FI98172C - Menetelmä pilottisignaalin lähettämiseksi ja solukkoradiojärjestelmä - Google Patents

Description

- 98172

Menetelmä pilottisignaalin lähettämiseksi ja solukkora-diojärjestelmä

Keksinnön kohteena on menetelmä pilottisignaalin lä-5 hettämiseksi solukkoradiojärjestelmässä, joka käsittää kussakin solussa ainakin yhden tukiaseman, joka on yhteydessä alueellaan oleviin liikkuviin asemiin, ja jossa menetelmässä tukiasemat lähettävät datasignaalin siirto-suunnassa tukiasemalta liikkuville asemille ajallisesti 10 muuttuvia säteilykuvioita käyttäen, ja jotka tukiasemat lähettävät pilottisignaalia liikkuville asemille.

Esillä oleva keksintö soveltuu käytettäväksi mitä tahansa monikäyttömenetelmää soveltavassa tiedonsiirtojärjestelmässä, mutta erityisesti koodijakomonikäyttöä 15 hyödyntävässä solukkoradiojärjestelmässä. Koodijakomoni käyttö, CDMA (Code Division Multiple Access) on haja-spektritekniikkaan perustuva monikäyttömenetelmä, jota on viime aikoina ryhdytty soveltamaan solukkoradiojärjestel-missä aiempien FDMA:n ja TDMA:n ohella. CDMA:lla on useita 20 etuja verrattuna aiempiin menetelmiin, kuten esimerkiksi spektritehokkuus ja taajuussuunnittelun yksinkertaisuus. Eräs esimerkki tunnetusta CDMA-järjestelmästä on laajakaistainen solukkoradiostandardi EIA/TIA IS-95.

CDMA-menetelmässä käyttäjän kapeakaistainen datasig-i 25 naali kerrotaan datasignaalia huomattavasti laajakaistaa- · semmalla hajotuskoodilla suhteellisen laajalle kaistalle.

• ·

Tunnetuissa koejärjestelmissä käytettyjä kaistanleveyksiä : on esimerkiksi 1,25 MHz, 10 MHz sekä 25 MHz. Kertomisen • · « · yhteydessä datasignaali leviää koko käytettävälle kaistal- 30 le. Kaikki käyttäjät lähettävät samaa taajuuskaistaa käyt- . täen samanaikaisesti. Kullakin tukiaseman ja liikkuvan • · · aseman välisellä yhteydellä käytetään omaa hajotuskoodia,

• · I

ja eri käyttäjien signaalit pystytään erottamaan toisis-:"· taan vastaanottimissa kunkin käyttäjän hajotuskoodin pe- • :35 rusteella.

» I t - 98172 2

Vastaanottimissa olevat sovitetut suodattimet tah-distuvat haluttuun signaaliin, joka tunnistetaan hajotus-koodin perusteella. Datasignaali palautetaan vastaan-ottimessa alkuperäiselle kaistalle kertomalla se uudestaan 5 lähetyksen yhteydessä käytetyllä hajotuskoodilla. Ne signaalit, jotka on kerrottu jollain toisella hajotuskoodilla, eivät ideaalisessa tapauksessa korreloi ja palaudu kapealle kaistalle. Täten ne näkyvät kohinana halutun signaalin kannalta. Järjestelmän hajotuskoodit pyritään va-10 litsemaan siten, että ne olisivat keskenään korreloimatto-mia eli ortogonaalisia.

CDMA-solukkoradiojärjestelmässä on mahdollista siirtosuunnassa tukiasemalta tilaajapäätelaitteille eli downlink -suunnassa käyttää ns. pilottikanavaa. Pilottikanava 15 on tietyllä tunnetulla hajotuskoodilla lähetetty signaali, joka lähetetään käyttäen samaa taajuuskaistaa kuin millä sijaitsevat varsinaiset liikennekanavat, joista pilotti-signaali voidaan erottaa vain hajotuskoodin perusteella. Pilottisignaali on kaikkien solun alueella olevien ti-20 laajapäätelaitteiden tuntema ja kuuntelema kanava, jota käytetään esimerkiksi tehomittauksissa ja koherentin vai-hereferenssin generoinnissa. Kukin järjestelmän tukiasema lähettää omaa pilottisignaaliansa, jonka perusteella - tilaajapäätelaitteet voivat erottaa eri tukiasemien lähe- : ,25 tykset toisistaan.

• I

·.· * Patenttijulkaisussa US 5109390, joka otetaan tähän viitteeksi, sekä jo aiemmin mainitussa IS-95 standardissa, • · • ·.*: on esitetty tekniikan tason mukainen CDMA-solukkoradio- III · järjestelmä, jossa käytetään erillistä pilottikanavaa, 30 joka lähetetään datasignaalien kanssa yhteneväisesti sa- . malle kuuluvuusalueelle.

• · · • · *

Hl Tyypillisessä matkapuhelinympäristössä tukiaseman ja • « · \ ’ liikkuvan aseman väliset signaalit etenevät useaa reittiä lähettimen ja vastaanottimen välillä. Tämä monitie-etene-:35 minen aiheutuu pääosin signaalin heijastumisista ympäröi- - 98172 3 vistä pinnoista. Eri reittejä kulkeneet signaalit saapuvat vastaanottimeen eri aikoina erilaisen kulkuaikaviiveen takia. CDMA:ssa monitie-etenemistä voidaan käyttää hyväksi signaalin vastaanotossa diversiteetin tavoin. CDMA-vas-5 taanotinratkaisuna käytetään yleisesti monihaaraista vas-taanotinrakennetta, jossa kukin eri haara on tahdistunut eri tietä edenneeseen signaalikomponenttiin. Kukin haara on itsenäinen vastaanotinelementti, jonka tehtävänä on siis koostaa ja demoduloida yksi vastaanotettu signaali-10 komponentti. Perinteisessä CDMA-vastaanottimessa eri vas-taanotinelementtien signaalit yhdistetään edullisesti, joko koherentisti tai epäkoherentisti, jolloin saadaan hyvätasoinen signaali.

CDMA-järjestelmissä voidaan myös soveltaa ns. pehme-15 ää kanavanvaihtoa (soft handover), jossa liikkuva asema voi samanaikaisesti olla yhteydessä usean tukiaseman kanssa makrodiversiteettiä hyödyntäen. Liikkuvan aseman yhteyden laatu kanavanvaihdon aikana pysyy täten korkeana ja käyttäjä ei havaitse katkosta yhteydessä.

20 Toisten yhteyksien halutulle yhteydelle aiheuttamat häiriöt näkyvät vastaanottimessa siis tasaisesti jakautuneena kohinana. Tämä pätee myös tarkasteltaessa signaalia vastaanottimissa havaittujen signaalien tulosuuntien mukaisesti kulma-avaruudessa. Toisten yhteyksien halutulle ,25 yhteydelle aiheuttamat häiriöt näkyvät vastaanottimessa ;.· · siis jakautuneena myös kulma-avaruudessa, eli ne ovat ver- • · :.*·· rattain tasaisesti jakautuneina eri tulosuuntiin.

: CDMA:n suorituskykyä, jota voidaan mitata spektri- {*·'; tehokkuuden avulla, on edelleen parannettu sektoroinnin 30 avulla. Tällöin solu on jaettu halutun kokoisiin sektorei- # .·. hin, jota palvelevat suuntaavat antennit. Tällöin tukiase- • · · V.'. mavastaanottimessa voidaan liikkuvien asemien toisilleen • · · aiheuttamaa häiriötasoa pienentää merkittävästi. Tämä perustuu siihen, että häiriöt ovat keskimäärin tasaisesti ':35 jakautuneita eri tulosuuntiin, joita sektoroinnin avulla - 98172 4 voidaan siis vähentää. Sektorointi voidaan luonnollisesti toteuttaa molemmissa siirtosuunnissa. Sektoroinnin tuoma kapasiteettihyöty on suhteessa sektoreiden lukumäärään.

Sektoroidussa solussa voidaan myös hyödyntää pehmeän 5 kanavanvaihdon erityistä muotoa (softer handover), jossa liikkuva asema suorittaa kanavanvaihdon sektorista toiseen ollen yhteydessä molempiin sektoreihin samanaikaisesti. Vaikkakin pehmeä kanavanvaihto parantaa yhteyden laatua ja sektorointi lisää järjestelmän kapasiteettia, liikkuvien 10 asemien liikkumisesta seuraa väistämättä se, että ne suorittavat useita kanavanvaihtoja sektorista toiseen. Tämä kuormittaa tukiasemaohjaimen prosessointikapasiteettia. Useat pehmeät kanavanvaihdot aiheuttavat myöskin tilanteen, jossa useat liikkuvat asemat ovat samanaikaisesti 15 yhteydessä useampaan kuin yhteen (useimmiten kahteen) sektoriin, jolloin menetetään sektoroinnin tuomaa kapa-siteettihyötyä liikkuvan aseman signaalin kuuluessa laajalla sektorilla.

