NO312990B1 - Fremgangsmåte for å foreta en overlevering i et celledelt radiosystem av CDMA-type, samt mobil stasjon - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for å foreta en overlevering i et celledelt radiosystem av CDMA-type, som i hver celle omfatter minst en basestasjon forbundet med de mobile stasjonene i cellen, hvilken forbindelse omfatter både en trafikk-kanal og en eller flere styrekanaler og hvor overføringene fra basestasjonene ikke er synkroniserte med hverandre, i hvilken fremgangsmåte en mobilstasjon, etter å ha etablert en samtidig forbindelse med to eller flere basestasjoner mens en overlevering pågår, overfører til nevnte basestasjoner ved hjelp av samme spredningskode, og hvor signalene mottatt av basestasjonene kombineres i en basestasjon-styreenhet eller tilsvarende.

CDMA er en multippel tilgangsmetode, som er basert på spredt spektrum teknikken, og som kun nylig er tatt i bruk i celledelte radiosystemer i tillegg til de tidligere kjente FDMA og TDMA metodene. CDMA har flere fordeler over de tidligere kjente metodene, for eksempel spektral effektivitet og enkel frekvensplan-legging.

I CDMA består hvert signal av en individuell pseudovilkårlig sekvens som modulerer basefrekvensen, og samtidig sprer datasignalbåndet. Datasignalene fra flere systembrukere overføres samtidig på samme frekvensbånd. Brukerne skilles fra hverandre på grunnlag av den pseudovilkårlige sekvensen, kalt spredningskoden. Korrelatorer innebygget i mottakerne synkroniseres med et ønsket signal, som de gjenkjenner på grunnlag av spredningskoden, og de tilbakefører signalbåndet til sin opprinnelige båndbredde. Signaler som ankommer mottakeren og inneholder den uriktige spredningskoden korrelerer ikke i et ideelt tilfelle, men beholder sitt brede bånd og opptrer derfor som støy i mottakerne. Spredningskodene benyttet av systemet velges fortrinnsvis på en slik måte at de er gjensidig ortogonale, dvs. at de ikke korrelerer med hverandre.

I et typisk celledelt radiomiljø forplanter signalene mellom en basestasjon

og en mobilstasjon seg langs flere veier mellom senderen og mottakeren. Denne forplantningen langs flere veier skyldes hovedsakelig signalrefleksjoner fra omgiv-ende overflater. Signaler som har forplantet seg langs ulike veier ankommer mottakeren ved ulike^idspunkt på grunn av sine ulike overføringsforsinkelser.

Mottakeren som vanligvis benyttes i et CDMA-system er en såkalt rakemottaker (rake receiver) som består av en eller flere rakegrener, dvs. korrelatorer. Rakegrenene er uavhengige mottakerenheter, og funksjonen til hver enhet er å kombinere og demodulere en mottatt signalkomponent som har forplantet seg langs ulike veier. Konstruksjonen av en rakegren er nærmere beskrevet i Modem Communications and Spread Spectrum (av G. Cooper og C. McGillem, McGraw-h-lill, New York, 1986, kapittel 12. I tillegg til rakegrenene ment for å motta signaler, omfatter en CDMA-mottaker vanligvis minst en separat søkergren, med funksjonen å søke etter de ulike signalkomponentene til signalet overført med den ønskede spredningskoden, og å detektere deres faser. Hver rakegren kan settes til å korrelere med en signalkomponent som har forplantet seg langs en individuell vei, og hver signalkomponent ankommer mottakeren med en ulik forsinkelse. Rakegrenene styres ved å gi korrelatoren informasjon om den ønskede spredningskoden og dens fase. Siden signalkomponentene forplanter seg langs separate veier, vil de også ofte svekkes uavhengig av hverandre. I en konvensjonell CDMA-mottaker kombineres fortrinnsvis signalene fra flere korrelatorer, hvoretter et signal med god kvalitet oppnås uavhengig av flerveis-forplantningen langs radioveien.

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører å foreta en overlevering i et radionettverk av CDMA-type. Den vedrører spesielt en såkalt myk overlevering (soft handover), som henspeiler på en overlevering av en mobilstasjon fra en basestasjon til en annen på en slik måte at den mobile stasjonen kommuniserer samtidig med begge basestasjonene i løpet av overgangen. Myk overlevering benyttes i radionettverk av CDMA type, fordi effektstyringen i et CDMA-nett ville bli ustabil hvis overleveringen ble gjort på samme måte som i andre systemer (for eksempel GSM og NMT-systemer), hvor forbindelsen til den foregående basestasjonen kut-tes av før en ny forbindelse etableres med den nye basestasjonen (hard overlevering).

