SE504511C2 - Anordning och metod för dynamisk optimering av transmissionskapaciteten i ett cellulärt radiokommunikationssystem - Google Patents

Description

504 511 2 Vidare är det tidigare känt genom patentskriften U, A, 5 161 248 med en metod för att prediktera antennlober i ett cellulärt trådlöst kommunikationssystem. Systemet är dock ett satellitbaserat system och icke ett markbundet varför antennloberna rör sig med en konstant hastighet i förhållande till användaren. Antennloberna i detta system är således inte styrbara i den meningen som ett markbaserat systems antennelement är styrbara.

Genom de redovisade dokumenten är det således tidigare känt med cellulära radiokommunikatiossystem innefattande basstationer utrustade med speciella antennarrangemang som medger att kommunikation kan ske från och till mobila enheter som ingår i systemet via smala, riktbara och överlappande antennlober.

Vad som däremot inte är tidigare känt och som således utgör en ny anordning och metod är att i ett markbundet cellulärt radiokommunikationssystem för mobil och eller semistationär kommunikation och som innefattar antennsystem med styrbara antennlober kunna korttidsprediktera en eller flera mobila enheters geografiska rörelse i syfte att styra antennsystemet eller symbolhastigheten så att samma radiokanal kan utnyttjas av samma basstation vid samma tidpunkt i olika riktningar så att maximal transmissionskapacitet kan erhållas till en minimum av interferens.

REDoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN TEKNISKT PROBLEM Framtidens telekommunikationstjänster kommer att kräva ett allt större frekvensutrymme, dvs bandbredd. Samtidigt kommer med stor sannolikhet behovet av terminalmobilitet att öka ytterligare i jämförelse med dagens mobilitetsmöjligheter. Terminal mobilitet förutsätter normalt att radiokommunikation utnyttjas som transmissionsmedium för överföring av information mellan två eller flera i systemet ingående enheter. Det tillgängliga frekvensspektrat för sådan radiokommunikation är dock en begränsad resurs varför tilldelningen av denna resurs med nödvändighet blir begränsande för 3 504 511 de nya system eller standarder som i första hand är avsedda för kapacitetskrävande tillämpningar eller tjänster.

Frekvensspektrats begränsning medför således att dess användning måste bli ytterst effektivt.

Ett sätt att förbättra spektrumeffektiviteten är att i basstationer utnyttja ett antal riktbara antenner. Genom att i ett radiobaserat kommunikationsystem utnyttja nämda antenner så kommer en relativt smal lob att uppstå mellan basstation och mobil enhet. Detta innebär att samma radiokanal, dvs samma frekvens (FDMA), tidlucka (TDMA) eller spridningskod (CDMA) kan utnyttjas av samma basstation i en eller flera andra riktningar. På så sätt kan t. ex. i ett FDMA-system, en och samma frekvens utnyttjas flera gånger i samma cell, se fig 1. Samma frekvens kan även utnyttjas i en intilliggande cell om denna lob inte riktas mot samma punkt, eller överlappar den punkt, som loben från den intilliggande basstationen sänder ut. Detta förfarande är relativt enkelt att introducera i ett system med fasta mottagarenheter eftersom man då vet, och kan utgå ifrån i sina beräkningar av erfoderliga radioresurser, att de mottagande enheterna inte kommer att förflytta sig. Även i ett radiokommunikationssystem med mobila enheter kan förfarandet med riktade antennlober användas. Antennloberna måste dock vara styrbara så att loben följer den mobila enhetens geografiska förflyttning. Ett problem vad gäller radioresurshanteringen uppstår dock. Då mobiler förflyttar sig, riskerar antennlober från angränsande basstationer att korsa varandra över lobernas gemensamma täckningsområde,se fig 2. Om basstationerna utnyttjar samma radiokanal, gäller i vissa fall även för intilliggande kanaler, så kan detta komma att medföra att tillräcklig interferens uppstår så att en kanal blir utstörd. Uppfinningen avser lösa detta problem.

