SE523453C2 - Styrning av sändningseffekt vid trådlös paketdataöverföring - Google Patents

Description

'523 453 2 länkarna. För att tydliggöra bakgrunden till föreliggande upp- finning beskrivs regleringen av sändningseffekt och de faktorer som påverkar denna i ett känt kretskopplat cellulärt radio- system kortfattat i det följande.

Det cellulära systemet innefattar centrala och styrande anord- ningar, basstationer och terminalanordningar med radiogräns- snitt mot basstationerna. Man föredrar att bestämma en viss effektgräns för radiosändningen för varje basstation och varje terminalanordning. I en terminalanordning är syftet med be- gränsningen av sändningseffekt både att minska interferensen med andra radiolänkar och att minska anordningens effektför- brukning. En avgörande faktor för begränsning av basstationens sändningseffekt är interferensminskningen. Det är fördelaktigt att begränsa den sändande radioanordningens sändningseffekt till så lite som möjligt, men dock på ett sådant sätt, att den mottagande anordningen kan motta sändningen utan betydande fel och störningar som förorsakas av brus och interferens. Effekt- begränsningen har nära samband med upprätthållande av radio- länkens kvalitet och olika parametrar som indikerar den mottag- na signalens kvalitet används vanligtvis i den. Krav satta på länkens kvalitet kan variera i beroende av vilken typ av infor- mation som måste överföras i länken.

Regleringen av sändningseffekten kan baseras på ej återkoppling eller återkoppling. Vid ej återkopplad reglering där dataöver- föringen är dubbelriktad får den sändande anordningen ingen information avseende kvaliteten på den mottagna signalen som r¿återkoppling, utan den tar beslutet om ändring av sändnings- :jeffekt genom att uppmäta nivån på den mottagna signalen. šsättets funktionalitet baseras på det faktum, att sändnings- znoch mottagningsfrekvenserna är samma, varigenom vägdämpningen i o o sn n "Éåda riktningarna är samma eller ligger så nära varandra att fvägdämpningarna åtminstone starkt korrelerar. Vid den återkopp- fníade regleringen uppmäter den mottagande anordningen kvaliteten "på den signal den har mottagit och levererar en parameter som 'ïbeskriver den tillbaka till den sändande anordningen. Den åter- ykopplade regleringen är en tillförlitlig metod, men mottag- ningen av signalen, behandlingen av parametrarna som beskriver 525 453 ïfiäwíäï 3 kvaliteten och återsändningen av informationen till den sändan- de anordningen tar tid. Dessutom ökar den återkopplade regle- ringen signaleringskraften som krävs för radiolänken.

Faktorer som sammanhör med effektregleringen och som förorsakas av signaldämpningen kan klassificeras som långsamma och snabba.

Den långsamma fädningen förorsakas av det ändrande avståndet mellan terminalanordningen och basstationen eller genom sträv- ningen hos terminalanordningen till döda punkter som förorsakas av något föremål eller någon terrängform som förhindrar radio- vågutbredning. Dessa faktorer påverkar också upplänks- och nedlänksradioförbindelsen på samma sätt och respektive tidskala ligger i området ett flertal sekunder. Den snabba fädningen förorsakas av det faktum, att en destruktiv interferens av vågor som utbreder sig längs olika vägar uppträder vid radio- mottagaren och det händer typiskt på mindre än en sekund. Dess- utom korrelerar ej påverkan av den snabba fädningen på upp- länks- och nedlänksradioförbindelserna.

Vid den kända reglermetoden med återkoppling som används vid exempelvis GSM-systemet måste den mottagna signalnivån först uppmätas under åtminstone en halv sekund, varefter leveransen av resultatet, dvs mätrapporten, upplänks från terminalanord- ningen till basstationstyrenheten, tar cirka en halv sekund.

Basstationens styrenhet medelvärdesbildar typiskt de mottagna mätrapporterna under cirka två sekunder och det tar ånyo en halv sekund att leverera det mottagna resultatet till terminal- anordningen. Den sammanlagda fördröjningen blir sålunda flera H_sekunder.

'Hšändning under cirka 50 ms till 5 s åt gången. Reglermetoden *"med återkoppling som beskrivits ovan kan inte tillämpas på a o ïVid paketdataöverföring reserveras radiokanalen för en viss o frdenna typ av radiosändning eftersom den sändande anordningen 'ginte har någon tid att motta något styrmeddelande alls innan _ "överföringen har avslutats. Även i de fall då styrmeddelandet "fanländer i tid är delen av sändningen med fel effekt vad gäller Üytiden oacceptabelt stor. ; n a ~ i a aon e n o v nu n :ha n an n; I en n so I I nu o: o: o n n .m un u» o l ul 0 a v I 0 u a n o oo o n 1 n I o o u n n n u o » | ø n n | nu. 4 För en fackman inom teknikområdet är det uppenbart att det är möjligt att försöka snabba upp den ovan beskrivna återkopplade regleringen genom att man minskar fördröjningarna på ett inom teknikområdet känt sätt. Dessutom kan medelvärdesbildningen flyttas från den mottagande anordningen till den sändande an- ordningen varigenom dock behovet av signalering ökas och sänd- ningsanordningen blir mer komplicerad. Ett sätt är känt genom den amerikanska patentpublikationen 5 465 398, vid vilket mot- tagaren hos ett trådlöst lokalt nät uppmäter signaleffekten från varje korrekt mottaget paket och jämför den med det lagra- de minimieffektvärdet, varigenom mottagningen av paketet blir lyckad. Mottagaren sänder till den sändande anordningen infor- mation avseende skillnaden mellan den mottagna signaleffekten och minimieffekten. Den sändande anordningen beräknar ett löpande medelvärde utifrån de mottagna differenserna och juste- rar sin sändningseffekt så att medelvärdet för skillnaderna hamnar närmare ett visst i förväg bestämt gränsvärde.

Den effektregleringsmetod som föreslås genom publikationen är dock huvudsakligen tillämpbar på kontinuerlig sändning eller på omständigheter där radiosignalens fädning ej ändras med tiden eftersom de storheter som beräknas utifrån de mottagna paketen ej längre gäller om tiden mellan paketen är så lång, att fäd- ningseffekterna har tid att i stor grad ändras. Den metod som föreslås genom publikationen är sålunda avsedd för trådlösa lokala nät, där tillämpningsområdet i allmänhet är en kontors- miljö och terminalanordningarna vid användning är i stort sett stationära i förhållande till basstationerna.

