FI99184C - Menetelmä käytettävissä olevien taajuuskaistojen jakamiseksi eri soluihin TDMA-solukkoradiojärjestelmässä ja TDMA-solukkoradiojärjestelmä - Google Patents

Description

! 99184

Menetelmä käytettävissä olevien taajuuskaistojen jakamiseksi eri soluihin TDMA-solukkoradiojärjestelmässä ja TDMA-solukkoradiojärjestelmä 5 Esillä olevan keksinnön kohteena on menetelmä käy tettävissä olevien taajuuskaistojen jakamiseksi eri soluihin TDMA-solukkoradiojärjestelmässä, jossa ainakin osassa järjestelmän vastaanottimissa käytetään häiriönpoistomene-telmiä samakanavahäiriön vaikutuksen poistamiseksi halu-10 tusta signaalista.

Kapeakaistaisissa solukkoradiojärjestelmissä sama-kanavahäiriö on eräs merkittävimmistä tekijöistä, jotka rajoittavat järjestelmän kapasiteettia. Samakanavahäiriö tarkoittaa läheisissä soluissa samalla taajuudella lähe-15 tettyjen signaalien häiriövaikutusta halutussa signaalissa. Tästä syystä solukkoradiojärjestelmät on perinteisesti suunniteltu siten, että samaa taajuutta käytetään riittävän etäisyyden päässä toisistaan olevissa soluissa, jolloin häiriösignaalit pysyvät sallituissa rajoissa signaa-20 lien etenemisvaimennuksen ansiosta. Tämä johtaa niin sa nottuun toistumiskuvioon solukkorakenteessa. Esimerkiksi toistumiskuvion ollessa seitsemän jokaiseen soluun on allokoitu seitsemäs osa kaikista käytettävissä olevista taajuuskaistoista ja samat taajuudet toistuvat suhteellisen 25 uudelleenkäyttöetäisyyden päässä toisistaan.

• · » *·’;* Kun järjestelmän kapasiteettia halutaan kasvattaa, • · · : on tarve pienentää uudelleenkäyttöetäisyyttä siirronlaadun kuitenkaan huonontumatta. Perinteisesti järjestelmän kapa- • · · : siteettia on kasvatettu pienentäen solukokoa ja lähetyste- 30 hoa. Toinen mahdollisuus ratkaista kapasiteettiongelma on seurata digitaalisen signaalinkäsittelyn nopeaa kehitystä • :’i’: ja hyödyntää kehitettyjä häiriönpoistoalgoritmeja. Sama- . kanavahäiriön poistaminen vastaanottimessa mahdollistaa tehokkaamman taajuuksien uudelleenkäytön verkossa.

'·;· 35 Nykyisissä solukkoradiojär jestelmissä samakanava- 99184 2 signaalit approksimoidaan vastaanottimissa satunnaisena summautuvana valkoisena Gaussin kohinana. Tämä approksimaatio on riittävä, jos häiritsevät samakanavasignaalit ovat riittävän heikkoja. Perinteinen solukkosuunnittelu 5 pyrkii varmistamaan tämän seikan riittävän suurella uudel-leenkäyttöetäisyydellä.

Häiriörajoitetuissa solukkoradiojärjestelmissä sa-makanavahäiriö on kuitenkin luonteeltaan tyypillisesti deterministinen, mikä tarkoittaa, että pitäisi olla mahdol-10 lista poistaa ainakin osa sen vaikutuksesta haluttuun signaaliin.

Häiriönpoistomenetelmiä on aiemmin suunniteltu käytettäväksi koodijakomonikäyttöä (CDMA) soveltavissa järjestelmissä, jotka ovat luonteeltaan häiriörajoitteisia.

15 Häiriönpoistotekniikoiden soveltaminen on kuitenkin huomattavasti vaikeampaa TDMA-järjestelmien yhteydessä. Patenttijulkaisussa FI 944736, joka otetaan tähän viitteeksi, on esitetty eräs menetelmä hyödyntää häiriönpoistomenetelmiä TDMA-järjestelmien yhteydessä.