CDMA-järjestelmien monikäyttöhäiriötä on pienennetty 20 myöskin erilaisten tunnettujen monikäyttöhäiriöiden poistomenetelmien (IC, Interference Cancellation) ja usean käyttäjän samanaikaisen ilmaisun (MUD, Multi-User Detection) avulla. Näiden menetelmien avulla voidaan pienentää parhaiten käyttäjän oman solun alueelta tulevia häiriöitä, : .25 ja täten parantaa järjestelmän kapasiteettia kaksin-

• I

·.: · kertaiseksi verrattuna ilman häiriönpoistoa toteutettuun • · !.*·· järjestelmään. Näillä menetelmillä ei kuitenkaan saada : kertaluokkaa suurempaa parannusta tukiaseman kuuluvuusalu- • · · « j*j*j een koon suhteen verrattuna tunnettuun tekniikkaan, eli « 30 solun koko ei merkittävästi muutu näitä menetelmiä hyödynnettäessä. IC/MUD-tekniikat ovat lisäksi monimut- • · · kaisia toteuttaa, ja niitä onkin kehitelty pääasiassa siirtosuuntaan liikkuvalta asemalta tukiasemalle.

Edelleen on kehitetty ns. SDMA (Space Division Mul-." .35 tiple Access)-menetelmä, jossa käyttäjät erotetaan toisis- 98172 5 taan sijainnin avulla. Tämä tapahtuu siten, että tukiasemassa vastaanottoantennien keiloja säädetään haluttuihin suuntiin liikkuvien asemien sijainnin mukaan. Tätä tarkoitusta varten käytetään adaptiivisia antenniryhmiä eli 5 vaiheistettuja antenneja sekä vastaanotetun signaalin käsittelyä, jonka avulla liikkuvia asemia seurataan.

SDMAm hyväksikäytöllä CDMArn yhteydessä saavutetaan useita etuja verrattuna aiempiin menetelmiin, kuten sektorointiin. Mikäli sektoroinnissa sektoreiden keiloja 10 kavennetaan spektritehokkuuden kasvattamiseksi, kasvaa samalla suoritettavien kanavanvaihtojen määrä sektorista toiseen. Tämä puolestaan kasvattaa tukiasemaohjaimessa tarvittavaa laskentakapasiteettia liian suureksi.

Tunnetun tekniikan tasoa SDMAtta sovellettaessa 15 havainnollistaa julkaisu A.F. Naguib, A. Paulraj: Performance Of CDMA Cellular Networks With Base-Station Antenna Arrays, Proc. International Zurich Seminar on Digital Communications, pp. 87 - 100, Zurich, Sveitsi, Maaliskuu 1994, joka otetaan tähän viitteeksi. SDMA:ssa vastaanote-20 taan signaali siis antenniryhmän avulla, ja digitaalisen signaalinkäsittelyn keinoin muokataan vastaanotettua signaalia siten, että vastaanottimen muokkauksen jälkeisten asteiden kannalta antennien suuntakuviot ovat halutun kaltaisia. Tekniikan tason mukaisissa ratkaisuissa vas-25 taanotetun signaalin muokkaus tapahtuu halutun signaalin • l : signaali/häiriö-suhteen maksimoimiseksi. Vastaanotettua • · *·.’*: signaalia muokataan siis siten, että antenniryhmän suunta inkuvio minimoi muiden yhteyksien aiheuttamat häiriöt halu-tussa signaalissa. Edellä mainitun julkaisun mukaisessa 30 ratkaisussa suoritetaan kullekin havaitulle signaali- . .·. komponentille oma keilanmuokkaus eli impulssivaste on tun- • · · .M nettava ennen muokkausta.

« · · Lähetettäessä datasignaaleja eli siis liikennekana-via liikkuville asemille SDMA:n periaatteen mukaisesti 35 muuttuvia keiloja hyväksikäyttäen tulee pilottisignaalin 6 98172 käyttö ongelmalliseksi tunnetun tekniikan mukaisissa ratkaisuissa. Tunnetuissa menetelmissä pilottisignaalia on siis lähetetty jatkuvasti ja liikennekanavien kanssa yhteneväisesti, jotta pilottia olisi mahdollista käyttää liik-5 kuvissa asemissa tukiasemien tunnistuksessa ja kanavanvaihdon tarpeen ilmaisimena. Pilottisignaalin perinteinen lähetystapa rajoittaa solun kuuluvuusaluetta, joka muuttuvien antennikeilojen yhteydessä voisi olla suurempi.

Tunnetulla menetelmällä lähetetyn pilottisignaalin 10 antennivahvistuksen puutetta täytyy kompensoida suuremmalla lähetysteholla tai kasvattamalla ilmaisuvahvistusta ti-laaj apäätelaitteissa.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena onkin toteuttaa menetelmä pilottisignaalin lähettämiseksi adaptiivis-15 ten antennikeilojen yhteydessä siten, että pilottisignaali ei rajoita solun kuuluvuusaluetta. Keksinnön tarkoituksena on toteuttaa pilottisignaalin lähetys siten, että liikkuvat asemat voivat käyttää sitä hyväkseen tukiaseman tunnistuksessa ja kanavanvaihdon tarpeen ilmaisimena il-20 man, että pilotti on jatkuvasti vastaanotettavissa tilaa-japäätelaitteissa ja että sitä tarvitsisi lähettää muita suuremmalla lähetysteholla.

Tämä saavutetaan johdannossa esitetyn tyyppisellä menetelmällä, jolle on tunnusomaista, että pilottisignaa- • 25 Iin lähetyksessä käytetään muuttuvaa, verrattain kapeaa

I I

: antennikeilaa, ja että antennikeilan suurimman vahvistuk- • ♦ V*: sen kulmaa ohjataan siten, että antennikeila pyyhkii solun t alueen yli.

s'·’; Keksinnön kohteena on lisäksi solukkoradiojärjestel- 30 mä, joka käsittää kussakin solussa ainakin yhden tukiase- , .·. man, joka on yhteydessä alueellaan oleviin liikkuviin ase- • · · miin, ja jotka tukiasemat lähettävät pilottisignaalia tl» liikkuville asemille, ja joka järjestelmä käsittää ainakin yhden tukiaseman, joka lähettää liikkuville asemille ajal-"35 lisesti muuttuvia säteilykuvioita käyttäen. Keksinnön • · - 98172 7 mukaiselle solukkoradiojärjestelmälle on tunnusomaista, että järjestelmä käsittää ainakin yhden tukiaseman, joka käsittää välineet lähettää pilottisignaalia muuttuvaa, verrattain kapeaa antennikeilaa käyttäen, ja välineet oh-5 jata sanotun antennikeilan suurimman vahvistuksen kulmaa siten, että antennikeila pyyhkii solun alueen yli.

Keksinnön mukaisella menetelmällä vältetään pilotti-signaalin lähetyksen tuomat ongelmat adaptiivisten anten-nikeilojen yhteydessä. Keksinnön mukaisella tavalla toteu-10 tettu pilottisignaali ei rajoita solukokoa kuten aiemmat menetelmät, ja liikennekanavien lähetyksessä ajallisesti muuttuvien antennikeilojen hyväksikäyttö on mahdollisimman tehokasta.

Keksinnön mukaisessa liikkuvien antennikeilojen 15 ratkaisussa saavutetaan merkittävästi parempi spektrite-hokkuus verrattaessa sitä perinteisiin solukkoradiojärjestelmiin, myös CDMA-menetelmää soveltaviin järjestelmiin. Parannusta saadaan sekä käytettävien kanavien lukumäärässä kertoimella 10 - 100, että tukiaseman kuuluvuusalueen koon 20 laajenemisena kertoimella 5-10. Tämä perustuu siihen, että muiden käyttäjien aiheuttamien häiriöiden vaikutus pienenee oleellisesti keksinnön mukaisessa menetelmässä, , ja koska CDMA on häiriörajoitteinen menetelmä, niin käyttäjien lukumäärää voidaan lisätä. Toiseksi, keksinnön 25 mukainen edullisten signaalikomponenttien etsintä tulo- i i : kulma-aika-avaruudessa on teknisesti edullinen toteuttaa.

• · !,*·· Keksinnön edullisen toteutusmuodon mukaisesti sig- »:*: naalin prosessointi voidaan suorittaa digitaalisesti :*·*· kantataaj uudella, jolloin vastaanotetun signaalin vai- 30 heistuksella antennikeilat voidaan suunnata suoraan halut- , tuihin suuntiin.

• · · II! Keksinnön mukaisessa ratkaisussa solussa voidaan lä- ♦ · · hettää pilottisignaalia joko yhden tai useamman antenni-keilan avulla siten, että antennikeilat eivät ole päällek-•‘35 käin.

98172 8

Seuraavassa keksintöä selitetään tarkemmin viitaten oheisten piirustusten mukaisiin esimerkkeihin, joissa kuvio 1 havainnollistaa signaalin monitie-etenemistä liikkuvan aseman ja tukiaseman välillä, 5 kuvio 2a havainnollistaa signaalin monitie-etenemi sen aiheuttamaa hajoamista aika-tasossa, kuvio 2b havainnollistaa signaalin monitie-etenemi-sen aiheuttamaa hajoamista tulokulma-tasossa, kuvio 3 havainnollistaa erästä mahdollisuutta tuki-10 aseman antennien keilan suuntaamiseksi liikkuvaa asemaa kohti, kuvio 4 esittää erästä mahdollista adaptiivisen antenniryhmän toteutusta, kuvio 5 havainnollistaa esimerkkiä keksinnön 15 mukaisesta menetelmästä lähettää pilottikanava, kuvio 6 esittää keksinnön mukaisen vastaanottimen erästä mahdollista rakennetta lohkokaavion avulla ja kuvio 7 havainnollistaa esimerkkiä yksittäisen kana-vaelementin rakenteesta lohkokaavion avulla.

