NO973093L - Radiosystem for snorlöst abonnentlinje-grensesnitt - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et trådløst, lokalt sløyfesystem som omfatter basestasjoner og en nettaksess-node som forbinder de trådløse terminalutstyrene med det faste nettets sentral. Systemet omfatter spesielt et luft-grensesnitt mellom det snorløse terminalutstyret og basestasjonen, hvilket grensesnitt hovedsakelig er i samsvar med et TDMA-mobilsystem hvor minst én tidsluke i en ramme med sig-naleringsfrekvens (cO) er en styrekanal-tidsluke hvor en basestasjon sender, med standard effekt, styringsinformasjon ment for snorløse terminalutstyr.

Når et telefonnett bygges, er ikke bare installasjonen av abonnentlinjene mellom sentralen og abonnentutstyrene betraktelig kostnadskrevende, men denne installasjonen tar også mye tid. Vanligvis dannes nettet med abonnentlinjer på en slik måte at parkabler som begynner i flere abonnentutstyr, forsynes til et fordelerstativ, og kabler som kommer fra flere koordinatvelgere, kombineres i et annet fordelerstativ, og fordelerstativets kabel går til sentralen. Signaleringsgrensesnit-tet mellom sentralen og abonnentlinjene er standardisert, og det er enten et grensesnitt med analoge toleder-abonnentlinjer, et multiplekser-grensesnitt ifølge rekommandasjon V2 for CCITT, eller et meldingsbasert multiplekser-grensesnitt i samsvar med rekommandasjon V5.1 for ETSI. Forandring av faste abonnentlinjer er brysom å utføre, og vedlikeholdskostnader, spesielt i områder hvor abonnentlinjene er luftledninger, kan være av betraktelig størrelse. En løsning på disse problemene er å erstatte de faste linjene mellom sentralen og abonnentutstyrene med radiolinjer. Denne løsningen er kjent som et trådløst, lokalt sløyfesystem (WLL-system, wireless local loop system).

Prinsippet for WLL-systemet vises i fig. 1. Et trådløst, stasjonært terminalutstyr T omfatter en radioenhet 4 forsynt med en antenne, og en telefonadapter som kopler et standard abonnentutstyr 5 til terminalutstyret. Abonnentutstyret kan være en normal telefonenhet, en telefaks-terminal, eller et modem. Det festes til terminalutstyret ved å innføre en standard-plugg i terminalutstyrets adapterkop-ling. Brukeren benytter abonnentutstyret 5 på samme måte som i et vanlig, fast nett, selv om abonnentlinje-forbindelsen består av en radiolinje mellom terminalutstyret T og basestasjonen BS2 eller 3. Basestasjonen kan betjene flere abonnentutstyr. Basestasjonen er koplet til en spesiell nettaksess-node 1, som i sin tur er forbundet med en standard sentral. Flere basestasjoner kan være forbundet med en nettaksess-node 1.

WLL-systemet kan bygges ved å benytte komponenter i et eksisterende mobiltelefonsystem. Mobilsystemet kan f.eks. være et analogt NMT-system, eller et digitalt GSM-system. I et slikttilfelle er signaleringen i WLL-systemet i samsvar med angjeldende system, basestasjonene er standard basestasjoner i dette systemet, og radioenheten i terminalutstyret ligner på mobilstasjonens radioenhet, eller terminalutstyret kan være en mobilstasjon i et mobilsystem. En viktig kompo-nent i WLL-systemet er nettaksess-noden som kopler abonnentene til den lokale standard-sentralen. Nettaksess-noden omformer WLL-nettsignaleringen, f.eks. NMT- eller GSM-signalering, til signalering som passer for det faste nettet (f.eks. PSTN, public switsched telephone net, offentlig telefonnett), og tilsvarende tilpas-ser noden signaleringen i det faste nettet til WLL-nettets grensesnitt.

