FI100157B - Muuttuvanopeuksiset piirikytketyt siirtopalvelut TDMA-pohjaisissa solu kkojärjestelmissä - Google Patents

Description

100157

Muuttuvanopeuksiset piirikytketyt siirtopalvelut TDMA-pohjaisissa solukkojärjestelmissä

Keksintö liittyy tekniikkaan, jolla aikaansaadaan 5 muuttuvanopeuksisia piirikytkettyjä siirtopalveluja TDMA-pohjaisissa solukkojärjestelmissä.

Kyky tukea muuttuvanopeuksisia piirikytkettyjä siirtopalveluja on yksi tärkeimmistä piirteistä kolmannen sukupolven digitaalisissa matkaviestinjärjestelmis-10 sä. Tämä vaatimus tulee niistä sovelluksista, joissa lähdedatanopeus vaihtelee ajan mukana mutta ei tarkalleen "purskeisessa" muodossa. Tällaista "purskeisesti" ajan mukana vaihtelevaa datanopeutta voidaan normaalisti tukea pakettikytketyillä access-siirtopalveluilla, kun 15 taas muuttuvanopeuksiset palvelut yhä vaativat kytkennän ylläpitämistä piirikytketyssä muodossa. Esimerkkisovelluksia ovat muuttuvanopeuksiset puhekoodekit ja muuttuvanopeuksiset videokoodekit. Normaalisti näiden koodek-kien muuttuva nopeus voidaan rajoittaa joukkoon kiintei-20 tä datanopeusarvoja, mutta vaadittu muutosnopeus voi olla huomattavan suuri, esimerkiksi yhdestä puhe- tai videokehyksestä seuraavaan.

Näiden koodekkien etu on, että puheen ja videon • laatu voidaan säilyttää lähes yhtä hyvänä kuin jos ne 25 toimisivat huippudatanopeudella, samalla kun keskimääräinen datanopeus on alhaisempi kuin huippudatanopeus. Tämä kuitenkin vaatii, että siirtopalvelut, jotka tukevat näitä koodekkeja, myöskin kykenevät muuttamaan siirtonopeuttaan ilmarajapinnan yli, niin että redundantti-30 nen radiokanavakapasiteetti voidaan vapauttaa muille käyttäjille, kun lähdedatanopeus pienennetään huipuistaan. Muussa tapauksessa näiden muuttuvanopeuksisten koodekkien käytöstä ei olisi mitään järjestelmään tai verkkoon liittyviä etuja, koska järjestelmän kapasitee-35 ttia rajoittava tekijä on käyttäjän huippunopeus.

2 100157

Digitaalisten matkaviestinjärjestelmien nykyinen sukupolvi ei tue muuttuvanopeuksisia piirikytkettyjä siirtopalvelulta, vaikkakin periaatteessa mitkä tahansa vaaditut muutokset käyttäjän liityntänopeudessa voidaan 5 huomioida handover-proseduurin kautta, jonka aikana kytkentä siirretään toiselle siirtopalvelulle, mihin usein liittyy radiokanavaresurssin allokointi. Tämä proseduuri on hidas eikä sitä voida käyttää tukemaan mitään nopeita muutoksia käyttäjän lähdebittinopeudessa, joita esimer-10 kiksi muuttuvanopeuksinen puhe- tai videokoodekki tuottaa .

Epäjatkuva lähetys (DTX) on toinen tapa aikaansaada tämä datanopeuden vaihtelu nykyisissä matkaviestinjärjestelmissä. DTX tarkoittaa menetelmää, jolla lä-15 hetys radiotielle voidaan katkaista puheessa olevien taukojen ajaksi. Tällä pyritään pienentämään matkaviestimille erittäin olennaista lähettimen virrankulutusta sekä yleistä häiriötasoa radiotiellä, joka vaikuttaa järjestelmän kapasiteettiin. Esimerkiksi yleiseurooppa-20 laisessa digitaalisessa matkaviestinjärjestelmässä GSM lähetin (matkaviestin tai tukiasema) normaalisti lähettää yhden liikennepurskeen TDMA-kehystä kohti (eli 96 pursketta/480 ms) , kunnes puhekoodekki ilmaisee hiljaisen jakson puhesignaalissa. Silloin lähetin lähettää 25 ainoastaan 12 pursketta/480 ms. Tämä säästää lähetystehoa ja pienentää häiriötä muille samakanavakäyttäjille.

Koska TDMA-pohjaisissa matkaviestinjärjestelmissä radioresurssit allokoidaan aikaväleinä tukiasemaohjaimen tai matkaviestinkeskuksen toimesta, vapautettua radioka-30 pasiteettia ei ole helppoa välittömästi käyttää uudelleen muille käyttäjille, kun lähdedatanopeus pienenee. Samalla tavoin ei myöskään ole helppoa ottaa käyttöön lisäradiokapasiteettia heti kun lähdenopeus kasvaa. Tämä merkitsee, että esimerkiksi muuttuvanopeuksisten puhe-35 ja videokoodekkien käytöstä matkaviestinjärjestelmässä 3 100157 ei saavuteta verkon kannalta mitään merkittävää etua.

WO 95/12943 esittää lähinnä CDMA-järjestelmään tarkoitetun kanavakoodauksen, jossa datasignaaliin aikaansaadaan sitä enemmän redundanssia mitä pienempi on 5 käyttäjän datanopeustarve, ja kasvatetaan tällä tavoin häiriösietokykyä. Parantunut häiriösietokyky käytetään lähetystehon laskemiseen.

Keksinnön päämääränä on TDMA-pohjainen matkaviestinjärjestelmä, jossa tuetaan muuttuvanopeuksisia piiri-10 kytkettyjä siirtopalveluja tavalla, joka parantaa matka-viestinj ärj estelmän suorituskykyä.