20 Seuraavassa keksinnön mukaista menetelmää ja vas taanotinta kuvataan tarkemmin käyttäen esimerkkinä CDMA-järjestelmää siihen kuitenkaan rajoittumatta, sillä keksintö soveltuu käytettäväksi myös muiden monikäyttömene-telmien yhteydessä, kuten alan ammattimiehelle on selvää I ' '25 oheisen selostuksen perusteella.

: Tyypillistä solukkoradiojärjestelmässä tapahtuvaa • 9 lähetetyn signaalin monitie-etenemistä havainnollistetaan i:’: siis kuviossa 1. Kuviossa on esitetty tukiasema 100, ja i*:‘: siihen yhteydessä oleva liikkuva tilaajapäätelaite 102.

9 30 Solukkoradiojärjestelmille on tyypillistä, että liikkuvat . asemat ovat radioaaltojen heijastavien ja sirottavien • · » IV.' pintojen ympäröimiä. Tällaisia pintoja saattavat olla » I * esimerkiksi rakennukset ja luonnon muodostamat seinämät kuten vuoret ja kukkulat. Liikkuvat asemat tyypillisesti 35 lähettävät ympärisäteilevällä antennikuviolla. Kuviossa on • 98172 9 havainnollistettu muutamia liikkuvasta asemasta lähteneitä säteitä 112, 114, 116. Liikkuvaa asemaa 102 lähellä olevat pinnat 104, 108 heijastavat lähetetyn signaalin, joka täten saapuu useaa eri reittiä tukiaseman 100 antenniin nii-5 den keskinäisen viiveen ollessa kuitenkin verraten pieni. Kauempana olevat heijastavat pinnat, kuviossa 106, kuten suuremmat rakennukset ja vuoret, aikaansaavat signaali-komponentteja 114, jotka saapuvat tukiasemaan 100 useita, joskus jopa kymmeniä mikrosekunteja myöhemmin. Maastossa 10 saattaa myös olla esteitä 110, jotka estävät suoran yhteyden liikkuvan aseman ja tukiaseman välillä.

Kuviossa 2a havainnollistetaan esimerkkiä signaalin monitie-etenemisen aiheuttamasta signaalikomponenttien hetkellisestä viivästymisestä aikatasossa tukiasemavas-15 taanottimessa. Kaavamaisessa kuviossa vaaka-akselilla 200 on aika ja pystyakselilla 202 vastaanotetun signaalin teho. Kuvion 2a esimerkissä tukiasemavastaanotin on havainnut kolme signaalikomponenttiryhmää 204, 206, 208, jotka ovat saapuneet eri aikoina vastaanottimeen ja joista kom-20 ponentti 208 on muita merkittävästi enemmän viivästynyt.

Kuten kuvion 1 esimerkkitilanteesta huomataan saapuvat eri signaalikomponentit paitsi eri aikaan, myös eri suunnista. Voidaan siis sanoa, että signaali hajoaa paitsi aika- myös kulma-avaruudessa, jota jälkimmäistä voidaan 25 kuvata signaalin saapumiskulmalla (AoA, Angle of Arrival) .

ϊ·ϊ ϊ Kuviossa 2b havainnollistetaan esimerkkiä signaalin moni- • · tie-etenemisen aiheuttamasta hetkellisestä jakautumisesta * * saapumiskulman funktiona tukiasemavastaanottimessa. Kuvion il: 2b pystyakselilla 202 on vastaanotetun signaalikomponentin 30 teho ja vaaka-akselilla 210 on saapumiskulma. Kuvion 2b . esimerkissä signaalikomponentit 212, 214 saapuvat kahdesta 11 * suunnasta.

• a t

Yleensä suurikokoisissa, ns. makrosoluissa, joissa tukiasema-antennit sijaitsevat korkealla, signaalikompo-35 nentit saapuvat antenniin vain muutamalla eri saapumis- 98172 10 kulmalla, jotka tavallisesti ovat liikkuvan aseman ja tukiaseman välisen suoran säteen lähistöllä. Pienissä mikrosoluissa, joissa tukiasema-antennit ovat yleensä rakennusten kattojen alapuolella, havaitaan signaalikom-5 ponenttien saapumiskulmissa huomattavasti suurempaa hajontaa, koska tukiasemat ovat liikkuvien asemien lailla useiden lähellä olevien heijastuspintojen ympäröimiä.

Edellä monitie-etenemistä on kuvattu siirtosuunnassa liikkuvalta asemalta tukiasemalle. On luonnollisesti sello vää, että vastaava ilmiö tapahtuu myös vastakkaisessa siirtosuunnassa tukiasemalta liikkuvalle asemalle. Voidaan myös todeta, että monitie-reitit ovat pääsääntöisesti symmetrisiä kumpaankin suuntaan, koska sironta ja heijastuminen eivät ole suuresti taajuudesta riippuvia. On kui-15 tenkin huomattava, että signaalin nopea häipyminen ovat eri siirtosuunnissa toisistaan riippumattomia. Täten, jos tukiasema havaitsee saapumiskulmassa a0 liikkuvalta asemalta saapuneen signaalikomponentin, niin lähettämällä signaali samalla kulmalla a0 johtaa signaalin liikkuvan aseman 20 suuntaan nopeita häipymisiä lukuunottamatta.

Yllä olevan perusteella voidaan siis todeta, että solukkoradiojärjestelmille tyypillinen monitie-etenevä ympäristö johtaa tukiasemilla signaalin vastaanottoon, joka signaali on jakautunut ajassa useaan eri tavoin viivästy-25 neeseen komponenttiin ja kulma-avaruudessa useasta eri . . suunnasta saapuvaan komponen11iin. Molemmat jakaumaprofii- • · · / ]· lit vaihtelevat ajan myötä, koska tilaajapäätelaitteet • · « *··: : liikkuvat, mutta vaihtelu on verraten hidasta, eli parin • « · V · sekunnin luokkaa, ja profiileihin voidaan tahdistua ja 30 niitä voidaan seurata.

: Vastaanotetuille signaalikomponenteille on siis omi- naista yllä kuvatun kaltainen useampidimensioisuus, jota * , yllä on havainnollistettu aika-kulma-avaruudella, eli (α, τ)-avaruudella, ja jota dimension suutta voidaan keksin-'35 nön mukaisessa tukiasemassa hyödyntää vastaanotettavan 98172 11 signaalin ilmaisun parantamiseksi. Keksinnön mukaisessa menetelmässä vastaanotetusta signaalista siis etsitään useampidimensioisesta signaaliavaruudesta parhaimmat sig-naalikomponentit, joiden perusteella vastaanotinta voidaan 5 ohjata siten, että havaitut komponentit voidaan edullisesti yhdistää ja ilmaista. Signaalin laadun mittana voidaan yksinkertaisimmillaan käyttää vastaanotettua tehotasoa, mutta myös muita mittoja voidaan hyödyntää, kuten esimerkiksi signaalikohinasuhdetta.

10 Keksinnön mukaisessa vastaanottimessa hyödynnetään adaptiivista antenniryhmää, joka on useasta eri elementistä koostuva antenniryhmä. Kuviossa 4 havainnollistetaan adaptiivisen antenniryhmän erästä mahdollista toteutusta, jota voidaan soveltaa keksinnön ensimmäisen edullisen 15 toteutusmuodon yhteydessä. Antenniryhmä käsittää L kappaletta antennielementtejä 400, 402, 404, jotka voivat olla esimerkiksi ympärisäteileviä antenneja. Kuhunkin antenni-elementtiin on kytketty radiotaajuusosat 406, 408, 410, jotka muuntavat vastaanotetun signaalin välitaajuudelle ja 20 näytteistävät signaalin (I,Q)-komponentteihin tunnetun tekniikan mukaisesti. Saadut kompleksiset näytteet kerrotaan seuraavaksi vastaavilla kompleksisilla painokertoimilla Wi, jossa i = 1, . . . , L kertojissa 412, 414, 416. Näin kerrotut näytteet 422, 424, 42 6 viedään summaimen 418 25 kautta edelleen vastaanottimen muihin osiin.

.·. : Kompleksiset painokertoimet w* valitaan jonkin, yleensä adaptiivisen algoritmin mukaan siten, että aikaan- * · « saadaan halutun muotoinen antennikuvio. Kyseistä tapaa • · · • muokata vastaanotettua signaalia voidaan kutsua signaalin 30 digitaaliseksi vaiheistamiseksi, sillä se tapahtuu kanta- • · · taajuudella digitalisoidulle signaalille, mutta sen an- ··* · siosta vastaanotettu signaalin antennivahvistus voidaan suunnata haluttuihin suuntiin. Antenniryhmä sinänsä voi käsittää joko suuntaavia tai ympärisäteileviä antenni-35 elementtejä. Vaiheistamalla eri antenneista saatua signaa- - 98172 12 lia ja yhdistämällä vaiheistetut signaalit saadaan aikaan eräänlaiset virtuaaliset antennikeilat haluttuihin suuntiin. Vastaavaa käsittelyä voidaan tehdä myös lähetettävälle signaalille, jolloin voidaan aikaansaada kulloin-5 kin haluttu säteilykuvio.

