FI103467B - Solun laajentaminen aikajakoisessa solukkojärjestelmässä - Google Patents

Description

1 103467

Solun laajentaminen aikajakoisessa solukkojärjestelmässä

Keksinnön ala Tämä keksintö koskee aikajakoista solukkorakenteista matkapuhelin-5 järjestelmää, jossa matkaviestimen ja tukiaseman välinen radiorajapinta muodostuu useita aikavälejä käsittävistä liikennekehyksistä, joissa yläsuunnän kehyksen yhdessä aikavälissä matkaviestimet voivat lähettää pääsypurskeessa verkkoon pyynnön saada radioyhteys liikennöintiä varten.

10 Keksinnön tausta

Aikajakomonipääsyyn perustuva radiojärjestelmä on kehärakenteinen siten, että lähetys- ja vastaanottokehys muodostuu aikaväleistä. Tietyllä taajuudella ja tietyssä aikavälissä tapahtuu lähetys sekä tietyllä taajuudella ja tietyssä aikavälissä vastaanotto. Lähetys- ja vastaanottotaajuudet voivat olla 15 samat, kuten esim. DECT-järjestelmässä tai ne voivat olla eri, kuten esim. GSM- ja DCS-järjestelmissä, jotka ovat siten sekä aikajakoisia että taajuus-jakoisia järjestelmiä. Esimerkkinä TDMA-järjestelmästä tarkastellaan seuraa-vassa GSM/DCS-järjestelmää. Siinä yksi TDMA-kehys on pituudeltaan 4,615 ms ja käsittää kahdeksan aikaväliä, jotka on numeroitu nollasta seitsemään. 20 Aikavälin numero merkitään lyhenteellä TN (Time Slot Number). Yhden aikavälin kestoksi on määritelty (576+12/13) ps eli (156+1/4) bitin kestoa. Täyden nopeuden liikennekanava TCH muodostuu syklisesti joka kahdeksannesta aikavälistä, joten verkon kannalta katsottuna yhdellä kantoaallolla voidaan muodostaa kahdeksan liikennekanavaa. Matkaviestimeltä tukiasemalle suuntautu-25 va liikenne (Uplink Direction) ja tukiasemalta matkaviestimelle suuntautuva liikenne (Downlink Direction) on jäljestetty siten, että vastaanotto tukiasemassa tapahtuu kolme purskeen kestoa myöhemmin kuin lähetys. Tällöin lähetys-kehyksen lähetysaikavälin numero TN ja vastaanottokehyksen aikavälin numero TN ovat samat. Tätä havainnollistaa kuvio 1, jonka yläosassa esitetään tu-30 kiaseman tietyn lähetyskantoaallon peräkkäisiä aikavälejä ja alaosassa tähän kantoaaltoon liittyvän vastaanottotaajuuden peräkkäisiä aikavälejä. Taajuudet muodostetaan lähetin/vastaanottimella, josta käytetään nimitystä TRX. TRX-yksikkö voi vaihtaa taajuuttaan, jolloin jokaisena aikavälinä voi olla käytössä eri taajuus. Jotta yhdessä aikavälissä voitaisiin käyttää useita taajuuksia, täytyy 35 TRX yksikköjä olla useita.

2 103467

Tukiaseman tietyn taajuuden perättäisten vastaanottokehysten aikaväleistä TN=0 muodostuu RACH-kanava (Random Access Channel) ja tällä kanavalla verkko vastaanottaa matkaviestimien lähettämiä pyyntöjä saada ka-navaresurssia käyttöönsä. RACH-kanava on pelkästään uplink-kanava. Mikäli 5 pyyntö hyväksytään, lähettää verkko kutsu- ja kutsunkuittauskanavalla PAGCH (Paging and Access Grant Channel) pyynnön kuittauksen sekä tiedon siitä, mille kanavalle matkaviestimen on siirryttävä. PAGCH-kanava on pelkästään down-link suunnan kanava ja se muodostuu tietyn lähetystaajuuden peräkkäisten kehysten aikaväleistä TN=0.

10 Purskeita voidaan erottaa pääsypurske, F- ja S-purske sekä normaa- lipurske. Ne poikkeavat toisistaan aika-amplitudi-profiilin suhteen.

Normaalipurske on kaikkein pisin purske, kesto 148 bittiä, ja sitä käytetään liikennekanavalla ja useimmissa signalointitapauksissa. Se sisältää kaksi 58 bitin jaksoa, joiden välissä on 26 bitin opetusjakso, sekä purskeen 15 alussa ja lopussa 3 kpl häntäbittejä. Normaalipurskeiden keston oltava hieman aikaväliä lyhyempi, jotta tukiaseman vastaanottaessa eivät vierekkäisissä aikaväleissä lähetetyt purskeet menisi päällekkäin. Normaalipurskeen lähetys matkaviestimessä alkaa tukiaseman ilmoittaman ajoitusennakon TA verran aikaisemmin kuin tukiaseman vastaanottoaikaväli alkaa, jolloin purske saapuu ai-20 kalkkunaan heti sen alussa ja mahtuu kokonaisuudessaan siihen. F- ja S-purskeita lähetetään vain downlink-suunnassa taajuuskorjaus- ja synkronointi-kanavilla ja niitä käytetään matkaviestimen synkronoituessa tukiasemaan ja liikkeestä johtuvien taajuusvirheiden korjaukseen.