Tämä saavutetaan keksinnön mukaisella menetelmällä käyttäjäsignaalin, erityisesti puhe- tai videosignaalin, lähettämiseksi piirikytketyllä yhteydellä TDMA-poh-15 jäisessä solukkoradioverkossa, kun käyttäjäsignaalin bittinopeus vaihtelee lähetyksen aikana, jolle menetelmälle on tunnusomaista, että varataan piirikytketylle yhteydelle kapasiteetti, joka vastaa muuttuvanopeuksisen käyttäjäsignaalin maksi-20 mibittinopeutta, käytetään piirikytketyn yhteyden ylimääräinen kapasiteetti yhteyden häiriösietokyvyn parantamiseen ottamalla käyttöön tehokkaampi kanavakoodaus, kun käyt-. täjäsignaalin bittinopeus on pienempi kuin mainittu mak- 25 simibittinopeus, lasketaan lähetystehoa parantunutta häiriösietokykyä vastaavasti, kun käyttäjäsignaalin bittinopeus on pienempi kuin mainittu maksimibittinopeus.

Keksinnön kohteena ovat myös patenttivaatimusten 30 3 ja 4 TDMA-pohjaiset solukkoradioverkot.

Keksinnön kohteena ovat myös patenttivaatimuksen 5 mukainen lähetin ja patenttivaatimusten 6 ja 7 mukaiset lähetinvastaanottimet.

Esillä oleva keksintö lähestyy muuttuvanopeuksi-35 sen piirikytketyn puhe- tai datasiirron hyödyntämistä 4 100157 melko eri suunnasta kuin tekniikan tason mukaiset ratkaisut. Kun käyttäjän lähdenopeus pienennetään huippuarvostaan, redundanttista radiokapasiteettia, ts. aikaväliä tai sen osaa, ei vapauteta tältä käyttäjältä. "Yli-5 määräistä" radiokapasiteettia ei siten pyritä allokoimaan muille käyttäjille. Sensijaan redundantti radioka-pasiteetti käytetään tehokkaampaan kanavakoodaukseen tai bittien toistoon, niin että säilytetään vakio kokonais-bittinopeus. Samaan aikaan aikavälissä käytettävää lähe-10 tystehoa lasketaan parantuneen koodausvahvistuksen määrän mukaisesti. Tämän tarkoituksena on ylläpitää oleellisesti vakio oletettu bittivirhesuhde kaikille infor-maatiobiteille, jotka lähetetään, riippumatta todellisesta lähdenopeudesta. Tämän seurauksena TDMA-pohjäinen 15 matkaviestinjärjestelmä hyötyy alentuneesta häiriötasos ta, joka perustuu samanlaiseen periaatteeseen kuin epäjatkuva lähetys. Itse asiassa matkaviestinverkon häiriötaso tulee samaksi kuin tapauksissa, joissa jokainen käyttäjä toimisi keskimääräisellä bittinopeudella, mikä 20 tarkoittaa, että järjestelmän radiokapasiteettia hallit see nyt käyttäjän keskimääräinen nopeus eikä huippunopeus kuten perinteisessä järjestelmässä. Tämä konsepti on varmennettu verkkosimulaatioilla, joissa ole-• tettaessa että jokaisen käyttäjän keskimääräinen nopeus 25 on puolet heidän huippunopeudestaan, voidaan toteuttaa noin 50% kapasiteetin paraneminen pienentyneen häiriötason ja tätä kautta toistokertoimen vuoksi. Toisto-kerroin ilmoittaa kuinka monen solun välein samat taajuudet toistuvat matkaviestinverkossa.

30 Keksintöä selitetään seuraavassa keksinnön en sisijaisten suoritusmuotojen avulla viitaten oheiseen piirrokseen, jossa kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen muuttu- vanopeuksisen lähettimen lohkokaavion, 35 kuvio 2 esittää keksinnön mukaisen muuttu- 5 100157 vanopeuksisen vastaanottimen lohkokaavion, kuvio 3 esittää kuvaajan, joka havainnollistaa lähetystehoa ajan funktiona keksinnön mukaisessa lähet-timessä, ja 5 kuvio 4 on kaavio, joka havainnollistaa puheloh- kon lomitusta.

Keksintö soveltuu käytettävissä digitaalisissa matkaviestinjärjestelmissä, joissa tuetaan muuttu-vanopeuksista piirikytkettyä puheen- tai datansiirtoa. 10 Erityisen hyvin keksintö soveltuu käytettäväksi muuttu-vanopeuksisten puhe- tai videokoodekkien yhteydessä.

Seuraavassa keksintöä selitetään käyttäen esimerkkinä muuttuvanopeuksista puheensiirtoa ja puhekoo-dausta, mutta samat periaatteet pätevät muuttuvanopeuk-15 siselle videokuvansiirrolle tai datansiirrolle.

Digitaalisissa puhetta välittävissä tietoliikennejärjestelmissä puhesignaaliin kohdistetaan yleensä seuraavat kaksi koodausoperaatiota: puhekoodaus ja kanavakoodaus .