E--Étt ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett É sätt genom vilket en anordning med en trådlös paketkopplad länk 'V'kan reglera sin sändningseffekt samtidigt som den paketkopplade 'rflänkens speciella behov beaktas. s n ¿H_Ändamålet med föreliggande uppfinning uppnås genom en samman- iláslagning av särdragen hos ej återkopplad och återkopplad regle- ;ï ring, varigenom den återkopplingsinformation som krävs av åter- fqíkopplingen bifogas kvittenspaketet som uttrycker att ett visst ','paket har mottagits framgångsrikt, och regleringen utan åter- 523 453 a' ~ koppling används då denna typ av kvittenspaket ej är tillgäng- lig.

Sättet enligt föreliggande uppfinning kännetecknas av att i den sändande anordningens första tillstånd har sändningseffekten ett visst normalvärde och att i den sändande anordningens andra tillstånd sändningseffektregleringen baseras på såväl återkopp- lingsinformationen avseende kvaliteten på dataöverföringslänken som ges av den mottagande anordningens kvittensmeddelande som på ett visst normalvärde. För terminalanordningens del baseras normalvärdet på uppmätningen av de signaler som regelbundet sänds av basstationen och för basstationen baseras normalvärdet på den maximala effekten och den tid som har passerat sedan det föregående kvittensmeddelandet.

Vid sättet enligt uppfinningen utvärderar en radioanordning som endast sänder periodiskt, innan den börjar sändningen och mellan sändningarna, vad den minsta erfordrade effekten för sändningen är. Den effekt som bestäms genom utvärderingen kallas sändningseffektens normalvärde. Utvärderingen kan base- ras pâ egenskaper hos radiosändningen i den omvända riktningen eller på ett antagande som bildas på något annat sätt om det sätt som radiovågornas utbredningsförhållanden kommer att ändras. Efter att den sändande anordningen har sänt ett visst datapaket mottar den enligt det dataöverföringsprotokoll som använts en kvittens från den mottagande anordningen med infor- mation som bifogats till detta av den mottagande anordningen om hur framgångsrik sändningen har varit. Den sändande anordningen y¿beräknar sändningseffektens korrigering utgående från återkopp- :fíingen som innefattas i nämnda kvittering. Samtidigt utvärderar :den dock kontinuerligt även behovet av sändningseffekt utan åflåågon återkoppling från den mottagande anordningen. Värdet för wusändningseffekten bestäms av återkopplingen, normalvärdet för ïfšändningseffekten och den tid som förflutit från mottagningen fïåv återkopplingen inom de gränser som sätts av vissa gräns- fïvärden. Sättet enligt uppfinningen uppvisar sålunda särdrag ïgrelaterade till regleringen både med och utan återkoppling. 523 453 :S f - 6 I ett cellulärt system beror tillämpningen av uppfinningen på huruvida det avser basstationen eller terminalanordningen. Vid de kända lösningarna sänder nämligen basstationen kontinuerligt eller åtminstone mycket regelbundet vissa kontrollmeddelanden, genom vilka terminalanordningen kan följa, baserat på de kontrollmeddelanden som mottas av den, ändringen i utbrednings- förhållanden för radiovågorna och uppdatera normalvärdet för sändningseffekten som bibehålles av den. Basstationen kan ej använda exakt samma sätt eftersom terminalanordningarna ej sänder kontinuerligt. Effektregleringen av sändningen i en paketform som utförs ibland i basstationen måste göras nume- riskt, t.ex. så att normalvärdet - inom vissa gränsvärden - blir större ju längre tid som har förflutit från sändningen av föregående paket.

I det följande kommer uppfinningen att beskrivas mer i detalj under hänvisning till föreslagna föredragna utföringsformer och bifogade ritningar, varvid Fig. 1 illustrerar som ett förenklat tillståndsdiagram prin- cipen för uppfinningen; Fig. 2 illustrerar kända protokollstackar i GPRS-systemet; och Fig. 3 illustrerar som ett flödesschema en föredragen utfö- ringsform av uppfinningen.

Uppfinningen är avsedd att tillämpas på ett cellulärt radio- _,_system, i vilket möjligheten finns att åtminstone terminal- Eçänordningen (t.ex. en mobiltelefon) och företrädesvis även bas- ; stationen kan reglera sändningseffekten i samband med dataöver- 'r'%öring på en paketform. Det tillgängliga effektområdet begrän- 'V'sas av vissa maximi- och minimivärden och ett principmål är att šïïjustera effekten varje gång så att den är så låg som möjligt ;Ü,hen dock på ett sådant sätt, att länkkvaliteten uppnår en viss ¿L'§rfordrad standard. I denna ansökning behandlas GSM-systemet šïïsom ett exemplifierat cellulärt system, varvid GPRS-paket- ;gßprotokollet (Global Packet Radio Service) planeras som en ut- .ökning av detta. De förkortningar och specialtermer som avser ... n. n n nn nnnn n nn nnnn n n n nn n n n n nn n n nn n nn nn n n n n n n n n nnn nnn nnn n n nns o n n i I I I v n n n n n n n n n n n n n n n nn n n n n n n n n n n nn GSM och GPRS skall dock ej anses vara begränsande vad gäller uppfinningen.

Enligt förslagen avseende nämnda GPRS separeras paketdatakana- lerna till master- och slavkanaler. MPDCH-kanalerna (Master Packet Data CHannel) innefattar två separata logikkanaltyper som är PCCCH (Packet Common Control CHannel) och PBCCH (Packet Broadcast Control CHannel). Vid den sistnämnda av dessa två sänder basstationen regelbundet vissa kontrollsignaler av ut- sändningstyp. I det fall det inte finns någon ledig MPDCH-kanal i en viss cell måste kontrollmeddelandena som tillhör paket- länkarna överföras längs de signaleringskanaler som definieras till kretskopplade länkar. SPDCH-kanalerna (Slave Packet Data CHannel) innefattar också två separata kanaltyper som är PDTCH (Packet Data Transfer CHannel) och PACCH (Packet Associated Control CHannel). Av dessa två används den sistnämnda för sänd- ning av kvitteringarna sammanhörande med de mottagna paketen.

