FI97933C - Menetelmä yhteydenmuodostamisen helpottamiseksi solukkoradioverkossa sekä tukiasema - Google Patents

Description

97933

Menetelmä yhteydenmuodostamisen helpottamiseksi solukkoradioverkossa sekä tukiasema

Keksinnön kohteena on menetelmä yhteydenmuodostami-5 sen helpottamiseksi digitaalisessa solukkoradioverkossa, jossa kussakin solussa on ainakin yksi tukiasema, joka palvelee alueellaan olevia tilaajapäätelaitteita, ja jossa tukiasema lähettää useampaa kuin yhtä kantoaaltotaajuutta käyttäen, ja jossa kullakin taajuudella lähetettävä sig-10 naali on aikajakoisesti jaettu useasta aikavälistä koostuviin kehyksiin, ja jotka tukiasemat lähettävät yhteydenmuodostusta varten päätelaitteille itseään koskevaa informaatiota kehysrakenteesta ennalta tunnetulla paikalla.

Solukkoradioverkon tilaajapäätelaitteet tarvitsevat 15 toimiakseen runsaasti tietoa tukiasemasta, jonka alueella ne ovat. Voidakseen kommunikoida tukiaseman kanssa päätelaitteiden tulee ensiksikin olla synkronisoituneita tukiaseman lähetykseen. Tämän lisäksi ne tarvitsevat tietoa esimerkiksi siitä verkosta, johon lähettävä tukiasema 20 kuuluu, tukiasemalla käytettävistä taajuuksista, sekä liikenne- ja ohjauskanavista, jotta päätelaitteet voisivat lähettää yhteydenmuodostusviestin.

Nykyisissä digitaalisissa solukkoradioj ärj estelmissä tukiasemat lähettävät ylläolevan kaltaista informaatiota 25 säännöllisesti jokaisessa solussa. Tunnetuissa ratkaisuis sa, kuten esimerkiksi eurooppalaisessa digitaalisessa solukkoradioverkossa GSM:ssä, tukiasema lähettää yhdellä taajuudella kehysrakenteen ensimmäisessä aikavälissä yhteydenmuodostuksessa tarvittavaa informaatiota, jota kut-30 sutaan BCCH-ohjauskanavaksi (Broadcast Control Channel).

Idle-tilassa ollessaan (kytkeytyneenä verkkoon, mutta ei puhelussa) tilaajapäätelaitteet haravoivat taajuuksia, ja etsivät eri tukiasemien lähettämiä BCCH-kanavia, jotta tarvittaessa voisivat lähettää vastaavan kanavan vastak-35 kaisella siirtosuunnalla yhteydenmuodostusviestin tu- 2 97933 kiasemalle.

Tunnetun tekniikan mukaisessa ratkaisussa, jossa tukiasema lähettää yhteydenmuodostusinformaatiota yhdellä taajuudella, on haittapuolena se, että kyseinen signaali 5 saattaa esimerkiksi radiotien etenemisolosuhteiden vuoksi vaimentua liikaa, jotta päätelaite voisi jokaisena ajan hetkenä sitä vastaanottaa. Nykyisissä järjestelmissä päätelaite voi joutua etsimään ja odottamaan yhteydenmuodostusinformaatiota suhteellisesti pitkänkin aikaa, varsinkin 10 jos häipymä on pitkäaikainen. Tällainen tilanne voi esiintyä varsinkin, jos päätelaite on paikallaan, jolloin muutokset radiokanavan etenemisolosuhteissa ovat hitaita ja signaalihäipymät voivat kestää jopa normaalin puhelun kestoajan yli.

15 Jos päätelaite ei vastaanota omalta tukiasemaltaan yhteydenmuodostusinformaatiota, se saattaa etsiä naapuri-tukiaseman vastaavaa lähetystä, jonne muodostuva yhteys on laadultaan luonnollisesti heikompi pitemmän matkan takia, jos solukoot ovat suuria, kuten harvaan asutuilla alueilla 20 useasti on laita.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena onkin parantaa yhteydenmuodostuksen nopeutta ja laatua digitaalisessa solukkoradioverkossa ja poistaa yllä esitetyt ongelmat.

