NO174229B - Fremgangsm}te for overf!ring av datainformasjon i et celleinndelt mobilradio-kommunikasjonssystem - Google Patents

Description

TEKNISK OMRÅDE

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for overføring av datainformasjon i et cellulært mobilradio-kommunikasjonssystem i henhold til det prinsipp som bygger på tidsdelt multippel aksess (TDMA "time-division multiple access"), dvs. informasjon blir overført i rammer som hver inneholder en flerhet av tidsluker, slik dette er angitt i den innledende del av det vedføyde patentkrav 1.

Mer spesielt går oppfinnelsen ut på å forbedre overføringen mellom en eller flere mobilstasjoner og en basisstasjon i det tilfelle hvor avstanden mellom den mobile og basisstasjonen er lang.

TEKNIKKENS STILLING

I forbindelse med et mobil radiosystem som drives i henhold til TDMA-prinsippet, blir datainformasjon overført mellom en basisstasjon og en eller flere mobilstasjoner, idet datainformasjonen omfatter oppkalling og annen informasjon, f.eks. synkronisering, feilkorrigering, etc.

Som nevnt finner overføring sted via en gitt radiokanal, f.eks. innen et frekvensområdet på 935-960 MHz i form av rammer, som hver inneholder et gitt antall av tidsluker. Datainformasjonen utgjøres av en bitstrøm med en gitt hastighet, f.eks. 340 kbiter/s, og mellom de forskjellige mobilstasjoner i form av utbrudd svarende til tidslukene i en ramme. Følgelig vil en mobilstasjon bli tillagt en tidsluke i en ramme under hvilken utbruddene blir overført eller mottatt. En flerhet av mobilstasjoner kan således overføre eller motta via en gitt radiokanal, dvs. i frekvensområdet (RF-frekvens).

Det cellulære system kan inndeles i store og små celler, idet de små cellene vanligvis tjener i mobilstasjonene i et tett befolket område, mens de store celler tjener områder som er mindre befolket. Til tross for dette, er det ofte tilfelle at alle tidsluker i en ramme for mobilstasjoner innenfor de små celler, er opptatt, mens en eller flere av tidslukene for mobilstansjonene innenfor de store celler er opptatt.

REDEGJØRELSE FOR OPPFINNELSEN

Et problem med mobilstasjonsystemer av TDMA-typen går ut på at rekkevidden blir redusert på grunn av den høye bithastig-het (340 kbitei/s) hos datainformasjonsstrømmen. Selvsagt vedrører dette primært grissgrendte områder, hvor det er ønsket en god rekkevidde. Som nevnt er kapasitetskravene lavere i forbindelse med store celler hvor en stor rekkevidde er nødvendig. Mobilstasjonene har begrensede muligheter til å øke deres utgangseffekt, på grunn av plassbehov og kostnader, mens det i forbindelse med basisstasjonene gis større mulighet for økning av utgangseffekten.

Den foreliggende oppfinnelse gjør bruk av det nevnte for-hold at der kan foreligge ubenyttet kapasitet, det vil si ikke-opptatte tidsluker i kommunikasjonen mellom mobil-basisstasjonen i sparsomt befolkede områder hvor behovet for god rekkevidde er større. I henhold til oppfinnelsen vil enhver ikke-opptatt luke i hver ramme bli benyttet ved reduksjon av bitfrekvensen av datainformasjonsstrøm-men, og fordeling av denne over de ekstra luker, samt over den luke som normalt er tildelt mobilstasjonen. Det-

te gjelder således bare for overføringsretningen mobil-stas jon-basisstas jon, mens basisstasjon-mobilstasjon-overføringen blir bibeholdt uendret, fordi utgangseffekt-

en fra basisstasjonen kan dimensjoneres for å tilpasses det maksimale behov som er nødvendig.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er definert ved den karakteriserende del av det vedføyde patentkrav 1.