Sättet enligt föreliggande uppfinning kräver vissa uppmätnings- resultat som uttrycker den mottagna signalens kvalitet som skall levereras som återkoppling till den sändande anordningen.

Mätresultaten kan enkelt bifogas de kvittenser som överförs på PACCH-kanalen.

Fig. 1 är ett förenklat tillståndsdiagram som beskriver det "inledande" tillståndet 10 och det "kontinuerliga" tillståndet 11. Det förstnämnda av dessa två innebär ett tillstånd enligt föreliggande uppfinning i vilket återkopplingsinformationen av- seende den mottagna signalens kvalitet ej är tillgänglig för ¿¿,den sändande anordningen för reglering av effekten, utan regle- :_'ringen av sändningseffekten måste baseras på någon typ av ej É återkopplad reglering. En positiv eller en negativ återkoppling 'V.ÄCK/NACK från den mottagande anordningen gör att den sändande :"Änordningen förflyttar sig till "kontinuerligt"-tillståndet, i š3:Nilket regleringen av sändningseffekten baseras åtminstone på :f.@en information som talar om hur framgångsrik mottagningen av ;“}föregående sändning har varit. I "kontinuerligt"-tillståndet ¿:;antar den sändande anordningen, att den regelbundet mottar ;ÉEåterkopplingsinformation från den mottagande anordningen. Om inom en given tid ingen återkopplingsinformation mottas, åter- 523 453 8 går den till "inledande" tillståndet lo enligt pilen 'rIMEoUT och den operation som beskrivs av tillståndsdiagrammet börjar om från början.

Vid den föredragna utföringsformen av uppfinningen fortsätter den utvärdering som bildar normalvärdet för sändningseffekten i det "inledande" tillståndet 10 även då den sändande anordningen befinner sig i det "kontinuerliga" tillståndet 11. I detta fall bestäms värdet för sändningseffekten i det "kontinuerliga" tillståndet både enligt normalvärdet för sändningseffekten och enligt den återkoppling som mottas från den mottagande anord- ningen. Ju längre tid som har förflutit från sändningen av kvitteringen av den mottagande anordningen, desto mer påverkas värdet för sändningseffekten av normalvärdet utan återkopp- ling för sändningseffekten och desto mindre av den återkoppling som sänds av den mottagande anordningen. En eventuell TIMEOUT som återgår till det "inledande" tillståndet 10 sker baserat på den tid som förflutit från mottagningen av föregående återkopp- ling. Om en viss i förväg definierad tid har förflutit från mottagningen av föregående kvittering är den återkoppling som inkluderas i kvittensen helt irrelevant, varigenom den sändande anordningen kan betraktas ha förflyttats helt till det "inledande" tillståndet 10.

Enligt uppfinningen är det "inledande" tillståndet ett till- stånd, i vilket ingen giltig återkopplingsinformation mottagen från den mottagande anordningen är tillgänglig för den sändande anordningen för reglering av sändningseffekten. Å andra sidan _kan det "kontinuerliga" tillståndet, utifrån den sändande 'ånordningen, bestämmas som ett tillstånd, i vilket den sänder fdata som paket till den mottagande anordningen så ofta, att då *"den mottagande anordningen sänder, som ett svar på att ha mot- s u "tagit ett visst paket, ett kvittensmeddelande som innefattar :7:information avseende kvaliteten på dataöverföringslänken som -,ppptäckts vid mottagningen av paketet, är den tid som förflyter "från mottagningen av eventuellt kvittensmeddelande av den ï'sändande anordningen till nästa paket kommer att sändas ej f¿.längre än en i förväg definierad tidsgräns. Återkopplingsinfor- nu n. an. n. n f u: nu. I n u ~nn u o. nu a n a n .p o o n; v u. nu v a v n p u u o »n u- n. n u oss v n I c nu v o s I n v . u p f u . v - n a u . .n f - - . a - . « n n n mationen som inkluderas i ett visst kvittensmeddelande förblir giltig under den nämnda fördefinierade perioden.

I det följande kommer regleringen av sändningseffekten att be- handlas först i det "inledande" tillståndet, varvid vi koncen- trerar oss på terminalanordningens del. Den sändande anord- ningen befinner sig i det "inledande" tillståndet då dataöver- föringslänken ännu ej är aktiv eller det har förelegat en lång paus mellan de paket som sänds på länken. Terminalanordningen uppmäter regelbundet (t.ex. varannan sekund eller från varje mottagen ram) vad signaleffekten är som mottas av den på BCCH- kanalen (Broadcast Control CHannel) eller på PBCCH-kanalen (Packet Broadcast Control CHannel) som tillhör paketprotokollet eller någon annan motsvarande signaleringskanal, på vilken bas- stationen regelbundet sänder data sammanhörande med radiokommu- nikation. Den regelbundna mottagningen ställer inte några nya krav på driften av terminalanordningen eftersom den måste över- vaka BCCH-signalen och/eller PBCCH-signalen i vilket fall som helst, för det fall den måste göra en överlämning.

Basstationen vet vad som är den minsta signaleffekten (i dB- skalan) som den bör motta från terminalanordningen då terminal- anordningen börjar sända paket, så att kvalitetsstandarden för den mottagna signalen på basstationen blir acceptabel. Bas- stationen har företrädesvis bestämt flera olika mottagnings- effektnivåer, av vilka den minsta är den s.k. känslighetsnivån.