20 Häiriönpoistomenetelmät perustuvat siis siihen, että havaitaan joitain häiritseviä signaaleja ja poistetaan niiden vaikutus halutusta lähetteestä. Häiriönpoisto-. . algoritmit toimivat sitä paremmin, mitä selvemmin poistet- tavat häiriösignaalit voidaan ilmaista. Niinpä edullisin *···1 25 tilanne häiriönpoistoalgoritmien toteutuksen kannalta on v.: sellainen, jossa vastaanottimeen saapuu halutun signaalin : ohella muutama muita häiriölähteitä selvästi voimakkaampi .,)·1 häiriösignaali, jotka algoritmien avulla pystytään poista- maan.

30 Perinteisten solukkoradiojärjestelmien taajuus- ja _ solukkosuunnittelussa pyritään kuitenkin siihen, että kaikki häiritsevät signaalit olisivat mahdollisimman heikkoja halutun signaalin kannalta. Niinpä häiriönpoistomene-'· telmät eivät toimi optimaalisesti perinteisin menetelmin 35 suunnitelluissa järjestelmissä.

« · • 1 99184 3

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena onkin toteuttaa solukkoradiojärjestelmä, jossa jo järjestelmän suunnitteluvaiheessa otetaan häiriönpoistomeneteImien käyttö huomioon, ja jossa sanottujen menetelmien tehokas sovelta-5 minen keksinnön mukaisen verkkosuunnittelun ansiosta mahdollistaa suuremman kapasiteetin, kuin mitä aiemmin on ollut mahdollista saavuttaa.

Tämä saavutetaan johdannossa esitetyn tyyppisellä menetelmällä, jolle on tunnusomaista, että solukkoradio-10 järjestelmän käytettävissä olevat taajuuskaistat jaetaan eri soluihin siten, että kussakin solussa ainakin yksi haluttua signaalia häiritsevä samakanavasignaali on merkittävästi muita samakanavahäiriösignaaleja voimakkaampi.

Keksinnön kohteena on lisäksi TDMA-solukkoradiojär-15 jestelmä, joka käsittää kussakin solussa ainakin yhden tukiaseman, joka on yhteydessä alueellaan oleviin tilaaja-päätelaitteisiin, jolle järjestelmälle on varattu käyttöön joukko taajuuskaistoja, ja jossa järjestelmässä ainakin osassa järjestelmän vastaanottimista käytetään häiriön-20 poistomenetelmiä samakanavahäiriön vaikutuksen poistami seksi halutusta signaalista. Keksinnön mukaiselle TDMA-solukkoradio järjestelmälle on tunnusomaista, että kussakin , , solukkoradiojärjestelmän eri solussa käytettävissä olevat taajuuskaistat on valittu siten, että kussakin solussa ai-*···* 25 nakin yksi haluttua signaalia häiritsevä samakanavasignaa- li on merkittävästi muita samakanavahäiriösignaale ja voi-: makkaampi.

Keksinnön mukaisen menetelmän perusidean mukaisesti solukkoradiojär jestelmän käytettävissä olevat taajuuskais-30 tat jaetaan eri soluihin siten, että järjestelmään muodos-tuu useita lähekkäisistä kuuluvuusalueista muodostuvia • · · ryhmiä, joissa kussakin ryhmässä kuuluvuusalueissa on käytössä sama taajuuskaista. Kuhunkin soluun aikaansaadaan : siis tarkoituksellisesti tilanne, jossa yksi haluttua sig- 35 naalia häiritsevä samakanavasignaali on merkittävästi 99184 4 muista signaalilähteistä peräisin olevia samakanavahäiriö-signaaleja voimakkaampi. Tällöin voidaan häiriönpoistoal-goritmeja soveltaa tehokkaasti, ja päätelaitteet ja tukiasemat voivat toimia heikommalla signaalikohinasuhteella 5 mutta silti samalla siirronlaadulla kuin aiemmin.

Keksinnön mukaisen menetelmän ansiosta vastaanottimissa saavutetaan suurempi herkkyys. Tätä parantunutta herkkyyttä voidaan hyödyntää monin tavoin. Aiemmin on jo mainittu solukkoverkon kapasiteetin kasvu. Lisäksi yhteyk-10 sien laatua voidaan parantaa, koska vastaanottimet sietävät suurempaa häiriötasoa. Edelleen solun kokoa voidaan kasvattaa sekä tiedonsiirtonopeuksia suurentaa.

