FI104023B - Tiedonsiirtomenetelmä ja -järjestelmä - Google Patents

Description

104023

Tiedonsiirtomenetelmä ja - järjestelmä

Keksinnön ala

Keksinnön kohteena on tiedonsiirtomenetelmä langattomassa tietoliikennejärjestelmässä, jossa käyttäjän signaalit siirretään annetussa kanavas-5 sa, ja jolle järjestelmälle on määritelty maksimiviive, ja jossa menetelmässä siirrettäville signaaleille suoritetaan peräkkäisesti ulompi koodaus ja sisempi koodaus, ja jossa ulomman koodauksen jälkeen signaalille suoritetaan ensimmäinen lomittelu, jonka lomittelupituus valitaan järjestelmälle määritellyn mak-simiviiveen puitteissa.

10 Keksinnön tausta

Tietoliikenneyhteyksissä signaalien välittämiseen käytetty siirtotie aiheuttaa tunnetusti häiriöitä tietoliikenteelle. Tätä tapahtuu riippumatta siirtotien fyysisestä muodosta, olipa siirtotie esimerkiksi radioyhteys, valokuitu tai kuparikaapeli.

15 Siirtotien aiheuttamien häiriöiden ja niiden vaikutusten pienentämi seksi digitaalinen signaali koodataan, jotta siirtoyhteys saataisiin luotettavammaksi. Tyypillinen solukkoradiosovellutuksissa käytetty koodausmenetelmä on konvoluutiokoodaus, joka sopii hyvin häipyvään kanavaan. Tyypillisessä tukiaseman ja liikkuvan aseman välisessä radiokanavassa virheet esiintyvät purs-20 keissa, eli ne eivät ole aikatasossa tasaisesti jakaantuneita. Tämän vuoksi so-lukkoradiojärjestelmissä käytetään lomitusta, jolla pyritään muuttamaan kanavan aiheuttamat purskeiset virheet erillisiksi toisistaan riippumattomiksi virheik-si. Esimerkiksi CDMA-järjestelmissä käytetyssä tunnetussa lomitusmenetel-mässä koodatut binäärisymbolit ryhmitellään lohkoiksi, joissa bittien järjestystä 25 vaihdetaan ennen lähetystä. Tätä menetelmää voidaan kutsua bittilomituksek-si.

Perinteisesti langattomia tiedonsiirtojärjestelmiä on käytetty vain puheen siirtoon. Erilaisten välitettävien palveluiden määrän kasvaminen tarkoit-ψ '· taa erityisesti langattomissa järjestelmissä sitä, että järjestelmän on kyettävä 30 siirtämään radiotien yli eri kapasiteetin omaavia signaaleja, kuten esimerkiksi „ puhetta datanopeudella 8 kbit/s ja dataa nopeudella 64kbit/s. Tiedonsiirtojär jestelmän tulisi siis kyetä tehokkaasti toimimaan ympäristössä, jossa välitetään monen eri datanopeuden, laatutason ja palvelutyypin lähetyksiä. Eri tyyppiset palvelut sietävät eri pituisia viiveitä, ja järjestelmälle asetetaankin kutakin pal 2 104023 velua vastaavat sallitut maksimiviiveet, joiden puitteissa esimerkiksi lomittelu-kin on suoritettava.

Erityisesti suuren datanopeuden käsittävien signaaleiden välittämiseksi on kehitetty koodausmenetelmiä, joissa suoritetaan kaksi peräkkäistä 5 koodausta, ensin ns. ulompi koodaus, ja seuraavaksi ns. sisempi koodaus. Tyypillisenä ulompana koodauksena voi olla esimerkiksi Reed-Solomon koodaus, jonka jälkeen signaali on yleensä muodostettu kehysrakenteiseksi ja tyypillisenä sisempänä koodauksena jokin konvoluutiokoodaus. Tämän menetelmän yhteydessä on aiemmin mainituista syistä käytetty lomittelua. Lo-10 mittelu on suoritettu siten, että ulomman koodauksen jälkeen suoritetun lomit-telun lomittelupituus on valittu järjestelmän maksimiviiveen perusteella. Sisemmän koodauksen jälkeisen lomittelun lomittelupituuden on määrännyt kehysrakenteen pituus. Tällä on pyritty järjestelmän viiveen minimointiin.