En metod för att minska kravet på spektrumeffektivitet kan utgöras av användningen av mycket höga frekvensband, eftersom man då kan finna större tillgängliga frekvensspektra för ifrågavarande system.

Emellertid uppstår då problem med att erhålla tillräcklig radiotäckning för mobila system. Detta kan dock i princip lösas genom att styrbara riktantenner utnyttjas för att förbättra racliotäckningsområdet. Man måste dock för dessa fall kunna prediktera förekommande 504 511 4 kanalförändringar, eftersom dessa sker snabbare vid högre frekvensband. I annat fall riskerar man att inte kunna utföra kanal alternativt basstationsbyte tillräckligt snabbt för att kunna upprätthålla efterfrågad kommunikation. Uppfinningen löser även detta problem.

En teknik vid transmittering av signaler i ett radiobaserat kommunikationssystem består i att under en och samma kommunikationssession dynamiskt variera modulationsnivån, så att man härigenom under merparten av tiden kan använda en väsentligt högre datahastighet än om man, som konventionellt, konstant dimensionerar modulationsnivån efter "sämsta fall". Emellertid så uppstår även med denna teknik problem med att tillräckligt snabbt veta när man skall ändra nämnda modulationsnivå.

Uppfinningen löser även detta problem.

LÖSNINGEN Det som huvudsakligen kan anses vara kännetecknande för uppfinningen är att den utnyttjar korttids-prediktion av en mobils rörelse i syfte att styra förekommande antennsystem och/eller symbolhastighet så att maximal kapacitet och minimal intereferens uppnås. Ytterligare ett kännetecken är att uppfinningen utför faktiska positionsbestämningar av mobilens position regelbundet med utnyttjande av någon tidigare känd metod såsom t. ex. GPS eller med hjälp av principer i enlighet med patentet SE 466 376 eller genom att mäta vinklar och löptidsförskjutning i basstationen då riktantenner används.

I en utföringsform av uppfinningstanken utförs mätningar av löptidsfördröjningen mellan basstation och mobil enhet för att beräkna avståndet mellan dessa. Avståndsmåttet används därefter för positionsbestämning av den mobila enheten.

I ytterligare en utföringsform av uppfinningstanken används ríktningsinformation till mobilen relativt ifrågavarande basstation från dess styrbara antennsystem. Denna information utnyttjas för s 504 511 positionsbestämning av mobilen tillsammans med andra tekniker, t. ex. de som tidigare beskrivits.

Uppfinningen utför prediktion av mobilens position mellan de faktiska positionsbestämningarna. Prediktionen kan vidare utnyttja vägkartor eller motsvarande information som finns lagrade i basstationerna eller dess kontrollenhet för att underlätta möjligheten att prediktera mobilens rörelse.

I ytterligare en utföringsform av uppfinningstanken används istället för en central kontrollenhet, distribuerade kontroll- och övervakningsenheter. Detta medför att signalering måste ske mellan basenhetema så att dess hela tiden hålls uppdaterade om vilka kanaler och vilka rutor som är allokerade. Denna lösning är dock kostsammare då den bl. annat kräver mer signalering mellan förekommande enheter än den centralt placerade kontrollenheten. Det kan dock inte uteslutas att framtida tekniska lösningar medför att distribuerade kontrollenheter kan vara av intresse.

FÖRDELAR Tidigare känd teknik för mobil kommunikation utnyttjar relativt föreliggande uppfinning stora marginaler mot interferens samt därutöver någon form av kanalkodning. Dessa tidigare kända tekniker kommer dock inte att vara tillräckliga för bandbreddskrävande trådlösa tillämpningar, särskilt som tidigare känd teknik inte utnyttjar prediktering utan snarare tidigare uppmätt kanalinformation för t. ex. bestämning av kanalval.