KORT OMTALE AV TEGNINGSFIGURENE

Odd f inne Isen vil nå bli nærmere beskrpvet nndpr hf=nv-i c-

Figur 1 anskueliggjør en radiokanal med 10 tidsluker i en ramme, samt innholdet i en tidsluke. Figur 2 anskueliggjør en del av et mobilt celleinndelt ra-diokommunikasjonssystem hvori den foreliggende oppfinnelse finner anvendelse. Figur 3 gir eksempel på, for en gitt radiokanal, de forskjellige bitposisjoner i tre forskjellige tidsluker som er innlemmet i en gitt ramme. Figur 4 illustrerer den samme kanal som på figur 3, idet den ifølge oppfinnelsen fremskaffede fremgangsmåte finner anvendelse med hensyn til posisjonene av de forskjellige biter. Figur 5 illustrerer en variant av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen som finner anvendelse i forbindelse med en kanal som er forskjellig fra den som er anskueliggjort på figurene 3 og 4. Figur 6 er et forenklet blokkdiagram av en del av en ra-diomottager som utnytter fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen.

DETALJERT BESKRIVELSE AV UTFØRELSESFORMER

Den foreliggende oppfinnelse er uttenkt i forbindelse med et digitalt mobilradiosystem av TDMA. Et slikt kjent system hvor den foreliggende oppfinnelse kan finne anvendelse, innbefatter en flerhet av fikserte basisstasjoner og en flerhet av mobilstasjoner, som kan stå i innbyrdes kommunikasjon via gitte radiokanaler. Basisstasjonene kan overføre radiosignaler på en flerhet av radiokanaler innen frekvensområdet 935-960 MHz, og mobilstasjonene kan overføre radiosignaler på en flerhet av kanaler innen frekvensområdet 890-915 MHz. Overføring på kanalene blir inndelt i rammer og tidsluker i henhold til figur 1, slik at hver ramme har en varighet på tilnærmet 8 ms og har 10 luker, hver med en varighet på 0.8 ms. En eller en flerhet av kanaler blir benyttet i basisstasjonene for koordinert styring og overføring av generell informasjon til mobilstasjonene. Imidlertid er fremgangsmåten iføl-ge oppfinnelsen ikke primært uttenkt til å anvendes for denne overføringsretning, fordi der foreligger ikke den samme begrensning på overføringseffekten fra basisstasjonen til mobilstasjonene, slik tilfellet er for den annen retning.

I en tillagt tidsluke på en radiokanal kan en mobilstasjon overføre et utbrudd eller en skur, hvis innhold kan være plassert i tidsluken CH2 på figur 1. Informa-sjonsoverføringshastigheten for et utbrudd fra en mobil-stas jon er 340 kb/s, og en 0.8 ms tidsluke således rom-me 272 biter. Av tidsluken vil en første del GS med en varighet svarende til 28 biter, bli utnyttet som et garderingsmellomrom for på en pålitelig måte å sepa-rere utbrudd i forskjellige luker fra hverandre. En første del av utbruddet, svarende til 38 biter, blir benyttet for synkroniseringsmønsteret SW og FS. En del DM svarende til 8 biter blir benyttet for styreinformasjon eller pakkedata, og en del Mm svarende til 128 biter, blir benyttet for en talekanal eller lignende. Feilkorrigeringskoding blir benyttet, både for styreinformasjon eller pakkedata, og for talekanalen og lignende, noe som krever en del EDC svarende til 6 biter, og en del FEC svarende til 64 biter. Med feilkorrigeringskoding av talekanalen eller lignende, vil fire biter tilsvarende tidsluker bli interforliert i fire suksessive rammer.

Figur? anskueliggjør en del av et mobilt, cellulært radiosystem hvori den foreliggende oppfinnelse finner anvendelse. Cellene CO og Cl er små celler, og blir antatt å dekke et tett befolket område, f.eks. en forstad eller et byområde hvor abonnenttettheten er stor. Basisstasjonen Bl er felles for de to små celler CO og

Cl, og en mobilstasjon M i cellen Cl antas å kommunisere med en annen stasjonær eller mobil abonnent (ikke ytter-ligere illustrert). Fordi antallet av abonnenter i om-rådene for cellene CO og Cl er stor, foreligger der en liten mulighet for at der foreligger noe ikke-opptatt mellomrom, det vil si en ikke-opptatt tidsluke i hver ramme på kanalene, over hvilke kommunikasjon til og fra mobilstasjonen finner sted. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan derfor ikke anvendes i dette område, og heller ikke foreligger der noe behov for å øke utgangseffekten fra mobilstasjonen.