20 Puhekoodaukseen kuuluu lähettimessä (kuvio 1) suorittava puhe-enkoodaus, jonka suorittaa puhe-enkoode-ri 2, sekä vastaanottimessa (kuvio 2) suoritettava puhe-dekoodaus, jonka suorittaa puhedekooderi 22. Puhe-enkoo-deri 2 kompressoi mikrofonilta 1 tulevan puhesignaalin 25 siten, että sen esittämiseen käytettävä bittien lukumäärä aikayksikköä kohti pienenee jolloin myös puhesignaalin siirtämiseen tarvittava siirtokapasiteetti pienenee. Vastaanottimessa sijaitseva puhedekooderi 22 suorittaa käänteisen operaation ja syntesoi puhesignaalin puhe-30 enkooderin 2 tuottamista biteistä. Syntesoitu puhesignaali syötetään kaiuttimelle 21. Nykyisissä matkaviestinjärjestelmissä puhekooderin tuottama siirtonopeus on yleensä vakio. Esimerkiksi yleiseurooppalaisessa GSM-matkaviestinjärjestelmä (Global System for Mobile Commu-35 nication) täydennopeuden liikennekanavan puhe-enkooderi 6 100157 kompressoi puhesignaalin siirtonopeudelle 13 kbit/s. Keksinnön mukainen puhe-enkooderi 2 on kuitenkin muuttu-vanopeuksinen siten, että enkooderin 2 tuottama siirtonopeus (puhebittiä/sekunti) voi muuttua siirrettävästä 5 puheinformaation määrästä riippuvasti. Normaalisti näiden puhe-enkoodereiden muuttuva nopeus on rajoitettu joukkoon kiinteitä datanopeusarvoja. Kuvioissa 1-5 esitetyssä keksinnön suoritusmuodossa puhe-enkooderin 2 tuottamien puhekehysten mahdolliset datanopeudet ovat 10 SI, S2, S3, S4 ja S5. Keksintöä ei kuitenkaan ole rajoitettu mihinkään tiettyyn nopeuksien lukumäärään, vaan lukumäärä voi vaihdella kahdesta äärettömään. Puhe-enkooderin 2 tuottaman puhesignaalin siirtonopeus voidaan määrätä puhekehyskohtaisesti, ts. kahdella peräkkäisellä 15 puhekehyksellä voi olla eri siirtonopeus S. Keksinnön kannalta ei kuitenkaan ole oleellista siirtonopeuden muutosnopeus eikä keksintöä ole mitenkään rajoitettu edellä olevaan esimerkkiin. Myöskään puhe-enkooderin 2 tuottamien puhekehysten tarkka formaatti ei ole keksin-20 non kannalta oleellinen. Eräs esimerkki puhekehyksen formaatista on GSM-matkaviestinjärjestelmän puhekehys, jota on kuvattu GSM-suositusten luvussa 06.

Kanavakoodaukseen kuuluu lähettimessä (kuvio 1) suoritettava kanavaenkoodaus, jonka suorittaa kanavaen-25 kooderi 3, ja vastaanottimessa (kuvio 2) suoritettava kanavadekoodaus, jonka suorittaa kanavadekooderi 23. Kanavakoodauksen tehtävänä on suojata siirrettäviä puhe-koodausbittejä siirtokanavassa syntyviltä virheiltä. Kanavakoodauksen avulla voidaan joko pelkästään havaita 30 onko puhekoodausbitteihin tullut siirrossa virheitä ilman mahdollisuutta korjata niitä, tai kanavakoodauksella voi olla kyky korjata siirrossa syntyneet virheet edellyttäen, että virheitä on vähemmän kuin tietty kanava-koodausmenetelmästä riippuva enimmäismäärä.

35 Käytettävän kanavakoodausmenetelmän valinta riip- 7 100157 puu siirtokanavan laadusta. Kiinteissä siirtoverkoissa virhetodennäköisyys on usein hyvin pieni ja tarvittava kanavakoodaus on vähäistä. Sensijaan langattomissa verkoissa, kuten matkaviestinverkoissa, siirtokanavien vir-5 hetodennäköisyys on usein erittäin suuri ja käytetyn kanavakoodausmenetelmän vaikutus saavutettavaan puheen-laatuun on merkittävä. Matkaviestinverkoissa käytetään yleensä yhtäaikaisesti sekä virheitä havaitsevia että virheitä korjaavia kanavakoodausmenetelmiä.

10 Kanavakoodauksen toimintaa kuvataan seuraavassa esimerkin avulla. Lähettimen puhe-enkooderin 2 tuottamat bitit (puhekehykset) viedään kanavaenkooderille 3, joka lisää niihin joukon virheentarkistusbittejä. Lopullinen siirtonopeus radiotiellä on puhekoodausbittien ja kana-15 vakoodausbittien summa aikayksikössä. Esimerkkinä kanavakoodauksesta voidaan mainita GSM-matkaviestinjärjes-telmän täydennopeuden siirtokanavan kanavakoodaus. Puhe-enkooderin tuottamat puhekoodausbitit, joiden siir tonopeus on 13 kbit/s, käsitellään virheenkorjausalgo-20 ritmilla, jonka aiheuttama lisäys siirtonopeudessa on 9,8 kbit/s, jolloin puhesignaalin kokonaissiir- tonopeudeksi liikennekanavassa tulee 22,8 kbit/s. Kana-vadekooderi purkaa kanavaenkoodauksen vastaanottimessa siten, että puhedekooderille viedään vain puhe-enkoode-25 rin tuottama 13 kbit/s bittivirta. Kanavadekoodauksen yhteydessä kanavadekooderi havaitsee ja/tai korjaa kanavassa syntyneet virheet sikäli kuin se on mahdollista. GSM-järjestelmässä käytetään kortvoluutiokoodausta, jonka tehokkuutta voidaan ilmaista konvoluutiokoodisuhteella 30 X/Y, mikä tarkoittaa, että kanavakoodauksessa X infor- maatiobittiä esitetään Y-koodibitillä.

