FI99189C - Kahta aikaväliä käyttävä liikennekanavajärjestely matkapuhelinjärjestelmässä - Google Patents

Description

. 99189

Kahta aikaväliä käyttävä liikennekanavajärjestely matkapuhelinjärjestelmässä Tämän keksinnön kohteena on kahta aikaväliä käyttä-5 vä liikennekanavajärjestely aikajakoiseen monipääsyyn perustuvassa matkapuhelinjärjestelmässä.

GSM-järjestelmässä yksi TDMA-kehys on pituudeltaan 4.615 ms ja käsittää kahdeksan aikaväliä, jotka on numeroitu nollasta seitsemään. Aikavälin numero merkitään ly-10 henteellä TN (Time Slot Number). Täyden nopeuden liikenne-kanava TCH muodostuu syklisesti joka kahdeksannesta aikavälistä, joten verkon kannalta katsottuna yhdellä kantoaallolla voidaan muodostaa kahdeksan liikennekanavaa. Matkaviestimeltä tukiasemalle suuntautuva liikenne (Uplink 15 Direction) ja tukiasemalta matkaviestimelle suuntautuva liikenne (Downlink Direction) on järjestetty siten, että vastaanotto tukiasemassa tapahtuu kolme purskeen kestoa myöhemmin kuin lähetys. Tällöin lähetyskehyksen lähetysai-kavälin numero TN ja vastaanottokehyksen aikavälin numero 20 TN ovat samat. Tätä havainnollistaa kuva 1, jonka yläosassa esitetään lähellä tukiasemaa olevan matkaviestimen pe-.. räkkäisiä aikavälejä. Rx merkitsee vastaanottoaikaväliä ja

Tx lähetysaikaväliä. Lähetys tapahtuu kolme purskeperiodia myöhemmin kuin vastaanotto. Kuvan alaosassa downlink mer- ’·’ ‘ 25 kitsee matkaviestimen vastaanottoa ja uplink lähetystä.

« *: Lähetys tapahtuu lähetysaikavälillä purskeena. Ai- ..]·* kavälin aikana lähetyssignaalin amplitudi nousee lähtöar- vosta nolla nimellisarvoon, jonka jälkeen signaalin vaihetta moduloidaan bittipaketin lähettämiseksi. Tämän jäl-- 30 keen aikavälin lopussa lähetyssignaalin amplitudi laskee ,·;·. jälleen nollaan. Normaalipurske sisältää kaksi 58 bitin jaksoa, joiden välissä on 26 bitin opetusjakso. Purskeen alussa ja lopussa on 3 häntäbittiä. Jotta vastaanotetut peräkkäiset purskeet eivät joutuisi päällekkäin, on kunkin 35 purskeen lopussa 8,25 bitin pituinen suoja-aika. Suoja- 99189 2 ajan todellinen kesto riippuu lähetyspurskeen verhokäyräs-tä, mutta yleisesti suoja-aika määritellään ajaksi, jona purskesignaali on alle -70 dB. Suoja-ajan pituus on tällöin noin 30 mikrosekuntia. Suoja-aika tarvitaan, koska 5 samalla radiokantoaallolla lähettävät matkaviestimet ovat satunnaisella etäisyydellä tukiasemasta, jolloin radioaaltojen etenemisaika tukiasemalta matkaviestimelle vaihtelee aikavälikohtaisesti. Siksi on aikaväleissä lähetettävien purskeiden keston oltava hieman aikaväliä lyhyempi, jotta 10 tukiaseman vastaanottaessa eivät vierekkäisissä aikaväleissä lähetetyt purskeet menisi päällekkäin. Jotta suoja-aika olisi mahdollisimman lyhyt, on järjestelmä määritelty sellaiseksi, että tukiasema säätää dynaamisesti kunkin matkaviestimen lähetysaikaa siltä vastaanottamiansa purs-15 keiden perusteella. Tukiasema antaa matkaviestimelle ns. ajoitusennakon TA (Timing Advance), jonka mukaan matkaviestin säätää lähetyshetken alkua. Näin ollen kaukana tukiasemasta olevassa matkaviestimessä vastaanoton ja lähetyksen välinen aika on huomattavasti lyhyempi kuin lä-20 hellä tukiasemaa olevassa matkaviestimessä.