Tämä saavutetaan johdannossa esitetyn tyyppisellä 25 menetelmällä, jolle on tunnusomaista, että tukiasemaa koskevaa yhteydenmuodostusinformaatiota lähetetään kaikilla niillä solussa käytössä olevilla taajuuksilla, joilla mainittua ennalta tunnettua paikkaa ei käytetä muuhun lähetykseen.

30 Keksinnön kohteena on lisäksi tukiasema digitaali sessa solukkoradioverkossa, jonka verkon kussakin solussa on ainakin yksi tukiasema, joka palvelee alueellaan olevia tilaajapäätelaitteita, ja jossa tukiasemassa on välineet lähettää useampaa kuin yhtä kantoaaltotaajuutta käyttäen, 35 ja välineet jakaa kullakin taajuudella lähetettävä signaa- li 3 97933 li aikajakoisesti useasta aikavälistä koostuviin kehyksiin, ja välineet lähettää yhteydenmuodostusta varten päätelaitteille itseään koskevaa informaatiota kehysrakenteesta ennalta tunnetulla paikalla. Keksinnön 5 mukaiselle tukiasemalle on tunnusomaista, että tukiasemassa on välineet lähettää yhteydenmuodostusinformaatiota kaikilla niillä solussa käytössä olevilla taajuuksilla, joilla mainittua ennalta tunnettua paikkaa ei käytetä muuhun lähetykseen.

10 Keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan siis parantaa tilaajapäätelaitteiden yhteydenmuodostusta solukkoradioverkossa. Erityisen hyvin menetelmä soveltuu käytettäväksi järjestelmissä, joissa radioverkolla korvataan kiinteän puhelinverkon viimeinen yhdysjohto tilaajalle, 15 eli ns. WLL (Wireless Local Loop)-sovelluksissa. Näissä sovelluksissa' päätelaitteet ovat kiinteästi paikoillaan käyttäjien luona korvaten tavallisen puhelinkoneen. Tällaisissa sovelluksissa solukoot voivat olla suuria, ja päätelaitteiden antennit saattavat jopa olla omaa tu-20 kiasemaa kohden suunnattuja antenneja. Tällöin, mikäli oman tukiaseman se taajuus, jolla BCCH-signaalia lähetetään häipyy, päätelaite joutuu odottamaan kunnes häipymä lakkaa, koska yhteyttä toisiin tukiasemiin ei käytännössä ole. Keksinnön mukaisessa ratkaisussa käytetään taajuusdi-25 versiteettiä hyväksi lähettämällä BCCH kaikilla solussa käytössä olevilla taajuuksilla. Koska häipyminen on taa-juusriippuvaista, on todennäköistä etteivät kaikki taajuudet häivy yhtäaikaa ja yhteydenmuodostusinformaatiota on lähes jatkuvasti päätelaitteen saatavilla.

30 Seuraavassa keksintöä selitetään tarkemmin viitaten oheisten piirustusten mukaisiin esimerkkeihin, joissa kuvio 1 esittää solukkoverkkoa, jossa keksinnön mukaista menetelmää voidaan soveltaa, kuvio 2 havainnollistaa tukiaseman lähettämien 35 taajuuksien kehysrakennetta, 4 97933 kuviot 3a-3c havainnollistavat yhteydenmuodostusta-pahtumaa kehysrakennetasolla ja kuvio 4 havainnollistaa keksinnön mukaisen tukiaseman rakennetta.

5 Keksintöä voidaan soveltaa missä tahansa digitaali sessa solukkoradiojärjestelmässä, jossa käytetään alkajako! s ta kehysrakennetta. Seuraavassa keksintöä selostetaan tarkemmin sovellettaessa sitä eurooppalaisessa solukkoradiojär jestelmässä GSMissä, siihen kuitenkaan rajoittu-10 matta.

Kuviossa 1 havainnollistetaan solukkoradiojärjestel-mää, jossa keksinnön mukaista menetelmää voidaan soveltaa. Tukiasema BTS palvelee alueellaan olevia tilaajapäätelait-teita MS siten, että käytössä on useampi kuin yksi taajuus 15 riippuen solun koosta ja tilaajapäätelaitteiden lukumäärästä. Tilaaj-apäätelaitteet MS voivat olla tavanomaisia matkapuhelimia tai datapäätelaitteita. Mikäli kyseessä on WLL-sovellutus tilaajapäätelaitteet ovat kiinteästi asennettuja rakennusten sisällä siten, että päätelaitteen 20 antenni mahdollisesti on rakennuksen ulkopuolella. Myös tällaisessa sovelluksessa osa päätelaitteista voi olla liikkuvia asemia.

