NO321716B1 - Fremgangsmate for dataoverforing, samt celledelt radiosystem - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for dataoverføring i et celledelt radiosystem som omfatter minst en basestasjon i hver celle, og et antall abonnent-terminal-utstyr forbundet med en eller flere basestasjoner, i hvilket system signalet fra hver bruker multipliseres med en eller flere pseudotilfeldige sekvenser.

Foreliggende oppfinnelse er egnet til bruk spesielt i celledelte radiosyste-mer som benytter kodedelt multiaksess. Kodedelt multiaksess, CDMA (Code Division Multiple Access), er en multiaksess-metode som er basert på spredt-spektrum-teknikken, og som nylig er tatt i bruk i celledelte kommunikasjonssys-temene, i tillegg til de tidligere FDMA- og TDMA-metodene. CDMA har flere forde-ler i forhold til de tidligere metodene, slik som spektral virkningsgrad og enkelhet ved frekvensplanlegging.

I CDMA multipliseres brukerens smalbåndede datasignal til et relativt bredt bånd ved hjelp av en spredningskode som har et betraktelig bredere bånd enn datasignalet. Båndbredder som benyttes i kjente testsystemer er for eksempel

1,25 MHz, 10 MHz og 25 MHz. I forbindelse med multipliseringen sprer datasignalet seg til hele det bånd som benyttes. Alle brukere sender samtidig ved å benytte samme frekvensbånd. En individuell spredningskode benyttes på hver forbindelse mellom basestasjonen og mo bi I stasjonen, og brukernes signaler kan skjelnes fra hverandre i mottakerne på grunnlag av hver brukers spredningskode. En CDMA-sending i samsvar med tidligere kjent teknikk er illustrert i figur 1, hvor den horisontale akse representerer tid og den vertikale akse pseudotilfeldige koder. Sendingene 100-106 fra forskjellige brukere sendes samtidig på samme frekvens, som skjelnes med forskjellige koder. Det er også kjent å forsyne en bruker med flere enn en kode, men dette gjøres for å øke dataoverføringshastigheten. Da kan for eksempel en bruker som har blitt forsynt med to spredningskoder, multiplisere noen av sine symboler som skal sendes, med en kode, og noen med en annen kode, og således oppnå en dobbel overføringskapasitet i sammenlikning med en bruker som sender med en kode.

Tilpassede filtre i mottakerne synkroniseres med det ønskede signalet, som identifiseres på grunnlag av spredningskoden. Datasignalet returneres i mottakeren til det opprinnelige båndet ved å multiplisere det med samme spredningskode som i forbindelse med sendingen. Signalene som har blitt multiplisert med en annen spredningskode, verken korrelerer eller returnerer til det smale båndet, i et . ideelt tilfelle. De opptrer således som støy fra det ønskede signalet synspunkt. Man anstrenger seg for å velge spredntngskoder for systemet slik at de ikke er innbyrdes korrelerte, med andre ord er de ortogonale. I praksis er ikke spredningskodene ukorrelerte, og signalene fra andre brukere kompliserer deteksjonen av det ønskede signalet ved å forvrenge det mottatte signalet. Denne interferensen som bevirkes av brukerne ovenfor hverandre, kalles multiaksess-interferens.

Kvaliteten av overføring avhenger av antallet brukere, spesielt i retningen for sending fra basisstasjonen mot terminalutstyret. Jo flere brukere det er i systemet jo høyere er den effekt som basestasjonen må benytte for sending. Dette genererer interferens for omgiende celler.

Det er tidligere kjent å utføre interferenskansellering for det mottatte signalet, og med hjelp av denne kanselleringen kan for eksempel det mottatte signalets kvalitet forbedres. Opptil nå har det blitt lagt planer om å benytte interferenskanselleringsmetoder hovedsakelig i basestasjonene, siden behandlingen som er nødvendig i terminalutstyret, har vært for komplisert å implementere.

I det amerikanske patent US 5,442,662 beskrives et CDMA-kommunika-sjonssystem som omfatter en fremgangsmåte for styring av sending og mottak av data ved variabel trafikkmengde. Patentet US 5,373,502 omhandler et system for å sende og motta data ved variable trafikkmengde, der systemet omfatter et mangfold av sendere, et mangfold av mottakere og en styringsstasjon for koordinering av overføringen mellom sendere og mottakere.