Pääsypursketta käytetään vain uplink-suunnassa yhteyden alku-25 vaiheessa kun tukiaseman ja matkaviestimen välinen etenemisviive ei ole tiedossa. Tällainen tilanne on matkaviestimen ottaessa yhteyttä verkkoon RACH kanavaa käyttäen ja joissakin tapauksissa handover-tilanteissa uuteen soluun siirryttäessä. Pääsypurske sisältää 41 bitin opetusjakson, 36 informaatiobittiä ja purskeen alussa 7 häntäbittiä ja lopussa 3 häntäbittiä eli yhteensä 87 bittiä 30 (normaalipurske on 148 bittiä). Pääsypurske on siten hyvin lyhyt eikä RACH-kanavalla käytetä mitään muita purskeita. Tukiasema vastaanottaa pääsy-purskeita RACH-kanavalla ts. aikavälillä TN=0 ja mikäli se vastaanottaa samanaikaisesti useita purskeita verkko hylkää kaikki pyynnöt. Matkaviestin lähettää pääsypurskeita uudelleen kunnes pyyntö hyväksytään ja sille osoite-35 taan liikennekanava. Purskeen opetusjakso on pidempi kuin normaalipurs-keessa, jotta purskeen demoduloinnin onnistumisen todennäköisyys olisi suuri.

3 103467 Tämä on tärkeää, sillä vastaanotin ei tiedä purskeen tasoa, ei taajuusvirhettä eikä saapumisaikaa aikavälin sisällä. Koska matkaviestimen ja tukiaseman välinen etenemisviive ei ole tiedossa kun pääsypursketta käytetään, pääsypurs-keen saapumisessa tukiasemalle on vastaanottoaikaikkunaan verrattuna aika-5 virhe, joka on kaksi kertaa etenemisviive. Tämän kompensoimiseksi on pääsy-purskeen kesto lyhyt, joten matkaviestin voi edetä jopa 35 km päähän ennen kuin pääsypurske ei osu vastaanottoaikaikkunaan.

Edellä mainittu 35 km on teoriassa samalla suurin mahdollinen solun säde verkossa. Harvaan asutulla tai asumattomalla seudulla, jonne jäijes-10 telmää halutaan laajentaa kattamalla järjestelmän radiopeitolla ainakin pääosin päätiet, on täydellisesti varustettuja tukiasemia sijoitettava periaatteessa 70 kilometrin välein täydellisen radiopeiton saavuttamiseksi. Tämä on melko kallis ratkaisu, sillä täydellisesti varustettu tukiasema sisältää paljon kalliita komponentteja ja tukiasemamaston on oltava erittäin korkea. Välimatkaa voidaan ιοί 5 sin lisätä, etenkin tasaisessa maastossa, tekemällä tukiasemamastot vieläkin korkeammaksi ja käyttämällä kehyksestä vain joka toista aikaväliä. Käytettävät aikavälit ovat parillisia, sillä aikaväli TN=0 on varattu access-purskeille. Käytettäessä vain joka toista aikaväliä saavutetaan tavattoman suuret ajoitusen-nakkoarvot, joten solun säde voidaan kanavatehokkuuden kustannuksella 20 laajentaa paljon suuremmaksi kuin 35 km.

Toisaalta haluttaessa taajaan asutulla seudulla kattavaa radiopeittoa, on täydellisesti varustettuja tukiasemia sijoitettava hyvin tiheästi. Näin on tehtävä tietenkin suuren liikennetiheyden takia mutta etenkin silloin kun halutaan kattaa sisätiloja kuten autotalleja, tavarataloja, metroasemia jne., toisin sanoen 25 paikkoja, joissa on paljon ihmisiä mutta joihin ulkoilmasta saapuvat radioaallot yltävät heikosti. Tukiasemia on sijoitettava lisää myös silloin, jos halutaan kattaa radiopeitolla myös maaston korkeiden kohtien väliset ja niiden takana olevat katveet. Tukiasemien lisääminen lisää samalla myös Abis-rajapintoja, joita ovat tukiasemaohjaimen BSC (Base Station Controller) ja sen ohjaamien tuki-30 asemien väliset rajapinnat.

Patenttihakemuksessa FI-933091 on esitetty tapa solun säteen laajentamiseksi huomattavasti suuremmaksi kuin 35 km. Hakemuksessa ehdotetaan, että tukiasemalla yhden lähetin/vastaanotin-yksikön vastaanottimen ajoitusta viivästetään lähettimen suhteen. Tämä on toteutettu viivästämällä vas-35 taanottimen kehyskelloa ja aikavälikelloa. Tällöin kaukaa yli 35 km päästä tuleva matkaviestimen purske osuu viivästettyyn vastaanottoaikaväliin. Alle 35 km 4 103467 päästä tuleva purske ei osu tähän aikaväliin vaan käytetään normaaliajoituk-sen aikaväliä. Viivästetyn vastaanottimen yksikkö palvelee siten varsinaisen perussolun ympärillä olevaa rengasmaista aluetta. Näin voidaan solu, joka säde on 35 km, kasvattaa soluksi, jonka säde on 60 km.