Oletetaan esimerkin vuoksi, että kyseisessä solussa on tukiaseman käytössä neljä taajuutta fl - f4, joilla se 25 voi kommunikoida päätelaitteiden kanssa. Kullakin taajuudella on GSM:n määritysten mukaisesti lähetys jaettu aikatasossa kehysrakenteeseen, jossa kussakin kehyksessä on kahdeksan aikaväliä. Siirtosuuntaa tukiasemalta päätelaitteelle kutsutaan jatkossa downlink-suunnaksi. Jokaista 30 downlink-taajuutta fl - f4 kohden on luonnollisesti vastaava uplink-taajuus f 1' - f4’, eli taajuus siirtosuuntaan päätelaitteelta tukiasemalle, jolla on vastaava kehysrakenne kuin downlink-suunnassa.

Perinteisessä GSM-järjestelmässä BCCH-informaatiota 35 lähetetään kehysrakenteen ensimmäisessä aikavälissä syk- 5 97933 lisesti siten, että 4 kehystä 52:sta peräkkäisestä kehyksestä sisältää BCCH-informaatiota. Muissa kehyksissä vastaavalla paikalla lähetetään muuta ohjausinformaatiota kuten esimerkiksi yhteydenmuodostusviestin kuittausvieste-5 jä eli AGCH(Access Grant Channel), ns. paging-informaatiota PCH(Paging Channel) sekä synkronointikanavaa SCH(Synchronisation Channel) ja taajuuskorjauskanavaa eli FCCH(Frequency Correction Channel). GSM-järjestelmän kehysrakennetta on tarkemmin kuvattu esimerkiksi kirjassa 10 M.Mouly, M.Pautet: The GSM System for Mobile Communications, tekijäin kustantama 1992, joka otetaan viitteeksi.

Kuviossa 2 havainnollistetaan tukiaseman BTS lähetystä downlink-suunnan taajuuksilla fl-f4. Kuviossa on esitetty kunkin taajuuden kehysrakenne. Ensimmäisellä 15 taajuudella, jota on merkitty fl, lähetetään ensimmäisessä aikavälissä yhteydenmuodostusinformaatiota BCCH sekä muuta ohjausinformaatiota. Ne aikavälit, joilla on liikennettä, on merkitty kirjaimilla TCH. Keksinnön mukaisessa menetelmässä BCCH-informaatiota lähetetään siis kaikilla solussa 20 käytössä olevilla downlink-suunnan taajuuksilla vastaavissa kehysrakenteen paikoissa, kuin mitä taajuudella fl. Mikäli yhteyksien hetkellisen määrän kasvaessa suureksi jollain taajuudella, kaikki aikavälit tarvitaan välittämään liikennettä päätelaitteille ja tällöin kyseisellä 25 taajuudella ei siis lähetetä yhteydenmuodostusinformaatiota, kunnes aikaväli vapautuu taas tähän tarkoitukseen. Solussa on kuitenkin joka hetki vähintään yksi taajuus, jolla lähetetään BCCH-signaalia, mutta tämä taajuus voi ajoittain vaihtua.

30 Kuviossa 2 havainnollistetaan tällaista tilannetta.

Taajuudella fl lähetetään aina BCCH-signaalia 4:ssä kehyksessä 52 peräkkäisestä kehyksestä sekä syklisesti myös muuta ohjausinformaatiota. Tukiaseman käytössä olevista taajuuksista kuvion 2 mukaisessa hetkellisessä tilanteessa 35 taajuuksilla f2 ja f4 lähetetään myös BCCH-informaatiota 6 97933 vastaavilla kehysrakenteen paikoilla kuin mitä taajuudella fl. BCCH-signaalin ohella myös AGCH ja PCH-kanavaa lähetetään näillä taajuuksilla.