Förutsättningen för bredbandstillämpningar i cellulära trådlösa system ökar därför dramatiskt om man med utnyttjande av föreliggande uppfinning kan prediktera den mobila enhetens rörelse samt tillgängliga radiokanaler och därmed momentant använda optimal kanal och datahastighet för transmittering av signaler mellan en sändande och mottagande utrustning i nämnda system. 504 511 6 Då framtida telekommunikationstjänster ofta kan komma att vara mycket bandbreddskrävande så är det en stor fördel om samma kanaler även kan användas i intilliggande celler. Detta är möjligt med hjälp av riktade antennlober i kombination med föreliggande uppfinning så att interferens unviks eller dess inverkan på transmitteringen kan minimeras.

Uppfinningen kan implementeras i väsentligen alla cellulära radiokommunikationssystem vars signalöverföring erfodrar stor bandbredd och som bl. annat utnyttjar kommunikationen för t. ex. mobila multimediatillämpningar.

FIGURBESKRIVNING En för närvarande föreslagen utföringsform av en anordning och metod som uppvisar de för uppfinningen signifikanta kännetecknen beskrivs i nedanstående under samtidig hänvisning till bifogade ritningar, där figur 1, visar hur samma radiokanal kan användas flera gånger av samma basstation och även av intilliggande basstationer, och figur 2, visar ett exempel på då de från basstationerna utsända antennloberna korsar varandra varvid kraftig interferens uppstår, och figur 3, visar en mobil enhet som är på väg att förflytta sig från ruta A till ruta B. Kontroll sker då så att inte någon annan mobil med samma, eller näraliggande interfererande kanal finns i ruta B, och figur 4, visar ett flödesschema för den kontroll som måste ske vid byta av ruta. Flödesschemat illustrerar händelserna då en central kontrollenhet utnyttjas DETALJERAD UrFöRiNGsFoRM Föreliggande uppfinning är i första hand tillämplig på sådana cellulära kommunikationssystem för mobil och/ eller sernistationär 7 504 511 kommunikation som utnyttjar antennsystem innefattande styrbara antennlober.

Uppfinningen baseras på en anordning innefattande organ för korttids- prediktion av en rnobils rörelse i syfte att styra förekommande antennsystem och eller symbolhastighet så att maximal transmissionskapacitet och minimal interferens uppnås. Landbaserade mobila terminaler som förflyttar sig snabbt är ofta bil- eller tågbundna, dvs väg- eller spårbundna. Detta innebär att det är möjligt att med relativ stor säkerhet utföra predikteringar som har kort giltighet i tiden beträffande hur fordonet kommer att förflytta sig. Förändringar av mobilens hastighet, dvs fart och riktning, är kortsiktigt sett långsamma vilket innebär att prediktionsfelet under en kort tidsrymnd med stor sannolikhet kommer att vara litet.

Uppfinningen kan utföras enligt nedan.

En vid en mobil- eller basenhet anordnad anordning utför faktiska positionsbestämningar av mobilens position regelbundet medelst utnyttjande av någon extern enhet såsom t. ex. GPS (Global Positioning System) eller medelst utnyttjande av principer i enlighet med det svenska patentet 466 376 eller motsvarande positioneringssystem.

Alternativt kan positionsbestämningen ske genom att mäta vinklar och löptidfördröjning i basstationenen då riktantenner används.

Mobil- eller basenhet är tilldelad organ som utför mätningar av löptidsfördröjning mellan bas och mobil för att beräkna avståndet mellan dessa och avståndsreultatet används för positionsbestämning av den mobila enheten. Vidare utnyttjas riktningsinformation till mobilen relativt ifrågavarande basstation från dess styrbara antennsystem. Riktningsinformationen används för positionsbestämning av mobilen tillsammans med de tekniker som_ angetts ovan.