Keksinnön mukaisesti kanavaenkooderilla 3 on useita, virheenkorjauskyvyltään erilaisia kanavakoodauksia, jotka valitaan puhe-enkooderin 2 tuottaman siir-35 tonopeuden S mukaan siten, että siirtonopeus R radiora- 8 100157 japinnassa on oleellisesti vakio. Kuvion 1 suori-tusesimerkissä ohjain 9 valitsee kanavaenkooderin 3 kanavakoodauksen puhe-enkooderilta 2 saadun tiedon perusteella, joka kertoo puhekehyksessä käytetyn siirtonopeu-5 den.

Kanavakoodatuille puhelohkoille, jotka kanavaen-kooderi 3 tuottaa, suoritetaan lomitus lomittajassa 4. Lomituksen seurauksena puhelohko siirretään useammassa kuin yhdessä aikavälissä, jolloin yksittäisessä aikavä-10 Iissä esiintyvät hetkittäiset häiriöt, kuten nopeat häi-pymät, radiotiellä eivät kokonaan tuhoa puhelohkon sisältöä. Kuviossa 3 on havainnollistettu erästä lomitus-tapaa, jota käytetään keksinnön ensisijaisessa suoritusmuodossa. Kuvion 4 yläosassa on kuvattu enkooderin 3 15 tuottama kanavakoodattu puhelohko, jonka pituus on kana vakoodauksen jälkeen neljä kertaa suurempi kuin yhden aikavälin datakentän pituus. Kanavakoodatun puhelohkon yhden datakentän mittaisia osuuksia on havainnollistettu alilohkoilla I, II, III ja IV kuviossa 4. Alilohkojen I, 20 II, III ja IV bitit voivat olla kanavakoodauksen tuottamassa järjestyksessä, tai, kuten keksinnön ensisijaisessa suoritusmuodossa, lomittaja 7 sekoittaa puhelohkon bittien järjestyksen tietyn sekoitusalgoritmin mukaisesti, jolloin siirtovirheet satunnaistuvat koko kanavakoo-25 datun puhelohkon yli. Tämä merkitsee yhtenäistä bittivirhesuhdetta koko puhelohkon alueella. Kuvion 4 alaosassa on havainnollistettu aikatasossa yhdellä kantoaallolla lähetettävää TDMA-signaalia, joka muodostuu peräkkäin toistuvista TDMA-kehyksistä. Kukin TDMA-kehys 30 sisältää kahdeksan aikaväliä TS0-TS7. Oletetaan, että esimerkkitapauksessa piirikytketty yhteys on muodostettu liikennekanavalla, joka käyttää aikaväliä TS4. Tällöin lomittaja 4 sijoittaa kanavakoodatun puhelohkon aliloh-kot aikaväliin TS4 neljässä peräkkäisessä TDMA-kehykses-35 sä 1, 2, 3 ja 4. Tarkemmin sanottuna, puhelohkon aliloh- 9 100157 ko I sijoitetaan aikaväliin TS4 TDMA-kehyksessä 1, ali-lohko II kehyksessä 2, alilohko III kehyksessä 3 ja ali-lohko IV kehyksessä 4. Lomituksen seurauksena puhelohko siirretään radiorajapinnan yli vähintään neljässä aika-5 välissä, jolloin myös vastaanotetut bitit jakaantuvat vähintään neljään bittivirhesuhdeluokkaan. Esimerkiksi kehyksen 2 aikavälissä TS4 esiintynyt voimakas häiriö huonontaa vain alilohkon II bittivirhesuhdetta, aliloh-kojen I, II, III ja IV bittivirhesuhteen pysyessä hyvä-10 nä. Vastaanottimessa lomituksen purkaja 24 suorittaa käänteiset operaatiot. Toisin sanoen se kerää alilohkot I, II, III ja IV neljän peräkkäisen TDMA-kehyksen 1, 2, 3 ja 4 aikavälistä TS4 ja muodostaa niistä kanavakooda-tun puhelohkon. Mikäli kanavakoodatun puhelohkon bitit 15 on sekoitettu lomittajassa 4 ennen lähetystä, lomituksen purkaja 24 palauttaa bittien alkuperäisen järjestyksen samalla algoritmilla. Näiden operaatioiden seurauksena esimerkiksi TDMA-kehyksen 2 aikavälissä TS4 esiintynyt häiriö, näkyy vain yksittäisinä bittivirheinä kanavakoo-20 datussa puhekehyksessä. Tällaiset yksittäiset bittivir-heet on puolestaan helposti korjattavissa kanavadekoode-rilla 23, jolle lomituksen purkaja 24 syöttää vastaanotetun kanavakoodatun puhelohkon.

On huomattava, että esillä oleva keksintö ei vaa-25 di lomitusta, joten se voidaan myös jättää pois ilman minkäänlaista vaikutusta keksinnön mukaiseen toimintaan. Lomitus on kuitenkin radiojärjestelmän suorituskyvyn kannalta tärkeä toiminto, joten se on otettu mukaan keksinnön ensisijaisen suoritusmuodon kuvaukseen. Kuvattu 30 lomitusmenetelmä on kuitenkin vain esimerkki ja keksintöä voidaan soveltaa kaikkien lomitusmenetelmien yhteydessä, yhtä poikkeusta lukuunottamatta. Keksinnössä yhden puhelohkon sisällä käytetään vain yhtä kanavakoodausta ja lähetystehoa. Tämän vuoksi yhdessä aikavälissä 35 voidaan lähettää vain yhden kanavakoodatun puhelohkon 10 100157 bittejä. Lohkolomitusta, jossa vierekkäisiä puhelohkoja lomitetaan siirrettäviksi samoissa aikaväleissä, ei ole edullista käyttää, koska tällöin kanavakoodausta ja lähetystehoa ei voida vapaasti valita vierekkäisissä loh-5 koissa. Tällainen lohkolomitus on nykyisin käytössä GSM-matkaviestinjärjestelmässä.