Gjenstand for foreliggende oppfinnelse er således en fremgangsmåte for

dataoverføring i et celledelt radiosystem som omfatter minst en basestasjon i hver celle, og abonnentterminalutstyr koblet til en eller flere basestasjoner, for å sende et signal som omfatter symboler i en rammestruktur og i hvilket system hver brukers signal multipliseres med mer enn én pseudotilfeldig sekvens. Fremgangsmåten kjennetegnes ved at signalet til en eller flere brukere sendes i parallell form ved å tilordne en eller flere brukere en individuell tidsluke idet dataoverføringshas-tigheten forblir den samme og forskjellige symboler i signalene multipliseres med forskjellige sekvenser. Videre kjennetegnes fremgangsmåten ved at symbolene til forskjellige brukere som multipliseres med de samme pseudotilfeldige sekvenser, skjelnes fra hverandre ved hjelp av tidsdeling.

En annen gjenstand for oppfinnelsen er et celledelt radiosystem som omfatter minst en basestasjon i hver celle, og et antall abonnentterminalutstyr forbundet med en eller flere basestasjoner, hvor basestasjonens sender/mottaker omfatter en anordning for å multiplisere hver brukers signal med flere enn en pseudotilfeldig sekvens. Systemet kjennetegnes ved at basestasjonens sender/mottaker er innrettet til å sende signalet til en eller flere brukere i parallell form ved å tilordne en eller flere brukere en individuell tidsluke idet dataoverføringsraten forblir den samme og forskjellige symboler i signalene multipliseres med forskjellige pseudotilfeldige sekvenser. Systemet er videre kjennetegnet ved at senderen omfatter anordninger for å skjelne signalene til forskjellige brukere multiplisert med de samme pseudotilfeldige sekvenser fra hverandre ved hjelp av tidsdeling.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen muliggjør således forbedring av spektral virkningsgrad i senderetning fra basestasjonen til terminalutstyret, ved å benytte suboptrmal deteksjon av signalet fra flere informasjonskanaler i abonnentterminalutstyret. Basestasjonen viser her generelt til en anordning som behandler og dessuten sender informasjon for flere kanaler.

I fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen bringes informasjonskanalene inn i en sterkt parallell form, som muliggjør effektiv anvendelse interferenskanselleringsalgoritmer i terminalutstyret. Interferenskansellering i et terminalutstyr er lineært kompleks som funksjon av parallelle informasjonskanaler, som ikke er mulige i et konvensjonelt CDMA-system. en parallell sending muliggjør en tidsdelt sending i senderetning fra basestasjonen til terminalutstyret. Terminalutstyret kan da benytte tidsintervaller som er uten sending for eksempel til å overvåke andre basestasjoner, eller til å behandle det mottatte signalet mer effektivt.

Forøvrig kjennetegnes oppfinnelsen ved de trekk som er angitt i de ved-føyde patentkrav.

I det følgende skal oppfinnelsen beskrives i nærmere detalj med henvisning til eksemplene i samsvar med de vedføyde tegningene, hvor

Fig. 1 illustrerer en tidligere omtalt overføringsteknikk ifølge kjent teknikk, Fig. 2 illustrerer et eksempel på et celledelt radiosystem hvor fremgangs måten ifølge oppfinnelsen kan anvendes, Fig. 3a-3c illustrerer forskjellige alternativer i samsvar med oppfinnelsen for å

skjelne forskjellige brukeres signaler ved hjelp av tidsdeling,

Fig. 4 er et blokkdiagram som illustrerer strukturen av basestasjonen i det

celledelte radiosystemet ifølge oppfinnelsen, og

Fig. 5 er et blokkdiagram som illustrerer et eksempel på strukturen av terminalutstyret i det celledelte radiosystemet ifølge oppfinnelsen. Figur 2 illustrerer en del av det celledelte radiosystemet hvor fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen med fordel kan anvendes. Et celledelt radionett omfatter i hver celle minst en basestasjon 200, og et antall abonnentterminalutstyr 202,206 forbundet med basestasjonen. Basestasjonen omkopler anropene fra terminalutstyret via en basestasjonsstyringsenhet, en mobilsentral eller lignende, til et off-entlig telefonnett eller et annet terminalutstyr.