Eftersom den effektnivå som krävs av basstationen för mottag- ningen kan variera i beroende av omständigheterna inkluderar __den vid den föredragna utföringsformen av uppfinningen i data- šïframarna som skall sändas på BCCH-kanalen och/eller PBCCH- E kanalen information om den effektnivå som krävs av den varje “'qgång. Om det finns t.ex. åtta nivåer kan de beskrivas med ett 7“fheltal TO, vilken här kallas målnivån, varvid värdet 0 indike- ff:rar att basstationen nöjer sig med mottagning på känslighets- f¿{nivån, värdet 1 motsvarar en nivå över känslighetsnivån osv; f";värdet 7 innebär den högsta nivån. n: vi I ßy:För bestämning av målnivån måste basstationen ta hänsyn till " att länkbudgeten som skall beräknas för radiolänken kan vara 523 453 olika avseende nedlänk (från basstationen till terminalanord- ningen) och upplänk (från terminalanordningen till basstatio- nen). Skillnaderna mellan länkbudgetarna kan tas med i beräk- ningen vid målnivåns värde TO enligt följande. Låt oss anta att det är fördelaktigt att basstationen mottar på nivå T0=2, som ligger två nivåer över känslighetsnivån. Låt oss vidare anta att länkbudgetberäkningen eller de mätningar som utförs baserat på den verkliga trafiken indikerar att då terminalanordningen informeras om en viss målnivå, blir kvalitetsnivån hos bas- stationmottagningen i praktiken två nivåer lägre. Om sålunda basstationen informerar terminalanordningen att målnivån är T0=2, skulle kvalitetsnivån hos nästa paket som skall sändas av terminalanordningen bli T0=0 i basstationen, vilket är känslig- hetsnivån. I detta fall tar basstationen hänsyn till länk- budgeteffekten genom att informera terminalanordningen om att målnivån är T0=4. Samma princip kan naturligtvis tillämpas på godtyckliga värden på målnivån och länkbudgetberäkningarna.

Vid sättet enligt föreliggande uppfinning behöver terminal- anordningen också veta vad basstationens sändningseffekt är på BCCH-kanalen och/eller på PBCCH-kanalen. I den händelse värdet för sändningseffekten inte är konstant i varje basstation i systemet, bifogar varje basstation företrädesvis till varje dataram som sänds på BCCH-kanalen parametern SB som anger sänd- ningseffekten i dBm-enheter. Den absoluta informationen om bas- stationens sändningseffekt kan ersättas så att terminalanord- ningen antar att varje basstation använder en känd nominell standardeffektnivå och skillnaden mellan de verkliga effekt- ¿¿¿nivåerna tas hänsyn till i parametern TO som bestämmer mål- : xnivån. Om basstationen önskar att målnivån är t.ex. T0=2 men _dess egen sändningseffekt ligger en målnivåenhet högre sänder iden målnivåparametern T0=3. Terminalanordningen bestämmer då 'rfisin egen sändningseffekt så att den motsvarar länkens verkliga š'§dämpning. Terminalanordningen ser vid mottagningen en högre I'§signalnivå än om basstationen skulle sända med den nominella . m1- av; 2 :"Hstandardeffekten, varigenom den mottagna signalens högre nivå an! i -”skulle leda i terminalanordningen till en lägre sändningseffekt ':gän vad som behövs. Målnivåparameterns TO värde som är en enhet | e b I r I o nu @ | n | u annu p 523 453 :f$æßi:?~:f@ 11 högre korrigerar situationen. På detta sätt undviks behovet av att sända två separata parametrar.

Efter att terminalanordningen har mottagit dataramar på BCCH- kanalen och/eller på PBCCH-kanalen uppmäter den den mottagna signaleffekten per ram och finner genom avkodning värdena för TO- och SB-parametrarna som inkluderas i ramen. Vid en alterna- tiv utföringsform av uppfinningen kan terminalanordningen upp- mäta den mottagna signalens C/I-kvot (bärvåg/störningskvot) och beskriver C/I-kvoten som effektnivåer vid mottagningen på det sätt som bestäms av standarden GSM 05.08. Ramtiden är typiskt mycket kort (i GSM-systemet 4,615 ms), så att det är fördel- aktigt att kompensera de ändringar som förorsakas av den snabba fädningen och plötsliga störningar så att terminalanordningen medelvärdesbildar mätningarna per ram under flera ramar. En typisk medelvärdesbildningstid ti är den s.k. multiramtiden som varar flera hundra millisekunder. För att undvika en alltför stor påverkan av den långsamma fädningen på mätningen är dock medelvärdesbildningstiden kortare än en sekund. I det följande kommer den mottagna medelvärdesbildade signaleffekten att betecknas RO. Terminalanordningen ändrar TO-parametern till dB- enheter på ett sätt som är omvänt det sätt som basstationen bildar TO-parametern och genom vilket effekten av länkbudgetar- na tas med i beräkningen. Låt oss beteckna TO-parametern an- given som decibel med t0. Det normalvärde Si(ti) som beräknas av terminalanordningen som sin egen sändningseffekt blir då si(ti)=sß+n, (1) där D=t0-RO }Formeln (1) gäller naturligtvis endast i det fall det resultat ..som ges av den ligger mellan de minimi- och maximivärden som H,bestäms för terminalanordningens sändningseffekt. Terminal- ._anordningen lagrar värdet Si(ti) i sitt minne så att det är .tillgängligt då terminalanordningen påbörjar sändningen av j_paketdatat. Om värdet Si(ti) som ges av formeln (1) är mindre '~än minimivärdet för terminalanordningens sändningseffekt sparar »von u 'terminalanordningen minimivärdet och om värdet Si(ti) är allt- :för stort lagrar terminalanordningen maximivärdet. »nu oo 523 453 f* 12 Vid en alternativ utföringsform av uppfinningen kan terminal- anordningen i det "inledande" tillståndet korrigera värdet för transmissionseffekten som ges av formeln (1) genom korrige- ringskoefficienter som baseras på t.ex. tid som förflyter från det föregående "kontinuerliga" tillståndet eller på BCCH- kanalens och/eller PBCCH-kanalens uppmätta C/I-kvot. Om t.ex.

C/I-kvoten som uppmäts av terminalanordningen är lägre än ett visst tröskelvärde kan den öka sändningseffekten med en nivå.

I det följande kommer en effektregleringsalgoritm enligt före- liggande uppfinning att beskrivas i terminalanordningen under det "kontinuerliga" tillståndet. Ett paket uppdelas vid sänd- ningen i flera block som ytterligare uppdelas i skurar. Enligt OSI-modellen (OSI - Open Structured Interface) som modellerar paketradioförbindelsen sänder ett visst RLC-protokollskikt (RLC - Radio Link Control) på dataöverföringsnätets sida, markerat 20 i fig. 2, en kvittens avseende varje paket som sänds som en helhet. Eftersom paketlängden kan variera från fyra skurar till flera hundra skurar kan den tid det tar att sända ett paket vara t.ex. och över en sekund som längst. Paketets varaktighet kommer i det följande att betecknas tc.