5 Järjestelmän laajentaminen ja sisätilojen sekä ulkona olevien katve alueiden täydellisen radiopeiton saavuttaminen vaativat molemmat lisää täydellisiä tukiasemia, joka kohottaa merkittävästi kustannuksia. Tämän vuoksi on tutkittu mahdollisuutta käyttää tukiasemina toistinasemia. Toistinaseman idea on jo kauan tunnettu esim. yleisradion piiristä ja jonkin verran sitä käytetään 10 analogisissa solukkojärjestelmässä. Näille ratkaisuille on tunnusomaista se, että toistinasema vain vahvistaa tulevan signaalin ja lähettää sen samalla taajuudella eteenpäin. Tätä voidaan hyvin soveltaa AMPS:iin ja muihin taajuusja-koisiin (FDD, frequency division duplex) -järjestelmiin, koska vastaanotetun signaalin verhokäyrä noudattaa Rayleigh-häipyneen signaalin verhokäyrää. 15 Idean soveltaminen aikajakoisiin TDMA-järjestelmiin tai FDD/TDD-järjestelmiin ei sen sijaan ole ollut tähän asti mahdollista johtuen ensisijaisesti järjestelmien aikajakoisuudesta, jolloin aikadispersio (taajuusselektiivisyys) on otettava huomioon.

Ensinnäkin vastaanotettu signaali ei enää olekaan yksi Rayleigh-20 häipyvä signaali vaan monitie-etenemisestä johtuen summa useista eri viiveen omaavista Rayleigh-häipyvistä signaaleista. Tukiasemien ja matkaviestimien vastaanottimien kanavakorjaimet ja purskeisiin sisällytetty tietty bittikuvio eli opetusjakso ovat sellaiset, että järjestelmä kykenee korjaamaan vastaanotetun - signaalin aina 16 με viiveeseen asti, mutta jos aikajakoisessa järjestelmässä 25 toistinasema toistaa tukiaseman taajuudet sellaisenaan, ei tukiasema enää pysty erottamaan onko signaali tarkoitettu sille vai toistimelle eikä ylipäätänsä erottamaan toisistaan samalla taajuudella saapuvia signaaleja.

Toiseksi verkon kannalta katsottuna tukiasema ja siihen liitetty toistin-asema muodostavat yhden solun, eikä verkko saa mitään informaatiota siitä, 30 onko matkaviestin tukiaseman vai siihen liitetyn toistinaseman alueella. Nykyiset aikajakoiset solukkoverkot eivät sisällä elementtejä, joilla verkon olisi mahdollista saada tietää, onko radiotiellä ylimääräisiä elementtejä kuten toistimia. Tämä on merkittävä haitta etenkin jos haluttaisiin yksilöllistä laskutusta. Operaattori saattaa esim. haluta kompensoida katvealueiden peittämisen kustan-35 nukset kalliimmilla katvealueella käydyillä puheluilla.

5 103467 Tämän keksinnön tavoitteena on siten aikajakoisiin solukkojärjestelmiin soveltuva tukiasemajärjestely, joka lisäämättä tukiaseman ja tukiasemien välisiä rajapintoja mahdollistaa sekä laajennetun solun käyttämisen että katveiden peittämisen ja lisäksi mahdollistaa sen tunnistamisen, minkä tois-5 tinaseman alueelta puhelu on otettu.

Asetetut tavoitteet saavutetaan itsenäisissä patenttivaatimuksissa ilmaistuin määrittein.

Keksinnön lyhyt yhteenveto 10 Toistimen alueelta kulkevat kaikki yhteydet tukiaseman ohjaimeen saman tukiaseman kautta. Tukiaseman kautta voi kulkea jopa usean toistimen yhteydet, jolloin toistimien muodostamalla toistinryhmällä voidaan kattaa solun katvealueet tai toistimella voidaan laajentaa tukiaseman radiopeittoa suuremmaksi ts. muodostaa ns. laajennettu solu (extended cell). Tukiasema toimii 15 sille verkkosuunnittelussa annetuilla taajuuksilla, mutta kukin toistin suorittaa taajuusmuunnoksen siten, että liikenneyhteyden aikana matkaviestimet liikennöivät eri lähetys/vastaanottotaajuudella toistimen suuntaan kuin millä taajuuksilla toistimen ja tukiaseman välinen liikennöinti tapahtuu. Koska taajuudet ovat eri taajuuksia, ei matkaviestimen lähetyssignaali pääse häiritsemään tukiase-20 man toimintaa aiheuttamalla saman kanavan interferenssiä.

Eri taajuuksien käyttö mahdollistaa taajuushyppelyn käytön toistimen alueella. Tällöin tukiasema hyppää normaaliin tapaan sille verkkosuunnittelussa annetulta taajuudelta toiselle samalla kun matkaviestin hyppää toistimen käyttämän taajuusalueen taajuudelta toiselle.

25 Eri taajuuksien käyttö mahdollistaa myös toistimen sisäisen hand- over-toiminnon. Matkaviestimen siirtyessä alueelle, jossa se kuulee uuden sig-naalitaajuuden paremmin kuin sen, jolla se liikennöi, se signaloi tästä tiedon tukiaseman ohjaimelle. Tämä komentaa matkaviestimen siirtymään uudelle taajuudelle mutta jatkaa itse liikennöintiä entisellä taajuudella, ts. tukiaseman 30 ja toistimen välinen taajuus säilyy samana.