Det skal også antas at der er innlemmet store celler C2, C3 i systemet, idet disse celler dekker et større område enn cellene CO og Cl. Abonnenttettheten for hver celle C2 og C3 antas å være så lav at den er mindre enn det som foreligger for hver av cellene CO, Cl. Følgelig kan en basisstasjon B2 kunne tjene et større område enn Bl, men færre mobilstasjon-abonnenter. Imidlertid foreligger der her det problem at en mobilstasjon Ml i cellen C2 kan være så langt fra basisstasjonen B2, at det signal den sender (retning B) ikke er tilstrekkelig sterkt ved mottagelse ved B2 for at disse kan detekteres pålitelig. Utgangseffekten fra mobilstasjonen må derfor økes, hvilket kan innebære vanskeligheter med hensyn til de begrensede muligheter for å skaffe mobilstasjonene tilstrekkelig krafttilførsel til senderne. Fordi antallet av mobil-abonnenter innenfor området for cellen C2 er forholdsvis lite, sammenlignet med cellene CO, Cl, er abonnenttettheten liten, og sannsynligheten stor for at i det minste en eller flere tidsluker i hver ramme er tom. Disse er betingelsene eller tilstandene som blir utnyttet ved den foreliggende fremgangsmåte. Det signal som sendes fra basisstasjonen B2 til mobilstasjonen Ml, kan være tilstrekkelig sterkt til detektering ved mobilstasjonen Ml, og i et slikt tilfelle treng-er fremgangsmåten ikke å utnyttes i denne kommunika-sjonsretning (retning A på figur 2). Figur 3 viser i mer detalj den bitstrøm som forekommer i en tidsluke i en ramme for en gitt kanal, fulgt av en tom tidsluke, det vil si svarende til tidslukene CH1 og CH2 på figur 1. For enkelthets skyld er det antatt at spalt-ene bare opptar 24 bitposisjoner. Kanalen blir benyttet for kommunikasjon innenfor området for cellen C2, og i henhold til hva som er sagt tidligere, er okkupasjons-graden så lav at der foreligger en stor sannsynlighet for at der foreligger en tom tidsluke. Det er derfor antatt at tidsluken CH2 er en tom luke, men det kan like godt være luken CH3 eller en hvilken som helst annen luke. Figur 4 viser i mer detalj prinsippet med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, anvendt i forbindelse med bitstrøm-men på figur 3. Både figur 3 og figur 4 viser . en radiokanal som står til disposisjon for kommunikasjon fra en mobilstasjon til basisstasjon, det vil si fra Ml til B2. Når B2 indikerer at signalet fra Ml er for svakt for korrekt detektering, vil et styresignal bli sendt fra B2 til mobilstasjonen, idet dette signal bevirker at mo-bilstas jonens bitfrekvens endrer seg. Dette signal blir mottatt av mobilstasjonen med en eller annen form for tidsindikasjon like før tidsluken CHl (i henhold til figur 4) som er tillagt mobilstasjonen, skal til å sendes ut, og styresignalet blir f.eks. plassert i området DM. Ved det eksempel som er vist på figur 4, vil pulsfrekvensen for bitstrømmen bli endret slik at den neste påfølgende luke CH2 bli fullstendig fyllt med de bitposisjoner som var tidligere tilknyttet luken 1 (se figur 3), det vil si pulsfrekvensen er blitt halvert. Dette resulterer i at energiinnholdet for hver bitposi-sjon er blitt doblet, hvilket øker avstanden for sig-nalene fra mobilstasjonen Ml til basisstasjonen.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen innebærer således at en eller flere tomme luker i en ramme blir utnyttet for å redusere frekvensen av den pulsstrøm som sendes fra mo-bilstas jonen, med en faktor m. Dersom antallet av ledige tidsluker er n og frekvensen av bitstrømmen før reduksjon er f, så er den reduserte frekvens

fr = f/m, hvor m = n + 1.