Seuraavassa keksintöä selitetään yksityiskohtaisemmin ensisijaisten suoritusmuotojen avulla viitaten oheis-15 ten piirustusten mukaisiin esimerkkeihin, joissa kuvio 1 esittää erästä perinteistä solukkoradiojärjestelmän taajuusjakoa, kuvio 2 esittää kolmeen sektoriin jaettua solua, kuvio 3 esittää taajuusjakoa, kun uudelleenkäyttö-20 kerroin on kolme, kuvio 4 havainnollistaa esimerkkiä päällekkäisistä mikro- ja makrosoluista ja . , kuviot 5a - 5b havainnollistavat solukkoradiojär- jestelmän taajuusjakoa solupareilla toteutettuna, kun uu- • '···' 25 delleenkäyttökerroin on kolme ja viisi.

Esillä olevan keksinnön mukainen menetelmä taajuuk- :.· · sien jakamiseksi eri soluihin soveltuu käytettäväksi missä tahansa digitaalisessa TDMA-solukkoradio järjestelmässä. Myöskään käytettävään häiriönpoistoalgoritmiin ei keksin-30 nön mukainen menetelmä aseta minkäänlaisia ratkaisuja.

:·. Kaikkien tunnettujen solukkoradioympäristöön soveltuvien *·; häiriönpoistomenetelmien suorituskyky paranee, jos verk kosuunnittelu toteutetaan esillä olevan keksinnön mukai-sesti.

:tl, 35 Kuviossa 1 havainnollistetaan perinteistä tapaa • 99184 5 jakaa taajuudet eri solujen kesken, kun käytetty uudel-leenkäyttökerroin on seitsemän. Tällöin kussakin solussa on siis käytössä seitsemäsosa kaikista järjestelmän taajuuskaistoista, ja samat taajuuskaistat käytetään uudel-5 leen kuvion 1 havainnollistamalla tavalla, jossa solussa 10 käytettyjä taajuuksia käytetään myös soluissa 11 - 16. Oletetaan, että haluttu yhteys on solussa 10, ja että sama kanava (sama aikaväli samalla taajuudella) on myös käytössä soluissa 11 - 16. Tällöin kuvion 1 mukaisesti häiriö-10 signaalit 17a - 17f saapuvat soluun 10 osapuilleen yhtä kaukaa. Luonnollisesti kukin signaali kokee yksilöllisen monitie-etenemisen ja -häipymisen, joten signaalitasot vaihtelevat jonkin verran, mutta etäisyydestä riippuva vaimeneminen on yhtä suuri.

15 Keksinnön mukaisessa ratkaisussa pyritään jo verkon rakenteen ja toiminnan määrittämisessä huomioimaan, että ainakin joissain verkon vastaanottimissa voidaan hyödyntää häiriönpoistoa. Käytännössä tämä voidaan ottaa huomioon siten, että pyritään sellaiseen verkkoratkaisuun, jossa 20 yksi tai muutama häiritsevä samakanavasignaali on suurella todennäköisyydellä merkittävästi yleistä häiriötasoa voimakkaampi. Taajuussuunnittelussa tämä johtaa epäsäännölli-. , siin toistumakuvioihin.

: Kuviossa 2 havainnollistetaan solua, joka on suun- '···' 25 taavien antenneiden avulla jaettu kolmeen sektoriin \V 20 - 22. Perinteisesti kussakin sektorissa on käytetty : omaa, muista sektoreista poikkeavaa taajuutta, ja samaa kolmen taajuuskaistan ryhmää on toistettu uudelleenkäyttö-kertoimen ollessa kolme. Tätä uudelleenkäyttöä havainnol-30 listetaan kuviossa 3. Kuviossa 3 esitetään joukko soluja ;·. niiden keskipisteessä olevien tukiasemien avulla siten, että tukiasemat on piirretty pieninä ympyröinä. Kuviossa 3 on merkitty umpinaisilla mustilla ympyröillä ne tukiase-:.: mat, joissa käytetään tiettyä samaa taajuuskaistaa.

