FI97502B - Menetelmä yhteyden laadun parantamiseksi solukkoradiojärjestelmässä ja tukiasema - Google Patents

Description

97502

Menetelmä yhteyden laadun parantamiseksi solukkoradiojär-jestelmässä ja tukiasema

Keksinnön kohteena on menetelmä yhteyden laadun pa-5 rantamiseksi solukkoradiojärjestelmässä, joka järjestelmä käsittää kussakin solussa ainakin yhden tukiaseman, joka on yhteydessä alueellaan oleviin tilaajapäätelaitteisiin, ja joka tukiasema lähettää ainakin yhtä kantoaaltotaajuutta käyttäen, ja jossa järjestelmässä kullakin taajuudella 10 lähetettävä signaali on aikajakoisesti jaettu useasta aikavälistä koostuvaan kehykseen, ja jotka tukiasemat lähettävät tilaajapäätelaitteille itseään koskevaa informaatiota .

Solukkoradiojärjestelmissä käyttäjän puhe- tai data-15 informaatio tukiaseman ja tilaajapäätelaitteen välillä välitetään liikennekanavaa käyttäen. Tämän lisäksi päätelaitteen ja tukiaseman välillä tarvitaan myös lukuisia ohjausviestejä ja järjestelmäinformaatiota. Tämän tyyppisen informaation välittämiseen tarvitaan omat ohjauskana-20 vat. Esimerkiksi GSM-järjestelmässä käytetään BCCH-kanavaa yhteydenmuodostusinformaation lähettämiseen tukiasemalta päätelaitteille.

Solukkoradiojärjestelmissä tukiaseman ja tilaajapäätelaitteen välisen radiokanavan laatu vaihtelee paikan ja 25 ajan funktiona. Tukiasema-antennin synnyttämä kenttä ei ole homogeenisesti etäisyyden mukaan vaimeneva, vaan kentän voimakkuus vaihtelee paikasta riippuen vaikka etäisyys antennista pysyisi samana. Nämä vaihtelut johtuvat siitä, että lähetys- ja vastaanotinantenni eivät useinkaan ole 30 näköyhteydessä keskenään, vaan näkösuoralla on maaston tai rakennusten aiheuttamia esteitä. Ympäristö aiheuttaa siis häipymiä ja heijastuksia lähetettyyn signaaliin ja tilaa-japäätelaitteessa vastaanotettu signaali on usein summa useaa eri reittiä edenneestä signaalikomponentista. Pai-35 kalliset vaihtelut signaalivoimakkuudessa saattavat olla 2 97502 hyvinkin suuria.

Paikalliset häipymät kentänvoimakkuudessa aiheuttavat nykyisissä solukkoradiojärjestelmissä puheluiden katkeamisia yhteyden laadun äkillisesti heiketessä sekä epä-5 onnistuneita yhteydenmuodostusyrityksiä, joita saattaa olla 5 - 10% kaikista tapauksista.

Solukkoradiojärjestelmien verkkosuunnittelussa täytyy kentänvoimakkuuden paikalliset vaihtelut ottaa huomioon, jotta puheluiden katkeamiset ja yhteydenmuodostus-10 ongelmat voitaisiin minimoida. Nykyisen tekniikan tason mukainen ratkaisu on lisätä solun lähetystehoa, mikäli solu sisältää häipymäalueita, tai lisätä lähettimien määrää ongelmallisille alueille. Useimmiten suurennetaan solun lähetystehoa yli normaalialueilla tarvittavan tehon, 15 jotta häipymäalueille saataisiin tyydyttävä kentänvoimak kuus. Tämä kuitenkin johtaa siihen, että hyvillä alueilla kenttä on tarpeettomankin voimakas ja taajuuksien uudelleenkäyttö hankaloituu, josta seuraa, että järjestelmän kokonaiskapasiteetti heikkenee.

20 Eräs menetelmä häipymien välttämiseksi on käyttää järjestelmässä taajuushyppelyä, jolloin eri aikavälit lähetetään eri taajuuksilla ennalta määrätyn sekvenssin mukaisesti. Taajuushyppely on kuitenkin kallista toteuttaa, ja lisäksi sitä ei kuitenkaan voi aina käyttää, kuten esi-25 merkiksi GSM-järjestelmässä sillä taajuudella, jolla lähetetään BCCH-informaatiota.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena onkin mahdollistaa parempi yhteyden laatu häipymisalueilla ilman yllä mainittuja haittavaikutuksia ja suuria kustannuksia.

