FI97181B - TDMA-tyyppisen solukkoradioverkon tukiasema - Google Patents

Description

97181 TDMA-tyyppisen solukkoradioverkon tukiasema

Keksinnön kohteena on TDMA-tyyppisen solukkoradioverkon tukiasema, joka käsittää 5 kellovälineet lähetyskellon ja TDMA-kehyskellon synnyttämiseksi, radiolähetinvastaanotinvälineet radiotaajuisen TDMA-signaalin lähettämiseksi lähetys- ja kehyskellon tahdissa ainakin yhdellä nimetyllä kantoaaltotaajuudella, 10 joka TDMA-signaali muodostuu peräkkäisistä TDMA-kehyksis- tä, jotka sisältävät liikenne- ja ohjauskanavina käytettäviä aikavälejä, jolloin TDMA-signaalissa lähetetään ennalta määrätyissä kehyksissä ohjauskanava-aikaväleissä kehys-synkronointi-informaatio, tukiasemainformaatio ja/tai ai-15 kasynkronointi-informaatio tilaajaradioasemien synkronoi- miseksi tukiasemaan.

Solukkoradioverkossa verkon kattamalle maantieteelliselle alueelle on sijoitettu lukuisia tukiasemia, joiden kautta verkon alueella liikkuvat radiopuhelimet voivat 20 muodostaa radioyhteyden kiinteään verkkoon. Radiopuhelimen liikkuessa yhden tukiaseman palvelualueelta (radiosolu) toisen tukiaseman palvelualueelle radiopuhelin synkronoituu ja kiinnittyy tähän uuteen tukiasemaan. Tätä kutsutaan ns. Handover-proseduuriksi. Yleensä mahdollisimman huomaa-25 maton ja nopea handover on toivottu piirre erityisesti handoverin tapahtuessa aktiivisen puhelun aikana. Varsinkin solujen koon pienentyessä on nopean huomaamattoman handoverin suorittaminen oleellinen solukkoradioverkon suorituskyvyn mitta. Aikajakoisessa monipääsytyyppisessä 30 TDMA (Time Division Multiple Access) solukkoradioverkossa tukiasemien synkronointi, esim. taajuus- tai kehyssyn-kronointi, toisiinsa tarjoaa etuja esimerkiksi nopeutuneen handoverin kautta. Kuitenkin varsinkin eri tukiasemien keskinäinen kehyssynkronointi on ongelmallista monissa 35 verkoissa, kuten esim. yleiseurooppalaisessa matkapuhelin- 2 97181 verkossa GSM, joissa ei kiinteän verkon kautta välitetä erityistä kehyssynkronointiparametria eri tukiasemille.

Esillä olevan keksinnön päämääränä on TDMA-tyyppi-sen solukkoradioverkon tukiasema, joka kykenee synkronoi-5 tumaan solukkoradioverkon muihin tukiasemiin.

Tämä saavutetaan johdannossa saavutetun tyyppisellä tukiasemalla, jolle on keksinnön mukaisesti tunnusomaista, että tukiasema lisäksi käsittää ylimääräisen radiovastaan-otinlaitteiston ainakin yhden ennalta määrätyn naapuritu-10 kiaseman radiotaajuisen TDMA-signaalin vastaanottamiseksi sekä kehyssynkronointi-informaation ja/tai aikasynkronoin-ti-informaation erottamiseksi vastaanotetusta signaalista, ja että mainitut kellovälineet ovat vasteelliset mainitulle erotetulle kehys- ja/tai aikasynkronisointi-informaa-15 tiolle tukiaseman kehys- ja/tai aikasynkronoimiseksi yhteen tai useampaan naapuritukiasemaan.