All terminalutstyr sender på samme frekvens til basestasjonen 200, som i

løsningene i samsvar med tidligere kjente teknikk således skjelner sendingene fra forskjellige terminalutstyr på grunnlag av spredningskoden som benyttes av hvert terminalutstyr. I løsningen i samsvar med oppfinnelsen tilordner basestasjonen N koder fra en gruppe tilgjengelige kodesekvenser til en bruker, og den aktuelle brukeren sender informasjonen i parallell til abonnentterminalutstyret, mens imidlertid dataoverføringshastigheten i hovedsak forblir den samme. I fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen sender således basestasjonen N symboler til terminalutstyret for hver sekvens av symboler, mens i den konvensjonelle fremgangsmåten sendes ett symbol. Siden dataoverføringshastigheten i hovedsak forblir den samme, varer ikke sendingen av symbolene i rammen for hver forbindelse som bruker flere parallelle sendinger, i varigheten av hele rammen i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Således kan tidsdeling anvendes blant flere brukere. Sendinger fra flere forskjellige brukere kan sendes ved å benytte samme spredningskoder, og brukerne kan skjelnes fra hverandre ved hjelp av tidsdeling.

En mulig utførelsesform for en parallell, tidsdelt sending illustreres i

figur 3a, hvor den horisontale aksen representerer tid, og den vertikale aksen forskjellige spredningskoder. I figurens eksempel sendes hvert av signalene 300-306 for hver bruker i en individuell tidsluke, slik at hver brukers symboler multipliseres med en spredningskode, i den første brukerens tilfelle, med kodene 100-106. Forskjellige brukere kan benytte forskjellige koder. Forskjellige brukere kan også ha et forskjellig antall koder.

Den omtalte fremgangsmåten ved tidsdelt parallell-overføring muliggjør en fordelaktig implementering av interferenskanselleringsalgoritmer i abonnentterminalutstyret. Det innkommende signalet til terminalutstyret er i dette tilfelle et nytte-signal, ikke et multiaksess-interferenssignal. Videre har terminalutstyret færre par-ametere som skal estimeres, L <*> M, hvor L representerer antallet baner, og M antenne-diversitet. Terminalutstyret kan videre utføre interferenskansellering ved bruk av samme algoritmer som basestasjonen, siden terminalutstyret har evne til å behandle den mottatte sendingen i løpet av tidsperioden når signaler som er ment for andre terminalutstyr, er i ferd med å overføres. Interferenskansellering i terminalutstyret er lineært kompleks som funksjon av antallet parallelle over-føringer.

I de tidsperioder når basestasjonen sender signalet som er ment for andre terminalutstyr, kan basestasjonen overvåke andre basestasjoner sending. Parallell overføring muliggjør også at terminalutstyret kan sende til basestasjonen, på sig-naleringskanalen, informasjon om hvor vidt det mottatte signalet har vært utsatt for sterk fading, eller hvorvidt signaldeteksjonen har sviktet av noen annen grunn. Basestasjonen kan da tildele en ny tidsperiode til det aktuelle terminalutstyret, sig-nalere denne til terminalutstyret og gjøre nytt forsøk på sending. Igjen-utsendelsen kan også utføres ved hjelp av såkalt punktering, d.v.s. ved å gjenutsende informasjonen i parallell på et slikt tidspunkt som opprinnelig ble reservert for en annen

forbindelse. Den aktuelle forbindelsen mister da en del av sin informasjon.

I løsningen ifølge oppfinnelsen kan en parallell overføring implementeres på et antall måter. Generelt kan forskjellige brukere av et forskjellig antall parallelle kanaler på forskjellige tidspunkter. En mulighet er den måte som allerede er omtalt ovenfor, å tilordne hver bruker en individuell tidsluke. Dette krever nøyaktig koordinering av basestasjonen, men muliggjør det faktum at terminalutstyret ikke bevirker interferens for hverandre. Begrensningen er imidlertid at signaler med høy effekt øker toppeffekten for basestasjonens sending. Forbindelser med høy hastighet og høy effekt kan benytte flere tidsluker.

