SE511365C2 - Antennomkopplingsdiversitet - Google Patents

Description

_ l .rlllmnnliii-flllr ...II 10 15 20 25 30 2 511 365 \fidare beskriver WO 97/21287 (ADVANCED MICRO DEVICES) ett kombinerat TDMA-TDD/FDD-system. Det skulle vara önskvärt att förse detta system med antennomkopplingsdiversitet för både upplänken och nedlänken.

SUMMERING AV UPPFINNINGEN Följaktligen syftar föreliggande uppfinning till erbjudande av ett modifierat TDMA-FDD- radiokommunikationssystem med antennomkopplingsdiversitet för nedlänken.

Ett syftemål för uppfinningen är även erbjudande av ett TDMA-TDD-FDD- radiokommunikationssystem med antennomkopplingsdiversitet för både nedlänken och upplänken.

Ett annat syftemål för uppfinningen är en basstation som modifierats för att passa in i sådana radiokommunikationssystem.

Ytterligare ett annat syftemål för uppfinningen är en radioterminal som modifierats för att passa in i både ett modifierat TDMA-FDD-radiokommunikationssystem samt ett traditionellt system.

Dessa syftemål uppnås i enlighet med de bifogade patentkraven.

Kort uttryckt separerar föreliggande uppfinning sändning från mottagning både i frekvens och i tid samt både i basstation och radioterrninal. Basstationen mäter mottagningskvaliteten upplänk och bestämmer och använder den bästa antennen för mottagning. Radioterminalen bestämmer mottagningskvaliteten nedlänk och rapporte- rar denna kvalitet till basstationen, som byter sändningsantenn för nästa utsändning om mottagningskvaliteten nedlänk är låg och behåller den för tillfället aktuella antennen om den är hög. Antennomkoppling upplänk och nedlänk bestäms alltså oberoende av varandra för upplänken och nedlänken. Ett sådant modifierat system kommer att öka mottagningskvaliteten nedlänk. lt 10 15 20 25 30 5 1 1 3 6 5 KoRT BESKRIVNING Av RITNINGARNA Föreliggande uppfinning samt ytterligare syftemàl och fördelar som uppnàs med denna förstås bäst genom hänvisning till nedanstående beskrivning och de bifogade ritning- ama, ivilka: FIG. 1 schematiskt visar ett cellulärt mobiIradiokommunationssystem; FIG. 2 schematiskt visar användningen av en bärvågsfrekvens i ett TDMA-TDD- system; FIG. 3 schematiskt visar användningen av två bärvågsfrekvenser i två icke överlappande frekvensband i ett TDMA-FDD-system; FIG. 4 schematiskt visar användningen av två bärvågsfrekvenser i två icke överlappande frekvensband i ett kombinerat TDMA-TDD/FDD-system; FIG. 5 är ett blockschema av en basstation i enlighet med föreliggande uppfinning; FIG. 6 är ett flödesschema som illustrerar proceduren för antennomkopplingsdi- versitet i enlighet med föreliggande uppfinning; FIG. 7 är ett blockschema av en mobilstation i enlighet med föreliggande uppfin- ning; FIG. 8 schematiskt visar att användningen av två bärvågsfrekvenser I en annan utföringsforrn av ett kombinerat TDMA-TDD/FDD-system; och FIG. 9 schematiskt visar en annan utföringsform av ett cellulärt mobilradiokommu- nikationssystem.

DETALJERAD BESKRIVNING AV DE FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMERNA För denna beskrivning kommer följande terminologi att användas: En nedlänkram är en uppsättning tidsluckor (skurar) som sänds frân en basstation till en uppsättning tenninaler. En terminal kan vara antingen stationär eller mobil.

En upplänkram är en uppsättning tidsluckor som sänds från dessa terminaler till basstationen. 10 15 20 25 30 4 511 365 En duplexram är kombinationen av en nedlänkram och en upplänkram.

Figur 1 visar schematiskt en del av ett cellulärt mobilradiokommunikationssystem. En nätkontroller eller mobiltelefonväxel MSC är ansluten till en basstation BS. Basstatio- nen BS står i radiokontakt med mobilstationer MS1 och MS2. Basstationen BS är försedd med två antenner A1 och A2. Föreliggande uppfinning befattar sig primärt med användningen av dessa antenner för tillhandahållande av antennomkopplingsdiversitet både på upplänken och nedlänken.