Edellä sanotun ja kuvan 1 mukaisesti GSM-järjestel-mä on optimoitu käyttämään liikennekanavana peräkkäisten downlink-suunnan kehysten yhdestä aikavälistä ja sitä vastaavan uplink-suunnan kehysten yhdestä aikavälistä muodos-25 tuvaa paria. Niinpä matkaviestimessä voidaan käyttää vain :.· · yksiä radio-osia, jotka syntetoivat eri taajuudet vastaan- ottoon, lähetykseen ja naapurisolujen kuunteluun. Jotta taajuussyntetoija ehtisi virittyä ja asettua uudelle taajuudelle niin, että tarvittavat taajuudenvaihdot voitai-:·.## 30 siin tehdä, on matkaviestimen lähetys määritelty tapahtu- maan yllä esitetyllä tavalla viivästettynä vastaanottoon »«· nähden. Vastaavasti lähetyksen ja vastaanoton väliin jää vielä riittävä aika käydä monitoroimassa naapurisolujen taajuuksia.

35 Edellä kuvatun tekniikan tason mukaisella liikenne- 99189 3 kanavajärjestelyllä on haittana se, että yhden aikavälin käyttö kehyksestä liikennekanavakäyttöön mahdollistaa hyvin pienen kapasiteetin. Joissakin sovelluksissa voisi olla hyödyllistä saada matkaviestimen liikennekanavan käyt-5 töön enemmän kapasiteettia. Sovellus voisi olla esimerkiksi datalähetys. On ehdotettu järjestelyä, jossa lähetykseen ja vastaanottoon käytettäisiin kahta peräkkäistä aikaväliä. Käytännössä näin ei ole voitu tehdä, sillä ongelmaksi tällaisessa järjestelyssä muodostuu se, että vas-10 taanoton ja lähetyksen välillä olisi vain yksi aikaväli eli noin 577 mikrosekunnin pituinen aika. Kun otetaan vielä huomioon, että lähetyksessä tarvittava ajoitusennakko lyhentää tätä aikaa, tulee suurin käytetty etenemisviiveen korjaus huomioon ottaen todelliseksi lähetyksen ja vas-15 taanoton väliseksi minimiajaksi vain noin 340 mikrosekun-tia. Tämä on äärimmäisen kriittinen aika syntetoijalle tehdä 45 MHz:n taajuushyppy ja asettua uudelle taajuudelle. Toinen tapa olisi käyttää downlink-suuntaan esim. aikavälejä 2 ja 3 ja uplink-suuntaan vastaavasti aikavälejä 20 3 ja 4. Tällöin matkaviestimen lähetyksen ja vastaanoton välinen aika supistuu pienimmillään kahteen aikaväliin, jona aikana matkaviestimen radio-osien olisi tehtävä kaksi suurta taajuushyppyä, nopea hyppy lähetyksestä monitoroin-.· tiin ja monitoroinnista vastaanottoon. Tällaisen toteutus ·.· ; 25 on hyvin vaikea. Lisäksi järjestelmä tuhlaisi resursseja, : : : sillä kumpaankin suuntaan jäisi yksi aikaväli parittomana ·;· käyttämättömäksi. Syntetoi jän asettumisaikaa voidaan tun- . t % » . netusti nopeuttaa erilaisin nopeutuskytkennöin, mutta täl laiset kytkennät voivat tuoda liian suuren lisän loppu-30 tuotteen hintaan.

4 1 « · Tämä keksintö esittää järjestelyn, joka mahdollis- * · t taa kahden aikavälin käytön liikennekanavalla ilman edellä ; sanottuja haittoja. Keksinnölle on tunnusomaista se, mitä on sanottu patenttivaatimuksessa 1.