Kuviossa 3 havainnollistetaan, kuinka antenniryhmäl-lä, joka muodostuu tasavälisestä lineaarisesta ryhmästä, joka käsittää neljä elementtiä 300, 302, 304, 306, aikaansaadaan voimakas suunnattu keila 310 tulokulmalla a 10 kohti liikkuvaa asemaa 308. Lisäksi muodostuu joukko pienempiä sivukeiloja 312-316. Tämä suuntaavuus voidaan siis toteuttaa signaalin vaiheistuksella ilman, että antennit sinänsä olisivat suuntaavia.

Keksinnön mukaisessa ratkaisussa vastaanottimen ko-15 kemaa monikäyttöhäiriötä supistetaan kulma-avaruudessa suunnatuilla antennikeiloilla, jotka aikaansaadaan uuden-tyyppisen aika-kulma-diversiteettiä soveltavan vastaanottimen avulla. Keksinnön mukaisessa ratkaisussa voidaan vastaanotetusta signaalista mitattuja tulokulmia käyttää 20 hyväksi myös lähetyssuunnassa, jolloin yhteyden laatu paranee molemmissa siirtosuunnissa.

Seuraavassa selostetaan ensin keksinnön ensimmäistä edullista toteutusmuotoa, jossa sovelletaan vastaanotetun signaalin digitaalista vaiheistusta CDMA-järjestelmässä.

25 Tukiasemalla käytettävä aika-kulma-diversiteettiä .·. : soveltava vastaanotin käsittää digitaaliset vastaanotin- • · · välineet, jotka pystyvät seuraamaan vastaanotettuja • · · *”.* signaalikomponentteja kaksiulotteisessa (α,τ)-avaruudessa * · » ·* ja demoduloimaan halutut signaalikomponentit. Ennen 30 demoduloimista vastaanotetuille digitalisoiduille signaa li.: linäytteille suoritetaan vaiheistus, jonka avulla ohjataan • · · : vastaanotetun signaalin antennivahvistus haluttuihin sig- naalin tulosuuntiin. Edullisessa toteutusmuodossa vaiheistamalla aikaansaadut antennikeilat ovat ennalta määrätyn 35 muotoisia keiloja, joiden muodon määräävät siis painoker- 98172 13 toimet Wi ja antennigeometria. Sanotut kertoimet voidaan helposti laskea kullekin suurimman vahvistuksen kulmalle, jos antennikeilan muoto sinänsä pysyy vakiona. Täten vaiheistuksen säätö voi tapahtua nopeasti, koska se riippuu 5 vain yhdestä parametrista eli tulokulmasta Of.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä ei tarvitse soveltaa tunnettuja monimutkaisia tulokulman estimointitek-niikoita, kuten MUSIC, tai adaptiivisia algoritmeja, kuten LMS ja DMI. Vaikkakin viimeksimainitut algoritmit mah-10 dollistavat laskea vastaanotettavalle signaalille optimaalinen keilamuoto siten, että halutun signaalin signaaliko-hinasuhde voidaan maksimoida kohdistamalla antennikuvion nollakohdat häiriölähteisiin päin, tämä ei CDMA-.n yhteydessä ole tarpeellista, sillä kuten aiemmin on kuvattu, 15 häiriösignaali on CDMA:ssa jakautunut kohinan kaltaiseksi ilman selkeitä häiriölähdesuuntia. Täten tasan jakautuneessa häiriöympäristössä on riittävää, että ennaltamäärä-tyn muotoisten antennikeilojen suurimman vahvistuksen kulmat ohjataan niihin suuntiin, joista vastaanotetaan par-20 haimmat signaalikomponentit. Tämä mahdollistaa yksinkertaisemman vastaanotintoteutuksen verrattuna tunnettuun tekniikkaan.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä vastaanotin etsii siis haluttuja signaalikomponentteja (α,τ)-avaruudessa.

25 Tämä tapahtuu ristikorreloimalla vastaanotettua hajaspekt- .·. : risignaalia halutun hajotuskoodin kanssa ja vertaamalla • · · saatuja mittaustuloksia annettuihin kynnysarvoihin. Etsin- • · · tä voidaan käsittää antennikeilan pyyhkäisynä annetun alu- * een yli ja samalla suorittaen kanavan impulssivasteen 30 mittauksen ja kustakin suunnasta vastaanotetun pääte- laitteiden signaalienergian keräyksen. Vastaanotin havait- • · · V * see siis, mistä suunnasta ja millä koodivaiheella vastaan- otetaan parhaimmat signaalit, ja allokoi tarvittavan määrän demodulointivälineitä tahdistumaan ja vastaanottamaan • 35 kyseisiä signaalikomponentteja. Vastaanotetut demoduloidut 98172 14 signaalikomponentit voidaan edullisesti yhdistää vastaanottaessa. Parhaiden signaalikomponenttien etsintää suoritetaan jatkuvasti ja tarvittaessa demodulaattorivälineiden allokointia muutetaan.

5 Vastaanottimella on siis koko ajan tieto siitä, mis tä suunnista vastaanotetaan parhaimmat signaalikomponentit liikkuvilta asemilta. Tätä tietoa voidaan myös käyttää hyväksi keksinnön mukaisessa tukiasemalaitteistossa siirto-suunnassa tukiasemalta liikkuvalle asemalle. Tämä voi 10 tapahtua esimerkiksi siten, että lähetinvastaanottimen kontrolleri ilmoittaa lähetinyksikölle ne suunnat, joissa on havaittu merkittävät signaalikomponentit. Lähetinyksik-kö voi vaiheistaa adaptiivisella antenniryhmällä lähetettävää signaalia siten, että antennikeilojen suurimman vah-15 vistuksen kulmat osoittavat haluttuihin suuntiin. Lähetys-keiloja voi olla yksi tai useampia, ja niiden lukumäärä voi myös olla vastanotinkeilojen lukumäärästä poikkeava.

Tällä menetelmällä saavutetaan huomattavaa häiriön-poistoa myös siirtosuunnassa tukiasemalta liikkuvalle ase-20 malle. Lähetyksessä käytettävä antenniryhmä voi olla sama kuin vastaanotettaessa käytettävä antenniryhmä. Se voi myös olla erillinen antenniryhmä. Signaalin vaiheistus tapahtuu samoin kuin vastaanotettaessa painokertoimien avulla.

• 25 Keksinnön mukaisessa ratkaisussa voidaan käyttää .·. : esimerkiksi tunnetun tekniikan mukaisia liikkuvia asemia, • · ; ,·, jotka suorittavat jatkuvasti yhteydenlaatumittauksia tuki- « i · "j/ asemalta vastaanottamastaan signaalista. Kyseinen infor- I » · * maatio voi käsittää tiedon liikkuvan aseman vastaanotta-30 mien signaalikomponenttien lukumäärästä. Keksinnön mukai- • · · '·’··' sessa ratkaisussa voidaan soveltaa menetelmää hyödyntää • · · V · liikkuvan aseman suorittamien yhteydenlaatumittausten tuloksia ohjattaessa lähetysantennien keiloja siirtosuunnassa tukiasemalta liikkuvalle asemalle.

35 Liikkuva asema lähettää keräämänsä mittaustulokset • 98172 15 tukiasemalle. Tukiasema voi liikkuvalta asemalta vastaanottamansa tiedon ja omien mittaustensa perusteella vaihdella liikkuvalle asemalle tarkoitetun signaalin lähetyksessä käyttämiensä antennikeilojen lukumäärää, muotoa tai 5 suuntausta. Nämä muutokset voidaan toteuttaa tarvittavan pehmeästi, jotta liikkuva asema pystyy seuraamaan muuttuvaa signaalia.

Tukiasema voi myös hyödyntää liikkuvalta asemalta vastaanottamaansa yhteydenlaatuinformaatiota kunkin anten-10 nikeilan lähetystehon säätämiseen, jos mittaustulokset osoittavat, että edellä luetellut toimenpiteet eivät paranna signaalin laatua liikkuvassa asemassa.

Esitetyn menetelmän eräänä etuna on se, että liikkuva asema voi esimerkiksi vaikeassa häipymätilanteessa 15 lähettää tukiasemalle pyynnön muuttaa signaalin lähetyksessä käytettävien antennikeilojen parametrejä, kuten suuntaa, muotoa ja lukumäärää, jolloin liikkuvan aseman vastaanottaman signaalin laatua voidaan nopeasti parantaa.

Tunnetun tekniikan mukaisissa CDMA-järjestelmissä 20 käytetään siis ns. pilottisignaalia, jota kukin tukiasema lähettää, ja jota signaalia käytetään apuna tukiasemien tunnistuksessa, tehonmittauksessa ja koherentin vastaanoton mahdollistamiseksi liikkuvassa asemassa. Tunnetuissa järjestelmissä pilottisignaali, joka on datamoduloimaton ! 25 hajotuskoodattu signaali, lähetetään tukiaseman kuuluvuus- *** ; alueelle jatkuvana lähetyksenä samalla tavoin kuin var- • · · *· sinaiset liikennekanavat.