Keksinnön mukaisesti myös vastaanottimen (kuvio 2) kanavadekooderissa 23 on käytettävissä useita, vir-heenkorjauskyvyltään erilaisia kanavakoodauksia, joista 10 kanavadekooderin 23 tulee valita oikea kutakin puheke-hystä varten. Datanopeuden muutoksen, ja siten myös kanavakoodauksen ja siihen liittyvän tehotason muutoksen, käynnistää aina automaattisesti sen osapuolen lähetin, jonka lähdebittinopeus on muuttunut. Koska datayhteydet 15 ovat yleensä kaksisuuntaisia (duplex-yhteys), eri siirtosuuntien datanopeudet, kanavakoodauksen ja lähetystehot voivat vaihdella toisistaan riippumattomasti. Lähettimen, joka muuttaa datanopeutta, täytyy informoida vastaanottavaa päätä siitä, mitä tiettyä datanopeutta, ja 20 sitä kautta kanavakoodausta ja tehotasoa kyseisessä pu-hekehyksessä käytetään. Tämä nopeusinformaatio voidaan lähettää in-band -signalointina, joko ilmoittamaan todellinen nopeus tai muutoin ilmaisemaan vain, kun no-; peudessa tapahtuu muutos. Vaihtoehtoinen tapa, jota myös 25 keksinnön ensisijaisen suoritusmuodon mukainen vastaanotin (kuvio 2) käyttää, tietyn datanopeuden ja täten kanavakoodauksen ja tehotason tunnistaminen tapahtuu ainoastaan vastaanottopäässä, ilman että käytetään mitään erityistä signalointia lähettimeltä vastaanottimel-30 le. Keksinnön ensisijaisessa suoritusmuodossa kanavade-koori 23 puskuroi lomituksenpurkajalta 24 tulevan kana-vakoodatun puhekehyksen ja kokeilee puhekehykseen jokaista kanavakoodausta, joka kanavadekooderissa on käytettävissä. Tällöin ainoastaan lähettimen kanavaenkoode-35 rin käyttämä kanavakoodaus antaa bittivirhesuhteeltaan 11 100157 riittävän hyvän ilmaisutuloksen, muiden kokeiltujen ka-navadekoodausten tullessa hylätyiksi liiallisten ilmaisuvirheiden vuoksi.

* Lomittajalta 4 kuvion 4 mukaiset TDMA-kehykset 5 viedään purskeenmuodostajalle 5, joka muodostaa kussakin aikavälissä TS0-TS7 lähetettävän lyhyen purskeen, bitti-sekvenssin. Eräs esimerkki tällaisesta purskeesta on GSM-järjestelmän liikennekanavalla käytettävä purske. Muodostettu purske moduloi RF-modulaattoria 6, joka muo-10 dostaa vastaavan radiotaajuisen purskeen. Muodostettu radiotaajuinen purske viedään lähettimen radiotaa-juusosien, kuten tehovahvistin ja kompaineri, kautta lähetinantenniin 8 lähetettäväksi radiotielle. Lohkot 5, 6, 7 ja 8 voidaan toteuttaa esimerkiksi nykyisin Nokia 15 Mobile Phones Inc.'n GSM-matkapuhelimissa ja Nokia Telecommunications Inc.'n tukiasemissa käytetyillä radiotaa-juusosilla. Radiotaajuusosa 7 sisältää lisäksi säädettävän vaimentimen ja/tai vahvistimen, joka säätää antenniin 8 lähtevää RF-tehotasoa ohjaussignaalin TX_POWER 20 mukaan. Ohjaussignaali TX_P0WER synnytetään ohjaimella 9 puhe-enkooderin 2 käyttäjäsiirtonopeuden ja/tai kanava-enkooderin 3 kanavakoodauksen mukaan, kuten alla tullaan tarkemmin selittämään.

; Vastaanottimessa vastaanotinantennin 27 vastaan- 25 ottama RF-signaali viedään radiotaajuus (RF) osien 26 kautta demodulaattorille 25, jossa vastaanotetut purs-keet demoduloidaan kantataajuudelle. Demodulaattorilta 25 syötetään lomituksen purkajalle 24 kuvion 4 alaosan mukaista kehysrakennetta, jota lomituksen purkaja 24 30 käsittelee yllä esitetyllä tavalla.

Seuraavassa tarkastellaan kuvioiden 1 ja 2 mukaisten lähettimen ja vastaanottimen toimintaa esimerkin avulla. Oletetaan, kuvioon 5 viitaten, että puhe-enkoo-derilla 2 ja puhedekooderilla 22 on käytettävissään vii-35 si puhekoodausnopeutta SI, S2, S3, S4 ja S5, missä SI < 12 100157 S2 < S3 < S4 < S5, ts. S5 on maksiminopeus ja SI on mi-niminopeus. Kanavaenkooderilla 3 ja kanavadekooderilla 23 on vastaavasti viisi erilaista kanavakoodausta, joiden aiheuttamat siirtonopeuden lisäykset ovat Cl, C2, 5 C3, C4 ja C5, siten että kanavaenkooderin 3 ulostulossa ja kanavadekooderin 23 sisääntulossa kokonaissiir-tonopeus R on oleellisesti vakio. Tässä hakemuksessa kanavakoodauksen aiheuttamaa siirtonopeuden lisäystä kutsutaan kanavakoodausnopeudeksi. Tämä merkitsee sitä, 10 että maksimipuhekoodausnopeutta S5 vastaa pienimmän siirtonopeuden kasvun aiheuttava kanavakoodaus, ts. ka-navakoodausnopeus (huonoin kanavakoodaus) ja pienintä puhekoodausnopeutta SI vastaa suurin kanavakoodausnopeus Cl (tehokkain kanavakoodaus). Tällöin Cl > C2 > C3 > C4 15 > C5. Joissakin sovelluksissa voi olla mahdollista, että maksimipuhekoodausnopeudella S5 ei ole lainkaan kanava-koodausta, ts. C5 = 0. Edelleen jokaista puhekoodausno-peuden ja kanavakoodausnopeuden paria Sl/Cl, S2/C2, S3/C3, S4/C4 ja S5/C5 vastaa tietty RF-lähetystehotaso 20 Pl, P2, P3, P4 ja P5, missä PI > P2 > P3 > P4 > P5. Toisin sanoen alhaisella puhekoodausnopeudella SI käytetään suurta kanavakoodausnopeutta Cl (tehokas virheenkorjaus) ja alhaista lähetystehoa Pl.