Ongelmana yllä kuvatussa järjestelyssä on se, ettei lomittelun tuo-15 maa etua voida käyttää täysimääräisesti hyväksi, koska lomittelun lomittelupituuden on määrännyt kehysrakenteen pituus, joka tyypillisesti on oleellisesti lyhyempi kuin järjestelmän maksimiviive.

Keksinnön lyhyt selostus

Keksinnön tavoitteena on siten kehittää menetelmä ja järjestelmä 20 siten, että yllä mainittu ongelma saadaan ratkaistua. Tämä saavutetaan johdannossa esitetyn tyyppisellä menetelmällä, jolle on tunnusomaista, että sisemmän koodauksen jälkeen signaalille suoritetaan toinen lomittelu, jonka lomittelupituus on oleellisesti yhtä pitkä kuin ensimmäisen lomittelun lomittelupituus.

• · 25 Keksinnön kohteena on myös tiedonsiirtojärjestelmä, jossa käyttä jän signaalit siirretään langattomasi annetussa kanavassa, ja jolle järjestelmälle on määritelty maksimiviive, ja joka järjestelmä käsittää välineet suorittaa siirrettäville signaaleille lähetyspäässä peräkkäisesti ulompi koodaus ja sisempi koodaus, välineet suorittaa ulomman koodauksen jälkeen signaalille ensim-30 mäinen lomittelu, jonka lomittelupituus valitaan järjestelmälle määritellyn maksimiviiveen puitteissa. Keksinnön mukaiselle järjestelmälle on tunnusomaista, että järjestelmä käsittää välineet suorittaa sisemmän koodauksen jälkeen signaalille toinen lomittelu, jonka lomittelupituus on oleellisesti yhtä pitkä kuin ensimmäisen lomittelun lomittelupituus.

35 Keksinnön mukaisen menetelmällä ja järjestelmällä saavutetaan * useita etuja. Keksintö perustuu siihen, että sisemmän koodauksen jälkeisen 3 104023 lomittelun ei tarvitse olla sidottu järjestelmän kehysrakenteen pituuteen, vaan lomittelu voi olla yhtä pitkä kuin ulomman koodauksen jälkeinen lomittelu. Kek-’ sinnön mukaisessa ratkaisussa järjestelmän suorituskyky kasvaa parantuneen aikadiversiteetin ansiosta, mikä on tärkeää eritoten suurikapasiteettisten yhte-5 yksien ollessa kyseessä. Esimerkiksi jos järjestelmän maksimiviive on esimerkiksi 220 ms, ja järjestelmän kehyksen pituus 10 ms, on aiemmin ulomman koodauksen jälkeinen lomittelu suoritettu 100 ms lomittelupituudella ja sisemmän koodauksen jälkeinen lomittelu suoritettu 10 ms lomittelupituudella. Tällöin lomittelusta johtuvaksi kokonaisviiveeksi tulee 2*100 ms eli 200 ms, ja 10 muihin viiveisiin jää 20 ms. Keksinnön mukaisessa ratkaisussa molemmat lomittelu suoritetaan 100 ms lomittelupituudella, jolloin lomittelun aikadiversiteet-tiä voidaan hyödyntää merkittävästi enemmän. Vastoin tunnettua tekniikkaa keksinnön mukaisessa ratkaisussa järjestelmän kokonaisviive ei kasva, vaikka lomittelupituutta kasvatetaan.

15 Keksinnön eräs merkittävä etu on myös se, että järjestelmän koko- naisviivettä voidaan keksinnön mukaisella ratkaisulla pienentää suorituskyvyn huonontumatta.

Kuvioiden lyhyt selostus

Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yh-20 teydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joista: kuvio 1 esittää esimerkkiä jossa keksinnön mukaisesta tiedonsiirto-järjestelmästä, kuvio 2 havainnollistaa keksinnön mukaisen lähettimen erästä mah-: dollista rakennetta lohkokaavion avulla, 25 kuvio 3 havainnollistaa keksinnön mukaisen lähettimen toista mah dollista rakennetta lohkokaavion avulla.