• · | · * ··· : Keksinnön mukaisessa järjestelmässä pilottisignaalia • ·« V ' lähetetään verrattain kapeaa antennikeilaa käyttäen, ja 30 ohjataan sanotun antennikeilan suurimman vahvistuksen kul- : maa siten, että antennikeila pyyhkii solun alueen ylitse.

Antennikeilan ohjaus tapahtuu vaiheistamalla antenni-ryhmällä lähetettävää signaalia aiemmin kuvatuilla tavoilla. Täten pilottisignaalin käsittävä antennikeila pyyhkii 35 majakan tavoin solun ylitse ja jatkuvan pilotin lähetys - 98172 16 solun koko alueelle voidaan välttää. Pilottia voidaan myös lähettää usealla pyyhkivällä antennikeilalla, jotka keilat on vaiheistettu siten, etteivät ne osu päällekkäin. Tukiasema lähettää jollain ohjauskanavalla liikkuville asemil-5 le tiedon siitä, koska pilottikanava pyyhkii kunkin alueen ylitse.

Pilottikanavan lähetys voidaan myös suhteuttaa tukiaseman kehys- tai ylikehysrakenteeseen, jolloin pilotti-signaalia lähetetään samassa paikassa kehysrakennetta tai 10 vaihtoehtoisesti liu'uttaen kehysrakenteen yli aina määrätyllä vaiheistuksella. Tällöin ei tarvita erillistä ilmoitusta päätelaitteille pilottisignaalin lähetyshetkes-tä, vaan kerran pilotin vastaanotettuaan päätelaite on jatkossa tietoinen, koska pilottia lähetetään.

15 Menetelmää havainnollistetaan kuvion 5 mukaisessa esimerkissä, jossa oletetaan tukiaseman alueen olevan ympyränmuotoinen tukiaseman sijaitessa keskellä. Keksintöä voidaan kuitenkin soveltaa myös esimerkiksi sektorin muotoisella kuuluvuusalueella. Kuvion esimerkissä tu-20 kiasema lähettää pilottikanavaa kapealla antennikeilalla 550, joka pyyhkii solun alueen ylitse nuolten 552, 554 osoittamalla tavalla.

Pilottikanavan lähetys voidaan myös toteuttaa siten, että kanavaa lähetetään useammalla kapealla keilalla 25 samanaikaisesti. Kuvion 5 tapauksessa tukiasema voisi ;*.J lähettää pilottikanavaa esimerkiksi keiloilla 550, 556, • · ; .·. 558, jotka kukin pyörivät samaan suuntaan samalla kulmano- * · · **|·) peudella, jolloin ne eivät mene päällekkäin.

Radiotiellä tapahtuvien heijastumien takia anten-30 nikeilan säteilykuvio ei ole tarkkaan määritelty, mutta • · t ‘y·' käytännössä antennikeila on oleellisesti kapeampi kuin V * solun kokonaisalue.

Koska pilottisignaali ei täten ole jatkuvasti kuultavissa kussakin solun pisteessä, täytyy pilottisig-35 naalin mittaus liikkuvissa asemissa toteuttaa siten, että 98172 17 pilottisignaalin hetkellinen kuulumattomuus ei aiheuta välittömästi kanavanvaihtoilmoitusta. Liikkuvan aseman tulee siis olla tietoinen siitä, minkä tukiaseman pilottisignaalin lähetys on toteutettu pyyhkäisytekniikalla ja 5 koska kukin pilottisignaali pyyhkäisee liikkuvan aseman sijaintipaikan ylitse. Tämä toteutetaan keksinnön mukaisessa ratkaisussa siten, että tukiasema välittää jollain yleisellä ohjauskanavalla tiedon siitä, kuinka usein tai millä väliajalla pilottikanavan käsittävä keila kulkee 10 solun ylitse. Sanottu tieto, jota jatkossa kutsutaan parametrillä t_period, riippuu antennikeilan pyörimisnopeudesta ja käytettyjen antennikeilojen lukumäärästä. Koska tukiasemaan aktiivista yhteyttä ylläpitäessään liikkuvan aseman on säännöllisesti myös mitattava ympäröivien tu-15 kiasemien pilottisignaaleita, liikkuvan aseman tulee tietää kaikkien ympäröivien tukiasemien t_period-parametrit.

Liikkuvat asemat tarkkailevat myös muiden tukiasemien pilottikanavia kuin sen, johon ovat yhteydessä. Jotta vältettäisiin tilanne, jossa liikkuvan aseman tulisi 20 mitata useita pilottisignaaleja samanaikaisesti, vierekkäisten tukiasemien käyttämät parametrit t_period voidaan määritellä erisuuriksi. Toinen vaihtoehto on jakaa mittausaika usean pilottikanavan kesken. Lähekkäisten tukiasemien pilottikanavakeilojen pyöriminen voidaan myös : 25 synkronisoida käyttäen sopivaa vaiheistusta siten, ettei ·*·.· päällekkäisyyttä esiinny. Tämä voidaan huomioida verkko- • · ; suunnittelussa. Jos verkko on synkronisoitu, niin mainittu M» · tperiod on kaikilla tukiasemilla sama.

• · ·

Seuraavassa kuvataan keksinnön mukaisessa solukko- . 30 radiojärjestelmässä käytettävän ensimmäisen toteutusmuodon • · » ·*·* mukaisen tukiasemalaitteiston rakennetta. Kuviossa 6 * ·· « · · *·* * havainnollistetaan erään keksinnön mukaisen laitteiston \· rakennetta lohkokaavion avulla. Laitteisto käsittää an- tenniryhmän 500, joka koostuu L:stä erillisestä antenni-35 elementistä. Antenniryhmä voi olla lineaarinen, planaa- 98172 18 rinen (2-dimensioinen) tai ympärisäteilevä. Antenniryhmä 500 vastaanottaa monitie-edenneen useasta eri suunnasta ja eri tavoin viivästyneen signaalin kultakin liikkuvalta asemalta kullakin L:llä elementillä, suorittaa esivahvis-5 tuksen, muuntaa signaalin välitaajuudelle ja digitalisoi kaikki L signaalia. Näin saadut L digitaalista kompleksista I,Q-näytettä 514 viedään kanavaelementtien 504, 506, 508 sisäänmenoon.

Jokaista aktiivista tukiaseman kanssa yhteydessä 10 olevaa liikkuvaa asemaa palvelee yksi kanavaelementti, joka suorittaa digitaalista signaalinkäsittelyä sekä vastaanotetulle että lähetettävälle signaalille, kuten tullaan myöhemmin tarkemmin selostamaan. Jokainen kanava-elementti käsittää (α,τ)-vastaanottimen ja vastaavan lä-15 hettimen. Digitaaliset signaalin vaiheistuksen avulla toteutetut antennikeilan muokkaustoiminnot sekä lähetys-että vastaanottosuunnassa suoritetaan kanavaelementissä.

Vastaanottosuunnassa kanavaelementti suodattaa signaalin kulma-avaruustasossa, demoduloi vastaanotetut sig-20 naalikomponentit, ja yhdistää ne toisteyhdistelijässä ja lopuksi dekoodaa liikkuvalta asemalta vastaanotetun ja yhdistetyn signaalin. Näin saadut käyttäjän databitit viedään edelleen kantataajuusyksikölle 510, joka välittää ne edelleen verkon muihin osiin.

25 Lähetyssuunnassa käyttäjän databitit saapuvat verkon | muista osista kantataajuusyksikölle 510, joka välittää ne oikealle kanavaelementille 504-508, jossa ne koodataan, | · · moduloidaan hajotuskoodilla, ja suoritetaan lähetettävän *·’ ' signaalin vaiheistus, joka määrää lähetettävien antenni- 30 keilojen suunnat. Näin saadut L signaalia viedään antenni-!.·.ϊ ryhmän 502 kullekin L:lle elementille. Käytännössä vas- sT: taanotto- ja lähetysantenniryhmät 500, 502 voivat olla jo- ko erilliset tai toteutettu samalla fyysisellä antenniryh- mällä, joissa lähetys- ja vastaanottosuunnat on erotettu . 35 sopivalla duplex-suodatuksella.

( i · 98172 19 Lähetysantenniryhmässä 502 kultakin kanavaelementilta tulleet kullekin antennielementille tarkoitetut signaalit muunnetaan analogiseen muotoon, siirretään radiotaajuudelle ja lähetetään antennielementtien kautta.

5 Keksinnön mukaisessa ratkaisussa voi lähetin- ja vastaanotinantenniryhmissä luonnollisesti olla eri määrä antennielementtejä, vaikka yllä olevassa selostuksessa on yksinkertaisuuden vuoksi kuvattu molempiin ryhmiin sama lukumäärä L elementtiä. Kuviossa on myös esitetty oh-10 jauslohko 512, joka ohjaa laitteen eri yksiköiden toimintaa, kuten kanavayksiköiden allokointia eri yhteyksille tukiasemaohjaimelta tulevien viestien mukaisesti.