I kjente radiosystemer av CDMA-type er myk overlevering realisert ved at to (eller flere) basestasjoner sender eksakt det samme signalet til den angjeldende mobile stasjonen. Signalet omfatter en trafikk-kanal og den samme signaleringen, og det multipliseres med den samme spredningskoden i hver basestasjon. Disse signalene, som har forplantet seg langs ulike veier, mottas ved den mobile stasjonen ved hjelp av de ulike grenene i rakemottakeren, og kombineres i en diversi-tetskombinator. Rakemottakeren kan kun kombinere signaler som ankommer med en forsinkelses-forskjell på omkring 20 mikrosekunder på en enkel måte. Derfor må basestasjonene ha en nøyaktig, felles referanseklokke, dvs. at de må være nøyaktig synkroniserte med hverandre, slik at de kan tidsinnstille sine send-inger på en slik måte at signalene ankommer mottakeren til den mobile stasjonen med en tilstrekkelig liten tidsforskjell.

Synkroniseringen av basestasjoner med hverandre øker kostnadene ved bygging av systemet. Basestasjonene må ha ett eller annet nøyaktig referansesignal som de kan bruke som basis til å forbli synkroniserte. Et signal mottatt for eksempel fra jordbaserte eller satellitt-baserte radionavigasjonssystemer kan fungere som et slikt referansesignal. I tillegg til referansesignalet, økes kostnadene også av det faktum at kompensering av en ganske ubestemt overførings-forsinkelse, som vanligvis varer i flere millisekunder gjør det nødvendig å bufre ved basestasjonen.

Formålet med den foreliggende oppfinnelsen er å gjøre det mulig å benytte myk overlevering uten synkronisering av basestasjoner. På denne måten kan et celledelt radionettverk av CDMA-type realiseres med lavere kostnader enn tidligere.

Dette er oppnådd ved hjelp av en fremgangsmåte beskrevet i innledningen, som er kjennetegnet ved at basestasjonene som den mobile stasjonen kommuniserer med samtidig, sender til den mobile stasjonen med hver sin forskjellige

spredningskode, og hvor den mobile stasjonen mottar, demodulerer og kombinerer hvert av signalene, overført med ulike spredningskoder, med en separat rakemottakerenhet uavhengig av de andre enhetene, hvor hver mottakerenhet er synkronisert med signalet fra basestasjonen den mottar, og hvor den mobile stasjonen kombinerer signalene den har mottatt fra basestasjonene og kombinert ved hjelp av de ulike rakemottaker-enhetene.

Oppfinnelsen vedrører videre en mobil stasjon til bruk i et celledelt radiosystem av CDMA-type, som i hver celle omfatter minst en basestasjon forbundet med de mobile stasjonene i cellen, og hvor overføringene fra basestasjonene ikke er synkroniserte med hverandre, hvor mottakeren i nevnte mobile stasjon er realisert ved hjelp av raketeknikk, hvor en rakemottakerenhet omfatter en styreenhet og et antall korrelatorer, som får tilført det mottatte signalet, og midler for å kombinere signalene mottatt av ulike grener, hvilken nevnte mobile stasjon omfatter midler for å justere sendereffekten. Den mobile stasjonen ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at den mobile stasjonen omfatter minst to uavhengige rakemottaker-enheter som hver kan synkroniseres med signaler tilført fra en separat basestasjon, og som hver kan motta, demodulere og kombinere de nevnte signalene, og midler for å kombinere signalene tilført fra utgangen fra de mottakende enhetene.

I en overlevering utført ifølge oppfinnelsen, sender basestasjonene som kommuniserer med den mobile stasjonen, den samme trafikk-kanalinformasjonen multiplisert med en spredningskode som er forskjellig fra hver basestasjon til den mobile stasjonen. Ifølge oppfinnelsen omfatter den mobile stasjonen flere, uavhengige rakemottaker-enheter, som hver kan inneholde flere korrelatorer. Rakemottaker-enhetene synkroniseres uavhengig med signalene fra ulike basestasjoner. På denne måten avtar forsinkelsesforskjellen mellom signalene tilført fra ulike basestasjoner til omkring 5 millisekunder. Dette oppnås enkelt selv om basestasjonene ikke er synkronisert med hverandre.

I det følgende vil oppfinnelsen bli nærmere beskrevet med referanse til eks-emplene ifølge de vedføyde tegningene, hvor: Fig. 1 er et diagram som viser en del av et celledelt nettverk hvor frem gangsmåten ifølge oppfinnelsen kan anvendes, Fig. 2 viser en situasjon hvor en mobil stasjon utfører en overlevering mellom to celler,

Fig. 3 viser strukturen til en mobil stasjon ifølge oppfinnelsen, og

Fig. 4 viser strukturen til en rakemottakerenhet.