35 Keksinnön mukaisesti käytetään lähetykseen kahta ' ", peräkkäistä aikaväliä, esim. aikavälit TN2 ja TN3, joiden 4 99189 aikana lähettyjen purskeiden välillä ei käytetä suoja-ai-kaa. Kahdessa perättäisessä purskeessa ei tarvita suoja-aikaa erottamasta purskeita toisistaan, sillä sekä lähetys että vastaanotto tapahtuvat samoin ajoitettuna molemmille 5 peräkkäisille purskeille ja häiriöolosuhteet muuttuvat tänä aikana hyvin vähän. Hyödyntämällä suoja-aika sekä lähetys- että vastaanottosuunnassa saadaan noin 60 mikro-sekuntia lisää virittäytymisaikaa. Tällöin lähetyksen ja vastaanoton välinen minimiaika saadaan kasvatetuksi 340 10 mikrosekunnista noin 400 mikrosekuntiin. Keksinnön mukaisesti käytetään ensimmäiselle purskeelle lyhyempää ajoi-tusennakkoa kuin minkä verkko on laskenut ajoitusennakoksi normaalitapaukseen, jossa käytetään vain yhtä aikaväliä.

Ensimmäisen suoritusmuodon mukaisesti kahdella pe-15 rättäisellä aikavälillä lähetetään kummallakin omat purs-keensa ja molemmilla on oma ajoitusennakkonsa. Lisäaikavä-lin vastaanottoa viivytetään tukiasemalla sen ajoitusen-nakkoon verrannollisesti. Tämän ratkaisun erityinen etu on siinä, että normaalin GSM-järjestelmän aikavälien käyttöä 20 ja rakennetta ei tarvitse muuttaa.

Toisen suoritusmuodon mukaan kahden aikavälin peräkkäiset purskeet yhdistetään yhtäjaksoiseksi lähetykseksi’: si. Tukiasema ajoittaa yhdistetyn purskeen lähetyksen mah- .···. dollisimman aikaiseksi ja vastaavasti vastaanoton mahdol- « « · 25 lisimman myöhäiseksi käytettyjen kahden aikavälin muodos- • · · \.m tamassa ikkunassa. Pursketta voidaan optimoida ainakin • · · **V poistamalla purskeiden väliset häntäbitit. Tämän suoritus- • · · ···; muodon mukainen järjestely edellyttää muutoksia normaalin « · · GSM-järjestelmän ajoitusennakon TA kontrollin määrityk- 1 2 3 4 5 6 «444· siin.

2 • · 3 • *·· Selostetaan keksintöä lähemmin oheisten kuvien 4 avulla, joista 5 kuva 1 esittää matkaviestimen aikavälien sykliä, kuva 2 esittää keksinnön järjestelmässä käytettäviä 6 aikavälejä, 99189 5 kuva 3 esittää keksinnön ensimmäistä suoritusmuotoa kuva 4 esittää keksinnön toista suoritusmuotoa ja kuva 5 matkaviestimen käyttämiä fyysisen kanavan aikavälejä.

5 Kuva 2 esittää perättäisiä aikavälejä sekä uplink- että downlink-suunnassa. Uplink-suunnassa lähetysaika Tx muodostuu kahdesta perättäisestä aikavälistä: normaalista GSM-järjestelmässä käytetystä aikavälistä TN3 sekä sitä edeltävästä aikavälistä TN2. Vastaavasti vastaanotto talo pahtuu normaalin GSM-järjestelmän mukaisessa vastaanotto-aikavälissä TN3 ja sitä edeltävässä aikavälissä TN2. Kuva esittää tapausta, jossa matkaviestin on aivan tukiaseman lähellä, jolloin ajoitusennakko on nolla. Tällöin matkaviestimen radio-osan asettumisaika Ts vastaanottotaajuu-15 delta lähetystaajuudelle riittää. Mutta kun matkaviestin siirtyy kauemmaksi tukiasemasta kasvaa lähetyksessä tarvittava ajoitusennakko ja nopeasti tullaan kohtaan, jossa ajoitusennakko ottaa lähetyksen ja vastaanoton välisestä ajasta niin suuren osan että jäljelle jäävä osa on pienem-20 pi kuin Ts, jolloin lähetin ei ole ehtinyt asettua lähetystaajuudelle kun lähetyksen pitäisi jo alkaa.