Keksinnössä tukiasema synkronoidaan naapuritukiasemaan radiotien kautta käyttäen hyväksi naapuritukiaseman tilaajaradioasemilleen lähettämää synkronointi-informaa-20 tiota. Tätä varten tukiasema on varustettu laitteistolla, jolla voidaan vastaanottaa naapuritukiaseman lähettämä tu-kiasematieto, aikasynkronointi-informaatio (ajastuksensää-tötieto) ja kehyssynkronointi-informaatio (kehysnumero). Tukiasematiedon avulla laitteisto tunnistaa naapurituki-25 aseman. Laitteisto synkronoi tukiaseman naapuritukiaseman välittämällä vastaanotetun aikasynkronointi- ja/tai kehyssynkronointi-informaation tukiaseman kelloyksikölle. Laitteistolle voidaan määritellä erilaisia naapurisolujoukkoja siten, että laitteisto voi kuunnella useiden naapurituki-30 asemien lähetyksiä. Tällöin mahdollistuu eri naapurituki-asemien mittausten keskiarvoistaminen, jolloin tukiasema saadaan mahdollisimman hyvin synkronoitua naapuritukiase-miin (soluihin) verrattuna. Yksittäisen naapuritukiaseman synkronointi-informaatio saadaan laitteistossa noin 1/4 35 bitin tarkkuudella (GSM-järjestelmässä noin 0,9 ps), jota 1 3 97181 voidaan parantaa edellä mainitulla keskiarvoistuksella. GSM-järjestelmässä laitteisto saa kehysnumerotiedon naapuri tukiaseman yleislähetyskanavalla BCCH ja ajastuksensää-tötiedon hajasaannin kuittaussanomassa (Access Grant), 5 jonka naapuritukiasema lähettää yhteysohjauskanavalla CCCH.

Keksintöä selitetään seuraavassa yksityiskohtaisemmin suoritusesimerkkien avulla viitaten oheiseen piirrokseen, jossa 10 kuvio 1 esittää erään keksinnön mukaisen tukiaseman lohkokaavion, kuvio 2 esittää testilaitteessa käytettäväksi soveltuvan matkapuhelimen lohkokaavion, kuvio 3 esittää lohkokaavion eräästä solukkoradio-15 järjestelmästä, jossa käytetään keksinnön mukaisia tukiasemia, kuviot 4A, 4B, 4C ja 4D havainnollistavat TDMA-ke-hysrakennetta ja kuvio 4E yhdessä ohjauskanava-aikavälissä lähetettävää synkronoitumispursketta, ja 20 kuvio 5 havainnollistaa erilaisten ohjauskanavien esiintymistä ohjauskanavaylikehyksessä.

Esillä oleva keksintö soveltuu käytettäväksi kaikissa TDMA-tyyppisissä solukkoradiojärjestelmissä, kuten yleiseurooppalainen matkapuhelinjärjestelmä GSM, DCS1800 25 (Digital Communication System) sekä PCN. Seuraavassa keksintöä tullaan kuvaamaan ensisijaisesti käyttäen esimerkkinä tukiaseman toteuttamista GSM-järjestelmässä.

Kuvion 1 tukiasema käsittää kantataajuisen liityn-tälaitteiston 7, jolla tukiasema liittyy tukiasemaohjai-30 meitä BSC ja matkapuhelinkeskukselta MSC tulevaan digitaaliseen signaaliin, tyypillisesti PCM-signaaliin. Yhteydeltä 11 vastaanotettu käyttäjädata ja ohjausdata sijoitetaan kehysyksikössä 6 TDMA-kehyksiin, kanavakoodataan, lomitetaan ja lähetetään TDMA-purskeina ja moduloidaan lähetin-35 vastaanotinyksikössä 5 halutulle lähetyskantoaallolle ja 4 97181 syötetään lähetinsuodattimien 4 kautta lähetysantenniin ANTTX. Vastaavasti vastaanottoantenniin ANT^ vastaanotettu TDMA-signaali syötetään vastaanotinsuodattimien 4 kautta lähetinvastaanotinyksikölle 5, jossa se demoduloidaan vas-5 taanottokantoaallolta kantataajuudelle, minkä jälkeen suoritetaan ilmaisu, lomituksen purku, kanavadekoodaus ja kehyksien purku kehysyksikössä 6 ja tämän jälkeen syötetään vastaanotettu ohjaus- ja käyttäjädata liitännän 7 kautta PCM-yhteydelle 11. Tukiasemalla voi olla useita 10 nimettyjä lähetys- ja vastaanottokantoaaltopareja sekä vastaava määrä lähetinvastaanotinyksiköitä 5 ja kehysyksi-köitä 6. Kaikki tukiaseman tarvitsemat kellosignaalit johdetaan tyypillisesti tukiaseman pääkelloyksikön 9 synnyttämästä pääkellosta. Tällaisia kello- ja ajastussignaaleja 15 ovat mm. kehysyksikön 6 tarvitsema kehyskello ja kehysnu-merotieto sekä lähetinvastaanottimen 5 tarvitsema lähetys-kello. Kuviossa 1 kaikkia näitä kellosignaaleja on merkitty yhteisellä symbolilla CLK. GSM-järjestelmän kehysrakennetta on havainnollistettu kuvioissa 4A-4E. Kuviossa 4D on 20 esitetty yksi TDMA-peruskehys, joka sisältää edullisesti kahdeksan kappaletta liikenne- ja ohjauskanavina käytettäviä aikavälejä. 51 peräkkäistä TDMA-kehystä muodostaa yhden ylikehyksen, jollaista on havainnollistettu kuviossa 4C. Superkehyksen puolestaan muodostaa 26 peräkkäistä yli-25 kehystä, kuten kuviossa 4B on havainnollistettu. Edelleen hyperkehyksen muodostaa 2048 superkehystä, kuten kuviossa 4A on havainnollistettu. Vaihtoehtoisesti yksi ylikehys voi sisältää 26 TDMA-kehystä, jolloin yksi superkehys sisältää 51 ylikehystä. Kuviossa 1 kelloyksikön 9 sisältämä 30 TDMA-kehyslaskuri laskee nollasta lukemaan 26 * 51 * 2048.