Nett-noden er koplet til den lokale sentralen med en åpent V2- eller V5.1-type multiplekser grensesnitt som benytter et PCM-system med 2 Mbit/s. Hvis lo-kalsentralen bare understøtter toleder-grensesnittet, er nett-noden forbundet med sentralen ved omforming av V2-signaleringen til et analogt abonnent-sløyfe-grensesnitt med to ledere ved hjelp av en multiplekser. Signaleringen mellom nett-noden og basestasjonene som er forbundet med denne, er signaleringen i et til-passet mobilnett, men er modifisert på en slik måte at typiske funksjoner for et celledelt nett, slik som overlevering mellom celler og «roaming», forhindres. Derfor må abonnenten holde seg innen dekningsområdet for den basestasjon som er tildelt. Rutingen av et innkommende anrop og et utgående anrop baseres på nett-nodens abonnent-database. Driften av nett-noden tilsvarer driften av en konsen-trator: et anrop fremsendes fra et abonnent-grensesnitt til sentralen, og analysen av numrene, beregning og andre funksjoner utføres i sentralen.

I samsvar med det som er beskrevet ovenfor kan et WLL-nett være basert på et kjent GSM-system. GSM er et digitalt, celledelt system basert på tidsdelt multiaksess. Systemets kanaler skal beskrives nedenfor.

Logiske kanaler er delt i trafikk-kanaler TCH som overfører tale og data, og i styringskanaler som fremsender signalerings- og synkroniseringsdata. Styrekanaler innbefatter kringkastingskanaler, felles styrekanaler og dediserte kanaler. Kringkastingskanaler BCH er kanaler rettet fra en basestasjon til en mobilstasjon (i nedadgående retning) og de innbefatter (i) en frekvenskorreksjons-kanal FCCH med informasjon som benyttes av mobilstasjonen til frekvenskorrigering, (ii) en synkroniseringskanal SCH som fremsender rammesynkroniserings-informasjon og identifiseringen av basestasjonen til mobilstasjonen, og (iii) en kringkastings-styrekanal BCCH som fremsender generell informasjon vedrørende basestasjonen. Felles styrekanaler CCCH innbefatter i nedadgående retning en søkekanal PCH som benyttes til å sende søkemeldinger til mobilstasjonene, i oppadgående retning en vilkårlig aksess-kanal RACH som brukes av mobilstasjonene til å an-mode om en kanal fra nettet, og i nedadgående retning en aksess-meddelelses-kanal AGCH ved hjelp av hvilken nettet erkjenner anmodningene som sendes av mobilstasjonene. Dediserte kanaler innbefatter en ensomstående, dedisert styrekanal SDCCH, og en langsom, tilknyttet styrekanal SACCH og en hurtig tilknyttet styrekanal FCCH tilknyttet trafikk-kanaler.

Logiske kanaler avbildes på radiobanens fysiske kanaler. Slik det er kjent, består en fysisk kanal av suksessive vinduer som bestemmes ved hjelp av en tidsluke og'en frekvens. En spesiell fysisk kanal benytter alltid samme tidsluke-nummer i hver TDMA-ramme som består av åtte tidsluker, men frekvensen kan forandre seg når det benyttes frekvenshopping.

51 TDMA-rammer danner en styrekanal-multiramme som vises skjematisk i fig. 2. Både FCCH og SCH har samme struktur: en SCH-tidsluke etterfølger en FCCH-tidsluke i en avstand på én ramme, og multirammen har fem tidsluker reservert for hver kanal. Hver kanal benytter rammens tidsluke TNO. BCCH benytter fire tidsluker i multirammen, og tidslukene befinner seg i suksessive rammer. Re-sten av de 36 tidslukene (hver i sin egen TDMA-ramme) er reservert for CCCH, dvs. i tilfellet med en ramme i nedadgående retning, for PCH og AGCH, og i tilfellet med en ramme i oppadgående retning, for RACH. Av praktiske grunner benytter både BCCH og CCCH også tidsluke TNO. Repetisjonslengden for styreka-nalmultirammen er således 51 varigheter av en TDMA-ramme. Frekvenshopping er ikke tillatt i tidsluke TNO, men de forannevnte kanalene som benytter denne tidsluken, må bruke samme faste frekvens. Ifølge spesifikasjonen må BCCH-bærebølgen imidlertid sendes i alle tidsluker konstant med konstant effekt og med standard frekvens, vanligvis med den høyeste tillatte effekt. Bærebølgefrekven-sen som styreinformasjonen sendes med, betegnes med cO. I de tidsluker hvor det ikke sendes noen informasjon, dannes en såkalt «blind-dataskur» (dummy burst) ved å benytte «oppfyllings-biter» (stuffing bits). BCCH-bærebølgen cO som sendes kontinuerlig med standard effekt og med en standard frekvens, benyttes på en slik måte at en mobilstasjon måler periodisk signalstyrken for BCCH-enes bærebølge i naboceller, og den bestemmer også forbindelseskvaliteten ved hjelp av bitfeil-forholdet, hvorpå måleresultatene utnyttes i overleveringsprosedyren.