Kuviossa 7 havainnollistetaan keksinnön ensimmäisen toteutusmuodon mukaisen laitteiston kanavaelementin raken-15 netta lohkokaavion avulla. Kanavaelementti käsittää yhden tai useampia digitaalisia vastaanotinyksiköitä 600, 602, joista kuvioon on piirretty kaksi, yhden tai useampia etsijäyksiköitä 604, joista kuviossa on esitetty yksi, diversiteettiyhdistelijän 608, jonka sisäänmenossa on vas-20 taanotinyksiköiltä tuleva signaali, dekooderin 610, jonka sisäänmenoon on kytketty diversiteettiyhdistelijän 608 ulostulossa näkyvä signaali, ja ohjainvälineet 612. Antenniryhmältä saapuvat L digitaalista kompleksista I,Q-näytettä 514 viedään kaikkien digitaalisten vastaan-25 otinyksiköiden 600, 602 ja etsijäyksiköiden 604 sisään- ♦ \ : menoon. Mikäli keksinnön mukaista ratkaisua sovelletaan * «· • · , lähetinvastaanottimessa, niin keksinnön mukainen lähetin- * · · •1/ vastaanotin käsittää myös kooderin 614 sekä digitaalisen ϊ · · lähetysyksikön 606.

30 Tarkastellaan ensin digitaalisen etsijäyksikön 604 • · t •h' toimintaa kuvioon 7 viitaten. Etsijäyksikön tehtävänä on, *·♦ V · kuten tavanomaisessa RAKE-vastaanottimessa, etsiä vastaan- ; · otetusta signaalista haluttuja signaalikomponentteja.

Keksinnön mukaisessa ratkaisussa uudentyyppinen etsijäyk-35 sikkö jatkuvasti tutkii vastaanotettua signaalia (α,τ)- 98172 20 avaruudessa etsien käyttökelpoisia signaalikomponentteja ja ilmoittaa niiden parametrit, eli tulokulman (AoA, Angle of Arrival) ja viiveprofiilin, ohjainvälineille 612, joka puolestaan allokoi tarvittavan määrän vastaanotinyksikköjä 5 parhaimpien komponenttien demoduloimiseksi. Keksinnön mukainen vastaanotin voidaan toteuttaa luonnollisesti myös siten, että kanavaelementti ei käsitä erillisiä ohjain-välineitä 612, vaan etsijäyksikkö 604 välittää tiedon seurattavista signaalikomponenteista suoraan vastaanotinhaa-10 roille 600, 602.

Etsijäyksikkö käsittää välineet 634 antenniryhmän radiotaajuusosilta tuodun signaalin vaiheistamiseksi, ja välineet 636 havaita käsittääkö vaiheistusvälineiden 634 ulostulosta saatava signaali annetulla viiveellä vastaan- 15 otettua signaalikomponenttia ja mitata sanotun signaali- komponentin laatu. Etsijäyksikkö käsittää edelleen välineet 638 ohjata sanottuja vaiheistusvälineitä 634 ja mittausvälineitä 636 siten, että vastaanotetun signaalin tulosuunnat ja viiveet saadaan mitattua.

20 Välineet 634 antenniryhmän radiotaajuusosilta tuodun signaalin vaiheistamiseksi voidaan toteuttaa esimerkiksi jo aiemmin kuvatulla kuvion 4 kaltaisella laitteistolla, joka käsittää signaalin kertomisen kompleksisilla kertoimilla (i=l,..,L), joiden kertoimien avulla voidaan 25 määrätä, mikä signaalin tulokulma näkyy vaiheistusvälinei- •\j den ulostulosignaalissa vahvistettuna. Kukin kertoimien • ♦ I kombinaatio vastaa tiettyä antennikeilakombinaatiota, ku- *;· ten aiemmin on kuvattu. Vaiheistusvälineitä (634) ohjataan • · · välineillä 638 siten, että kaikki signaalin oleelliset , 30 tulosuunnat saadaan tutkittua.

• *

Vaiheistusvälineiden ulostulossa näkyy siis signaa- * · · V * li, joka vastaa kulloinkin annetusta suunnasta vastaan otettua signaalia välineiden 638 ohjauksen perusteella. Mittausvälineet 636 suorittavat vaiheistusvälineiden ulos-35 tulossa kulloinkin näkyvälle signaalille eri viiveillä 98172 21 mittauksen, jonka tarkoituksena on siis havaita eri lailla viivästyneet signaalikomponentit. Kulloinkin mitattava viive asetetaan sanotuilla välineillä 638. Mittausvälineissä suoritetaan välineiden sisäänmenossa olevalle 5 signaalille hajotuksen purku, kompleksisen signaaliener-gian mittaus ja neliöinti esimerkiksi kanavan koherenssia jän ylitse ja saadun mittaustuloksen vertailu annettuun kynnysarvoon. Niiden mitattujen signaalikomponenttien, joiden voimakkuus on suurempi kuin annettu kynnysarvo, 10 parametrit, eli tulokulma, viive ja teho, ilmoitetaan kanavaelementin ohjausvälineille 612.

Välineet 638 ohjaavat siis vaiheistusvälineiden 634 ja mittausvälineiden toimintaa. Välineet 638 vastaavat tavanomaisessa RAKE-vastaanottimen etsijähaarassa olevaa 15 tahdistumissilmukkaa, vaikkakin keksinnön mukaisessa ratkaisussa välineiden toiminta on uudenlaista. Haluttujen signaalikomponenttien etsintä (α,τ)-avaruudesta voidaan toteuttaa välineiden 638 ohjaamana monella tavalla. Kuten aiemmin jo todettiin, signaalin tehon mittaus voidaan kor-20 vata jollain muulla signaalin laadun mittauksena.

Antenniryhmällä vastaanotettua digitalisoitua signaalia voidaan vaiheistaa vaiheistusvälineissä 634 askeleittain siten, että suurimman vahvistuksen suuntakulmaa muutetaan annetuin kulmavälein. Mahdollisista tulosuunnis-25 ta valitaan siis edustava joukko tulokulmia Oj, jotka si-jaitsevat halutuin kulmavälein toisistaan, ja kullekin tu- • · : .·. losuunnalle suoritetaan useita energiamittauksia eri vii- veen arvoilla, jolloin saadaan viiveprofiili Tk kyseisille • · · tulosuunnille.

. 30 Toinen tapa on ohjata mittausvälineet 636 ensin

• · I

mittaamaan vastaanotetun signaalin viiveprof iili Tk esimer-*·* ' kiksi suuntaamattomalla antennikuviolla. Täten havaitaan *:··' ne mahdolliset viiveet, joilla vastaanotetaan signaa- .;·>! likomponentteja. Tämän jälkeen ohjataan vaiheistusvälinei- 35 tä 634 pyyhkäisemään kapea suuntaava keila eri suuntakul- 98172 22 mien yli samalla ohjaten mittausvälineitä mittaamaan sanotuilla ensimmäisessä mittauksessa havaituilla viiveen arvoilla. Täten saadaan eri viiveellä saapuneiden komponenttien tulosuunnat Oij.

5 Havaittujen signaalikomponenttien parametrit ilmoi tetaan siis kanavaelementin ohjausvälineille 612. Ohjausvälineet allokoivat vastaanotinelementit 600, 602 vastaanottamaan ja demoduloimaan parhaimpia havaittuja signaalikomponentteja ilmoittamalla vastaanotinelementille 10 signaalikomponentin tulosuunnan ja viiveen. Kuten jo mainittiin, vastaanotinelementtien ohjaus voi tapahtua myös suoraan etsijäyksiköltä 604 ilman erillisiä ohjausvälineitä.

Tarkastellaan seuraavaksi digitaalisen vastaanotin-15 yksikön 600, 602 toimintaa kuvioon 7 viitaten. Vastaan- otinyksikön tehtävänä on, kuten tavanomaisessa RAKE-vas-taanottimessa, vastaanottaa ja demoduloida annettu signaa-likomponentti. Oletetaan, että kanavaelementin ohjausvälineet 612 on allokoinut vastaanotinyksikön vastaanottamaan 20 tiettyä signaalikomponenttia, jonka parametrit ovat tulo-kulma a.j ja viive tk.

Vastaanotinyksikkö 600, 602 käsittää seurantavälineet 624, 632, joille kanavaelementin ohjausvälineet 612 välittävät tiedon seurattavan signaalikomponentin vaihees-25 ta ja tulosuunnasta. Seurantavälineet ohjaavat vastaan-.·. : otinyksikön ensimmäisiä vaiheistusvälineitä, joiden si- ; .·. säänmenona on antenni ryhmältä saatava digitalisoitu sig- • · · *.*!.* naali. Vaiheistusvälineet 618, 626 ovat rakenteeltaan sa- • · • · * mankaltaiset kuin etsijäyksikössä olevat vaiheistusväli- 30 neet 634. Seurantavälineet asettavat ohjausyksiköltä saa- • · · *·:·’ mansa tulokulmatiedon a* perusteella kompleksiset painoker- · toimet Wi (i=l,..,L) siten, että vaiheistusvälineiden ulostulossa näkyy halutusta tulosuunnasta tuleva signaali. Tämä voidaan siis käsittää haluttuun suuntaan osoittavana 35 vastaanotinantennikeilana, jolla on ennalta määrätty muo- 98172 23 to.

Vastaanotinyksikkö 600, 602 käsittää edelleen demodulointivälineet 620, 628, joiden sisäänmenossa on vaiheistusvälineiltä 618, 626 saatava signaali. Seu- 5 rantavälineet 624, 632 ohjaavat demodulointivälineet tah-distumaan annetulla viiveellä xk saapuvaan signaalikom-ponenttiin. Demodulointivälineissä signaalille suoritetaan hajotuskoodauksen purku ja demodulointi tunnetun tekniikan mukaisesti käyttäen koodivaiheena annettua xk:ta. Saadut 10 symbolit viedään viivetiedon kera kanavaelementin muihin osiin.