Terminalanordningen påbörjar sändningen genom att använda normaleffekten Si(ti), vars beräkning beskrivits ovan. Då bas- stationen (eller någon annan anordning i dataöverföringsnätet som behandlar kvittenser) bildar den första kvittensen bifogar den till denna information avseende den genomsnittliga kvali- tetsnivån för den mottagna signalen från de i paketet inklude- §':rade skurarna. Kvittensmeddelandet bildas företrädesvis så att É basstationen uppmäter kvalitetsnivån från samtliga skurar och -y-bifogar den medelvärdesbildade informationen till paketet som ,r.par samlats i basstationen baserat på de skurar som sänts av gg-terminalanordningen och som sänds av basstationen vidare till '¿'pätets SGSN-anordning (SGSN - Serving GPRS Support Node), från ;:Éilken punkt kvittensmeddelandet med sina mätresultat överförs :f'nedlänks via basstationen till terminalanordningen. a | no i GPRS-systemet 18,46 ms som kortast n nu: . nn 523 453 ¥W%vW»f 13 Vid en alternativ utföringsform av uppfinningen bifogas infor- mationen avseende kvalitetsnivån för de skurar som mottas av basstationen i stället för RLC-nivåns kvittensmeddelande till kontrollmeddelandena som sänds av basstationen till terminal- anordningen även under upplänköverföringen av långa paket.

Denna utföringsform är fördelaktig i en situation där paketens medellängd är så lång att väntandet på RLC-skiktets kvittens- meddelanden medför alltför stor fördröjning för leveransen av återkopplingsinformation till terminalanordningen. Ett villkor för denna utföringsform är att sändningens multiramstruktur möjliggör ändring av sändningseffekten mellan ramarna som in- kluderas i ett visst paket och att den nödvändiga informationen kan bifogas kontrollmeddelandena som sänds av basstationen.

På det ovan beskrivna sättet har målnivån t0 lagrats i bassta- tionens minne, varvid målnivån beskriver den eftersökta kvali- tetsnivån för basstationmottagningen i decibel. Då terminal- anordningen har mottagit återkopplingen från basstationen, dvs information avseende den uppmätta kvalitetsnivån, beräknar den skillnaden mellan målnivån och den uppmätta nivån i decibel.

Låt denna skillnad betecknas D1. Om den uppmätta kvalitetsnivån är högre än målnivån är skillnaden D1 negativ och om den av basstationen uppmätta kvalitetsnivån är lägre än målnivån är skillnaden D1 positiv. Enligt återkopplad reglering är nästa värde för basstationens sändningseffekt den numeriskt korrige- rade sändningseffekten, dvs summan av den tidigare använda sändningseffekten och D1, markerad Sc(tc). Med andra ord skulle terminalanordningen korrigera sin sändningseffekt så att den av basstationen mottagna kvalitetsnivån skulle närma sig målnivån.

Vid sättet enligt uppfinningen tar dock det "kontinuerliga" y-tillståndets effektreglering även hänsyn till den tid som för- Hflutit mellan sändningen av paketen. Såsom tidigare beskrivits g-uppdaterar terminalanordningen även under det "kontinuerliga" ¿';il1ståndet sändningseffektens normalvärde Si(ti) utan åter- ":koppling. Terminalanordningens nästa sändningseffektvärde S(t) '*'bestäms genom den formel som tar hänsyn till den numeriskt E.'korrigerade sändningseffekten Sc(tc), den medelvärdesbildade :.:tiden tc relaterad till den genomsnittliga mottagna kvalitets- nu.- r ara» I v r n n n n n n n va» a »en nu r a |;| n a a n 1 523 453 14 nivån, det uppdaterade normalvärdet Si(ti) för sändningseffek- ten och den medelvärdesbildade tiden ti som använts för bestäm- ning av normalvärdet. Matematiskt kan det uttryckas att s(t)=f(sc(tc),t-tc,si(ti),t-ti) (2) Med andra ord är nästa sändningseffektvärde S(t) en funktion f, vars argument är de ovannämnda faktorerna. Terminalanordningen beräknar sändningseffekten S(t) i ett godtyckligt ögonblick t som motsvarar ögonblicket för sändning av nästa paket. Om tidens värde t är stort, med andra ord en relativt lång tid har förflutit från mottagningen av föregående kvittens till sänd- ningen av nästa paket, närmar sig sändningseffektens värde S(t) företrädesvis det senaste normalvärdet Si(ti) för sändnings- effekten. En begränsning måste naturligtvis medfölja formel (2), enligt vilken den nya sändningseffektens värde S(t) måste ligga mellan de för terminalanordningen bestämda minimi- och maximivärdena. Det finns två typer av minimi- och maximieffekt- gränser: fasta gränsvärden som beror av terminalanordningens konstruktion och gränser per cell som bestäms av nätet som ofta ändras från en cell till en annan. I en mycket liten cell för- bjuder basstationen terminalanordningen i cellens area att sända med en effekt som är högre än en viss effektgräns. För- budet sänds till terminalanordningarna som signalering på ett känt sätt.

En möjlig form för funktionen f är en funktion som exponen- tiellt närmar sig värdet Si(ti) §f: s(t)=si(ti)+(sc(tc)-si(ti))*e*“@ (3) . ßär a är en positiv parameter, vars lämpligaste värde kan ut- rönas genom testning. fierminalanordningen lagrar effektvärdet S(t) i minnet och sänder skurarna som förmedlar nästa pakets block genom använd- ming av sändningseffekten S(t). Efter att ha mottagit nästa kvittensmeddelande och då den förbereder sändning av följande paket beräknar terminalanordningen ånyo ett nytt effektvärde. i nu :o s c u 523 453 êïïïV“" Vid en alternativ utföringsform kan anordningen i det "konti- nuerliga" tillståndet ta ett visst antal av de senaste effekt- värdena med i beräkningen och inte enbart det senaste. Vid ett ytterligare alternativ kan terminalanordningen öka sändnings- effektens värde S(t) mot den högsta tillåtna sändningseffekten Smax beroende på hur många gånger en viss ram eller paket redan har återsänts. Ãtersändningarna beror vanligtvis på dataöver- föringsfel som kan undvikas genom att man ökar sändningseffek- ten.