Figur 1 er en skjematisk representasjon av en del av et celledelt radiosystem av CDMA-type. To basestasjoner BTS1 og BTS2 er forbundet med basestasjon-styreenheten BSC ved hjelp av digitale overføringsforbindelser 10. Dekningsområdet til en basestasjon BTS danner vanligvis en radiocelle. Basestasjonene er ikke synkronisert med hverandre. Basestasjon-styreenheten kommuniserer med andre deler av det celledelte nettet, og med det faste nettet.

I situasjonen på figur 2 har den mobile stasjonen MS etablert en forbindelse med to basestasjoner BTS1 og BTS2 som betjener ulike celler, med sikte på overlevering. I det følgende vil oppfinnelsen bli beskrevet ved hjelp av et eksempel med to basestasjoner som vist i figur 2, uten at den dermed er begrenset til dette.

Den mobile stasjonen sender sitt eget signal 21a og 21b ved å benytte spredningskoden den er tilordnet. Basestasjonene den mobile stasjonen kommuniserer med mottar og demodulerer det samme signalet uavhengig av hverandre. Basestasjonene videresender signalet de har mottatt til basestasjon-styreenheten BSC, som velger det best mottatte signalet for videre overføring. Dette valget av et bedre signal kan realiseres med kjente metoder, for eksempel ramme for ramme: blant rammene sendt av basestasjonene, velger basestasjon-styreenheten alltid den som er mottatt med best kvalitet. For eksempel kan signaleffekt eller bitfeilrate benyttes som standard for kvaliteten.

Basestasjonene mottar nyttelast-informasjonen som skal sendes til den mobile stasjonen fra basestasjon-styreenheten. Begge basestasjonene benytter sine egne spredningskoder, og sender sine signaler 22a og 22b uavhengig av hverandre til den mobile stasjonen. I eksempelet omfatter mottakeren i den mobile stasjonen to gjensidig uavhengige rakemottakerenheter. Strukturen til den mobile stasjonen vil bli nærmere beskrevet senere. Den mobile stasjonen mottar hvert av signalene sendt av basestasjonene ved hjelp av separate rakemottaker-enheter, som fungerer uavhengig av hverandre. Hver rakemottaker-enhet er synkronisert med signalet den mottar, og enhetene kan derfor være asynkrone med hverandre. Signalene mottatt av rakemottaker-enhetene kombineres fortrinnsvis før høyttaleren. Kombineringen kan utføres med kjente fremgangsmåter. Med korte mellomrom kan for eksempel et signal med bedre kvalitet velges. Kvaliteten til signalene kan overvåkes ved for eksempel signaleffekt eller bitfeilrate. Det kombinerte signalet blir D/A-omformet, og tilført høyttaleren.

I fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen har den mobile stasjonen således to separate, uavhengige forbindelser til nettverket gjennom ulike basestasjoner.

Styringen av begge forbindelsene, for eksempel effektstyringssignaleringen, utfø-res uavhengig av hverandre, dvs. selv om nytteinformasjonen, for eksempel tale-signalet i trafikk-kanalen er den samme for begge forbindelsene, er informasjonen i styrekanalene forskjellig mellom forbindelsene. Siden signalet overført over forbindelsene dermed er forskjellig, må ulike spredningskoder benyttes for ulike forbindelser fra basestasjonen til den mobile stasjonen. Hvis spredningskodene var de samme, ville forbindelsene forstyrre hverandre.

Forbindelsene må naturligvis ha en styring på et høyere nivå, som om nød-vendig etablerer en forbindelse, og kopler ned en annen når den ikke lenger er nødvendig. Denne typen styring utføres på samme måte som når en myk overlevering utføres ved hjelp av en kjent fremgangsmåte i et synkronisert celledelt radiosystem av CDMA-type.

Figur 3 viser en forenklet struktur av en mobil stasjon ifølge oppfinnelsen, i mobilstasjonens sender 30 tilføres et signal fra mikrofonen 32 gjennom talekode-ren 33 til kanalkoderen 34, hvoretter signalet multipliseres med spredningskoden 35. Etter dette tilføres signalet gjennom RF-delene 36 og forsterkeren 37 til antennen 38.

I den mobile stasjonens mottaker 31 tilføres signalet mottatt av antennen 38 etter RF-delene 45 til A/D-omformeren 44. Deretter tilføres signalet til rakemot-takerenhetene 41 og 42, som multipliserer det mottatte signalet uavhengig av hverandre med sine individuelle spredningskoder, og demodulerer signalet.