* Puheenkoodausnopeus S, kanavakoodausnopeus C ja 25 lähetysteho P vaihtelevat edullisesti puhelohkosta toiseen. Tätä on havainnollistettu kuvion 3 kaaviolla. Aikajaksolla 0 - Tl lähetetään ensimmäinen puhelohko, jolle käytetään puhekoodausnopeutta S2, kanavakoodausnopeutta C2 ja lähetystehoa P2. Toisessa puhelohkossa pu-30 he-enkooderi 2 käyttää suurempaa puhekoodausnopeutta S3, jolloin ohjain 9 valitsee kanavaenkooderille kolme kanavakoodausnopeuden C3 ja ohjaa RF-osat 7 käyttämään lähetystehoa P3. Kolmannelle puhelohkolle puhe-enkooderi 2 valitsee alimman puhekoodausnopeuden SI, minkä seurauk-35 sena ohjain 9 valitsee kanavakoodauksen Cl ja alimman 13 100157 lähetystehon PI. Neljännelle puhelohkolle puhe-enkooderi 2 valitsee puhekoodausnopeuden S4, minkä seurauksena ohjain 9 joutuu valitsemaan alhaisemman kanavakoodausno-peuden C4 ja vastaavasti suuremman lähetystehon P4. Tä-5 män seurauksena lähetysteho P vaihtelee jatkuvasti käytetyn siirtonopeuden mukana, mikä johtaa siihen, että keskimääräinen lähetysteho PAVE jää selvästi alhaisemmaksi kuin suurimman puhekoodausnopeuden S5 vaatima maksimi lähetysteho P5. Perinteisissä matkaviestinjärjestelmis-10 sä, joissa tehotaso ei muutu siirtonopeuden mukana, lä-hetystehotaso on jatkuvasti asetettu suurimman puhekoodausnopeuden S5 mukaan tasolle P5. Täten esillä oleva keksintö johtaa huomattavasti alhaisempiin keskimääräisiin tehotasoihin ja sitä kautta alhaisempiin häi-15 riötasoihin matkaviestinverkossa, ja mahdollistaa parem man taajuuksien uudelleenkäytön solukkoverkossa.

On huomattava, että samanaikaisesti keksinnön mukaisen tehotason asetuksen kanssa käytetään myös normaaleja solukkoradioverkon tehonsäätöalgoritmeja, joilla 20 huomioidaan mm. matkaviestimen ja tukiaseman välinen etäisyys.

Keksinnön toisessa suoritusmuodossa alemman puhekoodausnopeuden antamaa ylimääräistä kapasiteettia ei ; käytetäkään tehokkaampaan kanavakoodaukseen vaan saman 25 informaation uudelleenlähetykseen useammassa peräk käisessä aikavälissä kun eri aikaväleissä vastaanotetut purskeet, jotka sisältävät samat informaatiobitit, yhdistetään vastaanottimessa, saavutetaan monitiehäipymä-diversiteettivastaanotto (aikadiversiteettivastaanotto), 30 joka parantaa yhteyden häiriönsiirtokykyä. Tällöin lähe tystehoa voidaan keksinnön mukaisesti laskea määrän, joka kompensoi diversiteettivastaanotolla saavutetun parantuneen häiriönsietokyvyn siten, että yhteyden bittivirhesuhde säilyy oleellisesti alkuperäisellä tasolla. 35 Näin muuttuva puheenkoodausnopeus voidaan hyödyntää ai- 14 100157 haisempana keskimääräisenä lähetystehona ja tätä kautta häiriötasona solukkoverkossa. Tätä vaihtoehtoista suoritusmuotoa selitetään seuraavassa viitaten jälleen kuvioiden 1 ja 2 lohkokaavioihin.