35 Keksinnön mukaisessa menetelmässä kaikissa kolmessa 99184 6 sektorissa 20 - 22 käytetään samaa taajuutta, ja muut kaksi taajuutta vapautuvat muitten solujen käyttöön. Tässä tilanteessa kaikkien vastaanottimien tulee kyetä käyttämään häiriönpoistoa hyväkseen. Häiriön kannalta pahin ti-5 lanne tulee kahden vierekkäisen sektorin rajalla. Otetaan esimerkiksi kuvion 3 mukainen tilanne, jossa päätelaite 23 on yhteydessä sektorin 21 vastaanottimeen ja päätelaite 24 sektorin 22 vastaanottimeen ja molemmat ovat lähellä toisiaan sektoreiden raja-alueella. Mikäli kummassakin pääte-10 laiteessa, jotka ovat yhteydessä siis eri sektoreihin, käytetään samaa taajuutta ja aikaväliä kommunikointiin tukiaseman kanssa, päätelaitteet häiritsevät toisiaan voimakkaasti, ja häiriö/signaalisuhde on pahimmillaan 0 dB. Sitä huonommaksi ei suhde voi mennä, sillä tällöin suori-15 tetaan kanavanvaihto toiseen sektoriin. Tässä ratkaisussa selkeästi saavutetaan häiriönpoistoalgoritmien kannalta toivottu tilanne, jossa yksi tai kaksi samakanavasignaalia ovat merkittävästi muualta tulevia häiriöitä voimakkaampia. Potentiaalinen hyöty kapasiteetin kasvussa voidaan 20 arvioida olevan yli 30%.

Keksinnön mukainen menetelmä ei suinkaan ole rajoittunut solun jakamiseen kolmeen sektoriin, jota yllä on esimerkinomaisesti kuvattu. Kukin solu voidaan jakaa kahteen tai useampaan sektoriin ja sektoreiden lukumäärää ei 25 periaatteessa ole rajoitettu.

:,V Kuviossa 4 havainnollistetaan verkkorakennetta, : : : jossa verkko toteutetaan joukolla pieniä mikrosoluja ··· 41 - 45 ja samaa maantieteellistä aluetta kattavaa isoa • · · · makrosolua 40. Makrosolu vastaa nykyistä perinteistä so- 30 lua, joka huolehtii liikkuvasta liikenteestä. Mikrosolut j·. voivat olla esimerkiksi rakennusten sisäisiä soluja tai * · · liikenteen solmukohtiin lisäkapasiteettia tuovia soluja. Jälkimmäisessä tapauksessa makrosolu on ns. sateenvarjo-solu, jonka avulla voidaan helposti suorittaa kanavavaihto 35 mikrosolusta toiseen.

99184 7

Keksinnön mukaisessa taajuussuunnitteluratkaisussa sekä makrosolussa 40 että mikrosoluissa 41 - 45 käytetään samaa taajuuskaistaa. Makro- ja mikrosolujen ei tarvitse olla synkronisoituja keskenään. Mikrosolussa käytetyt lä-5 hetystehot ovat pieniä verrattuna makrosoluihin, joten samankanavahäiriöt mikrosoluista makrosoluun ovat vähäiset eikä makrosolussa tarvita häiriönpoistoa. Samakanavahäiri-öt makrosoluyhteyksistä mikrosoluun voidaan eliminoida häiriönpoiston avulla. Kaikissa mikrosolujen vastaanotti-10 missä tulee hyödyntää häiriönpoistoa. Mikrosoluista toiseen samakanavahäiriöt ovat merkityksettömät soluissa käy-tetettyjen alhaisten lähetystehojen johdosta.

Kuvatulla järjestelyllä voidaan edullisesti toteuttaa esimerkiksi toimistomikrosoluja alueella, missä aiem-15 min jo on makrosolu samalla taajuusalueella. Toisissa rakennuksissa sijaitsevat toimistomikrosolut eivät häiritse toisiaan suuren etenemisvaimennuksen ja jo mainitun alhaisen lähetystehon takia.