Toistimen ollessa solun sisällä ei ajoituksiin tarvitse tehdä muutoksia vaan verkon matkaviestimelle ilmoittama ajoitusennakkoarvo TA pätee sellaisenaan. Toistimen ollessa solun rajalla ja sen keilan laajentaessa solua tullaan tilanteeseen, jossa ajoitusennakon on oltava suurempi kuin mitä järjestelmä 35 sinänsä mahdollistaa. Tällöin voidaan menetellä patenttihakemuksen Fl-993091 mukaisella tavalla ja viivästyttää tukiasemalla vastaanottoa. Voidaan 6 103467 menetellä myös siten, että tukiaseman vastaanottoaikavälillä ja matkaviestimen toistimeen päin olevalla lähetysaikavälillä ei ole ajallisesti yksi yhteen vastaavuutta. Sama pätee myös yhteyden downlink-suunnan aikaväleissä. Tällöin toistimella täytyy olla puskurit, jolloin toistin ensin vastaanottaa matka-5 viestimen lähettämän purskeen ja välittää viivästettynä purskeen tukiaseman vastaanottoaikavälissä. Tämä on kuitenkin hankala tapa.

Keksinnön toisen ominaispiirteen mukaisesti toistin synkronoituu tukiasemasta tulevaan lähetykseen ja tunnistaa siitä eri tarkoituksiin käytettävät aikavälit. Näin toistin saa selville yläsuunnan RACH-kanavan aikavälit, jolloin 10 se pystyy tarkkailemaan tuleeko aikavälissä toistimen alueelta pääsypurskeita. Kun se vastaanottaa purskeen, se lähettää samassa aikavälissä, jossa se välittää tämän matkaviestimen pääsypurskeen tukiasemalle, myös ylimääräisen purskeen, joka sisältää toistimen oman yksilöllisen tunnisteen. Tunniste voi olla jokin opetusjakson tyyppinen koodi. Tukiaseman ohjain dekoodaa tun-15 nisteen, jolloin pystytään identifioimaan minkä toistimen kautta matkaviestin on aloittanut yhteyden. Tukiaseman ohjaimella on tiedossa kanavien tilat, joten se allokoi vapaan liikennekanavan tukiaseman ohjaimelle ja komentaa matkaviestintä liikennekanavalle, joka ei ole sama kuin tukiaseman kanava vaan jokin toistimen käyttämistä kanavista. Tukiasema ei tiedä tätä vaan toimiin nor-20 maaliin tapaan.

Edullisen suoritusmuodon mukaisesti voidaan toistinryhmän resurssien käytön tehokkuutta parantaa siten, että mahdollistetaan toistimesta toiseen tapahtuva handover siten, että tukiaseman käyttämä liikennöintiaikaväli säilyy samana kuin ennen handoveria, toisin sanoen tukiaseman kannalta kat-25 soituna suoritetaan handover samaan aikaväliin. Tällöin toistinryhmän sisällä voidaan siirtyä toistimesta toiseen, vaikka tukiasemalla ei olisi käytettävissä yhtään vapaata aikaväliä.

Kuvioluettelo 30 Keksintöä selostetaan seuraavassa lähemmin viitaten oheisiin kaa viollisiin kuvioihin, joista kuvio 1 esittää tukiaseman lähetysaikavälejä ja vastaanotto aikavälejä, kuvio 2 havainnollistaa toistinjärjestelyä laajennetun solun tapauksessa, 35 kuvio 3 esittää soluissa käytettäviä taajuuksia, kuvio 4 kuvaa toistimilla saavutettavaa maksimipeittoa, 7 103467 kuvio 5 esittää toistimen käyttöä katveen peittämiseen, kuvio 6 kuvaa soluissa käytettäviä taajuuksia, kuvio 7 havainnollistaa toistimessa suoritettavaa handoveria, kuvio 8 esittää toistimen tunnisteen lisäämistä access-aikaväliin, 5 kuvio 9 havainnollistaa handoveria toistimesta toiseen ja kuviot 10A-10 B kuvaavat aikavälien käyttöä toistimien välisessä handoverissa.

Keksinnön yksityiskohtainen kuvaus

Kuviossa 2 on tukiasemalla BTS1 saavutettava suurin solunsäde 10 35 km. Solua on laajennettu toistinasemalla R1, johon voidaan kytkeytyä ete- nemisviiveiden puitteissa enintään noin 25 km päästä. Toistin muodostaa verkkosuunnittelun kannalta oman tukiaseman, jolla on kaikki varsinaisen solukkojärjestelmän spesifikaatioista määritellyt parametrit. Toistinasema on yhteydessä tukiaseman ohjaimeen (ei esitetty kuvissa) aina tukiaseman BTS 15 kautta, joten erillistä tukiaseman ohjaimen ja toistimen välistä yhteyttä ei tarvita. GSM/DCS järjestelmissä tämä tarkoittaa, että ylimääräistä Abis-rajapintaa ei tarvita.