Det er ikke nødvendig for de ledige tidsluker å følge di-rekte etter hverandre i rammen, og fremgangsmåten kan utnyttes til vilkårlig distribuerte tidsluker. Figur 5 viser den samme ramme som på figur 1, hvor tidsluken CHl er den som normalt er opptatt ved mobilstasjonene,

og her er de skraverte tidsluker CH3 og CH8 ledige, og kan benyttes for overføring av bitstrømmen. Sistnevnte blir således spredt ut over tre tidsluker (m = 3), selv om de ikke befinner seg etter hverandre i rammen.

Basisstasjonen B2 måler den feltstyrke som mottas fra send-eren i mobilstasjonen Ml kontinuerlig, og vil således vur-dere hvorvidt mobilstasjonen beveger seg lengere fra eller nærmere mot basisstasjonen. I sistnevnte tilfelle er det hensiktsmessig for basisstasjonen B2 å sende en lavere verdi for m, det vil si verdien er gjort adaptiv som reaksjon på avstanden av mobilstasjonen fra basisstasjonen.

Figur 6 er et blokkdiagram av en del av en mobilstasjon hvori fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen finner anvendelse. Mobilstasjonen omfatter sendende og mottagende sider, og dens basisenheter er beskrevet som sådan i svensk patentsøknad 8703796-6.

Sendersiden innbefatter en mikrofon MK eller andre or-ganer for opptagelse av lyd, og forbundet med en blokk SCC, som innbefatter her en talekoder for prøvetagning

og digitalisering av lydsignaler fra organene MK, samt en kanalkoder hvori en interfoliert feilkorrigerings-

kode blir utført med hensyn til digitalsignalet fra ta-lekoderen. Utgangssignalet ss fra blokken SCC blir der-etter tatt til en utbruddsgenerator BG som, i det kjente tilfelle genererer korte utbrudd av digitalt kodete signaler ved informasjonsoverføringshastigheten, det vil si pulsfrekvensen f_ i henhold til hva som er tidligere

omtalt (f = 340 kb/s i normalt tilfelle). Tidsforholdet med hensyn til utbruddene blir styrt av en tidsluketeller

TC.

Ved det foreliggende tilfelle foreligger der en hukommel-sesenhet M i utbruddsgeneratoren BG for innmating til og lagring av forskjellige biter av det digitale signal ss, og enheten M kan styres slik at som reaksjon på styresignalet sm vil den lagrede bitstrøm til en følgende modu-lator MOD startes og stoppes ved utmatingstidspunktene. Modulatoren er på vanlig måte forbundet med mobilstasjonens antenne via en forsterkerenhet og en sender/ mottagerbryter (ikke vist på figur 6).

For utførelse av fremgangsmåten i henhold til den foreliggende oppfinnelse er sendersiden supplementert med en frekvensdeler FD, hvis utgangssignal er forbundet med en klokkeinngang til hukommelsesenheten M i utbruddsgeneratoren, og inngangen er forbundet med en masterklokke MC. Klokken er allerede tilgjengelig i mobilstasjonen, for eksempel for tidsinnstilling av styreprosessoren CT. Tidsinnstillingen blir derivert fra pulsene fra masterklokken for tidspunktene når utbruddsgeneratoren mater ut de individuelle databiter i hver tidsluke,

det vil si den hastighet ved hvilken informasjonsover-føringen finner sted, f.eks. 340 kb/s.