Taajuudella f3 kaikki aikavälit ovat käytössä eri 5 yhteyksillä päätelaitteiden kanssa, joten yhteydenmuodos-tusinformaatiota ei kyseisellä taajuudella voida lähettää ennen kuin ensimmäinen aikaväli vapautuu.

Oletetaan, että ylläolevaa kehysrakennetta lähettävän tukiaseman alueella idle-tilassa oleva päätelaite 10 kuuntelee tukiaseman lähetystä. Päätelaite haravoi tukiaseman lähettämiä taajuuksia ja vastaanottaa yhteyden-muodostusinformaatiota kanavilta fl, £2 ja f4. Päätelaite mittaa kyseisten signaalien voimakkuuden. Oletetaan, että tässä esimerkissä voimakkain taajuus olisi kuvion 3a 15 mukaisesti f2. Halutessaan muodostaa yhteyden tukiasemaan esimerkiksi käyttäjän halutessa soittaa puhelun päätelaite lähettää yhteydenmuodostusviestin tukiasemalle sillä uplink-siirtosuunnan taajuudella, joka vastaa sitä downlink- taajuutta, jolla vastaanotettu BCCH-informaatio oli 20 voimakkain. Tässä tapauksessa viesti RACH lähetetään kuvion 3b mukaisesti taajuudella f2'. Lähetettyään viestin päätelaite kuuntelee vastaavaa downlink-taajuutta f2 ja odottaa kuittausta kuvion 3c mukaisesti AGCH-kanavalla, jota lähetetään BCCH-informaation ohessa samalla taajuu-25 della. Mikäli yhteydenmuodostus epäonnistuu päätelaite voi yrittää yhteydenmuodostusta sillä uplink-taajuudella, joka vastaa toiseksi voimakkainta BCCH-signaalia.

Vastaanotettuaan yhteydenmuodostusviestin tilaaja-päätelaitteelta tukiasema lähettää kuittauksen päätelait-30 teelle AGCH-viestissä, joka siis lähetetään samalla taajuudella, kuin millä alkuperäinen BCCH-viesti oli lähetetty. Järjestelmä valitsee päätelaitteelle lopullisen lii-kennekanavan ja -taajuuden, ja tässä voidaan käyttää hyväksi BCCH-kanavan mittaustuloksia. Mikäli parasta BCCH-35 taajuutta vastaava uplink-taajuus on heikkolaatuinen, 97933 7 voidaan valita myös jokin muu taajuus liikennekanavan taajuudeksi.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä kaikilla taajuuksilla lähetetään siis paloittain samaa informaatiota, jota 5 voidaan myös lomitelia. Päätelaite haravoidessaan eri taajuuksia voi koota tarvitsemansa informaation eri taajuuksilta paloittain vastaanottamiensa lähetyksien perusteella.

Keksinnön mukaisesti eri taajuuksilla lähettävä 10 informaatio voi siis hetkittäin olla erilaista eri aikaväleissä, riippuen aikavälien kuormituksesta muulla liikenteellä ja mahdollisesta lomituksesta. Päätelaite voi vastaanottaa saman signaalin usealta eri taajuudelta, ja täten voidaan varmistaa viestin perillemeno.

15 Keksinnön mukainen menetelmä on erityisen edullinen sovellettaessa sitä järjestelmässä, jossa uplink ja downlink ovat samalla taajuudella aikajakoisesti erotettuna. Tällaisen järjestelmän sanotaan käyttävän TDD-menetelmää (Time Division Duplex). Tällöin yhteydenmuodostusviesti 20 voidaan lähettää sillä taajuudella, joka on voimakkain.

GSM-tyyppisessä järjestelmässä suurin hyöty saavutetaan downlink-s i i rtosuunnassa.

Keksinnön mukaisen menetelmän toteuttavan tukiaseman rakennetta lohkokaaviotasolla havainnollistetaan kuviossa 25 4. Keksinnön mukainen tukiasema käsittää välineet 40 kantataajuisen signaalin kehittämiseksi, joiden ulostulosignaali viedään modulointivälineille 41, josta kanto-aaltotaajuinen signaali viedään päätevahvistimen 42 kautta antennille 43 lähetettäväksi. Tukiasemassa on myös vä-30 lineet (44), joilla yllämainittuja komponentteja ohjataan. 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.