Kuvio 3 esittää kuvion 2 järjestelyä “ylhäältä" päin katsottuna, jolloin tukiaseman ja toistinaseman kantoaaltojen keilat ovat selkeämmin nähtävissä. 20 Tukiasema BTS1 ei ole ympärisäteilevä vaan se lähettää eri sektoreihin eri kantoaaltoja. Menettely on tavanomainen etenkin järjestettäessä radiopeittoa maanteiden varsille, jolloin yksi kantoaaltotaajuusjoukko säteilee toiseen tien suuntaan ja toinen joukko säteilee vastakkaiseen tien suuntaan. Havainnolli-suuden vuoksi oletetaan, että tukiasema käyttää yhtä taajuusparia ts. kanavaa » 25 solun kuvassa näkyvän keilan yhteyksiin ja toistin käyttää yhtä taajuusparia so. kanavaa keilaa kohti. Jäljempänä puhuttaessa taajuuksista tarkoitetaan siten kanavaa, joka käsittää uplink-ja downlink-taajuudet. Tukiasema BTS1 lähettää toistimen R1 suuntaan kahta BCCH kantoaaltoa: BCCH1 taajuudella ^ ja BCCH2 taajuudella f2. Jälkimmäinen taajuus on tarkoitettu ainoastaan tuki-30 aseman ja toistimen väliseen radioyhteyteen kun taas ensimmäinen taajuus BCCH1 on tarkoitettu tukiasemasolulle ts. kuviossa 2 aina 35 km etäisyydelle. Toistin R1 toistaa tukiaseman BTS1 taajuudella f2 lähettämän yleislähetyksen BCCH2 tukiaseman suuntaan mutta vaihtaa sen taajuudeksi f3. Vastaavasti toistin muuntaa matkaviestimestä taajuudella f3 tulevan lähetteen taajuudeksi f2 35 ja välittää informaation tällä taajuudella tukiasemalle. Vastakkaiseen suuntaan toistin käyttää BCCH-taajuutta f4.

8 103467

Kuvioissa 1 ja 2 esitetty toistimen suorittama taajuuden muunnos pätee yleisemminkin riippumatta tukiasemalle verkkosuunnittelussa osoitetuista taajuuksista. Toistimelle voidaan sijoittaa useita RF-yksiköitä ja siten käyttää useita taajuuspareja. Taajuusmuunnos on tällöin tehtävä useiden taa-5 juuksien välillä. Ellei taajuuden muunnosta tehtäisi, matkaviestimeltä lähtevä signaali etenisi kahta tietä tukiasemalle, jolloin yhteys olisi huono tai ei onnistuisi lainkaan. Näin siksi, että eri pituisen matkan samalla taajuudella kulkeneet bitit saapuisivat tukiasemalle eri aikaan eikä bittejä kyettäisi enää ilmaisemaan. Nyt auto on yhteydessä toistinasemaan R1 taajuudella f3 ja yhteys jatkuu sieltä 10 tukiasemaan taajuudella f2. Vastaavasti jos auto on toistinaseman oikealla (kuviossa 1 ja 2) puolella, on sen ja toistimen välisen yhteyden taajuus f4 tukiaseman käyttämän taajuuden ollessa edelleen f2. Toistinasema tekee siis aina taajuusmuunnoksen “tukiasema-toistinasema välillä käytetty taajuus” ** “tois-tinasema-matkaviestin välillä käytetty taajuus”.

15 Jos toistin on ympärisäteilevä, liikennöivät kaikki sen alueella olevat matkaviestimet samalla taajuudella, jos taajuuksia on vain yksi (ts. kahdeksan liikennekanavaa) tai saman taajuusryhmän taajuudella, jos taajuuksia on useita. Toistin suorittaa aina taajuusmuunnoksen niin ettei käytössä ole saamaa taajuutta kuin mitä tukiasema käyttää yhteyksissään suoraan sen alueella 20 oleviin matkaviestimiin.

Käytettäessä kahta toistinta solun laajentamiseen voidaan matalahkoa 70 m:n mastoa käyttäen saavuttaa teoreettisesti solun halkaisijaksi 170 km, kuvio 4. Tällöin tukiasema on solun keskellä ja toistinasemat R1 ja R2 ovat . . solun reunoilla.

25 Kuvioissa 5 ja 6 on esitetty tapaus, jossa toistinta käytetään varsinai sen tukiaseman BTS1 solun katvealueen peittämiseen. Yksinkertaisuuden vuoksi oletetaan edelleen, että tukiasema ja toistin käyttävät vain kahta kantoaaltoa. Tukiaseman ja toistimen R1 välillä oleva korkea maastokohta estää tukiaseman ja autossa olevan matkaviestimen välisen yhteyden ylläpidon jollakin 30 tukiasemalle allokoidulla taajuudella fv Toistinasema sijoitetaan siten, että se radiopeittää kyseisen katvealueen. Tukiasema voi olla yhteydessä toistinasemaan maastoesteen yli ja se käyttää tähän yhteyteen kantoaaltoa BCCH2, jolle on allokoitu taajuus f2. Toistinasema välittää BCCH2-informaation eteenpäin mutta käyttää taajuutta f3. Matkaviestimen ja toistimen välinen yhteys 35 käyttää myös taajuutta f3. Toistin suorittaa siten keksinnön mukaisesti taajuusmuunnoksen f2 f3.

9 103467

Mikäli auto on ensin kohdassa a, on matkaviestin yhteydessä suoraan tukiasemaan taajuudella fv Auton edetessä mäen taakse kohtaan b se tulee samalla katvealueeseen, jolloin suoritetaan handover taajuudelle f3 ja yhteys muuttuu suorasta yhteydestä toistimen R1 kautta kulkevaksi yhteydek-5 si. Auton edetessä edelleen toistimen suuntaan se tulee pois katveesta, jolloin olisi mahdollista käyttää jälleen suoraa yhteyttä tukiasemaan. Tämä vaatisi jälleen handoverin, joten on edullista pitää yhteys edelleen toistimen R1 kautta.