Figur 2 visar schematiskt användningen av en bärvågsfrekvens i ett tidigare känt TDMA-TDD-system. En basstation BS sänder nedlänk till mobilstationen MS1 i en tidslucka markerad TX i en nedlänkram 100 på en bärvågsfrekvens F. Mobilstationen MS1 sänder upplänk till basstationen BS1 i en tidslucka märkt RX i en upplänkram 102 (tidsluckan är märkt RX för att indikera att under denna tidslucka arbetar basstationen som en mottagare) på samma bärvågsfrekvens F. Nedlänkramarna och upplänkra- marna 100, 102 bildar tillsammans en duplexram. Nedlänkramen 104 utgör den första delen av nästa duplexram, i vilken detta mönster upprepas. Det noteras att tidsluckor- na TX och RX har samma position relativt bönan av sina respektive ramar (nedlänk och upplänk). DECT-systemet som standardiserats av European Telecommunications Standards Institute använder TDMA-TDD för radiokommunikation. I DECT synkronise- ras sändningen mellan alla basstationerna, dvs. all sändning nedlänk sker under en första 5 ms lång nedlänkram och all sändning upplänk sker under en efterföljande 5 ms lång upplänkram. På en bärvågsfrekvens reserveras 5 ms till 12 nedlänktidsluckor och de efterföljande 5 ms till 12 upplänktidsluckor, vilket möjliggör användning av en enda bärvågsfrekvens för kommunikation både nedlänk och upplänk i samma dubbelriktade förbindelse. Från DECT är det känt att utnyttja diversitet upplänk och nedlänk genom användning av två antenner A1 och A2 i en radiobasstation BS och en antenn i en mobilradioterminal MS. Eftersom sändning upp- och nedlänk sker på samma frekvens är valet av antenn detsamma för upplänk och nedlänk. Typen av rumsdiversitet som används är antennomkopplingsdiversitet, dvs. det finns endast en radio i basstation som mottager/sänder på den valda antennen. I upplänken mäts mottagningskvaliteten av basstationen vid början av eller under den digitala upplänk- tidsluckan, och detta kvalitetsmått lagras i en med kanalen associerad minnesposition 10 15 20 25 30 5 1 1 3 6 5 M1 a. I nedlänken mäts mottagningskvaliteten av mobilstationen genom användning av den mottagna bitfelshalten (BER) som mått, och mobilstationen sänder sedan en upplänkbit i den följande upplänktidsluckan som infonnerar basstationen om nedlänkk- valiteten. Basstationen lagrar även denna bit i ett minne M1b och använder infomia- tionsbitarna M1a, M1b för att bestämma den senaste kvaliteten ”Qr” för transmissions- kanalen (som är densamma i båda riktningama, eftersom samma frekvens används upplänk och nedlänk) vid valet av en av de två antennerna för TDD-sändning eller - mottagning.

Figur 3 visar schematiskt användningen av två bärvågsfrekvenser i ett tidigare känt TDMA-FDD-system, såsom GSM-systemet. I detta fall separeras sändning nedlänk från sändning upplänk genom att de två aktivitetema utförs på olika bärvågsfrekvenser FDX och FRX. I detta fall bildas duplexförbindelserna av de repeterade nedlänk- och upplänkramparen (106, 110), (108, 112). Det noteras att upplänkramama är fördröjda (3 tidsluckor i GSM) med avseende på nedlänkramarna för samma duplexförbindelse (en halv-hastighetskanal i detta fall; de streckade ramarna används av andra duplex- förbindelser). I GSM använder basstationen i typfallet tre antenner. En för sändning nedlänk och två för mottagning upplänk. De två mottagningsantennerna erbjuder antennrumsdiversitet upplänk, men den enda sändningsantennen kan ej erbjuda nedlänkrumsdiversitet. Anledningen till att separata antenner används för sändning och mottagning är att sändning och mottagning i GSM sker samtidigt i basstationen.

Figur 4 visar schematiskt användningen av två bärvågsfrekvenser i ett tidigare känt TDMA-TDD/FDD-system som beskrivs i WO 97/21287 (ADVANCED MICRO DEVICES). Såsom i TDMA-FDD separeras sändning nedlänk från sändning upplänk genom utförande av de två aktivitetema på två olika bärvågsfrekvenser FTX och FRX.

Detta kombinerade system liknar dock även ett TDMA-TDD-system, eftersom nedlänk- och upplänkramar även separeras i tiden på samma sätt som i ett TDMA-TDD-system.