* Vastaavasti kelloyksikön 9 sisältämä aikavälilaskuri las kee nollasta seitsemään yhden TDMA-kehyksen sisällä, bit-tilaskuri nollasta 156:een ja neljännesbittilaskuri nollasta 624:ään yhden aikavälin aikana. Nämä laskurit mää-35 rittävät koko tukiaseman lähetyksen ja vastaanoton ajasti 5 97181 tuksen.

Tukiasema lähettää sitä kuunteleville liikkuville radioasemille taajuuskorjaus- ja synkronointi-informaatiota sopivin väliajoin ennalta määrätyissä TDMA-kehyksis-5 sä tietyillä ohjauskanavilla. Tähän tarkoitukseen käytettyjä ohjauskanavia ovat yleislähetyskanavat BCCH, synk-ronointikanavat SCH ja taajuuskorjauskanavat FCCH sekä yhteisohjauskanava CCCH. Kuviossa 5 on havainnollistettu erästä GSM-järjestelmän ohjauskanavan ylikehystä, joka 10 sisältää edellä mainittuja ohjauskanavia (BCCH/CCCH-ylike-hys), jota lähetetään kullakin tukiasemalla ennalta määrätyllä kantoaallolla, ns. BCCH-kantoaallolla, jota mittaamalla liikkuva radioasema määrittää tukiaseman vaihdon eli handover'in tarpeen ennalta määrättyjen kriteerien ja 15 handover-algoritmien mukaisesti. BCCH/CCCH toistuu joka kymmenennessä TDMA-kehyksessä synkronointikanava SCH (synkronointipurske), jollainen on kuvattu kuviossa 4E. Synkronointipulssi sisältää keskellä olevan synkronoitu-missekvenssin sekä sen molemmin puolin olevat databitit. 20 Synkronoitumispurskeen alussa ja lopussa on kolme häntä-bittiä. Lisäksi purskeen lopussa on tietty suoja-aika ennen seuraavan aikavälin alkua. Liikkuva radioasema dekoo-daa vastaanotetun synkronoitumispurskeen ja ajastaa TDMA-kehyslaskurinsa, aikavälilaskurinsa, bittilaskurinsa ja 25 neljännesbittilaskurinsa. Lisäksi tukiasema lähettää kuvion 5 ohjauskanavilla CCCH ajastuksensäätötietoa ns. saan-ninkuittaussanomassa (ACCESS Grant -sanoma).

Mahdollisimman nopean ja huomaamattoman tukiaseman vaihdon kannalta on edullista, että tukiasema, jolta liik-30 kuva radioasema poistuu, ja tukiasema, jolle liikkuva radioasema tulee, ovat mahdollisimman hyvin toisiinsa synkronoituja. Tämä merkitsee sitä, että tukiasemien pääkello-jen ja kehyskellojen/kehyslaskurien tulisi olla mahdollisimman hyvin toisiinsa synkronoituja ja samassa vaiheessa. 35 Vaikka tukiasemien kelloyksiköt 9 ovat yleensä tahdistettu 6 97181 siirtoyhteydeltä 11 saatavaan PCM-kelloon, eri tukiasemien pääkellot ja kehyskellot voivat hitaasti liukua eri suuntiin.