Keksinnön yksityiskohtainen selostus

Kuviossa 1 havainnollistetaan erästä langatonta tiedonsiirtojärjes-., ’ telmää, eli osaa solukkoradiojärjestelmästä, jossa keksinnön mukaista mene- 30 telmää voidaan soveltaa. Järjestelmä käsittää tukiaseman 100, joka on kaksi-„ suuntaisessa yhteydessä 102- 106 tilaajapäätelaitteisiin 108-112. Esimerkki nä käytettävässä solukkoradiojärjestelmässä käytetään CDMA-monikäyttöjär-jestelmää, ja jatkossa keksintöä kuvataan CDMA-järjestelmässä sitä sovellettaessa siihen kuitenkaan mitenkään rajoittumatta, kuten alan ammattimiehelle * . 104023 4 on selvää. Keksinnön oleelliset piirteet ovat riippumattomia käytetystä monikäyttömenetelmästä.

Kuvion 1 esimerkkijärjestelmässä kullakin yhteydellä on tyypillisesti ' käytössä oma hajotuskoodinsa, jonka bittinopeus eli ns. chippinopeus on 5 oleellisesti suurempi kuin datanopeus, ja jolla lähetettävä informaatio on kerrottu ja täten hajoitettu leveälle taajuuskaistalle. Hajotuskoodin perusteella vastaanottimet kykenevät erottamaan halutun signaalin muiden samalla taajuuskaistalla lähetettyjen signaalien joukosta. Keksinnön mukaista ratkaisua lomittelun toteuttamiseksi voidaan hyödyntää sekä päätelaitteessa että tuki-10 asemassa.

Seuraavassa keksinnön mukaisen ratkaisun toimintaa havainnollistetaan kuvion 2 esittämän lohkokaavion avulla. Lohkokaaviossa on esitetty keksinnön mukaisen järjestelmän lähettimen yksinkertaistettu rakenne. Laitteesta on esitetty vain keksinnön kannalta olennaisia komponentteja. Lähe-15 tettävä signaali 200 tuodaan ulomman koodauksen suorittaville välineille 202.

Ulompana koodauksena voidaan edullisesti käyttää Reed-Solomon-tyyppistä koodausta, koska se soveltuu hyvin korjaamaan purskeisia virheitä. Koodattu signaali viedään ensimmäisille lomitteluvälineille 204, joissa signaalille suoritetaan ensimmäinen lomittelu, jonka lomittelupituus valitaan järjestelmälle määri-20 tellyn maksimiviiveen perusteella. Näin lomitettu signaali viedään edelleen sisemmän koodauksen suorittaville välineille 206, joissa voidaan edullisesti käyttää konvoluutiokoodausta. Koodausmenetelmällä ei esillä olevan keksinnön kannalta kuitenkaan ole merkitystä.

Sisemmän koodauksen jälkeen signaali viedään välineille 208, jois-25 sa suoritetaan toinen lomittelu, jonka lomittelupituus on oleellisesti yhtä pitkä kuin ensimmäisen lomittelun lomittelupituus. Lomittelu- ja koodausvälineet voidaan edullisesti toteuttaa signaali- tai yleisprosessoreilla tai erillisillä komponenteilla, kuten alan ammattimiehelle on selvää. Toisen lomittelun jälkeen signaali viedään modulaattorille 210, jossa signaalille suoritetaan tunnetun teknii-30 kan mukainen modulointi, ja mikäli kyseessä on hajaspektrijärjestelmä, ennen modulointia yhteydelle ominaisella hajotuskoodilla kertominen. Moduloitu signaali viedään radiotaajuusosien 212 kautta antennille 214.

Tarkastellaan seuraavaksi keksinnön mukaisen tiedonsiirtojärjestelmän lähettimen edullista rakennetta kuvion 3 esittämän lohkokaavion avulla.

35 Keksinnön mukainen lähetin käsittää siis joukon datalähetintä 356 - 360, joiden ulostulosignaaleilla 300 - 304 voi olla erilaiset laatutasovaatimukset ja 5 104023 datanopeudet, ja jotka datalähteet voivat tuottaa samanaikaisesti lähetettäviä signaaleita. Tyypillisiä kysymykseen tulevia datalähettimiä ovat esimerkiksi pu-' hekooderi, telefax, videokooderi tai jokin muu digitaalista informaatiota tuotta va lähde.