5 Kuvion 1 lähetin on oleellisesti samanlainen kuin keksinnön ensisijaisessa suoritusmuodossa, paitsi että kanavaenkooderilla 3 on käytettävissään vain yksi kanavakoodaus. Oletetaan, että puhe-enkooderin 2 puhekoo-dausnopeus putoaa maksiminopeudesta puoleen nopeuteen. 10 Tällöin myös puhe-enkooderin 2 tuottamien puheinformaa-tion bittien lukumäärä alenee puoleen. Ohjain 9 saa pu-he-enkooderilta tiedon alemmasta puhekoodausnopeudesta ja ohjaa kanavaenkooderin 3 uudelleenlähetystilaan. Ka-navaenkooderi 3 säilyttää uudelleenlähetystilassa saman 15 kanavakoodauksen kuin täydellä nopeudella, mutta muodostaa kanavakoodatun puhelohkon, joka sisältää puhe-enkoo-derilta 2 vastaanotetun puheinformaation bitit kahteen kertaan. Esimerkiksi kuvion 4 kanavakoodatun puheluloh-kon alilohkot I ja II voivat sisältää ensimmäiset pu-20 heinformaatiobitit ja alilohkot III ja IV voivat sisäl tää samat puheinformaatiobitit toiseen kertaan. Lomittaja 4 lomittaa kanavaenkooderilta 3 saadun puhekehyksen alilohkot kuvion 4 mukaisesti neljään peräkkäiseen aikaväliin TS4 lähetettäväksi purskeina vastaanottimelle. 25 Samanaikaisesti ohjain 9 ohjaa radiotaajuusosat 7 käyttämään alempaa lähetystehoa, joka vastaa puolen nopeuden puhe-enkoodausta. Kanavakoodattu puhelohko voi edullisesti sisältää ohjausparametrin, joka kertoo puhelohkon sisältämän saman informaation useaan kertaan. Edellä 30 esitetyssä esimerkissä sama puheinformaatio lähetettiin kahteen kertaan, mutta puhekoodausnopeuden alentuessa yhteen kolmasosaan uudelleenlähetysten määrä voi olla kolme, puhe-enkoodausnopeuden alentuessa yhteen neljäsosaan uudelleenlähetysten määrä voi olla neljä, jne. 35 Vastaanottimessa saman puheinformaation moninker- 15 100157 täistä lähetystä käytetään hyväksi aikadiversiteettivas-taanotossa. Tämä voidaan toteuttaa monella vaihtoehtoisella tavalla. Keksinnön eräässä suoritusmuodossa lomituksen purkaja 24 muodostaa neljästä peräkkäisestä 5 aikavälistä TS4 vastaanotetuista purskeista kanavakooda-tun puhelohkon, joka syötetään kanavadekooderille 23, kuten aikaisemmin on kuvattu. Kanavadekooderi 23 dekoo-daa puhelohkon aina samalla kanavakoodausmenetelmällä. Tällöin se voi esimerkiksi kanavakoodatun puhelohkon 10 sisältämän ohjausparametrin perusteella tunnistaa, että puhelohko sisältää saman puheinformaation useaan kertaan. Kanavadekooderi 23 voi hyödyntää moninkertaista puheinformaatiota esimerkiksi valitsemalla ne puheinfor-maatiobitit, joissa bittivirhesuhde on alhaisin, ja vä-15 littää nämä puheinformaatiobitit puhedekooderille 22.

Tällöin muut puheinformaatiobitit, jotka sisältävät saman informaation, hylätään. Vaihtoehtoisesti kanavadekooderi 23 voi yhdistää uudelleenlähetettyjä puheinfor-maatiobittejä sopivalla menetelmällä, ja syöttää yhdis-20 tetyn puheinformaation puhedekooderille 22.

Kuviot ja niihin liittyvä selitys on tarkoitettu vain havainnollistamaan esillä olevaa keksintöä. Yksityiskohdiltaan keksintö voi vaihdella oheisten patenttivaatimusten hengen ja suojapiirin puitteissa.

25

Claims (7)

100157

1. Menetelmä käyttäjäsignaalin, erityisesti puhe-tai videosignaalin, lähettämiseksi piirikytketyllä yh- 5 teydellä TDMA-pohjaisessa solukkoradioverkossa, kun käyttäjäsignaalin bittinopeus vaihtelee lähetyksen aikana, tunnettu siitä, että varataan piirikytketylle yhteydelle kapasiteetti, joka vastaa muuttuvanopeuksisen käyttäjäsignaalin maksi-10 mibittinopeutta, käytetään piirikytketyn yhteyden ylimääräinen kapasiteetti yhteyden häiriösietokyvyn parantamiseen ottamalla käyttöön tehokkaampi kanavakoodaus, kun käyttäjäsignaalin bittinopeus on pienempi kuin mainittu mak-15 simibittinopeus, lasketaan lähetystehoa parantunutta häiriösieto-kykyä vastaavasti, kun käyttäjäsignaalin bittinopeus on pienempi kuin mainittu maksimibittinopeus.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 20 tunnettu siitä, että lasketaan lähetystehoa mai nittua parantunutta häiriösietokykyä vastaavasti siten, että bittivirhesuhde säilyy oleellisesti vakiona.

3. TDMA-pöhjäinen solukkoradioverkko, jossa lähe- . tetään piirikytketyllä yhteydellä käyttäjäsignaalia, 25 erityisesti puhe- tai videosignaalia, jonka bittinopeus vaihtelee lähetyksen aikana, tunnettu siitä, että piirikytketyn yhteyden kapasiteetti vastaa muut-tuvanopeuksisen käyttäjäsignaalin maksimibittinopeutta, \ 30 järjestelmä käytettävissä useita, tehokkuudeltaan erilaisia kanavakoodauksia, yksi kullekin käyttäjäsignaalin bittinopeudelle siten, että piirikytketyn yhteyden ylimääräinen kapasiteetti käytetään yhteyden häiriösietokyvyn parantamiseen, kun käyttäjäsignaalin bit-35 tinopeus on pienempi kuin mainittu maksimibittinopeus, lähetysteho on riippuvainen käytetystä kanavakoo- 17 100157 dauksesta siten, että lähetysteho pienenee kanavakoodauksen tehokkuuden kasvaessa samalla kun bittivirhesuhde säilyy oleellisesti vakiona.