30 Tämä saavutetaan johdannossa esitetyn tyyppisellä menetelmällä, jolle on tunnusomaista, että antennia, jonka kautta tukiaseman päätelaitteille tarkoitettua signaalia lähetetään, vaihdellaan aikajakoisesti siten, että peräkkäiset kehykset lähetetään eri antennin kautta, ja että 35 kullakin ajan hetkellä käytettävä antenni valitaan satun- 3 97502 naisesti.

Keksinnön kohteena on lisäksi tukiasema, tarkoitettu käytettäväksi solukkoradiojärjestelmässä, joka järjestelmä käsittää kussakin solussa ainakin yhden tukiaseman, joka 5 on yhteydessä alueellaan oleviin tilaajapäätelaitteisiin, joka tukiasema lähettää ainakin yhtä kantoaaltotaajuutta käyttäen, ja jossa järjestelmässä kullakin taajuudella lähetettävä signaali on aikajakoisesti jaettu useasta aikavälistä koostuvaan kehykseen, ja joka tukiasema lähettää 10 tilaajapäätelaitteille itseään koskevaa informaatiota.

Keksinnön mukaiselle tukiasemalle on tunnusomaista, että tukiasemassa on välineet satunnaisesti valita antenni, jonka kautta tukiaseman päätelaitteille tarkoitettua signaalia lähetetään, aikajakoisesti siten, että yhden anten-15 nin kautta kerrallaan lähetetään yksi kehys, jonka jälkeen käytettävää antennia vaihdetaan.

Keksinnön mukainen menetelmä perustuu siihen, että eri paikoissa sijaitsevista antennista aiheutuu erilainen kenttä, eli kentänvoimakkuuden minimit eivät tule samoihin 20 paikkoihin, koska eri paikoissa sijaitsevista antenneista lähtevät signaalit eivät kulje samaa reittiä. Perinteisestä antennidiversiteetistä eli antennitoisteesta keksinnön mukainen menetelmä poikkeaa siinä, että kunakin ajan hetkenä signaalia lähetetään vain yhdestä antennista kerrallaan.

25 Kulloinkin käytettävää antennia vaihdetaan ennalta määrättyinä ajan hetkinä. Keksinnön edullisen toteutusmuodon mukaisesti kustakin antennista lähetetään yksi kokonainen kehys, jonka jälkeen antennia vaihdetaan. Erityisen edullisesti keksintöä voidaan soveltaa GSM-järjestelmässä sillä 30 taajuudella, jolla BCCH-signaalia lähetetään. Keksinnön toisen toteutusmuodon mukaisesti antenni vaihtuu jokaisen aikavälin kohdalla.

Seuraavassa keksintöä selitetään tarkemmin viitaten oheisten piirustusten mukaisiin esimerkkeihin, joissa 35 kuvio 1 esittää solukkoradiojärjestelmää, jossa kek- 4 97502 sinnön raukaista menetelmää voidaan soveltaa, kuvio 2 havainnollistaa GSM-järjestelmän TDMA-kehyk-sen rakennetta, kuvio 3 havainnollistaa keksinnön mukaisen tukiaseman 5 rakennetta lohkokaavion avulla.

Kuviossa 1 havainnollistetaan solukkoradiojärjestel-mää, jossa keksinnön mukaista menetelmää voidaan soveltaa. Solukkoradiojärjestelmässä on kussakin solussa ainakin yksi tukiasema BS, joka on yhteydessä alueellaan oleviin tilaa-10 japäätelaitteisiin MS. Puhe- ja dataliikenne hoidetaan liikennekanavaa käyttäen ja ohjausviestien välittämiseen käytetään ohjauskanavia. Keksinnön mukaista menetelmää voidaan soveltaa missä tahansa aikajakoista TDMA-monikäyt-tömenetelmää hyödyntävässä solukkoradiojärjestelmässä. Seu-15 raavassa keksintöä selostetaan sovellettaessa sitä GSM- järjestelmässä siihen kuitenkaan rajoittumatta.