Handover alkaa tunnetusti siten, että matkaviestimen siirtyessä tuki-10 aseman alueelta, jossa se on yhteydessä tukiasemaan taajuudella f1f toistimen alueelle esim. kuviossa 2, se mittaa toistimen lähetteen f3 signaalivoimak-kuuden suuremmaksi kuin tukiaseman lähetteen. Se signaloi tiedon mittaus-raportissaan tukiaseman kautta tukiaseman ohjaimelle. Tukiaseman ohjain komentaa matkaviestimen siirtymään taajuudelle f3 mutta jatkaa itse liiken-15 nöintiä toistinasemalle taajuudella f2. Taajuusmuunnoksen suorittaa toistin. Handoverissa tukiaseman ohjaimen täytyy osata tehdä vastaava taajuus-risti-kytkentä f2 f3 niin että se tietää taajuutta f3 vastaavan linkkitaajuuden f2.

Solukkoverkoissa käytettyä taajuushyppelyä voidaan soveltaa myös toistimen alueella tai useampia toistimia käsittävän toistinryhmän alueella. 20 Tällöin toistimeen täytyy asentaa useampia RF-toistimia, jotka toimivat eri taajuuksilla. Tukiasema “kuulee” tällöin verkkosuunnittelussa sille asetetut taajuudet, esim. kuviossa 7 esitetyt taajuudet, f4 ja f5. Toistimen ja matkaviestimen välillä käytetään kuitenkin taajuuksia f3, f6 ja f7. Taajuushyppelyssä matkaviestimen ja toistimen välillä muutetaan yhteyden aikana taajuutta. Tukiaseman ja 25 toistimen välillä käytettävä taajuus voi pysyä samana tai sitä voidaan vaihtaa jokaisen taajuushypyn aikana. Jälkimmäinen tapa lienee helpompi toteuttaa, sillä se ei vaadi erityisiä muutoksia nykyiseen järjestelmään: verkko komentaa tukiasemaa vaihtamaan taajuutta taajuushyppelyalgoritmin mukaisesti ja toistin suorittaa automaattisesti taajuusmuunnoksen, jolloin matkaviestimen ja toisti-30 men välillä käytetty taajuus muuttuu vastaavasti. Taajuusmuunnokset voivat olla esim. f2 o f3, f4 <-> f5 ja f5 <-» f7. GSM-järjestelmässä on Mobile Allocation -taulukkoa päivitettävä vastaavasti ja sitä on käsiteltävä liikennöin kuluessa sopivasti.

Toistimessa voidaan käyttää vain yhtä taajuutta. Jos käytetään kana-35 vahyppelyä, jolloin on lisättävä RF-toistinyksiköitä, kasvaa käytettävissä olevi-·; en taajuuksien määrä ja samalla kasvaa toistimen alueen liikennekapasiteetti.

10 103467

Kaikissa edellä kuvatuissa tapauksissa voidaan käyttää normaalia solukkoverkon ajoitusennakkoproseduuria. Tukiasema tai oikeammin tukiaseman ohjain mittaa lähettämiensä ja vastaanottamiensa purskeiden välisen aikaeron perusteella matkaviestimen etäisyyttä ja ilmoittaa matkaviestimelle 5 ajoitusennakkoarvon TA (Timing Advance), jonka verran matkaviestimen on aikaistettava lähetystään. Jos toistinta käytetään solun katvealueen peittämiseen, ei tukiasema havaitse mitenkään, että signaali on jossain vaiheessa kulkenut toistimen kautta. Jos toistinta käytetään solun laajentamiseen yli 35 kilometriseksi, kuviot 2 ja 3, voidaan tulla tilanteeseen, että lähetystä on ai-10 kaistettava niin paljon, että kehyksestä voidaan käyttää vain joka toista aikaväliä tai käytetään viivästettyä vastaanottoa kuten on esitetty patenttihakemuksessa FI-933091.

Edellä on kuvattu toistimen käyttöä solun laajentamiseen sekä solun katvealueiden peittämiseen. Nykyisessä solukkojärjestelmässä verkolla 15 on aina tieto siitä, mikä solu on kyseessä solun alueella olevan matkaviestimen ollessa puhelun toinen osapuoli. Tieto löytyy puhelun jälkeen syntyneestä tilaajatietueesta ja on tärkeä laskutuksessa haluttaessa tunnistaa, minkä solun alueelta puhelu on otettu. Radiotiellä tukiasema voidaan tunnistaa yhdistelmästä BCCH signaalin taajuus + värikoodi BCC (Base Station 20 Colour Code), joka määrittelee yhteislähetyskanavilla käytetyn opetusjakson. Värikoodia toistin ei siis voi muuttaa, joten haluttaessa yksilöidä toistinsolu on sen ja tukiaseman välillä käytettävä omaa kantoaaltoa. Tällöin tukiasema tietää, millä taajuudella kukin toistinasema toimii, jolloin sen alaisuudessa olevat tapahtuvat yhteydenotot voidaan ohjata oikealle liikennekanavalle. 25 Toistimia ei kuitenkaan pystytä ilman niiden omaa BCCH-kantoaaltoa tunnistamaan, koska nykyinen verkko ei sisällä mitään elementtejä, joilla voitaisiin tunnistaa matkaviestimen ja tukiaseman välisellä radiotiellä oleva ylimääräinen toistin.