En duplexram bildas av nedlänkramen 114 och upplänkramen 118. Nedlänkramen 116 utgör den första delen av nästa duplexram. Antennomkopplingsdiversitet diskute- ras ej i WO 97/21287. im ~| 'wii-l r inn-l i v! uiü ii E EE 10 15 20 25 30 511 365 En jämförelse av figurema 3 och 4 visar att om systemet i figur 3 modifleras så att de streckade ramarna elimineras och fördröjning på 3 tidsluckor ökas till 8 tidsluckor (i GSM), så skulle man faktiskt erhålla ett system i enlighet med figur 4. I ett sådant modifierat system skulle det vara möjligt att implementera antennomkopplingsdiversitet både nedlänk och upplänk, eftersom basstationen ej längre skulle sända och mottaga samtidigt.

Principerna för föreliggande uppfinning kommer nu att beskrivas under hänvisning till figurema 5-7.

Figur 5 är ett blockschema av en basstation i enlighet med föreliggande uppfinning.

Endast de mest väsentliga blocken för att förklara föreliggande uppfinning visas. En sändare TX sänder l nedlänkramar på en bärvågsfrekvens FTX. En mottagare RX mottager i upplänkramar på en bärvågsfrekvens FRX. Upplänk- och nedlänkramar överlappar ej i tiden, dvs. de är fördelade såsom i figur 4. Detta innebär att antennerna A1 och A2 båda är tillgängliga för både sändning och mottagning. Omkopplarna SW1 och SW2 leder signaler till och från antingen sändaren TX eller mottagaren RX.

Omkopplama SW1, SW2 styrs av en styrsignal C1 från en styrenhet CU-BS (exempel- vis implementerad av en mikroprocessor eller en mikro/signalprocessorkombination som utför ett styrprogram P-BS), så att sändaren TX under nedlänkramar mottager signaler på sin ingångsterrninal och utmatar signaler till en av antennerna A1, A2 på sin utgångsterrninal, och så att mottagaren RX under upplänkramar mottager signaler från en av antennema A1, A2 på sin ingångsterrninal och utmatar mottagna signaler för avkodning på sin utgångsterrninal. l figur 5 befinner sig omkopplama SW1, SW2 i de kopplingspositioner som används under nedlänkramar. En omkopplare SW3, som via en styrsignal C2 också styrs av styrenheten CU-BS väljer den tillämpliga antennen A1 eller A2 under både sändning och mottagning, såsom kommer att beskrivas ytterligare nedan.

Figur 6 är ett flödesschema som illustrerar proceduren för antennomkopplingsdiversitet i enlighet med föreliggande uppfinning. l steg S1 mottager basstationen i figur 5 en tidslucka i en upplänkram. Styrenheten CU-BS mäter bitfelshalten (BER) på antennen A1 under en del av den mottagna skuren och bitfelshalten på antennen A2 under en 10 15 20 25 30 511 365 annan del av skuren. Den bästa antennen bestäms genom val av den antenn som har den lägsta bitfelshalten. En motsvarande antennindikator (exempelvis 0 antenn A1 och 1 för antenn A2) lagras i en minnesposition QU i styrenheten CU-BS. I steg S2 bestämmer mobilstationen, som endast har en antenn, den mottagna bitfelshalten och jämför denna halt med en tröskel, i och för bestämning av en indikator QD. Om bitfelshalten överskrider tröskeln indikerar detta att mottagningskvaliteten är låg, och att den andra antennen bör användas för nästa nedlänkskur. Om bitfelshalten ej överskrider tröskeln indikerar detta att samma antenn kan användas i nästa nedlänk- skur. Resultatet av testet lagras i en minnesposition QD-MS (se figur 7) i mobilstatio- nen (t.ex. 0 för "använd samma antenn" och 1 för ”byt antenn”). I steg S3 hämtar styrenheten CU-BS värdet QU och väljer motsvarande antenn för mottagning av nästa skur från' mobilstationen. I denna upplänkskur rapporteras värdet på QD till basstatio- nen i steg S4. I steg S5 lagras detta värde i en motsvarande minnesposition QD-BS i styrenheten CU-BS. I steg S6 hämtas indikatorn QD för bestämning av huruvida en antennomkoppling bör utföras för nästa nedlänkskur. Därefter upprepas proceduren.

Det noteras att det föreligger en asymmetri mellan basstation och mobilstation.

Basstationen kan faktiskt bestämma den bästa antennen, medan mobilstationen endast kan bestämma om mottagningen är "tillräckligt bra” på den aktuella antennen.

Det är även möjligt att använda tvâ mottagare, en för vardera antennen, för att bestämma den bästa mottagningskvaliteten QU upplänk.

Figur 7 är ett blockschema av en mobilstation i enlighet med föreliggande uppfinning.