Om mer tid än en viss i förväg bestämd tidsgräns har förflutit från mottagningen av den senaste kvittensen förlorar återkopp- lingsinformationen som inkluderas i kvittensen sin giltighet och fyller ingen funktion för terminalanordningen som korrige- rar sändningseffekten enligt den återkopplade regleringen eftersom det föreligger en stor risk för ett regleringsfel. I detta fall kommer nästa sändningseffekt att bestämmas medelst formel 1, med andra ord har terminalanordningen återgått, enligt markeringarna i fig. 1, till det "inledande" tillstån- det. Matematiskt motsvarar detta för den exemplifierade funk- tionen att i formel (3) termen (Sc(tc)-Si(ti))*e““W är försum- bart liten.

Vid ändringarna av sändningseffekten är det lämpligt att använ- da en viss marginalfaktor, som innebär den största tillåtna enskilda ändringen av sändningseffekten, och vars storlek är t.ex. 2 dB. Genom användning av marginalfaktorn försöker man förhindra svängningen hos effektnivåerna. Snabba och stora ändringar i effektnivån förorsakar nämligen motsvarande snabba fförändringar i de s.k. samkanalinterferenserna som påverkar ffunktionen hos celler placerade nära varandra på samma eller Hhintilliggande frekvenser. En snabb och stor ändring förorsakar H_jörst en korrigerande reaktion i den andra, nära placerade ;_cellen och denna korrigerande reaktion reflekterar i sin tur n n : tillbaka till den ursprungliga cellen som en samkanalinter- f_Éerens, varigenom systemet kan bli instabilt.

:'Marginalfaktorn M kan ha en standardstorlek eller kan den an- _3passas till storleken på det paket som skall sändas: eftersom ' A v . .n _523 453 ßfiæufiêf 16 kvittenser sällan sänds vid sändning av långa paket och mot- svarande korrigeringar av sändningseffekten sällan görs kan korrigeringarna vara större (faktorn M kan vara större) än vid sändning av korta paket. I kretskopplade GSM-länkar utförs sändningseffektregleringen i steg om 2 dB var 60 millisekund på ett 30 dB stort område. En känd GSM-terminalanordning kan så- lunda ändra effekt från ett gränsvärde hos det tillåtna området till ett annat på cirka en sekund. Om de paket som skall över- föras i nämnda GPRS har längden av maximalt tre block kan marginalfaktorn M vara 2 dB. Med längre paket, och hur som helst med den maximala längden av 8 block, kan värdet för M vara 4 dB och i fallet av extremt långa paket (t.ex. 80 block) kan marginalfaktorn M vara så stor som 30 dB.

Om dataöverföringsnätet inte tillhandahåller all den kvalitets- information som uppmätts av basstationen vid sin mottagning, använder terminalanordningen automatiskt endast den ej åter- kopplade regleringen. Med de parametrar som förmedlas av nätet kan den tidsgräns efter vilken terminalanordningen övergår från det "kontinuerliga" tillståndet till det "inledande" tillstån- det sättas väsentligen till oändligheten, varigenom terminal- anordningen hela tiden befinner sig i det "kontinuerliga" till- ståndet, men kvoten mellan det effektvärde som beräknats base- rat på kvittensinformation och det som beräknats genom den ej återkopplade principen beror på parametrarna i formel (3) eller någon annan funktion som används i detta syfte. Effektnivån för den första sändningen vid regleringen av den helt återkopplade typen kan sättas t.ex. som den maximala effekten genom använd- ning av målnivåns TO maximivärde. c n n n s x É Dataöverföringsnätet kan sända samtliga parametrar som påverkar -yfieffektregleringen genom basstationerna som sändningar av ut- ,Qsändningstyp till samtliga terminalanordningar. I detta fall :z'pålls regleringen av effektregleringen i nätet, även om kör- ¿Hningen av effektregleringsalgoritmen åstadkommes i terminal- :Å3anordningarna. 7:fSändningseffektregleringen enligt föreliggande uppfinning har .z beskrivits ovan i en terminalanordning i ett cellulärt radio- o anno n o n y u n s 1 n a a 523 453 17 system. I det följande behandlar vi tillämpningen av sättet på sändningseffektregleringen i en basstation i det cellulära radiosystemet. Såsom angivits i beskrivningen av den kända tekniken har inte effektregleringen i basstationen en sådan betydelse som i terminalanordningen, i vilken man försöker minimera effektförbrukningen på varje tänkbart sätt. Basstatio- nen kan inte använda någon reguljär sändning av BCCH- eller PBCCH-typ från terminalanordningen, så den kan inte basera den ej återkopplade regleringen på samma algoritm som terminal- anordningen. Det finns två alternativ vid sättet enligt upp- finningen. Basstationen kan antingen använda den maximala effekten, alltid tilldelad den då sändning av paket påbörjas, eller kan den bibehålla det speciella effektvärdet som sparats i minnet i samband med en tidigare sändning av paket och an- vända den som sådan eller modulerad av vissa principer. En princip av denna typ är att ju längre tid som har förflutit sedan sändningen av föregående paket desto större är sannolik- heten att terminalanordningen har rört sig i stor utsträckning, varigenom omständigheterna kan ha ändrats till en sämre som kräver större sändningseffekt. I detta fall kommer det tidigare effektvärdet som lagrats i basstationens minne att korrigeras med regelbundna intervall tills det motsvarar den maximala sändningseffekten som bestämts för basstationen.

Vid regleringen av återkopplingstyp mottar basstationen från terminalanordningen en kvittens enligt RLC-skiktet då terminal- anordningen har mottagit ett visst paket. Antalet skurar som krävs för sändningen av ett paket sträcker sig från fyra till flera hundra skurar. Terminalen inkluderar i kvíttensmeddelan- 'nïdet information avseende medelkvalitetsnivån i det mottagna ä paketets skurar. Basstationsystemet eller basstationregler- r enheten beräknar effektvärdet Sc(tc) på samma sätt som beskri- y»&its ovan avseende terminalanordningens funktion. Eftersom bas- 'Jstationen inte har någon användning av ett Si(ti)-värde av den _-ftyp som terminalanordningens, beräknat baserat på en regel- _L,bundet mottagen kontroll- eller reglersignal, bestämmer bas- I"stationen värdet för nästa sändningseffekt genom att använda en ß n :,¿lämplig funktion, vid vilken sändningseffektens värde är åtmin- 'stone så stort som värdet Sc(tc) men som under tidens gång nnn :nn o n nu un n vn n cvnn n o . n: . g u n n n »n n n n u u: v n a o n n n n nnn n n n v en c u n! v u n n on n n n n n n « n y n o n n n n n n n n: n . » n n n n n n n nn 18 närmar sig den maximala effekten Smax. En fackman inom teknik- området kan enkelt tillhandahålla flera lämpliga funktioner.