En annen mulighet er at bare noen få brukere sender i parallell, og andre brukere anvender konvensjonell overføring. Denne måte illustreres i figur 3b, hvor det er en bruker 314 som anvender parallell overføring ved å benytte flere spredningskoder, og de andre brukerne 310, 312 sender en hel ramme ved å benytte en spredningskode. I en løsning av denne type interfererer bruker 314, som sender i parallell, med andre brukere, men ved å tildele parallell-brukeren et tilstrekke-lig antall spredningskoder kan interferensen begrenses til varigheten av bare noen få symboler, og interferensen kan således elimineres ved hjelp av kanalkoding. Parallell sending i samsvar med denne løsningen er egnet til bruk spesielt i en slik situasjon hvor brukeren er i nærheten av basestasjonen, og overføringen utføres til brukeren med lav effekt på grunn av gunstige interferensbetingelser. Disse brukerne kan benytte interferenskanselleringsmetoder til å svekke interferenser med høy effekt.

En annen mulighet er å dele brukerne inn i to eller flere grupper, og tilordne en individuell tidsluke for hver gruppes sendinger. Dette illustreres i figur 3c, hvor brukerne er delt i to grupper 316, 318, som skjelnes fra hverandre ved hjelp av tidsdeling. Innen gruppene skiller brukernes spredningskoder seg fra hverandre, og medlemmene i gruppene kan ha et forskjellig antall tilgjengelige koder.

En annen mulighet er å tilordne tidsluker til hver bruker i rekkefølge i samsvar med en ønsket kode. Interferenser mellom cellene blir således gjort tilfeldige.

La oss nå studere strukturen av det celledelte radiosystem ifølge oppfinnelsen ved hjelp av blokkdiagrammet i figur 4. En sender omfatter en koder 408, hvor talekoding utføres for et signal som skal sendes, og en kanalkoder 406, hvor det utføres kanalkoding for det talekodede signalet. Deretter påtrykkes det kanalkod-ede signalet på anordningen 404, hvor datasignal som skal sendes, representeres med spredningskode på måter som er kjent for en fagmann. I senderen ifølge oppfinnelsen multipliseres brukerens signal i anordningen 404 med flere enn en spredningskode, og det skjelnes ved hjelp av tidsdeling fra signalene fra minst noen av brukerne. Med hensyn på teknikk kan tidsdelt overføring implementeres på den samme med som i kjente TDMA-systemer. Signalet som oppnås på denne måte, påtrykkes videre via en radiofrekvensanordning 402 for å sendes ved hjelp av en antenne 400.

Senderen omfatter videre en styrings- og beregningsanordning 410, som styrer driften av elementene som er nevnt ovenfor. Styrings- og beregningsanord-ningen implementeres typisk ved hjelp av en prosessor. Styringsanordningen kan også implementeres ved hjelp av andre elektroniske komponenter, slik som dis-krete logiske komponenter. Apparatet omfatter naturligvis andre komponenter enn de som vises i figuren, slik som filtre og omformere, slik det er åpenbart for en fagmann innen teknikken, men for klarhets skyld vises ikke disse i figuren.

Sender/mottakeren i det celledelte radiosystem i følge oppfinnelsen omfatter en anordning 404 for å multiplisere symbolene som skal sendes, med en eller flere spredningskoder. Multiplisering med spredningskoden utføres på måter som i og for seg er rettet mot fagfolk innen teknikken.

Figur 5 er et blokkdiagram som illustrerer den totale struktur av CDMA-terminalutstyrets mottaker i samsvar med oppfinnelsen. Mottakeren omfatter en antenne 500, og ved hjelp av denne påtrykkes det mottatte signalet via radio-frekvenselementer 502 på en omformeranordning 504, hvor det mottatte signalet omformes på digital form. Signalet som digitaliseres på denne måten, påtrykkes videre på en demodulasjonsanordning 506, hvor signalet korreleres med de be-nyttede spredningskodene. Utgangssignalet 506 fra demodulasjonsanordningen, som er returnert til det opprinnelige, smale båndet, føres til interferenskanselle-ringsanordningen 514, hvor det utføres interferenskansellering for signalet ved hjelp av kjente interferenskanselleringsmetoder. Signalet som er renset for forstyr-relser, påtrykkes på en kanaldekoder 508, og derfra til andre elementer i mottakeren, slik som en taledekoder 510.