Anordning vid mobil- eller basenhet utför medelst därför avsedda organ prediktion av mobilens position mellan de faktiska positionsbestämningarna som tidigare beskrivits ovan, se fig 4. 504 511 8 Prediktionenen kan utnyttja vägkartor eller motsvarande information i basstationerna eller dess kontrollenhet för att underlätta möjligheten att prediktera mobilens rörelse. Mobilen befinner sig ofta i något slags fordon såsom t. ex bil eller tåg. Dessa fordonstyper rör sig i mönster som i många fall är återupprepbara. Prediktering av mobilens rörelse kan även utföras på så sätt att systemet antar att hastigheten alltid är konstant mellan okorrigerade predikteringar. Förändringar i hastighet leder således till prediktionsfel för vilket korrigering sker. Alternativt kan prediktering ske enligt antagandet att hastighetsförändringen är i allt väsentligt konstant.

Uppfinningen använder prediktering av mobilens rörelse för att kunna beräkna när fallet med korsande antennlober inträffar. Med korsande antennlober avses sådan situation där interferens uppstår genom att antennlober från intilliggande basstationer korsar varandra, se figur 2, över ett gemensamt täckningsområde inom vilket en mobil enhet som är aktiv mot någon av berörda basstationer finns.

Med interferens avses sådan trafik från annan användare med samma eller angränsande kanal, som stör önskad kommunikation.

Uppfinningen utnyttjar predikteringen av korsande antennlober genom att i tid, innan korsande antennlober uppstår, vidtaga någon form av förebyggande åtgärd. Ett exempel på förebyggande åtgärd är att utföra kanalbyte så att korsande antennlober inte utnyttjar interfererande kanaler. Ett annat exempel är att sänka datahastigheten på den eller de aktuella bärvägorna genom att sänka modulationsnivån så att en robustare radiokanal uppnås. Den senare metoden är speciellt tillämplig i situationer när man predikterar att interferensen mellan två eller flera kanaler inte kommer att bli total.

Uppfinningen utnyttjar predikteringen av mobilens rörelse genom att därigenom också kunna prediktera situationer med låg signalstyrka eller hög interferens. Ett exempel på en situation med hög interferens har tidigare beskrivits ovan, korsande antennlober. Men även låg signalstyrka kan vara värdefullt att kunna prediktera för att kunna sänka modulationsnivå, byta kanal eller byta basstation. Detta är mycket värdefullt, särskilt att kunna prediktera situationer där 9 504 511 signalstyrkan kommer att falla snabbt, t. ex. då mobilen förflyttas runt gathöm eller vid infart i tunnlar etc.

Mobil- eller basenheten har kommunikation mellan intilliggande basstationer, direkt eller via en kontrollenhet, för att erhålla information så att t. ex. korsande antennlober kan predikteras och undvikas. Ett exempel på utförande är att den geografiska ytan indelas i ett antal små rutenheter, se figur 3. När en mobil närmar sig ett rutbyte så måste dess basstation kontrollera med kontrollenheten, se fig. 4, att den nya rutan inte är eller kommer att bli upptagen för den aktuella kanalen. Om så är fallet föreslås kanalbyte, alternativt sänkning av modulationsnivån eller någon annan åtgärd för att undvika eller minska interferensen. Kanalbytet eller modulationsnivån föreslås i god tid innan mobilens rutskifte sker med hänsyn taget till den tid som åtgår för att byta kanal/ modulation relativt mobilens aktuella hastighet samt den onoggrannhet som gäller för positionsbestämningen för ifrågavarande riktning och avstånd. Tekniken kan även användas på liknande sätt vid etablering/ uppkoppling av ny en förbindelse.

Uppfinningen är inte begränsad till den ovan,som exempel, redovisade utföringsformen utan kan därutöver underkastas modifikationer inom ramen för efterföljande patentkrav och uppfinningstanken.