I fig. 3 beskrivs ett sätt enligt föreliggande uppfinning som ett förenklat flödesschema. Figurens beteckningar avser sär- skilt terminalanordningen eftersom bestämningen av värdet Si(ti) beskrivs däri. Tillfört basstationen måste värdet Si(ti) ersättas av värdet Smax i figuren, varigenom blocken 30 och 31 är onödiga. I det "inledande" tillståndet går terminalanord- ningen runt den slinga som bildas av blocken 30, 3l, 32 och 33.

Efter att ha sänt ett paket i block 34 och mottagit RLC-skik- tets kvittens i block 35, går den till det "kontinuerliga" tillståndet. I block 36 och 37 beräknas det numeriskt korrige- rade effektvärdet Sc(tc) enligt den återkopplade regleringen.

Här har det uppmätta resultatet av den mottagna signalkvalite- ten som sänds tillsammans med kvittensmeddelandet markerats med termen RXQUAL. Om det förekommer ett kort avbrott mellan sänd- ningarna av paketen fortsätter terminalanordningen att gå runt den slinga som bildas av blocken 38 och 40, som bryts av sänd- ning av ett nytt paket eller om den tidsgräns som i förväg bestämts för det "kontinuerliga" tillståndet löper ut. För grafisk tydlighets skull är det faktum att uppdateringen av värdet Si(ti) även fortsätter i det "kontinuerliga" tillståndet ej inkluderat i flödesschemat, men utgående från vad som an- givits ovan bör det vara klart att i block 39 kommer alltid det senaste, uppdaterade Si(ti)-värdet att användas för beräkning av sändningseffekten. Även återhämtningen från feltillstånd genom ökning av sänd- 'fningseffekten kan adderas till sättet enligt föreliggande upp- § finning. I detta fall antar den anordning som sänder meddelan- *r^hen automatiskt att om sändningen av ett visst paket misslyckas s va»- ¿ har sändningseffekten varit otillräcklig och den korrigeras n'nppåt med det största tillåtna korrigeringssteget (samma som _'margina1faktorn M). I det fall även kanaltilldelningen begär _L:§tt organ, de s.k. slumpåtkomstmeddelandena som sänds av termi- ,Û'nalanordningen innan den verkliga överföringen av paket, sänds 'H:med den effektnivå som bestäms av den ej återkopplade regle- tt ringen enligt uppfinningen, kan även den automatiska priori- i 523 453 šïï* šï ' 19 tetsvärderingen av de viktiga kanaltilldelningsbegäran adderas till sättet. Om terminalanordningen måste sända en kanaltill- delningsbegäran som avser t.ex. ett nödmeddelande eller som är i övrigt särskilt viktigt, kan den automatiskt sätta sändnings- effekten till att vara flera decibel högre än det giltiga normalvärdet för sändningseffekten som ges av formel (1).

Den tidsgräns efter vilken terminalanordningen återgår till det "inledande" tillståndet kan också bestämmas dynamiskt, t.ex. så att om sändningseffekten har korrigerats många gånger under en_ paketkopplad länk, sätts tidsgränsen kortare än i det fall sändningseffekten har förblivit densamma under en lång tid.

Samma dynamiska ändringsmöjlighet avser samtliga parametrar A, B, a och ß i formel (3) eller, i det fall något annat uttryck av funktionen f används i stället för formel (3), andra para- metrar som påverkar betydelsen av olika typer av korrigerings- faktorer.

Föreliggande uppfinning har en fördel jämfört med känd teknik eftersom sändningsanordningen alltid känner till sändnings- effektens normalvärde för sändning av följande paket, oberoende av hur lång tid som har förflutit från sändningen av föregående paket, varigenom sändningsanordningen kan påbörja sändningen omedelbart då paketet som skall sändas är redo. Detta är en betydande förbättring jämfört med system, i vilka basstationen först måste uppmäta kvaliteten på dataöverföringslänken och ge terminalanordningen ett effektregleringskommando baserat på mätningarna, enligt vilket terminalanordningen måste reglera sin sändningseffekt så att den är korrekt före sändningen av Ezšpaketet. Sättet enligt föreliggande uppfinning förbinder an- ? vändbara särdrag hos såväl den ej återkopplade som den åter- -yfikopplade regleringen. :vara u un:

Claims (20)

u»- u. o . -n nano u u; u nu nu n u u o v. a n a u nu en a a o u v u n u u: nu: .nu a n enn u u . o uu | s a a n . . n . . u - | ~ n n n 1 u u » | a o - . . ; | u. 20 Patentkrav

1. Sätt att reglera sändningseffekt i en terminalanordning i ett cellulärt radiosystem, vars radioförbindelse med en viss basstation innefattar ett alternativt första tillstånd (10) och andra tillstånd (11), i vars första tillstånd terminalanord- ningen mottar (30) signaler som sänds regelbundet av basstatio- nen och i vars andra tillstånd terminalanordningen dessutom sänder (34) data som paket till basstationen, k ä n n e - t e c k n a t a v att i nämnda första tillstånd regleringen av normalvärdet för sändningseffekten i nämnda terminalanord- ning baseras på uppmätning (31, 32) av de signaler som sänds regelbundet av basstationen, och i nämnda andra tillstånd regleringen av sändningseffekten i nämnda terminalanordning baseras både på återkopplingen som sänds av basstationen av- seende dataöverföringslänkens kvalitet (35, 36, 37, 39) och på uppmätning av andra signaler som sänds regelbundet av bassta- tionen.

2. Sätt enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att i nämnda första tillstånd regleringen av normalvärdet för sändningseffekten i nämnda terminalanordning baseras på upp- mätning av signaleffekten (RO) hos de signaler som sänds regel- bundet av basstationen.