Endast block som är nödvändiga för att förklara föreliggande uppfinning har inklude- rats. Blockschemat av mobilstationen MS i figur 7 liknar mycket blockschemat av basstationen BS i figur 5. Mobilstationen innehåller också en styrenhet CU-MS (t.ex. implementerad av en mikro/signalprocessorkombination) för styming av sändning och mottagning i en sändare TX och en sändare RX genom användning av omkopplare SW1 och SW2, vilka styrs av en styrsignal C. En viktig skillnad är att det ej finns någon omkopplare SW3, eftersom det endast finns en antenn A i mobilstationen MS. En annan skillnad är att styrenheten CU-MS i en mobilstation ej behöver en minnes- position för CU, eftersom denna parameter ej används av en mobilstation. \fidare utför styrenheten CU-MS i en mobilstation ett annat program P-MS än styrenheten CU-BS i ïllll ll lill: I lill' 'I lliii :iiuiiiiizrwil i i i 10 15 20 25 30 511365 en basstation (såsom förklarats under hänvisning till figur 6), återigen beroende på att en mobilstation endast har en antenn. Det noteras också att rollerna av frekvensema FTX och FRX har omkastats i mobilstationen jämfört med basstationen.

Eftersom mobilstationen i figur 7 baseras på en annan timing i upplänkskurama (8 istället för 3 skurars fördröjning i GSM-fallet) är den ej kompatibel med det existerande GSM-systemet. En hybridmobilstation i enlighet med föreliggande uppflnning inklude- rar därför ett styrprogram P-MS som är kapabelt att arbeta även i det gamla systemet och att koppla om mellan de två modema beroende på basstationernas förmåga.

Basstationen informerar i typfallet mobilstationen om sin förmåga via en styrkanal.

I ovanstående beskrivning använder basstationen två antenner för antennomkopp- lingsdiversitet. Det är även möjligt att generalisera förfarandet genom användande av mer än två antenner, t.ex. tre eller fyra antenner för att uppnå antenndiversitet.

Fastän utföringsformen för frekvensanvändning som illustreras i figur 4 är lämplig för att förklara föreliggande uppflnning, synes den vara slösaktig genom att den använder endast 50% av tiden på varje bärvågsfrekvens för sändning respektive mottagning.

Figur 8 visar schematiskt användning av två frekvensband i ett modifierat kombinerat TDMA-TDD/FDD-system som eliminerar denna nackdel. i denna utföringsfonn används de streckade ramama 120 och 122, 124 också för sändning respektive mottagning, men av en annan basstation som är geografiskt separerad från basstatio- nen BS. Genom geografisk separering av basstationema, i typfallet med 10 meter eller mera, kommer mottagning på en frekvens av en basstation ej att störas av sändning på en annan frekvens av en annan basstation. Vidare synkroniseras sändning från de två basstationema av nätkontrollern, som även beordrar en av basstationema att sända med en tidsfördröjning på en nedlänkram med avseende på den andra bassta- tionen. l en generalisering kan varje basstation tillhöra en motsvarande uppsättning av basstationer, varvid varje basstation i en uppsättning har samma timing och varje basstation i den andra uppsättning har en timing som är fördröjd med en nedlänkram.

Mobilstationen informeras om den timing som används av varje uppsättning basstatio- 10 15 9 511 ses ner och använder denna information för att inställa sin egen timing när den låser till en trafikkanal.

Vidare har uppfinningen beskrivits under hänvisning till en halv-hastighetskanal.

Genom användning av två eller flera tidsluckor i nedlänk- och upplänkramar kan dock samma principer användas även för att implementera antennomkopplingsdiversitet för kanaler med högre hastighet.

Figur 9 visar schematlskt ett modiflerat cellulärt mobilradiokommunikationssystem i vilket den fasta förbindelsen mellan nätkontrollen MSC och basstationen BS i figur 1 har ersatts med en radioförbindelse. l denna utföringsform verkar nätkontrollern MSC som en fast radioterrninal relativt basstationen BS. I en liknande utföringsforrn utgörs radioterrninalen av en fast radiotemiinal iden lokala slingan (RLL).

Fackmannen inser att olika modifleringar och förändringar kan utföras vid föreliggande uppfinning utan awikelse från dess grundtanke och ram, som definieras av de bifogade patentkraven.