Keksinnön kuvassa 3 esitetyn ensimmäisen suoritus-.V: muodon mukaisesti nojaudutaan normaaliin GSM-perusraken- .teeseen, jossa perusaikaväli on TN3 . Oletetaan, että verk-25 ko toimii aluksi tavalliseen tapaan. Liikennöinti suorite- . .·. taan käyttäen vain perusaikaväliä TN3, mutta välitystar- • · · **V peen kasvaessa otetaan käyttöön aikaväli TN2. Tällöin lä- *."! hetys tapahtuu kahdella perättäisellä aikavälillä ja kum- • · · mailakin aikavälillä lähetetään oma lähetyspurskeensa ts.

30 lähetysaikana Tx lähetetään kaksi pursketta, joilla kum- i '*' mailakin on oma ajoitusennakkokontrolli. Tukiasema on nor- • · · maalin GSM-käytännön mukaisesti ilmoittanut matkaviestimelle, mikä on ajoitusennakon TA arvo. Aikavälillä TN3 lähettävä purske lähetetään käyttäen sitä ajoitusennakkoa 35 TA, jonka verkko on laskenut normaaliin tapaan perusarka- tilli I « 99189 6 välille TN3. Perusaikaväliä TN3 edeltävälle aikavälille TN2 käytetään tätä lyhyempää ajoitusennakkoarvoa TA'. Lyhennys voidaan tehdä, koska aikaväleissä TN2 ja TN3 lähetettävien kahden purskeen välillä ei tarvitse käyttää 8.25 5 bitin pituista suoja-aikaa. Aikavälillä TN3 lähetytyn purskeen alku ajoitusennakolla TA sattuu radiotien toisessa päässä olevan tukiaseman vastaanottimen toisen vastaan-ottoaikavälin TN3 alkuun niin kuin järjestelmä on laskenutkin, tätä kuvaa katkoviiva b. Koska lisäaikavälin TN2 10 ajoitusennakko TA' on pienempi kuin TA on aikavälin TN2 vastaanottoa viivytettävä tukiasemalla vastaavasti sen eron verran mitä ensimmäisen lähetyspurskeen ajoitusennakko on pienempi toisen purskeen ajoitusennakkoa. Tällöin purskeen alku sattuu vastaanottimen ensimmäisen vastaanot-15 toaikavälin TN2 alkuun kuten pitääkin, katkoviiva a.

Lähetyspurskeiden välisen suoja-ajan poisjättö ja siten se, että TA'<TA, merkitsee noin 4 kilometrin kasvua solun maksimisäteeseen verrattuna siihen, että aikavälin TN2 ajoitusennakko olisi TA. Jos matkaviestimen virittäy-20 tymisaika on tavallisesti GSM-järjestelmässä käytetyllä tekniikalla noin 450 ms, merkitsee tämän suoristusmuodon mukainen ratkaisu solun koon kaksinkertaistamista. Tässä ratkaisussa on oleellista, että lisä-aikavälin TN2 vastaanottoa tuki-asemalla viivytetään vastaavalla ajalla 25 kuin mitä lisäaikavälin ajoitusennakko on pienempi kuin . .·. perusaikavälin TN3 ajoitusennakko. Tämän ensimmäisen suo- ritusmuodon hyöty perustuu siihen, että ei tarvita mitään normaalista GSM-järjestelmästä poikkeavia määrittelyjä • · « • kahden aikavälin sovelluksessa. 1 2 3 4 5 6