Tämän keksinnön toisen ominaispiirteen mukaisesti toistinasema 30 sen lisäksi, että se suorittaa taajuusmuunnoksen, ilmoittaa lähetteessään tukiaseman suuntaan myös toistinaseman identifioivan koodin. Se ilmoittaa tämän tiedon random access -aikavälissä välittämässään matkaviestimen pääsypurskeessa. Toistimeen lisätään siksi sen vuoksi sen verran älykkyyttä, että se osaa synkronoitua tukiaseman lähetykseen, tunnistaa siitä eri aika-35 välit ja osaa tämän jälkeen laskea milloin on yläsuunnan random access -aikaväli TN=0. Kun se on selvillä, aina kun toistin tunnistaa tänä aikavälinä H 103467 matkaviestimeltä tulevan pääsypurskeen, se lisää oman tunnistepurskeensa ja välittää sitten molemmat purskeet random access -aikavälissä eteenpäin tukiasemalle. Solukkojärjestelmälle on tyypillistä, että pääsypurske on aivan random access -aikavälin alussa ja sen vuoksi toistin lisää oman tunniste-5 koodin sisältävän purskeensa random access -aikavälin loppuun. Toistimen on siten tiedettävä sille tyypillinen ajoitus, joka voidaan asettaa vakioksi kun tiedetään toistimen etäisyys tukiasemasta. Koodi on valittava sellaiseksi, ettei sen ja varsinaisen pääsypurskeen ajautuminen päällekkäin aikavälissä aiheuta verkon puolella virheellistä tunnistusta.

10 Tukiasemaan järjestetään välineet toistimen lisäämän purskeen de- koodaamiseksi ja koodin tunnistamiseksi sekä koodin lähettämiseksi tukiaseman ohjaimelle. Tukiaseman ohjaimeen on järjestetty välineet toistimien käsittelemiseksi loogisesti eri tukiasemina, joiden kanavaresurssit ovat kuitenkin yhteiset.

15 Kuviossa 8 on esitetty random access -aikavälillä käytettäviä purs- keita. Aloitustilanteessa kun matkaviestin on synkronoitunut verkkoon, on synkronoinnissa ajoituvirhe ΔΤ, joka sama kuin signaalin kulkuaika tukiasemalta matkaviestimelle. Kun MS lähettää pääsypurskeen a access-aikavälin alussa (aikaväli on vinoviivoituksen välissä), se saapuu toistimelle R, joka vä-20 littää sen edelleen purskeena a’ tukiasemalle BTS, jonka vastaanottoaikaväliin (vinoviivoituksen välissä) se saapuu viiveellä 2 x. ΔΤ Tukiaseman vastaanottama pääsypurske on kuvattu purskeena a”. Tämä on tunnettua asia. Kun toistin R tunnistaa saapuneen pääsypurskeen a, se lisää sen perään tunniste-. koodin sisältävän purskeensa b ja lähettää ne saman tien tukiasemalle MS.

25 Tuloksena tukiasema vastaanottaa pääsypurskeen aikavälin alussa matkaviestimen pääsypurskeen a" ja aikavälin lopussa toistinaseman tunnisteen sisältävän purskeen b'. Purskeiden koodit ovat valittu sellaiseksi, ettei niiden mahdollinen ajautuminen päällekkäin aiheuta virhetulkintoja. Tunnistekoodin bittikuvio voi olla jokin sopiva opetusjaksotyyppinen sekvenssi. Kahdeksan eri 30 tyyppistä kuviota on riittävä.

Tukiasema välittää purskeiden sisältämät tiedot tukiaseman ohjaimelle, joka sitten selvittää kanavien vapaa/varattu tiedot ja allokoi matkaviestimelle liikennekanavan. Verkolla on nyt tiedossa minkä toistimen alueelta puhelu on otettu, joten se voi signaloida matkaviestimelle tiedot käytössä ole-35 vasta liikennekanavasta kyseisessä toistinsolussa. Verkko voi käyttää tätä tie-·; toa myös laskutustarkoituksiin.

12 103467

Toistimia voidaan kasata ryhmiksi yhteen tukiasemaan liittyväksi, jolloin jokaisen toistimen ollessa tunnistettavissa voidaan täysimääräisesti käyttää hyväksi tukiaseman yhteisiä resursseja. Kuviossa 9 muodostavat toistimet R1 ja R2 tällaisen toistinryhmän. Toistinryhmän tehokkuutta voidaan edelleen 5 parantaa siten, että tehdään mahdolliseksi suorittaa toistimesta, esim. R1, toiseen toistimeen, esim. R2, tapahtuva handover varsinaisessa tukiasemassa BTS takaisin samaan aikaväliin, jota käytettiin yhteyden aikana vanhan toistin-aseman R1 kanssa. Tämä edellyttää, että tukiasemassa voidaan liikennekäy-tössä oleva kanava aktivoida samanaikaisesti valmiiksi vastaanottamaan 10 handover-purskeita. Tällöin toistinryhmän sisällä voidaan siirtyä toistimesta toiseen vaikka käytettävissä ei olisi yhtään vapaata aikaväliä.