Claims (10)

10 15 20 25 30 10 511 365 PATENTKRAV

1. Förfarande för antennomkopplingsdiversitet i ett TDMA-FDD-radiokommuni- kationssystem inkluderande en basstation och en radioterrninal, varvid systemet separerar sändning och mottagning i både tid och frekvens i både basstationen och radioterminalen, vilket förfarande kännetecknas av mätning av mottagningskvaliteten upplänk för en TDMA-FDD-radiokanal på en uppsättning antenner hörande till basstationen; lagring i basstationen av en första indikator på en bästa antenn ur nämnda uppsättning; mätning av mottagningskvaliteten nedlänk för TDMA-FDD-radiokanalen på en antenn hörande till radioterrninalen; lagring i radiotenriinalen av en andra indikator på mottagningskvaliteten nedlänk; val, på basis av värdet av den första indikatom, av en antenn ur nämnda uppsättning för mottagning upplänk; rapportering av den andra indikatom till basstationen; lagring av den rapporterade andra indikatorn i basstationen; och val, oberoende av valet av antenn för mottagning upplänk och på basis av värdet av den andra indikatorn, av en antenn ur uppsättningen för sändning nedlänk.

2. TDMA-FDD-radiokomrnunikationssystem som erbjuder antennomkopplingsdiver- sitet och inkluderar en basstation och en radioterminal, varvid systemet separerar sändning och mottagning i både tid och frekvens i både basstationen och radiotenni- nalen, vilket system kännetecknas av organ (CU-BS) för mätning av mottagningskvaliteten upplänk för en TDMA-FDD- radiokanal på en uppsättning av antenner (A1, A2) hörande till basstationen (BS); organ (QU) för lagring i basstationen av en första indikator på en bästa antenn ur uppsättningen; organ (CU-MS) för mätning av mottagningskvaliteten nedlänk för TDMA-FDD- radiokanalen på en antenn (A) hörande till radioterrninalen (MS, MSC); organ (QD-MS) för lagring i radioterrninalen av en andra indikator på mottag- ningskvaliteten nedlänk; 10 15 20 25 30 11 511 365 organ (CU-BS) för val, baserat på värdet av den första indikatom, av en antenn ur uppsättningen för mottagning upplänk; organ (CU-MS) för rapportering av den andra indikatorn till basstationen; organ (QD-BS) för lagring av den rapporterade andra indikatorn i basstationen; och organ (CU-BS) för val, oberoende av valet av antenn för mottagning upplänk och baserat på värdet av den andra indikatorn, av en antenn ur uppsättningen för sändning nedlänk.

3. System enligt krav 2, kännetecknat av att radioterrninalen är en mobilradiostation (MS).

4. System enligt krav 2, kännetecknat av att radioterminalen är en fast nätkontroller (MSC).

5. System enligt krav 2, kännetecknat av att radioterminalen är en fast radioterminal i en lokal radioslinga.

6. Basstation i ett TDMA-FDD-radiokommunikationssystem som tillhandahåller antennomkopplingsdiversitet och inkluderar en basstation och en radioterrninal, varvid systemet separerar sändning och mottagning i både tid och frekvens i både basstatio- nen och radioterminalen, vilken basstation kännetecknas av en uppsättning antenner (A1, A2); organ (CU-BS) för mätning av mottagningskvalitet upplånk på antennerna i uppsättningen; organ (QU) för lagring av en första indikator på en bästa antenn i uppsättningen; organ (CU-BS) för val, baserat på värdet av den första indikatom, av en antenn ur uppsättningen för mottagning upplänk; organ (CU-MS) för mottagning i basstationen av en andra indikator av mottag- ningskvaliteten nedlänk vid radioterminalen; organ (QD-BS) för lagring av den rapporterade andra indikatorn i basstationen; lill .min tid .lim -1 m . i iI-lÜ i fin» -Ifl l ii ä Enl 10 15 20 25 12 511 365 organ (CU-BS) för val, oberoende av valet av antenn för mottagning upplänk och baserat på värdet av den andra indikatorn, av en antenn ur uppsättningen för sändning nedlänk.

7. Radioterminal i ett TDMA-FDD-radiokommunikationssystem, kännetecknad av en styrenhet (CU-MS, P-MS) som arbetar i en av två moder, nämligen en antennomkopplingsmod nedlänk, vilken mäter mottagningskvaliteten nedlänk på en antenn (A) hörande till radioterrnina- len (MS, MSC), lagrar en indikator av mottagningskvaliteten nedlänk, rapporterar indikatom till en basstation för val, på basis av värdet av indikatorn, av en av flera tillgängliga basstationssändningsantenner, och en enkelantennmod nedlänk som accepterar sändning nedlänk från en enda antenn i basstationen.

8. Radioterminal enligt krav 7, kännetecknat av att radioterrninalen är en mobil- radiostation (MS).

9. Radiotenninal enligt krav 7, kännetecknat av att radioterminalen är en fast nätkontroller (MSC).

10. Radioterrninal enligt krav 7, kännetecknat av att radioterminalen är en fast radiostation i en lokal radioslinga.