Mottakeren omfatter videre en styrings- og beregningsanordning 512, som styrer driften av elementene som er nevnt ovenfor. Styrings- og beregningsanord-ningen er typisk implementert ved hjelp av en prosessor. Styringsanordningen kan også implementeres ved hjelp av andre elektroniske komponenter, slik som dedi-kert logikk. Apparatet omfatter naturligvis også andre komponenter enn de som er vist i figurene, slik som filtre og omformere, hvilket er åpenbart for en fagmann innen teknikken, men for klarhets skyld vises ikke disse i figuren.

Selv om oppfinnelsen er omtalt ovenfor med henvisning til eksempelet i samsvar med de vedføyde tegningene, er det åpenbart at oppfinnelsen ikke er be-regnet til dette, men kan modifiseres på forskjellige måter innen omfanget av den oppfinneriske ide som fremsettes i de vedføyde kravene.

Claims (12)

1. Fremgangsmåte for dataoverføring i et celledelt radiosystem som omfatter minst en basestasjon (200) i hver celle, og et antall abonnentterminalutstyr (202 - 206) koblet til en eller flere basestasjoner, for å sende et signal som omfatter symboler i en rammestruktur og i hvilket system hver brukers signal multipliseres med mer enn én pseudotilfeldig sekvens, karakterisert ved at signalet til en eller flere brukere sendes i parallell form ved å tilordne en eller flere brukere en individuell tidsluke idet dataoverfør-ingshastigheten forblir den samme og forskjellige symboler i signalene multipliseres med forskjellige sekvenser, og at symbolene til forskjellige brukere som multipliseres med de samme pseudotilfeldige sekvenser, skjelnes fra hverandre ved hjelp av tidsdeling.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at en individuell tidsluke tilordnes til sendingen fra hver bruker.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at brukerne inndeles i to eller flere grupper, og at en individuell tidsluke tilordnes til sendingene fra hver gruppe.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at flere tidsluker er tilordnet til sendingen fra en bruker som krever en stor kapasitet eller en høy overføringshastighet.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at fremgangsmåten anvendes i senderetning fra basestasjonen til abonnentterminalutstyret.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at mottakeren behandler det mottatte signalet i løpet av de tidsluker hvor den ikke mottar et signal.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at interferenskansellering utføres for det mottatte signalet.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at mottakeren overvåker de tilstøtende basestasjo-nenes sending i de tidsluker hvor den ikke mottar et signal.

9. Celledelt radiosystem som omfatter minst en basestasjon (200) i hver celle, og et antall abonnentterminalutstyr (202 - 206) forbundet med en eller flere basestasjoner, hvor basestasjonens sender/mottaker omfatter en anordning (404) for å multiplisere hver brukers signal med flere enn en pseudotilfeldig sekvens, karakterisert ved at basestasjonens sender/mottaker er innrettet til å sende signalet til en eller flere brukere i parallell form ved å tilordne en eller flere brukere en individuell tidsluke idet dataoverføringsraten forblir den samme og forskjellige symboler i signalene multipliseres med forskjellige pseudotilfeldige sekvenser, og ved at senderen omfatter anordninger (404,410,402) for å skjelne signalene til forskjellige brukere multiplisert med de samme pseudotilfeldige sekvenser fra hverandre ved hjelp av tidsdeling.

10. Celledelt radiosystem ifølge krav 9, karakterisert ved at systemets sender/mottaker omfatter anordninger (404, 410) for å sende signalet ment for hver bruker i individuelle tidsluker.

11. Celledelt radiosystem ifølge krav 9, karakterisert ved at systemets sender/mottaker omfatter anordninger (404,410) for å inndele brukerne i to eller flere grupper og sende signalene fra hver gruppe brukere i individuelle tidsluker.

12. Celledelt radiosystem ifølge krav 9, karakterisert ved at mottakeren i systemets abonnentterminalutstyr omfatteren anordning for interferenskansellering (514).