Kuviossa 5a havainnollistetaan keksinnön kolmatta 20 edullista toteutusmuotoa, jossa käytettävissä olevat taajuuskaistat jaetaan siten, että solukkoverkko koostuu vierekkäisistä soluryhmistä 50 - 55, joissa soluryhmissä so-. , luissa käytetään samaa taajuuskaistaa. Soluryhmät voivat käsittää kaksi tai useampia soluja, ja solujen lukumäärä 25 soluryhmää kohden voi vaihdella ryhmittäin. Kuvion 5a mu-V.: kaisessa esimerkissä kukin soluryhmä käsittää kaksi solua · eli kyseessä on solupari. Kuten aiemmin kuvion 3 yhteydes- sä kuviossa 5a esitetään joukko soluja niiden keskipis-teessä olevien tukiasemien avulla siten, että tukiasemat 30 on piirretty pieninä ympyröinä. Kuviossa on merkitty umpi-naisilla mustilla ympyröillä ne tukiasemat, joissa käyte-,·; tään tiettyä samaa taajuuskaistaa. Kuvion 5a mukaisessa esimerkissä siis kummassakin soluparin solussa yksi halut-tua signaalia häiritsevä samakanavasignaali, joka on siis 35 peräisin soluparin toisesta solusta, on merkittävästi < 99184 8 muista soluista tulevia samakanavahäiriösignaaleja voimakkaampi. Soluparien solujen oletetaan olevan synkronisoituja toistensa suhteen. Kuviossa 5a soluparien taajuuksia toistetaan uudelleenkäyttökertoimella kolme. Vastaavasti 5 kuviossa 5b soluparien taajuuksia toistetaan uudelleenkäyttökertoimella viisi. Ratkaisulla saavutettava kapasiteetin kasvu on parhaimmillaan 150%.

Soluryhmä-ratkaisussa voidaan kapasiteettia edelleen kasvattaa käyttämällä soluissa suuntaavia antenneja, 10 joiden avulla muista samaa taajuusaluetta käyttävistä so-luryhmistä tulevaa häiriötä voidaan edelleen vähentää.

Keksinnön mukainen ajatus voidaan toteuttaa myös siten, että solukkoradiojärjestelmän taajuuskaistojen uu-delleenkäyttökerrointa, joka siis määrää sen etäisyyden, 15 jonka päässä taajuuskaista voidaan uudelleen ottaa käyttöön, pienennetään verrattuna tavanomaiseen taajuussuun-nitteluun. Samakanavahäiriöt lisääntyvät yleisesti tällöin verrattaessa tavanomaiseen tilanteeseen. Tukiasemien sopivalla sijoittelulla saadaan aikaan tilanne, jolloin suu-20 rella todennäköisyydellä kussakin solussa muutamat haluttua signaalia häiritsevät samakanavasignaalit ovat merkittävästi muita samakanavahäiriösignaaleja voimakkaampia.

Tämä perustuu kunkin signaalin yksilölliseen etenemiseen ja vaimenemiseen radiotiellä.

*··· 25 Keksinnön mukainen ajatus voidaan toteuttaa myös V\: siten, että solukkoradiojärjestelmän yhden tukiaseman alu- ;,· · eella saman taajuuskaistan samaa aikaväliä käytetään kah- #4*i’ della erillisellä tukiaseman ja päätelaitteen välisellä yhteydellä. Tällöin voimakkain (ja häiriönpoistoalgoritmi-30 en avulla poistettava) samakanavahäiriö tulee siis saman solun alueelta.

* · *

Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten 4 oheisten piirustusten mukaisiin esimerkkeihin, on selvää, ettei keksintö ole rajoittunut niihin, vaan sitä voidaan 35 muunnella monin tavoin oheisten patenttivaatimusten esit-.... tämän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

Claims (10)