GSM-järjestelmässä TDMA-kehys käsittää kahdeksan aikaväliä. Kehyksen rakennetta havainnollistaa kuvio 2. Kehyksen aikavälit on numeroitu 1-7. Yhdessä solussa 20 saattaa olla käytössä useita kantoaaltotaajuuksia. GSM-solussa on aina yksi kantoaaltotaajuus, joka TDMA-kehyksen ensimmäistä aikaväliä, jota merkitään numerolla 0, käytetään yhteydenmuodostusinformaation, eli BCCH-kanavan, välittämiseen tukiasemalta tilaajapäätelaitteille. Samaa 25 aikaväliä tukiasema käyttää myös päätelaitteen lähettämän • yhteydenmuodostussignaalin kuittaukseen. Vapaassa (idle) tilassa ollessaan päätelaitteet kuuntelevat BCCH-kanavaa. Niiden tulee tietää aina se taajuus, jolla BCCH-signaalia lähetetään. Niinpä BCCH-kantoaaltotaajuudella ei ole taa-30 j uushyppelyä.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä käytetään kahta tai useampaa antennia, jotka on kytketty tukiaseman lähettimeen. Lähetettävä signaali lähetetään yhden antennin kautta kerrallaan, mutta käytettävää antennia vaihdellaan joko 35 satunnaisesti tai ennalta määrätyn sekvenssin mukaisesti.

5 97502 Täten päätelaitteen vastaanottaman signaalin kentänvoimakkuus vaihtelee lähetysantennin vaihtelun mukaisesti ja todennäköisyys, että päätelaite on jatkuvasti häipymätilan-teessa, pienenee merkittävästi. Tämä perustuu siihen, että 5 koska eri paikoissa sijaitsevista antennneista lähetettävät signaalit tulevat eri reittejä päätelaitteelle, ne vaimenevat eri tavoin. Mikäli jonkin antennin kautta tuleva signaali on häipynyt, toisten antennien kautta lähetettävät signaalit todennäköisesti eivät ole häipyneet. Solukkora-10 diojärjestelmissä käytettävät virheenkorjausmenetelmät, lomitus sekä koodaus pystyvät korjaamaan mahdollisesti puuttuvat tai heikkotasoiset kehykset vastaanotetusta signaalista, mikäli niitä ei tule useita peräkkäin.

Keksinnön edullisessa toteutusmuodossa menetelmää 15 sovelletaan sillä kantoaaltotaajuudella, jolla lähetetään BCCH-signaalia ensimmäisessä aikavälissä. Menetelmän mukaisesti tukiasema lähettää yhden kehyksen samaa antennia käyttäen, jonka jälkeen lähetysantennia vaihdetaan jälleen seuraavan kehyksen ajaksi. Täten yhteydenmuodostussignaali-20 en onnistunut vastaanotto paranee. Bittivirheissä mitattuna päätelaitteen vastaanottaman signaalin laatu paranee 3 dBc käytettäessä kahta antennia ja 5 dBc kolmea antennia käytettäessä tyypillisessä kaupunkiympäristössä hitaasti liikkuvassa päätelaitteessa.

25 Keksinnön mukaisen menetelmän toisessa toteutusmuo- . dossa antennia vaihdetaan aikavälikohtaisesti, eli jokaisen aikavälin kohdalla antennia vaihdetaan joko satunnaisesti tai jonkin sekvenssin mukaisesti siten, että peräkkäisissä kehyksissä samat aikavälit lähetetään eri antennien kautta.

30 Tässä tapauksessa, jossa antennien vaihto tapahtuu siis yhteyskohtaisesti, lähetysantennin valinnassa voidaan hyödyntää tilaajapäätelaitteen ja tukiaseman välisen yhteyden laadun mittausta joko tukiasemassa tai päätelaitteessa. Tukiasema, joka vastaanottaa signaalia tilaajapäätelait-35 teelta useammalla antennilla, voi mitata kullakin antennil- « 6 97502 la vastaanotetun signaalin laadun, ja valita lähetysanten-nin tämän tiedon perusteella.

Keksinnön mukaisen menetelmän toisessa toteutusmuodossa hyödynnetään tilaajapäätelaitteen tekemää laadun 5 mittausta. Päätelaite raportoi jatkuvasti tiedon yhteyden laadusta tukiasemalle, ja tukiasema voi käyttää sitä antennia, jolla yhteyden laatu on parempi. Käytännössä tämä voidaan toteuttaa esimerkiksi kahden antennin tapauksessa siten, että tukiasema lähettää kolmen peräkkäisen aikavälin 10 verran ensimmäisellä antennilla, ja kolmen aikavälin verran toisella antennilla, ja vastaanottaa päätelaitteen raportoimat yhteydenlaatumittaukset. Näistä tiedoista tukiasema näkee, kumpi antenni antaa paremman yhteyden, ja painottaa sitä antennia jatkossa lähettämällä esimerkiksi neljä pe-15 rättäistä aikaväliä paremmalla ja kaksi aikaväliä huonommalla antennilla, kunnes mittaustulokset osoittavat, että antennien painotusta tulee muuttaa. Tällä tavoin yhteyskoh-taisesti käytettynä kullakin liikennekanavalla saatava hyöty yhteyden laadussa on luokkaa 4-6 dBc.