4. TDMA-pohjäinen solukkoradioverkko, jossa lähe- 5 tetään piirikytketyllä yhteydellä käyttäjäsignaalia, erityisesti puhe- tai videosignaalia, jonka bittinopeus vaihtelee yhteyden aikana, tunnettu siitä, että piirikytketyn yhteyden kapasiteetti vastaa muut-tuvanopeuksisen käyttäjäsignaalin maksimibittinopeutta, 10 järjestelmä on sovitettu käyttämään ylimääräinen piirikytketyn yhteyden kapasiteetti, joka vapautuu kun käyttäjäsignaalin bittinopeus on enintään puolet mainitusta maksimibittinopeudesta, käyttäjäinformaatiobittien moninkertaiseen lähettämiseen yhteyden häiriösietokyvyn 15 parantamiseksi, järjestelmä on sovitettu käyttämään yhteyden parantunut häiriösietokyky lähetystehon alentamiseen ja sitä kautta järjestelmän häiriötason alentamiseen.

5. Lähetin käyttäjäsignaalin, erityisesti puhe- 20 tai videosignaalin, lähettämiseksi piirikytketyllä yh teydellä TDMA-pohjaisessa solukkoradiojärjestelmässä, käsittäen muuttuvabittinopeuksisen käyttäjäsignaalin lähteen (2), kuten puhe- tai videoenkooderin, 25 kanavaenkooderin (3), radiolähetinosan (7), jolla on säädettävä lähetysteho, tunnettu siitä, että piirikytketylle yhteydelle varattu kapasiteetti ·' 30 vastaa käyttäjäsignaalin maksiminopeutta, kanavaenkooderilla (3) on käyttäjäsignaalin maksimibittinopeutta varten ensimmäinen, suhteellisesti vähiten tehokkain kanavakoodaus tai ei lainkaan kanava-koodausta, sekä kutakin käyttäjäsignaalin pienempää bit-35 tinopeutta varten suhteellisesti tehokkaampi kanavakoo daus, joka hyödyntää pienemmän siirtonopeuden vapautta- je 100157 maa piirikytketyn yhteyden kapasiteettia yhteyden häi-riösietokyvyn parantamiseen, radiolähetinosan (7) lähetysteho (Tx_POWER) on riippuvainen kanavaenkooderin käyttämästä kanavakoodauk-5 sesta siten, että lähetysteho pienenee kanavakoodauksen tehokkuuden kasvaessa samalla kun bittivirhesuhde säilyy oleellisesti vakiona.

6. Lähetinvastaanotin käyttäjäsignaalin, erityisesti puhe- tai videosignaalin, lähettämiseksi piirikyt-10 ketyllä yhteydellä TDMA-pohjäisessä solukkoradiojärjes-telmässä, käsittäen muuttuvabittinopeuksisen käyttäjäsignaalin lähteen (2), kuten puhe- tai videoenkooderin, kanavaenkooderin (3), 15 kanavadekooderin (23), radiolähetinosan (7), jolla on säädettävä lähetysteho, radiovastaanotinosan (26), tunnettu siitä, että 20 piirikytketylle yhteydelle varattu kapasiteetti vastaa käyttäjäsignaalin maksiminopeutta, kanavaenkooderilla (3) on käyttäjäsignaalin mak-simibittinopeutta varten ensimmäinen, suhteellisesti vähiten tehokkain kanavakoodaus tai ei lainkaan kanava-25 koodausta, sekä kutakin käyttäjäsignaalin pienempää bit-tinopeutta varten suhteellisesti tehokkaampi kanavakoodaus, joka hyödyntää pienemmän siirtonopeuden vapauttamaa piirikytketyn yhteyden kapasiteettia yhteyden häi-riösietokyvyn parantamiseen, 30 radiolähetinosan (7) lähetysteho on riippuvainen kanavaenkooderin käyttämästä kanavakoodauksesta siten, että lähetysteho pienenee kanavakoodauksen tehokkuuden kasvaessa samalla kun bittivirhesuhde säilyy oleellisesti vakiona. 35 kanavadekooderi (23) on sovitettu kokeilemaan vastaanotetulle signaalille mainittua ensimmäistä sekä 19 100157 kutakin mainituista tehokkaammista kanavakoodauksista ja valitsemaan kanavakoodauksen, jossa virheiden määrä on pienin.

7. Lähetinvastaanotin käyttäjäsignaalin, erityi-5 sesti puhe- tai videosignaalin, lähettämiseksi piirikyt-ketyllä yhteydellä TDMA-pohjaisessa solukkoradiojärjes-telmässä, käsittäen muuttuvabittinopeuksisen käyttäjäsignaalin lähteen (2), kuten puhe- tai videoenkooderin, 10 kanavaenkooderin (3), kanavadekooderin (23), radiolähetinosan (7), jolla on säädettävä lähetysteho, radiovastaanotinosan (26), 15 tunnettu siitä, että piirikytketylle yhteydelle varattu kapasiteetti vastaa käyttäjäsignaalin maksiminopeutta, kanavaenkooderilla (3) on käyttäjäsignaalin mak-simibittinopeutta varten ensimmäinen, suhteellisesti 20 vähiten tehokkain kanavakoodaus tai ei lainkaan kanava- koodausta, sekä kutakin käyttäjäsignaalin pienempää bit-tinopeutta varten suhteellisesti tehokkaampi kanavakoodaus, joka hyödyntää pienemmän siirtonopeuden vapauttamaa piirikytketyn yhteyden kapasiteettia yhteyden häi-25 riösietokyvyn parantamiseen, radiolähetinosan (7) lähetysteho on riippuvainen kanavaenkooderin käyttämästä kanavakoodauksesta siten, että lähetysteho pienenee kanavakoodauksen tehokkuuden kasvaessa samalla kun bittivirhesuhde säilyy oleellises-'·' 30 ti vakiona. lähetetty signaali sisältää tiedon käytetystä bittinopeudesta tai kanavakoodauksesta tai niiden muutoksesta, kanavadekooderi (23) on sovitettu mainitun tiedon 35 perusteella valitsemaan kanavakoodaus vastaanotetulle signaalille. 20 100157