99184

1. Menetelmä käytettävissä olevien taajuuskaistojen jakamiseksi eri soluihin TDMA-solukkoradiojärjestelmässä, 5 jossa ainakin osassa järjestelmän vastaanottimista käytetään häiriönpoistomenetelmiä samakanavahäiriön vaikutuksen poistamiseksi halutusta signaalista, tunnettu siitä, että solukkoradiojärjestelmän käytettävissä olevat taajuuskaistat jaetaan eri soluihin siten, että kussakin 10 solussa ainakin yksi haluttua signaalia häiritsevä sama-kanavasignaali on merkittävästi muita samakanavahäiriösig-naaleja voimakkaampi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että solukkoradiojärjestelmän käy- 15 tettävissä olevat taajuuskaistat jaetaan eri soluihin siten, että järjestelmään muodostuu useita lähekkäisistä kuuluvuusalueista muodostuvia ryhmiä, joissa kussakin ryhmässä kuuluvuusalueissa on käytössä sama taajuuskaista.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 20 tunnettu siitä, että käytettävissä olevat taajuuskaistat jaetaan siten, että kukin solu on jaettu suunnattuja antenneita käyttäen kahteen tai useampaan sektoriin , , (20 - 22), ja että kussakin sektorissa käytetään samaa taajuuskaistaa, jolloin kussakin sektorissa ainakin yksi *··♦* 25 haluttua signaalia häiritsevä lähekkäisen sektorin sama- *.*.· kanavasignaali on merkittävästi muista soluista tulevia *.· · samakanavahäiriösignaaleja voimakkaampi.

·." 4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, «f I· 9 sYi tunnettu siitä, että käytettävissä olevat taajuus- 30 kaistat jaetaan siten, että järjestelmä käsittää suuria makrosoluja (40), joissa kussakin on käytössä tietty taa-,·;· juuskaista, ja että kunkin makrosolun alueella on joukko mikrosoluja (41 - 45), joiden koko on makrosolua merkittä-västi pienempi, ja joissa kussakin mikrosoluissa käytetään 35 saunaa taajuuskaistaa kuin vastaavassa makrosolussa, joi- i t « > 99184 loin kussakin mikrosolussa yksi haluttua signaalia häiritsevä makrosolun samakanavasignaali on merkittävästi muista soluista tulevia samakanavahäiriösignaaleja voimakkaampi.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, 5 tunnettu siitä, että mikrosolujen (41 - 45) vastaanottimissa käytetään häiriönpoistomenetelmiä.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytettävissä olevat taajuuskaistat jaetaan siten, että järjestelmä koostuu vierekkäi- 10 sistä soluryhmistä (50 - 55), jotka ryhmät käsittävät kaksi tai useampia soluja, ja joissa soluissa käytetään samaa taajuuskaistaa, jolloin kussakin soluryhmän solussa ainakin yksi haluttua signaalia häiritsevä samakanavasignaali on merkittävästi muista soluista tulevia samakanavahäiriö-15 signaaleja voimakkaampi.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että soluryhmien (50 - 55) käsittävien solujen lukumäärä vaihtelee soluryhmittäin.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 20 tunnettu siitä, että solukkoradiojärjestelmän taa juuskaistojen uudelleenkäyttökerroin valitaan tarvittavan pieneksi, jolloin kussakin solussa yksi tai useampi haluttua signaalia häiritsevä samakanavasignaali on merkittä-västi muita samakanavahäiriösignaaleja voimakkaampi. . 25

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, • · · r • t tunnettu siitä, että annetun taajuuskaistan samaa • · · **V aikaväliä käytetään yhden tukiaseman alueella kahdella eri yhteydellä.

• · · ’ 10. TDMA-solukkoradiojärjestelmä, joka käsittää 30 kussakin solussa ainakin yhden tukiaseman, joka on yhtey- ί ** dessä alueellaan oleviin tilaajapäätelaitteisiin, jolle • · · · järjestelmälle on varattu käyttöön joukko taajuuskaistoja, : ja jossa järjestelmässä ainakin osassa järjestelmän vas- .···, taanottimista käytetään häiriönpoistomenetelmiä samakana- '· 35 vahäiriön vaikutuksen poistamiseksi halutusta signaalista, 99184 tunnettu siitä, että kussakin solukkoradiojärjestelmän eri solussa käytettävissä olevat taajuuskaistat on valittu siten, että kussakin solussa ainakin yksi haluttua signaalia häiritsevä samakanavasignaali on merkittävästi 5 muita samakanavahäiriösignaaleja voimakkaampi. • < I • · 1 • · · • · · • · t • · · · • t · · • · · • · · • · · • · • · • · · · · 99184