Tätä ajatusta on havainnollistettu kuviossa 10a,..,10d, jossa esitetään tukiaseman aikavälejä, kuvio 10a, toistimen R1 aikavälejä kuvio 10b, toistimen R2 aikavälejä, kuvio 10c sekä matkaviestimen aikavälejä, kuvio 10d. Aikavälit 15 voivat olla lähetys- tai vastaanottoaikavälejä. Matkaviestimen ollessa yhteydessä tukiasemaan toistimen R1 kautta muodostuu yhteys nuolista A ja B, jossa nuoli A kuvaa yhteyttä matkaviestimen MS ja toistimen R1 välillä taajuudella f2 ja nuoli B kuvaa yhteyttä toistimen ja tukiaseman välillä taajuudella f,. Yhteydet tapahtuvat aikavälissä N. Oletetaan, että tukiasemalla on käytettävissä ky-20 seisellä hetkellä yksi ainoa vapaa aikaväli N+2. Tukiasema voisi allokoida tämän aikavälin handoverissa toistimelta R1 toistimelle R2, jolloin yhteys muodostuisi aikavälissä N+2 kuten nuolet C ja D esittävät. Mutta jos näin tehtäisiin, vapautuisi tukiaseman kehyksessä aikaväli N. Nyt tehdäänkin keksinnön mukaisesti siten, että pidetään tukiaseman aikaväli samana kuin ennen hand-25 overia ja komennetaan matkaviestin siirtymään uudelle taajuudelle eli toistimen R2 taajuudelle mutta käyttämään edelleen samaa aikaväliä N. Yhteys muodostuu tällöin nuolien E ja F mukaisesti. Tämä on mahdollista koska tukiaseman kanavasta so. taajuus-aikaväli -parista vapautuu taajuus, jolloin taajuudeksi voidaan valita toistimen R2 suuntaan käytettävä taajuus. Tämän me-30 nettelyn suurena etuna on se, että kiinteän verkon puolella ts. matkapuhelinkeskuksen ja tukiaseman välillä ei tarvitse tehdä uusia kytkentöjä, koska kanava (= PCM-aikaväli) säilyy samana.

Patenttivaatimuksissa määritellyn suojapiirin puitteissa toistinjärjes-tely voidaan toteuttaa monella eri tavalla.

Claims (10)

13 103467

1. Aikajakoinen monikäyttöinen (TDMA) solukkorakenteinen matkapuhelinjärjestelmä, jossa matkaviestimen ja tukiaseman välinen radiorajapinta muodostuu useita aikavälejä käsittävistä liikennekehyksistä, joissa yläsuunnan 5 kehyksen yhdessä aikavälissä matkaviestimet voivat lähettää pääsypurskees-sa verkkoon pyynnön saada radioyhteys liikennöintiä varten, tunnettu siitä, että järjestelmään kuuluu toistin, jonka kautta tukiaseman ja matkaviestimen välinen radioyhteys voi kulkea, 10 toistin sisältää välineet tukiaseman käyttämän kantoaaltotaajuuden muuttamiseksi matkaviestimen käyttämäksi kantoaaltotaajuudeksi ja välineet matkaviestimen käyttämän kantoaaltotaajuuden muuttamiseksi tukiaseman käyttämäksi kantoaaltotaajuudeksi, ja toistin sisältää välineet radiorajapinnan yläsuunnan aikavälin löytämi- 15 seksi, jona matkaviestimet voivat lähettää pääsypurskeen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen matkapuhelinjärjestelmä, tunnettu siitä, että siinä yläsuunnan kehyksen aikavälissä, jossa matkaviestin lähettää pääsypurskeensa, lisää toistin ylimääräisen purskeen, joka sisältää toistimen yksilöivän tunnisteen.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen matkapuhelinjärjestelmä, tunnettu siitä, että toistin lähettää ylimääräisen purskeen pääsypurskeen jälkeen, jolloin ylimääräinen purske saapuu tukiasemalle aikavälin lopussa.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen matkapuhelinjärjestelmä, tunnettu siitä, että toistin on sijoitettu solun reunalle, jolloin toistin laajen- 25 taa etäisyyttä, jolta matkaviestin kykenee olemaan yhteydessä tukiasemaan.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen matkapuhelinjärjestelmä, tunnettu siitä, että tukiaseman ollessa toistimen kautta yhteydessä matkaviestimeen on tukiaseman vastaanottoliikennekehys viivästetty verrattuna liikennekehykseen, jota se käyttää ollessa suorassa yhteydessä matka- 30 viestimeen.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen matkapuhelinjärjestelmä, tunnettu siitä, että toistin on sijoitettu solun sisälle, jolloin se kattaa katvealueen, jolta suoraa radioyhteyttä tukiaseman ja matkaviestimen välillä ei voida aikaansaada. 14 103467

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen matkapuhelinjärjestelmä, tunnettu siitä, että useasta toistimesta on muodostettu toistinryhmä, jonka jokainen toistin on yhteydessä samaan tukiasemaan käyttäen yhteisiä kanava-resursseja.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen matkapuhelinjärjestelmä, tunnettu siitä, että handoverissa verkko komentaa matkaviestintä vaihtamaan kantoaaltotaajuutta mutta säilyttää ennallaan tukiaseman käyttämän kantoaaltotaajuuden.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen matkapuhelinjärjestelmä, 10 tunnettu siitä, että suoritettaessa handover tukiasemaan liittyvästä toistimesta toiseen pysyy tukiaseman käyttämä aikaväli ja siten matkaviestimen käyttämä aikaväli muuttumattomia.

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen matkapuhelinjärjestelmä, tunnettu siitä, että suoritettaessa handover tukiaseman ja siihen liittyvän 15 toistimen välillä pysyy tukiaseman käyttämä aikaväli ja siten matkaviestimen käyttämä aikaväli muuttumattomia. is 103467