Kuvassa 4 esitetyssä suoritusmuodossa lähetys pe- 2 • · 3 ϊ *’ räkkäisillä aikaväleillä tapahtuu yhtenä ainoana purs- 4 • · · 5 keena. Peräkkäiset purskeet yhdistetään viivalla e hahmotelluksi yhdeksi purskeeksi jättämällä ensimmäisen purskeen suoja-aika pois. Myös ensimmäisen purskeen lopussa ja 6 toisen purskeen alussa olevat häntäbitit voidaan jättää 99189 7 pois ilman/ että vaikutetaan kanavakoodauksen purkualgo-ritmeihin. Näin voidaan purskeen ajallista kestoa lyhentää. Kuvan 4 yläosassa on katkoviivalla esitetty aikaväli TN2 ja TN3 ja vastaavasti alaosassa on esitetty kahden 5 vastaanottoaikavälin TN2 ja TN3 muodostama ikkuna, jona aikana vastaanotetaan lähetetty yhdistetty purske. Yhtenäisellä viivalla e esitetty pulssi on tarkoitettu havainnollistamaan lähetettyä yhdistettyä pursketta. Yhdistetyn purskeen ajallinen kesto on lyhyempi kuin kahden aikavälin 10 pituus. Tällöin purskeen ajoitusennakko TA" säädetään siten, että purskeen loppu on mahdollisimman lähellä vastaanottoaikavälin loppua, katkoviiva c kuvaa purskeen loppupään kuvautumista kulkuajan kuluttua vastaanottoaikavä-lille. Kun ajoitusennakko TA" on säädetty edellä sanotun 15 ehdon mukaan, kuvautuu purskeen alkuhetki jonkin verran vastaanottoikkunan alkuhetkeä myöhemmäksi. Tukiasema säätää siksi vastaanottoaan hieman myöhäisemmäksi esitetyssä kahden aikavälin muodostamassa ikkunassa.

Kuvassa 4 merkintä TA tarkoittaa ajoitusennakkoa, 20 jota käytettäisiin liikennekanavan muodostuessa yhdestä aikavälistä. Merkintä Ts tarkoittaa matkaviestimen radio- osan asettumisaikaa siirryttäessä vastaanotosta lähetyk- seen. Tällöin lähetyksen tulisi alkaa ennen kuin radio-osa on siihen valmis. Yhdistämällä purskeet ja käyttämällä .·;·. 25 ajoitusennakkoa esitetyllä tavalla jää radio-osalle riit- /.·. tävästi aikaa virittyä lähetystaajuudelle. Tämä toisen • « · **V suoritusmuodon mukaisessa järjestelyssä on oleellista, että tukiasema ajoittaa oman yhdistetyn purskeensa lähe-*·* * tyksen mahdollisimman aikaiseksi ja vastaavasti vastaan- 30 oton mahdollisimman myöhäiseksi, so. TA'' mahdollisimman φ · i ’·· pieneksi käytetyssä kahden aikavälin ikkunassa. Tämän suo- • · · v ’ ritusmuodon mukainen vastaanoton ajoitus edellyttää muu toksia normaalin GSM-järjestelmän ajoitusennakon TA kontrollin määrityksiin, sillä muuten lähellä tukiasemaa ole-35 vien matkaviestimien ajoitusennakko TA" voisi ajautua ne- 99189 8 gatiiviseksi. Menetelmää voidaan soveltaa myös silloin, kun on käytetty muita tapoja, kuten kanavakorjaimen optimointia kaksoispurskeelle sopivammaksi, vähentämään radiotien yli lähetettävien bittien määrää.

5 Kuvassa 5 on kuvattu taajuussiirtymiä kahden aika välin käytössä. Lähetyksen ajoitusennakot on esitetty vaakaviivoituksella. Taajuussiirtymät sinänsä ovat normaalin GSM-käytännön mukaiset: vastaanotetaan aikaväleillä 2 ja 3, sen jälkeen muutetaan taajuutta ja lähetetään aikaväli) leiliä 2 ja 3, lähetyksen jälkeen monitoroidaan jonkin naapuritukiaseman taajuutta ja muutetaan taajuus vastaan-ottotaajuudeksi. Tämän jälkeen edellä sanottu sykli toistuu. Edellä oleva selitys ja siihen liittyvät kuvat on ainoastaan tarkoitettu havainnollistamaan esillä olevaa 15 keksintöä. Alan ammattimiehille ovat ilmeisiä erilaiset keksinnön variaatiot ja muunnelmat ilman että poiketaan oheisissa patenttivaatimuksissa esitetyn keksinnön suoja-piiristä ja hengestä.

