laskuri aloittaa seuraavan kehyksen pituuden määrityksen. •

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen piirijärjestely, tunnettu siitä, että - kulloisenkin purskeen määritelty aloitus/lopetushetken tieto vastaanotetaan data-väylän kautta vastaanottohaaran ja vastaavasti lähetyshaaran purskeen muodostus-lohkon (19 / 20) tulorekisteriin (25; 39 / 31; 41) ja tallennetaan rekisteriin, - komparaattorilla (29; 44 / 35; 45) verrataan kehysajastusyksikön laskurin (22; 42) 35 lähtösignaalia (count value) rekisteriin tallennettuun purskeen pituusarvoon, jolloin * - komparaattori tuottaa lähtösignaaliksi purskeen aloitus/lopetuskeskeytyksen (Rx 97095 int / Tx int), ja että - ajuripiiri (27; 47/33; 48) mainitim keskeytyssignaalin ja vastaanotto/lähetystilan (Rx / Tx mode) signaalin avulla ohjaa A/D-muunnoksen (4) ja vastaavasti D/A-muunnoksen (6) piirien toimintaa.

11. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 7-10 mukainen piirijäijestely, tunnettu siitä, että lähetyksen purskeenmuodostuslohko (20; 48) lisäksi ohjaa lähetyksen tehoramppia ja tehorampin näytteenottoa.

12. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 7-10 mukainen piirijäijestely, tunnettu siitä, että se on toteutettu CMOS-tekniikalla integroituna piirinä.

10 Patentkrav