I GSM-systemet benyttes feilkorrigerende koding på trafikk-kanalen for å oppnå så feilfri radioverføring som mulig. Kodingen er tofase-kanalkoding, hvor lett blokk-koding benyttes hovedsakelig for feildeteksjon, og foldingskoding benyttes for feilkorrigering. I foldingskoding må feilene være vilkårlig fordelt i tid før koden kan benyttes på effektiv måte. Derfor benyttes det interfoliering, hvor en kanalkodet blokk sendes i minst fire tidsluker, idet den kanalkodede blokkens biter blandes før sending slik at sendings-feil gjøres vilkårlige, og tilstøtende blok-ker interfolieres for å bli sendt i samme tidsluke. Interfolieringen som sådan er tilstrekkelig dersom mobilstasjonen beveger seg, men frekvenshopping benyttes også, siden den forbedrer den vilkårlige forbedringen av feil i tilfellet med en langsomt bevegelig eller stasjonær mobilstasjon. En annen fordel ved frekvenshopping er at samkanal-interferensen som bevirkes av en annen bruker i en annen celle som benytter samme frekvens, blir utjevnet. Bakgrunnen for kodingen og frekvenshoppingen er at det mottatte signalet er en sum av Rayleigh-fadende signaler med forskjellige forsinkelser, hvorved variasjonen i signalnivå og kvalitet er sterk. Frekvenshoppingen og hoppe-takten minsker, og i beste fall eliminerer korrelasjonen mellom suksessive skurer, hvorpå feilene vilkårliggjøres gjennom interfoliering og bit-reorganisering.

En sterk bærebølge som sendes kontinuerlig, er imidlertid et problem i no-en tilfeller. Den medfører en økning i nettets interferensnivå, dvs. når en trafikk-kanalbærebølge i cellen er den samme som BCCH-bærebølgen for en nærliggende celle, bevirker den interferens i mottakingen. Dette minsker nettet kapasitet. I lavkapasitets-celler hvor bare én sende- og mottakingsfrekvens, dvs. én TRX, brukes på trafikk-kanalen, må det være en ytterligere sender/mottaker i basestasjonen hvis det benyttes frekvenshopping, og denne ytterligere sender/ mottake-ren sender BCCH-bærebølgen i løpet av samme tidsluke hvor den egentlige sender/mottakeren genererer trafikkanal-frekvensen. Dette er nødvendig siden én sender/mottaker kan brukes for å syntetisere et stort antall frekvenser, men bare én frekvens om gangen.