Mottagersiden på mobilstasjonen omfatter en blokk D,

som innbefatter en høyfrekvensdel, en koherent-demodula-tor og en analog/digital-omformer (AD), som er i og for seg kjent, og som på vanlig måte er forbundet som beskrevet i den ovenfor omtalte svenske søknad. I til-legg foreligger der en utjevner i blokk D for på vanlig måte å tilpasse de mottatte, regenererte datasignaler,

og for korrigering av feil eller mangler i overførings-mediet (tidsdispersjon). Blokken CD representerer en kanaldekoder som kan utføre feilkorrigerings-dekoding av signalet fra utjevneren i blokken D. Kanaldekoderen

CD genererer her dekodete digitalsignaler med en informa-sjonsoverføringshastighet på 16 kb/s. Kanaldekoderen CD er forbundet med en taledekoder SD, som genererer et ana-logsignal til et lydreproduserende organ HK som reaksjon på de dekodete digitale signaler fra kanaldekoderen.

De signaler som er tilgjengelige ved utgangen fra kanaldekoderen, inneholder korrekt informasjon fra basisstasjonen i passende tidsluker for mobilstasjonen, det vil si de inneholder informasjonen DM, EDC, Bm og FEC. Delen Bm er reservert for den aktuelle oppkallingsinformasjon,

og FEC for dens feilkorreksjon. For å oppnå styredata ved mobilstasjonen i den hensikt å endre bitfrekvensen i forbindelse med overføring til basisstasjonen i henhold til den foreliggende fremgangsmåte, må styreinformasjon føres inn i feltet DM på transmisjonen fra basisstasjonen til mobilstasjonen.

Feltet EDC på figur 1 er normalt reservert for pari-tetsbiter for DM-feilkorreksjon, men når det er nød-vendig, kan den benyttes for overføring av den nødven-dige styreinformasjon til spaltetelleren TC fra mobil-stas jonens styreprosessor CT. Det signal sk som oppnås fra utgangssignalet fra dekoderen CD kan således også inneholde styredata for styreprosessoren CT, som på

sin side sender et styresignal sc til luketelleren TC. Styresignalet sc gir startøyeblikkene og stoppøyeblik-kene for en luke, og oppnås som et resultat av en vur-dering av signalet sk ved styreprosessoren CT. I dette signal foreligger der nemlig informasjon med hensyn til antallet av luker som er tomme i rammen, og det utover den luke som normalt er tillagt mobilstasjonen. Informasjon med hensyn til ledige tidsluker i rammen kan bli gitt ved luketallene for disse ekstra luker (som kan puttes inn som binære nivåer i signalet sk).

Styreprosessoren CT blir vanligvis gitt et synkroniser-ingssignal sd svarende til feltet sw (se figur 1) fra blokken D, og det kjenner også tidsintervallet for en tidsluke CH0-CH9. Et styresignal sc kan således bli frem-skaffet fra styresignalene sd (SW) og sk og blir ført til luketelleren TC, som fremskaffer starttidspunkt og stopp-tidspunkt for den normalt tillagte luke, f.eks. CHl, og for de ekstra luker (CH3, CH8) i eksemplet på figur 5). Utgangssignalet fra luketelleren TC består f.eks. av en "en" for varigheten av en tidsluke.

Der foreligger en frekvensdeler FD med sin inngang forbundet med utgangen fra mobilstasjonens masterklokke MC for neddeling av bitfrekvensen under tidslukene som er tillagt (normalt plus ekstra) i henhold til den foreliggende fremgangsmåte. Masterklokken MC blir normalt benyttet for å sende tidspulser eller klokkeinformasjon til styreprosessoren CT. Divisjonsfaktoren for frekvensdelerenFD blir styrt av prosessoren CT, slik at divisjon finner sted i den riktige ramme og for de tidsluker som er blitt tillagt mobilstasjonen. Styresignalet sf til deleren kan være det samme som sc til spaltetelleren, fordi dette inneholder informasjon med hensyn til start-og stopp-posisjoner, eller det kan utgjøre et signal som oppnås fra sc etter behandling i styreprosessoren for fremskaffelse av informasjon med hensyn til den korrekte divisjonsfaktor. Figur 6 viser de sistnevnte tilfeller, det vil si signalet sf inneholder informasjon med hensyn til start/stopp og divisjonsfaktoren for deleren

FD.