35 Keksinnön mukaisessa tukiasemassa on välineet (41) 8 97933 lähettää itseään koskevaa informaatiota yhteydenmuodostusta varten tilaajapäätelaitteille kaikilla soluissa käytössä olevilla taajuuksilla. Tukiasemassa on edelleen välineet (44), joilla ohjataan kehysrakenteen aikavälien 5 käyttöä siten, että mikäli jollain taajuudella kaikki aikavälit tarvitaan liikenteen käyttöön, yhteyden-muodostusinformaatiota ei kyseisellä taajuudella lähetetä. Yhteydenmuodostusinformaatiota lähetetään kuitenkin aina sillä taajuudella, jolla lähetetään myös muuta ohjausin-10 formaatiota tilaajapäätelaitteille.

Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten oheisten piirustusten mukaiseen esimerkkiin, on selvää, ettei keksintö ole rajoittunut siihen, vaan sitä voidaan muunnella monin tavoin oheisten patenttivaatimusten esit-15 tämän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

Il

Claims (8)

97933

1. Menetelmä yhteydenmuodostamisen helpottamiseksi digitaalisessa solukkoradioverkossa, jossa kussakin solus- 5 sa on ainakin yksi tukiasema (BTS), joka palvelee alueellaan olevia tilaajapäätelaitteita (MS), ja jossa tukiasema lähettää useampaa kuin yhtä kantoaaltotaajuutta käyttäen, ja jossa kullakin taajuudella lähetettävä signaali on aikajakoisesti jaettu useasta aikavälistä koostuviin 10 kehyksiin, ja jotka tukiasemat lähettävät yhteydenmuodostusta varten päätelaitteille itseään koskevaa informaatiota kehysrakenteesta ennalta tunnetulla paikalla, tunnettu siitä, että tukiasemaa koskevaa yhteyden-muodostusinformaatiota lähetetään kaikilla niillä solussa 15 käytössä olevilla taajuuksilla, joilla mainittua ennalta tunnettua paikkaa ei käytetä muuhun lähetykseen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että päätelaitteet voivat lähettää yh-teydenmuodostuspyynnön tukiasemalle toisen siirtosuunnan 20 vastaavalla paikalla ja taajuudella, kuin millä tukiasema lähetti itseään koskevaa informaatiota.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kullakin taajuudella lähetettävä tukiasemaa koskeva yhteydenmuodostusinformaatio on saman- 25 laista.

4. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tilaajapäätelaite vastaanottaa yhteydenmuodostusta koskevaa informaatiota tukiasemalta useammalla kuin yhdellä taajuudella.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että tilaajapäätelaite mittaa useammalla kuin yhdellä taajuudella vastaanottamiansa signaalien laadun ja tallettaa muistiin ne taajuudet, joilla yhteyden laatu on parhain.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, t u n - 97933 n e t t u siitä, että tilaajapäätelaite lähettää yh-teydenmuodostusviestin tukiasemalle sitä kanavaa käyttäen, jolla vastaanotettu signaali tukiasemalta on voimakkain.

7. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, t u n -5 n e t t u siitä, että tukiasema lähettää kuittauksen tilaajapäätelaitteen lähettämälle yhteydenmuodostusvies-tille käyttäen samaa kanavaa kuin millä yhteydenmuodostus-viesti oli lähetetty.

8. Tukiasema digitaalisessa solukkoradioverkossa, 10 jonka verkon kussakin solussa on ainakin yksi tukiasema (BTS), joka palvelee alueellaan olevia tilaajapäätelait-teita (MS), ja jossa tukiasemassa on välineet (41,42) lähettää useampaa kuin yhtä kantoaaltotaajuutta käyttäen, ja välineet (41) jakaa kullakin taajuudella lähetettävä 15 signaali aikajakoisesti useasta aikavälistä koostuviin kehyksiin, ja välineet (41) lähettää yhteydenmuodostusta varten päätelaitteille itseään koskevaa informaatiota kehysrakenteesta ennalta tunnetulla paikalla, tunnettu siitä, että tukiasemassa on välineet (41,44) 20 lähettää yhteydenmuodostusinformaatiota kaikilla niillä solussa käytössä olevilla taajuuksilla, joilla mainittua ennalta tunnettua paikkaa ei käytetä muuhun lähetykseen. 97933