• · · • · · • · · • * ♦ * · · • ·· · i ··

• I I I

• · · • · · • · t a • · • · • I « ·· ·

Claims (7)

1. 99189
2. 1. Järjestely liikennekanavan kapasiteetin kasvattamiseksi TDMA-matkapuhelinjärjestelmässä, jossa matka- 5 viestimeltä tukiasemalle suuntautuvan suunnan (uplink) kehys ja tukiasemalta matkaviestimelle suuntautuvan suunnan (downlink) kehys muodostuu useasta aikavälistä (esim. TN0,..TN7), joista yksi aikaväli (esim.TN3) on perusaika-väli, 10 tunnettu siitä, että liikennekanava muodostuu kummankin suunnan kehyksen kahdesta peräkkäisestä aikavälistä, joista toinen on pe-rusaikaväli ja lisäaikaväli on sitä edeltävä aikaväli niin, että matkaviestimessä vastaanoton ja sitä seuraavan 15 lähetyksen välillä on yksi aikaväli, tukiasema ajoittaa matkaviestimen lisäaikavälillä aloittaman lähetyspurskeen ajoitusennakkoarvoksi (TA'; TA") pienemmän arvon kuin matkapuhelinjärjestelmän perus-aikavälille laskema ajoitusennakkoarvo (TA) ja ajoittaa 20 vastaanottonsa vastaavasti viivästettynä.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että kahden peräkkäisen aikavälin aikana lähetetään kaksi peräkkäistä pursketta siten, että . perusaikavälillä lähetettävä purske lähetetään käyttämällä 25 perusaikavälin ajoitusennakkoarvoa (TA) ja lisäaikavälillä • * · lähetettävä purske lähetetään käyttämällä sanottua ajoi- • * · **V tusennakkoarvoa (TA) pienempää ajoitusennakkoarvoa (TA'), * **;; jolloin tukiasema aloittaa lisäaikavälillä lähetetyn purs- • · · *·* ’ keen vastaanoton viivästettynä ajoitusennakkojen eroon 1 2 3 4 5 6 verrannollisesti. 2 • ♦ 3 : *·· 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen järjestely, 4 tunnettu siitä, että kahdella peräkkäisellä aika 5 välillä lähetetään kaksi peräkkäistä normaalipursketta siten muokattuna, että niiden välillä ei ole suoja-aikaa. 6
4. 4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestely, 99189 tunnettu siitä, että kahden peräkkäisen aikavälin aikana lähetetään yhtäjaksoinen purske siten, että sille käytetty ajoitusen-nakkoarvo (TA") on pienempi kuin matkapuhelinjärjestelmän 5 perusaikavälille laskema ajoitusennakkoarvo (TA), käytetty ajoitusennakkoarvo (TA") määritetään sellaiseksi, että tukiaseman vastaanotto tapahtuu mahdollisimman myöhään kahden vastaanottoaikavälin muodostamassa ikkunassa.
5. 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että yhtäjaksoinen purske on muodostettu yhdistämällä kaksi normaalipursketta ja jättämällä niiden välinen suoja-aika pois.
6. 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen järjestely, 15 tunnettu siitä, että ensimmäisen purskeen lopussa ja toisen purskeen alussa olevat häntäbitit (tail bits) on jätetty pois.
7. 7. Patenttivaatimuksen 4 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että kanavakorjäin optimoidaan 20 kaksoispurskeelle sopivaksi radiotien yli lähetettävien bittien määrään vähentämiseksi. • · IM • » · • · f • · ♦ » f · ·«· ♦ ♦ • » · ♦ »« f · · « · · • · • ♦ ··· ♦ ♦ · η 99189