Signalet sr fra frekvensdeleren FD gir således bitfrekvensen under den normalt tillagte tidsluke CHl så vel som de ekstra tidsluker CH3, CH8. En OG-krets OC kan forbindes mellom utgangen fra luketelleren TC og deleren FD og inngangen til hukommelsen M i utbrudsgeneratoren

BG for å sikre start- og stopptidspunktene. Utmatningen av den lagrede informasjon fra det kodete talesignal ss vil således finne sted med en bitfrekvens fr = f/m dersom man mottar en notis fra basisstasjonen at n le-.. dige tidsluker er tilgjengelige, hvorved m = n+1 og f er den normale bitfrekvens. Følgelig, dersom man ved eksemplet på figur 2 bare har tillagt en ekstra tidsluke, blir frekvensen halvert, mens ved eksemplet på figur 5, hvor to ekstra tidsluker er tillagt, vil frekvensen bli redusert til 1/3 av den normale verdi.

Ved den beskrevne fremgangsmåte, blir informasjon sendt, med hensyn til antallet av ledige tidsluker og deres po-sisjon i rammen, ved begynnelsen av tidsluken (feltet DM). Imidlertid kan basisstasjonen overføre denne informasjon over den utgående ringekanal, slik at allerede ved ringe-prosedyren kan mobilstasjonen regulere antallet av over-førte tidsluker, istedenfor ved begynnelsen av selve overføringen. Reguleringen av tidslukene blir utført av styreprosessoren CT, som ved det tidligere tilfelle får informasjon fra utgangen fra kanaldekoderen CD (signalet sk). Fra basisstasjonen er det også mulig

å endre verdien av m under forløpet av oppkallingen,

det vil si m=m^blir selektert for et gitt antall av tidsluker, og m=iri2 hvor m-^iiL, blir selektert for et-terfølgende tidsluker. Mobilstasjonen kan f.eks. ha beveget seg mot eller bort fra basisstasjonen.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte for overføring av datainformasjon i et celleinndelt mobilradio-kommunikasjonssystem, som overfører informasjonen i henhold til tidsdivisjon-multippelaksess-prinsippet (TDMA), og med en gitt bitfrekvens i rammer (R1, R2... ) som hver:- for tildeling av oppkallinger inneholder tidsluker (CHl, CH2...) som svarer til nevnte datainformasjon, og hvor utnyttelsen av kapasiteten i en gitt celle (C2) i systemet er slik at antallet av tidsluker i hver ramme er større enn det største antall av oppkallinger som foregår mellom mobilstasjoner (MT) i cellen (C2) og en basisstasjon (B2) som har tilknytning til cellen (C2),karakterisert vedat i kommunikasjonsret-ning mobilstasjon-basisstasjon (B2) er m (m>1) tidsluker tildelt en mobilstasjon innenfor cellen (C2) og i hver ramme, idet en tidsluke av nevnte tidsluker utgjør den tidsluke som normalt er tillagt mobilstasjonen, og idet minst én av de (m-1) gjenværende tidsluker i rammen blir benyttet av mobilstasjonen i avhengighet av mobilstasjonens avstand fra basisstasjonen (B2) ved at bitfrekvensen for datainformasjon fra mobilstasjonen (MS) til basisstasjonen (BS) blir redusert til en ny verdi (fr) som er avhengig av antallet in av tillagte tidsluker.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert vedat de m (m>1) tidsluker som er tildelt en mobilstasjon (M1 ) i cellen (C2) er plassert i rekkefølge i den tilhørende ramme (R), og at bitfrekvensen (f) sr redusert med en faktor 1/m.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert vedat de m tidsluker som er tildelt en mobilstasjon (M1) i cellen (C2) ikke følger den ene etter den andre i rammen (R), med er interfoliert med opptatte tidsluker som er tildelt andre mobilstasjoner i cellen (C2).