Disse interferensproblemene vedrører også WLL-systemet som beskrives i innledningen, når GSM-systemet som sådant anvendes for WLL-bruk. Særlig når WLL-systemet anvendes i tynt befolkede områder, er det svært sannsynlig at basestasjonen bare benytter én sende- og mottakingsfrekvens (en TRX-frekvens), og at dekningsområdet for basestasjonen er stort. I tillegg til det faktum at sendeeffekten for BCCH-bærebølgen er høy, hvilket øker samkanal-interferensen i te-lefontrafikken og minsker nettets kapasitet, må i et slikt tilfelle en ytterligere sender/mottaker plasseres i basestasjonen for det formål å foreta frekvenshopping for å danne BCCH-bærebølgen cO. Frekvenshoppingen er også nødvendig, eller i det minste ønskelig, med en TRX, siden fravær av frekvenshopping bevirker en for-verring av effektiviteten av foldingskodingen, fordi i tilfellet med stasjonære eller langsomt bevegelige mobilstasjoner, er det ikke tilstrekkelig bare med interfoliering for å frembringe en vilkårlig feilfordeling. Nettets kapasitet avtar også på grunn av det faktum at når interferensen på samme kanal ikke utjevnes ved hjelp av frekvens-diversitet, må det benyttes større frekvens-diversitet, dvs. færre kanaler oppnås med samme frekvenstildeling.

Formålet ved foreliggende oppfinnelse er et trådløst, lokalt sløyfesystem, basert på TDMA-systemet og spesielt GSM-systemet, i hvilket system BCCH-bærebølgen cO ikke forårsaker den type problemer som beskrives ovenfor, og som ville være resultat av bruken av en standard BCCH-bærebølge i GSM-systemet.

Formålet oppnås på den måte som fremgår av patentkrav 1.

I WLL-radiosystemet ifølge oppfinnelsen sendes BCCH-bærebølgen cO med standard effekt bare i den tidsluke hvor styreinformasjon sendes, og i de andre tidslukene sendes ikke bærebølgen i det hele tatt, eller de andre tidslukene brukes etter behov til trafikk-kanaler i hvilke BCCH-bærebølgens effekt justeres på normal måte. Disse andre tidslukene inneholder således ingen sending hvis det ikke er noe trafikk. Dersom det forekommer trafikk, benyttes det effektstyring, frekvenshopping og diskontinuerlig sending (DTX). DTX betyr at sendingen av-brytes under pauser i talen. Mindre intereferens, god frekvens-diversitet og bedre kode-ytelse oppnås således ved mottakingen.

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

fig. 1 viser prinsippet ved WLL-systemet,

fig. 2 viser en multiramme i en styrekanal, og

fig. 3 er et eksempel på arrangementet med BCCH-bærebølgen ifølge oppfinnelsen.

I WLL-applikasjoner kan en abonnent bevege seg innen sin hjemme-celle, men overlevering mellom celler er forhindret. Derfor er det ikke nødvendig å måle styrken av BCCH-bærebølgen i nærliggende stasjoner. I WLL-systemet ifølge oppfinnelsen behøver derfor BCCH-bærebølgen ikke å sendes kontinuerlig i alle tidslukene i rammen som benytter denne bærefrekvensen cO, men den sendes med maksimal effekt bare i de tidsluker som danner BCCH og CCCH. Denne tidsluken er tidsluke TNO i RF-kanal cO i fig. 3. De andre tidslukene TN1TN7 i rammen som benytter bærefrekvensen cO, kan benyttes som trafikkanal-tidsluker om nødvendig. I disse tidslukene benyttes effektstyring normalt for frekvensen cO. Siden bærebølgen ikke sendes med maksimum effekt, eller den ikke sendes i det hele tatt, avtar samkanal-interferensen betraktelig.

Når bare én TRX, i fig. 3 frekvens cO, er tildelt til en celle, kan frekvenshopping mellom BCCH-frekvensen cO og frekvensen d som skal syntetiseres, fremdeles utføres ved å benytte samme sender/mottaker. En mulig kanal som benytter frekvenshopping, er beskrevet med piler som kombinerer tidslukene i disse RF-kanalene. Kanalen dannes av den fjerde tidsluken i rammen. Én fre-kvenssyntetisator er tilstrekkelig, for når en skur sendes i den fjerde tidsluken for frekvens c1, er det ikke nødvendig i det hele tatt med sending av en BCCH-bærebølge i den samtidige, fjerde tidsluken for frekvens cO.

Når flere TRX-frekvenser er allokert til en celle, kan frekvenshoppingen utføres mellom disse frekvensene, og BCCH-bærebølgen cO kan slås av i tidslukene TN1,...., TN7. Disse tidslukene kan naturligvis benyttes for trafikk-kanaler, hvorved normal effektstyring utføres på bærebølgene, og disse tidslukene kan også benyttes for frekvenshopping.