3. Sätt enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a t a v att då 52: sändningseffekten (SB), med vilken nämnda basstation sänder nun-u 'nämnda signaler som den regelbundet sänder, och r länkkvalitetens målnivå (t0), med vilken det är fördelaktigt .zu för nämnda basstation att motta paket sända av nämnda terminal- 19.1: _anordning, Éi.är kända av nämnda terminalanordning, korrigerar den normal- if-Qärdet för sin sändningseffekt så att den motsvarar värdet 1ï:Si(ti) som bestäms av formeln gpf Si(ti)=SB+(t0-RO), _.. n n y v u n .n n. 523 453 21 där SB är nämnda basstations sändningseffekt, t0 är länkkvali- tetens målnivå och RO är den signaleffekt som uppmäts av termi- nalanordningen vid mottagningen av nämnda signal.

4. Sätt enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att i nämnda första tillstånd regleringen av normalvärdet för sändningseffekten i nämnda terminalanordning baseras på upp- mätning av C/I-kvoten för signalerna som sänds regelbundet av basstationen.

5. Sätt enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e - t e c k n a t a v att, i nämnda andra tillstånd, innebörden av den återkoppling som förmedlas av ett visst kvittensmed- delande som sänds av nämnda basstation och som uttrycker kvali- teten på dataöverföringslänken, för regleringen av terminal- anordningens sändningseffekt, är mindre ju längre tid som har förflutit från mottagningen av den aktuella återkopplingen av nämnda terminalanordning.

6. Sätt enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e - t e c k n a t a v att terminalanordningen som befinner sig i nämnda andra tillstånd övergår till det första tillståndet då en viss i förväg bestämd tidsgräns från mottagning av återkopp- lingen på det senast sända paketet har utlöpt utan att termi- nalanordningen har börjat sända nästa paket (TIMEOUT).

7. Sätt enligt patentkrav 6, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda i förväg bestämda tidsgräns är längre ju mer sällan sändningseffekten har korrigerats tidigare under samma paket- .ykopplade radioförbindelse.

8. ..8. Sätt enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e - »as 'It e c x n a t a v act, i nämnda andra tillstånd, värdet för :jsändningseffekten beräknad för nästa paket i ett visst ögon- 'Üblick följer formeln :Ä s(t)=si(ti)+(sc(tc)-si(ti))*efl“W ffidär Si(ti) är sändningseffektens normalvärde beräknat utgående 1 K . ; | .n 523 453 22 nu en från uppmätningen av de signaler som sänds regelbundet av bas- stationen, ti är en medelvärdesbildad tid som används för be- räkning av Si(ti), Sc(tc) är sändningseffekten beräknad utgåen- de från återkopplingen som sänds av basstationen, tc är en medelvärdesbildad tid som används för beräkning av Sc(tc) och a är en positiv parameter. Sätt enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e - att då terminalanordningen har bestämt

9. t e c k n a t värdet för en viss ny sändningseffekt ändrar den inte sänd- ningseffekten från sändningseffektens föregående värde mot nämnda nya värde för sändningseffekten med mer än en viss IV marginalfaktor.

10. Sätt enligt patentkrav 9, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda marginalfaktor bestäms utgående från storleken på de paket som skall sändas i dataöverföringslänken.

11. Sätt enligt patentkrav 10, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda marginalfaktor är större ju längre de paket som skall sändas i dataöverföringslänken är. Sätt enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e - att om nämnda terminalanordning i nämnda

12. t e c k n a t andra tillstånd ej erhåller någon kvittens alls avseende ett visst paket som den har sänt ökar den sändningseffekten. IV

13. Sätt att reglera sändningseffekten i en basstation i ett cellulärt radiosystem, vars radioförbindelse åtminstone med ;g~en terminalanordning innefattar ett alternativt första till- v...- os» 'stånd (10) och ett andra tillstånd (11), i vars första till- stånd basstationen sänder regelbundet kontrollsignaler och i vars andra tillstånd basstationen dessutom sänder data som :ï:paket till en viss terminalanordning, k ä n n e t e c k n a t E'-Å v att i nämnda första tillstånd normalvärdet för sändnings- a ;.*èffekten i nämnda basstation är samma som basstationens maxi- ,:mala sändningseffekt och i nämnda andra tillstånd regleringen šhuav sändningseffekten i nämnda basstation även baseras på åter- ;'fkopplingen av kvaliteten på dataöverföringslänken (35, 36, 37, 523 453 šï* 23 39), vilken återkoppling sänds av terminalanordningen, liksom på den tid som har förflutit från mottagningen av föregående kvittensmeddelande av basstationen från terminalanordningen.

14. Sätt enligt patentkrav 13, k ä n n e t e c k n a t a v att, i nämnda andra tillstånd, innebörden av en viss återkopp- ling som sänds av nämnda terminalanordning och som indikerar kvaliteten på dataöverföringslänken är mindre ju längre tid som har förflutit från mottagningen av den aktuella återkopplingen av nämnda basstation.

15. Sätt enligt patentkrav 13 eller 14, k ä n n e t e c k - n a t a v att basstationen som befinner sig i nämnda andra tillstånd övergår till det första tillståndet då en viss i för- väg definierad tidsgräns från mottagning av återkopplingen på det senast sända paketet har utlöpt utan att basstationen har börjat sända nästa paket (TIMEOUT).

16. Sätt enligt patentkrav 15, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda i förväg definierade tidsgräns är längre ju mer sällan sändningseffekten har korrigerats tidigare under samma paketkopplade radiolänk.

17. Sätt enligt något av patentkrav 13-16, k ä n n e - t e c k n a t a v att då basstationen har bestämt värdet på nämnda nya sändningseffekt, ändrar den inte sändningseffekten från sändningseffektens föregående värde mot nämnda nya värde för sändningseffekten med mer än en viss marginalfaktor. ¶

18. Sätt enligt patentkrav 17, k ä n n e t e c k n a t a v 'att nämnda marginalfaktor bestäms utgående från storleken på de v H:¿paket som skall sändas i dataöverföringslänken. |n»x» _ f

19. Sätt enligt patentkrav 18, k ä n n e t e c k n a t a v f_Vatt nämnda marginalfaktor är större ju längre paket som skall :fÜsändas i dataöverföringslänken. §n~

20. Sätt enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e - :flÉt e c k n a t a v att om nämnda basstation i nämnda andra -.-1 523 453 š>§âߧfl“ 24 tillstånd ej erhåller någon kvittens alls på ett visst paket sänt av den ökar den sändningseffekten. ~|».