Vastaanotinyksikkö 600, 602 käsittää edelleen toiset vaiheistusvälineet 622, 630, joiden sisäänmenossa on antenniryhmältä saatava digitalisoitu signaali. Toisten 15 vaiheistusvälineiden ulostulosignaali viedään seuranta- välineille 624, 632. Seurantavälineet ohjaavat toisten vaiheistusvälineiden toimintaa mitaten niiden avulla vastaanottimene allokoidun signaalikomponentin sen hetkisten parametrien (oij,Tk) ympäristöä tarkoituksena havaita 20 vastaanotetun signaalikomponentin tulosuunnan ja viiveen mahdolliset muutokset. Tähän tarkoitukseen toiset vaiheistusvälineet käsittävät ensimmäisten vaiheistusvälineiden kaltaiset kompleksiset kertojat signaalin vaiheistamiseksi sekä etsijäyksikössä sijaitsevan mittausvälineiden 636 25 kaltaiset välineet impulssivasteen mittaamiseksi. Mikäli : seurantavälineet havaitsevat toisten vaiheistusvälineiden • · : avulla halutun signaalikomponentin tulosuunnassa otj tai viiveessä xk muutoksia, ne päivittävät sanotut tiedot ensimmäisille vaiheistusvälineille ja demodulointiväli-30 neille.

• · ·

Tunnetussa tekniikassa on esitetty useita tapoja, • · · ·. joilla seurantavälineet 624, 632 voidaan toteuttaa haja- spektrijärjestelmässä, kuten esimerkiksi Early-Late-por-tit, joita voidaan käyttää keksinnön mukaisessa ratkaisus-‘35 sa. Nämä piirit estimoivat koodin ajastusvirheen suoritta- 98172 24 maila kaksi energiamittausta annetulla aikaerolla, joka ero Δτ tyypillisesti on murto-osa hajotuskoodin chip-piajasta sen hetkisen asetuspisteen xk ympäristössä. Ener-giamittaukset suoritetaan toisten vaiheistusvälineiden 5 622, 630 mittausvälineillä, joista saadaan nimellisen ase tuspisteen Tk tarvitsema korjaustieto viiveen muuttuessa.

Vastaavasti voidaan seurata signaalin saapumiskulman oij muutoksia toisten vaiheistusvälineiden avulla. Voidaan esimerkiksi suorittaa annetulla viiveellä xk kaksi tai 10 useampia energiamittauksia antennikeiloilla, joita on poikkeutettu vaiheistuksen avulla kulman Δα verran molempiin suuntiin sen hetkisestä saapumiskulmasta dj. Käytetyn poikkeaman Δα suuruus on tyypillisesti murto-osa anten-nikeilan leveydestä.

15 Täten seurantavälineet 624, 632 ohjaavat toisilla vaiheistusvälineillä 622, 630 suoritettavia energiamit tauksia, jotta koko ajan voitaisiin vastaanottaa signaalia suurimmalla mahdollisella energialla. Seurantavälineet päivittävät tiedot muuttuneista parametreista (aj,xk) ensim-20 mäisille vaiheistusvälineille ja demodulointivälineille sekä myös kanavaelementin ohjausvälineille 612, jotta tietoa voitaisiin tarvittaessa käyttää hyväksi lähetys-suunnassa.

; Yllä kuvattua vastaanotetun signaalin maksimointia '·· 25 voidaan verrata tavanomaisissa järjestelmissä hyödynnet- tyyn vastaanotinantennidiversiteettiin, jossa signaali :.· ♦ vastaanotetaan kahdella tai useammalla toisistaan usean :!*: vastaanotetun signaalin aallonpituuden suuruisella etäi syydellä sijaitsevalla antennilla. Keksinnön mukaisessa . .·. 30 vastaanottimessa, jos saapumiskulmalla dj vastaanotettu • · · signaali joutuu syvään ja pitkään häipymistilanteeseen, • · « muuttamalla vastaanottokeilan kulmaa pienen kulman Δα ver-ran todennäköisesti poistaa häipymää. Täten ei tarvita kahta erillistä toisistaan annetun etäisyyden päässä . ,',35 sijaitsevaa antennia.

98172 25

Kanavaelementin diversiteettiyhdistelijän 608 ja de-kooderin 610 toiminta on samankaltainen kuin tunnetun tekniikan mukaisissa diversiteettivastaanottimissa. Yhdis-telijä 608 yhdistää eri vastaanotinelementeiltä saapuvat 5 symbolijonot ottaen huomioon ja kompensoiden niiden erilaiset viiveet Tk, mahdollisesti painottaen eri symbolijonoja niiden signaalikohinasuhteiden mukaisesti maksimisuhdeyhdistelyn saavuttamiseksi. Näin saatu yhdistelty symbolijono viedään dekooderille 610, joka dekoodaa 10 symbolit käyttäjän databiteiksi, suorittaen sitä ennen yleensä lomituksen purun. CDMA-sovelluksissa käytetään yleensä vahvaa konvoluutiokoodausta, jolle paras ilmaisumenetelmä on pehmeän päätöksen antava Viterbi-algoritmi .

15 On selvää, että esitetyn kaltaista kanavaelementtiä voidaan myös käyttää yhteydenmuodostuskanavan tarkkailuun ja vastaanottoon. Tällöin käytetyt vastaanottosuunnan antennikeilat ovat leveämpiä antennikuvioltaan, ollen esimerkiksi 120 astetta leveitä, koska yhteydenmuo-20 dostusviestejä lähettävien liikkuvien asemien tarkkaa sijaintia ei tunneta.

Tarkastellaan seuraavaksi digitaalisen lähetysyksi-kön 606 toimintaa kuvioon 7 viitaten. Käyttäjän databitit viedään ensin kooderille 614, joka koodaa bitit tyy- : 25 pillisesti konvoluutiokoodilla ja suorittaa lomituksen koodatuille symboleille. Saadut lomitetut symbolit viedään • · j hajaspektrimodulaattorille 642, joka suorittaa tavan- IM · omaisen moduloinnin. Yllä kuvatut toiminnat voidaan kaikki • · « suorittaa tunnetun tekniikan mukaisesti.

. 30 Esillä olevassa keksinnössä lähetinyksikkö käsittää

I · I

kuitenkin välineet 644, 640 ohjata ja vaiheistaa lähe- • · · ’·] * tettävää signaalia digitaalisesti vasteellisena vastaan- otetulle signaalille. Keksinnön mukaisessa lähetinyksikös-sä välineet 644 lähetyskeilan säätämiseksi saavat si-35 säänmenona kanavaelementin ohjausvälineiltä 612 tiedon 98172 26 liikkuvan aseman signaalin vastaanotossa käytetyistä tulosuunnista eri vastaanotinyksiköissä 600, 602. Lisäksi ohjainvälineet 612 voivat ilmoittaa muut etsijäyksikön 604 havaitsemat signaalin tulosuunnat, joita kaikkia ei siis 5 välttämättä hyödynnetä signaalin vastaanotossa.

Lähetinyksikön välineet 644 lähetyskeilan säätämiseksi ohjaavat vaiheistusvälineitä 640, jotka laskevat ennalta määrätyistä keilanmuodostusfunktioista JxL kompleksista painokerrointa wtj (i= 1, . . .L; j= 1, . . ., J) , joilla 10 aikaansaadaan J antennikeilaa L:n antennielementin avulla. Antennikeilojen suunnan ja lukumäärän lisäksi välineet 644 ohjaavat vaiheistusvälineitä 640 kertomalla kullakin keilalla käytettävän lähetystehon, jonka välineet 644 saavat kanavaelementin ohjausvälineiltä 612.

15 Vaiheistusvälineiden 640 rakenne voi olla aiemmin vastaanottosuunnassa kuvattujen vaiheistusvälineiden 618, 626, 634 kaltainen. Vaiheistusvälineissä modulointiväli- neiltä 642 tulleet lähetettävän signaalin digitoidut (I,Q)-näytteet kerrotaan siis Ltllä kappaleella kompleksi-20 siä painokertoimia, jossa L on siis antennielementtien lukumäärä, seuraavasti:

J

v = Σ g w , i = 1, . . . , L

i jmX i H

25 jolloin saadaan L kompleksista näytejonoa antenniryhmälle.

:*·.· Kompleksisessa kertolaskussa käytetään myös reaalista . skaalauskerrointa gj (j=l,...,J), joka saadaan säätö- im · välineiltä 644 ja jota voidaan käyttää kunkin antennikei-lan itsenäiseen tehonsäätöön. Säätövälineet 644 kertovat ,30 myös käytettävän taajuuden, jotta painokertoimet saa-daan asetettua oikein.

• · · *·’ * Keksinnön mukaisessa ratkaisussa voidaan myös hyödyntää erityisiä keilanohjausbittejä, jotka liikkuva asema generoi vastaanottamansa signaalin perusteella ja .35 liittää tukiasemalle lähettämäänsä signaaliin. Keksinnön 27 981/2 mukaisessa vastaanottimessa on välineet 616 demultipleksa-ta ja ilmaista sanotut keilanohjausbitit vastaanotetusta signaalista. Ilmaisu tulee suorittaa jo ennen dekooderia 610 viiveiden välttämiseksi. Sanotut keilanohjausbitit vä-5 litetään lähetysyksikön säätövälineille 644.