Tätä varten kuviossa 1 keksinnön mukainen tukiasema 5 on varustettu erityisellä testilaitteistolla 1, joka on sijoitettu tukiaseman paikalle sillä tavalla, että se voi kuunnella naapuritukiasemien lähettimiä ja tarvittaessa tehdä testipuhelun naapuritukiaseman kautta. Testilait-teisto 1 käsittä antennin ANT3, lähetinvastaanotinlait-10 teiston 2 sekä liitännän 3, jonka kautta testilaitteisto 1 voi väylän 10 kautta kommunikoida tukiaseman kelloyksikön 9 sekä käyttö- ja ylläpitoyksikön 8 kanssa. Testilaitteen perustehtävänä on tarkkailla naapuritukiaseman lähetystä ja erottaa vastaanotetusta TDMA-signaalista haluttuja tu-15 kiasematietoja ja taajuuskorjaus-, kehyssynkronointi- ja aikasynkronointi-informaatiota sisältävät kehykset ja välittää kyseinen informaatio tukiaseman pääkelloyksikölle tukiaseman kehys- ja/tai aikasynkronoimiseksi naapuritukiasemaan. Koska testilaitteisto 1 vastaanottaa signaloin-20 tia ja käyttää informaatiota, joka on tarkoitettu liikkuvalle radioasemalle, kuten matkapuhelimelle, testilait-teiston 1 lähetinvastaanotinosa 2 voidaan yksinkertaisimmillaan toteuttaa tavanomaisella tilaajalaitteistolla, jonka toiminnallinen lohkokaavio on esitetty kuviossa 2. 25 Tilaajalaitteen radio-osat käsittävät antennin 3, duplex-suodattimen 28, vastaanottimen 21, lähettimen 29 ja syn-tesoijan 27. Vastaanottosuunnassa vastaanottimen 21 kanssa on sarjassa A/D-muunnin 22, ilmaisin 23, lomituksen purku 24, kanavadekooderi 25 ja puhedekooderi 26 sekä kaiutin. 30 Lähetyssuunnassa on lähettimen 29 edessä sarjaan kytkettynä modulaattori 30, TDMA-purskeenmuodostus 31, lomitus 32, kanavakooderi 33 ja puhekooderi 34 sekä mikrofoni. Kaikkia edellä mainittuja lohkoja ohjaa ajoitus- ja ohjausyksikkö 35, joka myös erottaa vastaanotetusta signaalista keksin-35 nössä käytettävän synkronointi-informaation. Puhekooderi 1 7 97181 34, mikrofoni, puhedekooderi 26 ja kaiutin ovat luonnollisesti keksinnön yhteydessä tarpeettomia. Ainoa tarvittava muutos on liitäntä 3, jonka kautta yksikkö 35 voi kommunikoida tukiaseman yksiköiden 8 ja 9 kanssa sekä tämän kom-5 munikoinnin tarvitsema ohjelmisto. Synkronoitumisessa käytetään hyväksi testilaitteen ns. timing advance -ominaisuutta, jolla säädellään testilaitteen lähetyksen ajoitusta riippuen siitä mikä on testilaitteen välimatka tukiasemaan.

10 Tukiaseman käyttö- ja ylläpitoyksikkö 8 voi väylän 10 kautta määritellä testilaitteelle 1 erilaisia naapuri-solumääritelmiä, jolloin testilaite voi kuunnella useiden eri naapuritukiasemien BCCH-kantoaaltoja. Tällöin joko kelloyksikkö 9 tai testilaitteen 1 ohjausyksikkö 35 voi 15 laskea eri naapuritukiasemilta vastaanotetuista signaaleista erotetun synkronointi-informaation keskiarvot tukiaseman synkronoimiseksi keskimäärin mahdollisimman hyvin useisiin naapuritukiasemiin. Kuviossa 3 on havainnollistettu osaa eräästä solukkoradioverkosta, jossa käytetään 20 keksinnön mukaisia tukiasemia. Matkapuhelinkeskukseen MSC on kytketty tähtimäisesti kaksi tukiasemaohjainta BSC1 ja BSC2, joihin on edelleen BCM-linkeillä 11 kytketty tähtimäisesti tukiasemat BTS1, BTS2, BTS3 ja BTS4 keksinnön mukaisine testilaitteineen. BTS1 on valittu MASTER-tuki-25 asemaksi, johon muut tukiasemat pyritään synkronoimaan.