Når arrangementet ifølge oppfinnelsen benyttes for BCCH-bærebølgen, kan visse trekk ved det standardmessige GSM-systemet utelates: overleverings-algoritmer er ikke nødvendige, og derfor trenger ikke basestasjonen å sende noen liste over naboceller, og et abonnentutstyr behøver ikke å overvåke de nærliggende cellenes BCCH-bærebølge og utføre målinger tilknyttet dette, eller rap- portere måleresultatene til nettet. Hvis frekvenshopping ikke utføres, behøver BCCH-bærebølgen ikke å sendes kontinuerlig, men bare i tidsluke TNO.

En ytterligere fordel ved oppfinnelsen er at særlig i tilfellet med lavkapasi-tetsceller, er frekvens-gjenbruk mer effektiv i nettet, siden en sterk bærebølge ikke er på hele tiden. Dessuten avtar effektforbruket for terminalutstyret, siden det ikke foreligger noe behov for overvåke BCCH-bærebølgen for de naboliggende basestasjonene. Dette er viktig, siden terminalutstyrene i de fleste tilfeller er bat-teridrevne.

Det skal forstås at den ovenstående beskrivelse og figurene tilknyttet denne, bare er ment å illustrere foreliggende oppfinnelse. Forskjellige variasjoner av oppfinnelsen vil være åpenbare for fagfolk innen teknikken, uten noe avvik fra omfanget av og idéen i den oppfinnelse som fremsettes i de vedføyde kravene.

Claims (7)

1. Trådløst, lokalt sløyfesystem omfattende basestasjoner og en nettaksess-node som forbinder de trådløse terminalutstyrene (T) med sentralen i det faste nettet, hvor luft-grensesnittet mellom det snorløse terminalutstyret og basestasjonen (2, 3) hovedsakelig er i samsvar med et TDMA-mobilsystem hvor minst én tidsluke (f.eks. TNO) i en ramme med en bærebølge som er den grunnleggende bærebølge (cO) for signallering, er en tidsluke i en styrekanal (FCCH, SCH, BCCH, CCCH), i hvilken tidsluke basestasjonen sender, med konstant effekt, styreinformasjon ment for de snorløse terminalutstyrene, karakterisert ved at i rammens andre tidsluker (f.eks. TN1 , TN7) sendes dataskuren bare i de nødvendige tidsluker (f.eks. TN2).

2. Radiosystem ifølge krav 1, karakterisert ved at den tidsluke (f.eks. TN2) hvor dataskuren sendes, er en trafikkanal-tidsluke, og at sendeeffekten for den signalerings-bærebølge (cO) som virker som bærebølge for dataskuren, justeres på en måte som kreves av mobilsystemet.

3. Radiosystem ifølge krav 1, karakterisert ved at når ramme-tidsluken er en annen enn en trafikk-kanal-tidsluke eller en styrekanal-tidsluke, sendes ikke signalerings-bærebølgen (cO) i det hele tatt.

4. Radiosystem ifølge krav 1, karakterisert ved at frekvenshopping er tillatt i rammens trafikkanal-tidsluke.

5. Radiosystem ifølge krav 2 eller 4, karakterisert ved at diskontinuerlig sending (DTX) benyttes på trafikk-kanalen.

6. Radiosystem ifølge krav 1 eller 4, karakterisert ved at i systemet er en TRX-frekvens, som er signale-ringsbærefrekvensen (cO), og minst én annen frekvens (d) allokert til basestasjonen, og at på trafikk-kanalen foregår frekvenshoppingen mellom TRX-frekvensen og en annen frekvens (c1), hvorved begge frekvenser dannes med samme frekvens-syntetisator.

7. Radiosystem ifølge krav 1, karakterisert ved at det snorløse terminalutstyret (T) bare lytter på informasjon som sendes på styrekanalen av den basestasjon som er tilordnet til terminalutstyret.