20 Keksinnön mukaisen tukiaseman rakennetta havainnol listetaan lohkokaavion avulla kuviossa 3. Keksinnön mukainen tukiasema käsittää välineet 30 kantataajuisen signaalin kehittämiseksi, joiden ulostulosignaali viedään modulointi-välineille 31, josta kantoaaltotaajuinen signaali viedään 25 päätevahvistimelle 32. Keksinnön mukainen tukiasema käsit- < • tää edelleen välineet 33, joilla voidaan valita kunakin ajan hetkenä käytettävä antenni käytettävissä olevien antennien 34a-34c joukosta. Keksinnön mukainen tukiasema käsittää useamman kuin yhden antennin. Antennien lukumäärää 30 ei ole rajoitettu, mitä useampaa antennia käytetään sitä parempi suorituskyky saavutetaan. Tukiasemassa on myös välineet 35, joilla yllä mainittuja komponentteja ohjataan. Välineet 35 ohjaavat myös kytkinvälineitä 33 siten, että kunakin ajan hetkenä haluttu antenni lähettää. Kytkinväli-35 neet 33 ovat synkronisoidut lähetettävän signaalin kehysra- « 97502 7 kenteeseen. Kytkinvälineet 33 voivat sijaita myös ennen päätevahvistinta 32. Keksinnön mukaisessa tukiasemassa voi myös olla useammat kuin yhdet kantataajuus- ja modulointi-välineet, joiden signaalit yhdistetään ennen päätevahvis-5 tinta 32.

Toteutettava tukiasema sisältää luonnollisesti myös muita komponentteja, kuten suodattimia ja muuntimia, mutta koska ne eivät ole keksinnön kannalta oleellisia, niitä ei yksinkertaisuuden vuoksi ole kuviossa esitetty.

10 Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten oheis ten piirustusten mukaisiin esimerkkeihin, on selvää, ettei keksintö ole rajoittunut niihin, vaan sitä voidaan muunnella monin tavoin oheisten patenttivaatimusten esittämän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

*

Claims (3)

8 97502

1. Menetelmä yhteyden laadun parantamiseksi solukko-radiojärjestelmässä, joka järjestelmä käsittää kussakin 5 solussa ainakin yhden tukiaseman (BS), joka on yhteydessä alueellaan oleviin tilaajapäätelaitteisiin (MS), ja joka tukiasema lähettää ainakin yhtä kantoaaltotaajuutta käyttäen, ja jossa järjestelmässä kullakin taajuudella lähetettävä signaali on aikajakoisesti jaettu useasta aikaväli) lista koostuvaan kehykseen, ja jotka tukiasemat lähettävät tilaajapäätelaitteille itseään koskevaa informaatiota, tunnettu siitä, että antennia, jonka kautta tukiaseman päätelaitteille tarkoitettua signaalia lähetetään, vaihdellaan aikajakoisesti siten, että peräkkäiset 15 kehykset lähetetään eri antennin kautta, ja että kullakin ajan hetkellä käytettävä antenni valitaan satunnaisesti.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytettävää antennia vaihdellaan sillä taajuudella, jolla tukiasema (BS) lähettää itseään 20 koskevaa informaatiota tilaajapäätelaitteille (MS).

3. Tukiasema, tarkoitettu käytettäväksi solukkora-diojärjestelmässä, joka järjestelmä käsittää kussakin solussa ainakin yhden tukiaseman (BS), joka on yhteydessä alueellaan oleviin tilaajapäätelaitteisiin (MS), joka tu- 25 kiasema lähettää ainakin yhtä kantoaaltotaajuutta käyttäen, ja jossa järjestelmässä kullakin taajuudella lähetettävä signaali on aikajakoisesti jaettu useasta aikavälistä koostuvaan kehykseen, ja joka tukiasema lähettää tilaajapäätelaitteille itseään koskevaa informaatiota, 30 tunnettu siitä, että tukiasemassa on välineet (33,35) satunnaisesti valita antenni, jonka kautta tukiaseman päätelaitteille tarkoitettua signaalia lähetetään, aikajakoisesti siten, että yhden antennin kautta kerrallaan lähetetään yksi kehys, jonka jälkeen käytettävää antennia vaihdetaan. 97502 9