Tukiaseman BTS2 testilaite 1 tarkkailee tukiaseman BTS1 lähetystä ja siitä saadun ajastustiedon ja kehysnumerotie-don perusteella synkronoi tukiaseman BTS2. Vastaavasti tukiaseman BTS3 testilaite 1 synkronoi tukiaseman BTS3 30 tukiasemalta BTS2 radioteitse vastaanotetun synkronointi-; informaation perusteella. Samoin edelleen tukiasema BTS4 synkronoituu tukiasemaan BTS3 sen lähettämän informaation perusteella. Näin on aikaansaatu tukiasemajärjestelmä, jossa naapuritukiasema voidaan helposti ja tarkasti synk-35 ronoida toisiinsa ja tätä kautta saavuttaa nopeampi ja huomaamattomampi handover.

8 97181

Kuviot ja siihen liittyvä selitys on tarkoitettu vain havainnollistamaan esillä olevaa keksintöä. Yksityiskohdiltaan keksinnön mukainen tukiasema voi vaihdella oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

t f

II

Claims (6)

9 97181

1. TDMA-tyyppisen solukkoradioverkon tukiasema, joka käsittää 5 kellovälineet (9) lähetyskellon ja TDMA-kehyskellon synnyttämiseksi, radiolähetinvastaanotinvälineet (4,5,6) radiotaajuisen TDMA-signaalin lähettämiseksi lähetys- ja kehyskel-lon tahdissa ainakin yhdellä nimetyllä kantoaaltotaajuu-10 della, joka TDMA-signaali muodostuu peräkkäisistä TDMA- kehyksistä, jotka sisältävät liikenne- ja ohjauskanavina käytettäviä aikavälejä, jolloin TDMA-signaalissa lähetetään ennalta määrätyissä kehyksissä ohjauskanava-aikaväleissä kehyssynkronointi-informaatio, tukiasemainformaatio 15 ja/tai aikasynkronointi-informaatio tilaajaradioasemien synkronoimiseksi tukiasemaan, tunnettu siitä, että tukiasema lisäksi käsittää ylimääräisen radiovas-taanotinlaitteiston (1) ainakin yhden ennalta määrätyn naapuritukiaseman radiotaajuisen TDMA-signaalin vastaan-20 ottamiseksi sekä kehyssynkronointi-informaation ja/tai aikasynkronointi-informaation erottamiseksi vastaanotetusta signaalista, ja että mainitut kellovälineet (9) ovat vasteelliset mainitulle erotetulle kehys- ja/tai aikasyn-kronisointi-informaatiolle tukiaseman kehys- ja/tai aika-25 synkronoimiseksi yhteen tai useampaan naapuritukiasemaan.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tukiasema, tunnettu siitä, että ylimääräinen vastaanotinlaitteisto (1) vastaanottaa naapuritukiaseman tai useiden naapuriase-mien TDMA-signaalin, ja että mainitut kellovälineet (9) 30 ovat vasteelliset eri vastaanotetuista signaaleista ero tettujen kehys- ja aikasynkronointi-informaatioiden keskiarvoille tukiaseman synkronoimiseksi mahdollisimman hyvin useisiin naapuritukiasemiin.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen tukiasema, 35 tunnettu siitä, että kehyssynkronointi-informaatio 10 97181 on kehysnumero.

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen tukiasema, tunnettu siitä, että ylimääräinen vastaanotin-laitteisto (1) erottaa naapuritukiaseman tukiasemainfor- 5 maation ja kehyssynkronointi-informaation synkronointi-purskeesta, jonka naapuritukiasema lähettää kaikille tilaa jaradioasemille yleislähetysohjauskanavalla (BCCH).

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen tukiasema, tunnettu siitä, että ylimääräinen vas- 10 taanotinlaitteisto (1) erottaa naapuritukiaseman aikasyn-kronointi-informaation hajasaanninkuittaussanomasta (AGCH), jonka naapuritukiasema lähettää yhteisohjaus-kanavalla (CCCH).

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen 15 tukiasema, tunnettu siitä, että ylimääräiseen vas- taanotinlaitteistoon (1) liittyy lähetinlaitteisto, ja että yhdistetty lähetinvastaanotinlaitteisto (2) kykenee simuloimaan tilaajaradioasemaa ja muodostamaan koepuhelun naapuritukiasemaan. II 97181 11