Claims (13)

504 511 10 PATENTKRAV

1. Anordning för att vid ett semistationärt eller mobilt cellulärt radiokommunikationsystem som utnyttjar antennsystem innefattande riktbara antennlober dynamiskt optimera transmissionskapaciteten och reducera inverkan av interferens mellan radiokanalerna vid överföring av signaler mellan sändande och mottagande utrustningar i nämnda system k ä n n e t e c k n a d därav att till ett cellulärt radiosystem tillhörande mobil enhet eller basenhet är tilldelat organ som regelbundet utför korttids prediktion av en mobil enhets rörelser, att prediktionen används för att styra de till basstationen anordnade antennsystemet, att nämnda organ använder prediktering av mobilens rörelse för att beräkna när en situation med korsande antennlober inträffar varefter lämpligt kanalval relativt interferensrisken beräknas, att nämnda organ styr i basstationen anordnade medel så att erfoderliga förändringar av radiokanal och/ eller modulationsnivå effektueras av därför i basstationen tilldelade anordningar.

2. Anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav att det digitala radiokommunikationssystemet är anordnat att sända information i tidsluckor indelade i tidsramar och att utvalda tidsluckor är anordnade för sändning av nämnda information till respektive från en sändande och mottagande enhet i nämnda system.

3. Anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav att radiokommunikationssystemet är anordnat att överföra information kontinuerligt via en eller flera frekvensband och att utvalda frekvensband är anordnade för sändning av nämnda information till respektive från en sändande och mottagande enhet i nämnda system.

4. Anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav att radiokommunikationssystemet är anordnat att transmittera information över en gemensam bärvåg innefattande användarunika koder och att bärvågen är anordnad för sändning av nämnda information till respektive från en i nämnda system sändande och mottagande utrustning. 11 504 511

5. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d därav att prediktionsfunktionen är anordnad att påverka tilldelningen av radiokanaler i beroende av interferensförhållandet i det berörda området som den sändande och mottagande utrustningen befinner sig inom.

6. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d därav att nämnda radiokommunikationssystem är anordnat med en eller flera enheter för mottagning och sändning av information, vilka är anropningsbara från respektive till en i systemet ingående mobil eller fast enhet.

7. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d därav att nämnda organ upprätthåller kommunikation mellan intilliggande basstationer för att erhålla erfoderlig information så att korsande antennlober från nämnda basstationer kan predikteras och undvikas.

8. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d därav att nämnda organ utnyttjar predikteringen av mobilens rörelse genom att därigenom också kunna prediktera situationer med låg signalstyrka eller hög interferens.

9. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d därav att nämnda organ utnyttjar predikteringen av korsande antennlober genom att i tid innan situationen med korsande antennlober inträffar vidtaga förebyggande åtgärd genom att utföra kanalbyte så att korsande antennlober inte utnyttjar interferande kanaler.

10. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d därav att nämnda organ utnyttjar prediktering av korsande antennlober genom att innan situationen med korsande antennlober inträffar sänka datahastigheten på den eller de aktuella bärvågorna genom att sänka modulationsnivån.

11. Anordning enligt något av föregående krav , k ä n n e t e c k n a d därav att nämnda organ utför mätningar av löptidsfördröjning mellan basenheten och den mobila enheten för att beräkna avståndet mellan dessa. O U ' 504 511 12

12. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t ec k n a d därav att nämnda organ utnyttjar riktningsinformation till mobilen relativt ifrågavarande basstation från dess styrbara antennsystem för positionsbestämning av mobilen.

13. Metod vid ett semistationärt eller mobilt cellulärt radiokommunikationssystem som uttnyttjar antennsystem innefattande riktbara antennlober dynamiskt optimera transmissionskapaciteten och reducera inverkan av interferens mellan radiokanalerna vid överföring av signaler mellan sändande och mottagande utrustningar i nämnda system k ä n n e t e c k n a d därav att till ett cellulärt radiosystem tillhörande mobil enhet eller basenhet är tilldelat organ som regelbundet utför korttids prediktion av en mobil enhets rörelse, att prediktionen används för att styra de till basstationen anordnade antennsystemet, att nämnda organ använder prediktering av mobilens rörelse för att beräkna när en situation med korsande antennlober inträffar varefter lämpligt kanalval relativt interferensrisken beräknas, att nämnda organ styr i basstationen anordnade medel så att erfoderliga förändringar av radiokanal och eller modulationsnivå effektueras av därför i basstationen tilldelade anordningar.