Figur 4 viser strukturen til en rakemottaker-enhet. Hver rakemottakerenhet kan omfatte flere rakekorrelatorgrener 51a til 51c, og en søkegren 50. I tillegg omfatter enheten midler 52 å kombinere og demodulere fortrinnsvis signalene fra ulike grener, og midler 53 for å styre den indre virkemåten til den mottakende enheten.

Den mobile stasjonen omfatter også midler 40 som tilfører signalene fra rakemottaker-enhetene, og hvor signalene fortrinnsvis kombineres. Dette kan for eksempel oppnås ved å velge en bedre ramme ved hvert korte tidsintervall, eller ved hjelp av en annen kjent fremgangsmåte. Det kombinerte signalet tilføres høyttaleren 39.

Rakemottaker-enhetene sender også ut effektstyringssignaler som tilføres effektstyringsmidlene 43. Hver basestasjon som den mobile stasjonen kommuniserer med sender sin egen effektstyringskommando til den mobile stasjonen over sin egen forbindelse. Effektstyringsmidlene velger blant de gitte effektstyrings-kommandoene den som passer i hver situasjon, og styrer forsterkeren 37 i senderen 30. Blant de gitte kommandoene er det for eksempel mulig å velge en med den laveste sendereffekten for den mobile stasjonen, for å holde effektstyringen av hele det celledelte nettverket stabilt.

Den mobile stasjonen omfatter også midler 46 for å styre de ovennevnte enhetene.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for å foreta en overlevering i et celledelt radiosystem av CDMA-type som i hver celle omfatter minst en basestasjon (BTS1, BTS2) forbundet med den mobile stasjonen (MS) i cellen, hvilken forbindelse omfatter både en trafikk-kanal og en eller flere styrekanaler, og hvor sendingene til basestasjonene ikke er synkronisert med hverandre, i hvilken fremgangsmåte en mobil stasjon, etter å ha etablert en samtidig forbindelse med to eller flere basestasjoner (BTS1, BTS2) under utførelse av en overlevering, sender til nevnte basestasjoner ved bruk av samme spredningskode, og hvor signalene mottatt av basestasjonene kombineres i en basestasjon-styreenhet (BSC) eller tilsvarende, karakterisert ved at basestasjonene (BTS1, BTS2) som den mobile stasjonen (MS) kommuniserer samtidig med, sender til den mobile stasjonen ved bruk av hver sin ulike spredningskode, den mobile stasjonen mottar, demodulerer og kombinerer hvert av signalene, sendt med ulike spredningskoder, ved en separat rakemottaker-enhet uavhengig av de andre enhetene, hvor hver mottaker-enhet er synkronisert med signalet fra basestasjonen den mottar, og at den mobile stasjonen kombinerer signalene den har mottatt fra basestasjonene og kombinert ved hjelp av de ulike rakemottaker-enhetene.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at innholdet i trafikk-kanalen i signalene sendt til den mobile stasjonen (MS) fra basestasjonene (BTS1, BTS2) er den samme for hver forbindelse.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at innholdet i styrekanalene i signalene sendt til den mobile stasjonen .(MS) fra basestasjonene (BTS1, BTS2) er forskjellig for hver forbindelse.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at forskjellen mellom synkronisering i signalene sendt til den mobile stasjonen (MS) fra basestasjonene (BTS1, BTS2) ikke er mer enn 5 millisekunder.

5. En mobil stasjon til bruk i et celledelt radiosystem av CDMA-type, som i hver celle omfatter minst en basestasjon (BTS1, BTS2) forbundet med de mobile stasjonene (MS) i cellen, og hvor sendingene fra basestasjonene ikke er synkroniserte med hverandre, hvor mottakeren i den nevnte mobile stasjon realiseres ved hjelp av raketeknikk, hvor en rakemottaker-enhet omfatter en styreenhet (53) og et antall korrelatorer (51a-51c) som tilføres det mottatte signalet, og midler (52) for å kombinere signalene mottatt av ulike grener, hvilken nevnte mobile stasjon omfatter midler (37) for å justere sendereffekten, karakterisert ved at den mobile stasjonen omfatter minst to uavhengige rakemottaker-enheter (41, 42) som hver kan synkroniseres med signaler tilført fra ulike basestasjoner (BTS1. BTS2), og som kan motta, demodulere og kombinere nevnte signaler, og midler (40) for å kombinere signalene levert fra utgangene på mottakerenhetene.

6. Mobil stasjon ifølge krav 5, karakterisert ved at den mobile stasjonen omfatter midler (46) for å velge den ønskede sendereffekten på grunnlag av styrekommandoene mottatt av mottaker-enhetene.

7. Mobilstasjon ifølge krav 6, karakterisert ved at den ønskede sender-effekten velges i samsvar med styrekommandoen mottatt av de mottakerenhetene som vil gi lavest sender-effekt.