Välineet 644 lähetyskeilan säätämiseksi ohjaavat vaiheistusvälineitä 640 kanavaelementin ohjausvälineiltä tulevan informaation ja liikkuvan aseman lähettämien keilanohjausbittien perusteella. Säätö voidaan suorittaa 10 monin tavoin parametreja a, ja gj (j=l,...,J) eri tavoin muuntamalla. Esimerkiksi joillakin antennikeiloilla käytettävää lähetystehoa voidaan itsenäisesti säätää, tai joidenkin antennikeilojen suuntakulmaa a.j muuttaa annetun kulman Δα verran, tai käytettyjen antennikeilojen lukumää-15 rää voidaan muuttaa. Näillä toimenpiteillä voidaan kompensoida radiotiellä tapahtuvia signaalin laadun huononemisia, kuten häipymiä.

Keksinnön mukaisessa ratkaisussa lähetysyksikössä 606 säätövälineet 644 voivat poikkeuttaa yhden tai useam-20 man käytetyn antennikeilan suuntaa pieniä määriä Δα annetun suuntakulman ad ympäristössä. Tällaisen poikkeutuksen ansiosta voidaan pienentää todennäköisyyttä, että liikkuva asema olisi pitkiä aikoja syvässä häipymässä. Koska antennikeilan suuntakulma värisee jatkuvasti nimellisen 25 suuntakulman a.j ympärillä, ei radiotiellä edennyt signaali :\i kulje jatkuvasti samaa reittiä. Kyseistä menetelmää voi- i ·': daan pitää eräänlaisena uudentyyppisenä antennidiversi- • · · » {*;·. teettinä siirtosuunnassa tukiasemalta päätelaitteelle.

Keksinnön mukaisessa ratkaisussa säätövälineet 644 .30 ohjaavat vaiheistusvälineitä 640 siten, että painokertoi-• · · mien wi;) ( i= 1,...,L; j=l,...,J) ja kertoimien g^ (j =1,...,J) sopivalla asettelulla lähettävältä antenni-ryhmältä aikaansaadaan yksi tai useampi verrattain kapean ·:·'; antennikeilan omaava signaali, jonka suurimman vahvistuk- .’. 35 sen kulma pyyhkii jatkuvasti solun alueen ylitse. Näin 98172 28 saatua antennikuviota käytetään pilottisignaalin lähetykseen. Säätövälineet 644 voivat ohjata vaiheistusvälineitä 640 myös siten, että pilottikanavaa lähetetään useammalla pyörivällä kapealla keilalla samanaikaisesti.

5 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 esittämän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

10 Keksinnön mukaista menetelmää voidaan soveltaa myös siirtosuunnassa liikkuvalta asemalta tukiasemalle. Liikkuva asema lähettää tällöin yhteydenmuodostuskanavalla pitkän lähetyspurskeen, ja tukiasemalla käytetään vastaanotossa pyörivää antennikeilaa, joka havaitsee sanotun 15 lähetyksen. Tämän ratkaisun avulla voidaan tukiasemalla vähentää yhteydenmuodostuskanavalla tarvittavia kanavaele-menttejä. Ratkaisun avulla saadaan yhteydenmuodostuskanavalla sama antennivahvistus hyödynnettyä kuin liikenneka-navalla. Tästä seuraa, että päätelaitteen ei tarvitse 20 käyttää suurta lähetystehoa yhteydenmuodostusviestiä lähe-tettäessään, jolloin muille yhteyksille aiheutettu häiriö pienenee.

Antennikeilojen suuntausta voidaan esimerkiksi käyttää sekä vertikaalisessa että horisontaalisessa suunnassa, : 25 jolloin yllä kuvattu (α, τ)-avaruus voidaan käsittää :*♦.· (α,β,τ)- avaruutena, jossa a käsittää vertikaalisen kul- » · j man, β horisontaalisen kulman ja τ viiveen.

··· ♦ *;·. Eräs mahdollisuus on myös hyödyntää koherentteja, epäkoherentteja tai differentiaalisesti koherentteja modu- . 30 laatio- ja demodulaatiomenetelmiä kanavaelementeissä. Esi-« · · '·*·* merkiksi koherentin demoduloinnin mahdollistamiseksi liik- <«« • · · V * kuvassa asemassa tukiasema voi sisällyttää tunnettuja ·:·*; referenssisymboleita jokaiseen antennikeilaan vaiherefe- renssiksi.

35 Eräs keksinnön toteutusvaihtoehto on myös keskittää 98172 29 kanavaelementtien digitaalisia vaiheistusvälineitä 618-634 yhteiseen vaiheistusvälinelohkoon, joka palvelee kaikkia kanavaelementtejä.

• · « • · · ·»« * i'll f • * · • · » » ♦ · • * · • * 4 »

Claims (10)

98172 30

1. Menetelmä pilottisignaalin lähettämiseksi solukkoradiojärjestelmässä, joka käsittää kussakin solussa 5 ainakin yhden tukiaseman (100), joka on yhteydessä alueellaan oleviin liikkuviin asemiin (102) , ja jossa menetelmässä tukiasemat lähettävät datasignaalin siirtosuunnassa tukiasemalta liikkuville asemille ajallisesti muuttuvia 10 säteilykuvioita käyttäen, ja jotka tukiasemat lähettävät pilottisignaalia liikkuville asemille, tunnettu siitä, että pilottisignaalin lähetyksessä käytetään muuttuvaa, verrattain kapeaa antennikeilaa, ja että 15 antennikeilan suurimman vahvistuksen kulmaa ohjataan siten, että antennikeila pyyhkii solun alueen yli.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että samaa pilottisignaalia lähetetään useammalla kuin yhdellä antennikeilalla.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että antennikeilojen suurimman vahvistuksen kulmat osoittavat kullakin ajan hetkellä eri suuntiin .

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n -25 n e t t u siitä, että tukiasema lähettää alueellaan ole- :/.{ ville liikkuville asemille tiedon ajasta, jolloin pilot- j :*· tikanavan käsittävä antennikeila pyyhkäisee minkä tahansa kuuluvuusalueen sektorin yli.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n - 3. n e t t u siitä, että » · · ' • * « tukiasema vastaanottaa signaalin liikkuvalta asemal- » · t *. ta useasta elementistä koostuvan antenniryhmän (500) avul- ♦ la, ja että vastaanotetusta signaalista etsitään signaalikompo-35 nenttien tulosuunnat ja viiveet, ja että 98172 31 lähetettäessä datasignaalia tukiasemalta liikkuvalle asemalle useasta elementistä koostuvan antenniryhmän (500, 502) avulla käytetyn säteilykuvion muodostusta ohjataan sanotun mittauksen perusteella.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että vierekkäisten tukiasemien pilotti-signaalia välittäviä antennikeiloja ohjataan siten, etteivät keilat ole päällekkäin minään ajan hetkenä.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n -10 n e t t u siitä, että antennikeilojen ohjaus on tahdistettu järjestelmän yleiseen ajoitukseen.

8. Solukkoradiojärjestelmä, joka käsittää kussakin solussa ainakin yhden tukiaseman (100), joka on yhteydessä alueellaan oleviin liikkuviin asemiin 15 (102), ja jotka tukiasemat lähettävät pilottisignaalia liikkuville asemille, ja joka järjestelmä käsittää ainakin yhden tukiaseman (100), joka lähettää liikkuville asemille (102) ajal-20 lisesti muuttuvia säteilykuvioita käyttäen, tunnet -t u siitä, että järjestelmä käsittää ainakin yhden tukiaseman (100), joka käsittää välineet (606) lähettää pilottisignaalia : muuttuvaa, verrattain kapeaa antennikeilaa käyttäen, ja 25 välineet (606) ohjata sanotun antennikeilan suurim- :*.J man vahvistuksen kulmaa siten, että antennikeila pyyhkii • · : .·. solun alueen yli. • · · *

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen solukkoradiojär- • · · jestelmä, tunnettu siitä, että tukiasema (100) kä- 3. sittää ainakin yhden useasta elementistä koostuvan • · · *"·’ antenniryhmän (500,502), antenniryhmään kytketyn joukon • · · *.* * radiotaajuusyksikköjä (500) , yhden tai useamman kanava- ... yksikön (504-508), jotka yksiköt on toiminnallisesti kyt ketty radiotaajuusosiin (500), ja joka kanavayksikkö kä-• 35 sittää välineet (606) vaiheistaa antenniryhmällä (502) 32 98172 lähetettävää signaalia siten, että antenniryhmästä saatava vahvistus on suurimmillaan halutussa suunnassa.

10. Patenttivaatimuksen 8 mukainen solukkoradio-järjestelmä, tunnettu siitä, että tukiasema käsit-5 tää välineet (606) lähettää liikkuville asemille tieto ajasta, jolloin pilottikanavan käsittävä antennikeila pyyhkäisee minkä tahansa kuuluvuusalueen sektorin yli. • 0 0 0 0 0 0 · • · « · 0 0 0 0 0 0 00 0 · 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 98172 33