5 Keksinnön mukainen lähetin käsittää edelleen ensimmäiset välineet 306, 308 suorittaa ainakin joillekin lähetettäville signaaleille ulompi koodaus siten, että koodauksen ansiosta näin koodattujen signaaleiden laatutasovaati-mus on yhtä suuri kuin aktiivisten datalähteiden alin laatutasovaatimus. Täten kaikille lähetettäville signaaleille saadaan sama laatutasovaatimus. Käytettävä 10 koodaus voidaan suorittaa tunnetuilla tavoilla ja edullisesti voidaan käyttää Reed-Solomon-koodausmenetelmää. Lähetin käsittää edelleen ensimmäiset välineet 310, 312 koodattujen signaaleiden lomittamiseksi, eli muutella signaalin symboleiden sijaintia jonkin tunnetun algoritmin mukaisesti käyttäen järjestelmälle määritellyn maksimiviiveen perusteella valittua lomittelupituutta.

15 Kaikista datalähteistä saatavat signaalit 300, 316, 318, joilla siis on yhteinen laatutasovaatimus, viedään multiplekserille 314, jossa signaalit yhdistetään aikatasossa yhtä pitkiksi kehyksiksi, joiden kehyksien sisältämien bittien lukumäärä voi vaihdella kehys kehykseltä riippuen multiplekserin sisään-menoon tulevista signaaleista. Multiplekserin ulostulo on toiminnallisesti kyt-20 ketty toisille koodausvälineille 320, joissa signaalille 348 suoritetaan sisempi koodaus. Tämä kooderi 320 voi olla mikä tahansa haluttu kooderi, edullisessa toteutusmuodossa käytetään konvoluutiokooderia, jolla voidaan alentaa yhteistä laatuvaatimustasoa.

Näin koodattu signaali 350 viedään edelleen välineille 322, joissa : 25 lähetettäville kehyksille suoritetaan symbolien lukumäärän tasaus siten, että kussakin kehyksessä lähettävien symbolien pituus on yhtä suuri kuin tunnetun, symbolipituutta olennaisesti lyhyemmän aikajakson monikerta. CDMA-mene-telmää käytettäessä kyseessä voi olla hajotuskoodin bitin eli chipin pituuden monikerta.

30 Symbolien lukumäärän tasaus voidaan suorittaa joko symboleita ' toistamalla tai symboleita poistamalla, joista molemmat menetelmät voidaan toteuttaa signaalinkäsittelyn keinoin, kuten alan ammattimiehelle on hyvin selvää.

Keksinnön mukaisen järjestelmän lähetin käsittää edelleen välineet 35 334 yhdistää symbolitasattuihin lähetettäviin signaalikehyksiin 324 tiedon 326 kunkin kehyksen kehysrakenteesta, kuten bittinopeudesta. Sanottu tieto 326 9 . 104023 6 kehysrakenteesta viedään ensin koodausvälineille 332, joissa suoritetaan haluttu koodaus informaation suojaamiseksi siirtovirheitä vastaan, ja joka koodat- tu signaali viedään multiplekserille 334. Sanottu tieto voi käsittää esimerkiksi kyseisen kehyksen tai seuraavan lähetettävän kehyksen kehysrakenteen ku-5 vauksen. Näin yhdistetty signaali 352 viedään edelleen toisille lomitusvälineille 336. Lomitusvälineissä lomitus suoritetaan käyttäen oleellisesti samaa lomit-telupituutta kuin ensimmäisen lomittelun yhteydessä.

Lähetin voi käsittää multiplekserin 338, jossa lomitettuun signaaliin yhdistetään ylimääräistä .informaatiota, kuten tehonsäätötietoa 330 tai refe-10 renssisymboleita 328 koherenttia vastaanottoa varten. CDMA-lähettimen ollessa kyseessä yhdistetty signaali 340 viedään edelleen välineelle 342, jossa signaali kerrotaan yhteydelle ominaisella hajotuskoodilla, jolloin signaali leviää käytettävälle taajuuskaistalle. Näin kerrottu signaali viedään edelleen radio-taajuusosille, jossa signaali muunnetaan radiotaajuudelle ja vahvistetaan an-15 tennilla 346 lähetettäväksi.

Keksinnön mukaisen järjestelmän lähetin käsittää edelleen ohjaus-välineet 354, jotka ohjaavat edellä kuvattujen osien toimintaa, ja jotka välineet voidaan toteuttaa esimerkiksi mikroprosessorin tai kontrollilogiikan avulla.

Tarkastellaan vielä järjestelmän kokonaisviiveen pienentämistä kek-20 sinnön mukaisen menetelmän avulla. Koska sisemmän koodauksen jälkeisen lomittelun lomittelupituutta ts voidaan keksinnön mukaisesti kasvattaa yhtä pitkäksi kuin ulomman koodauksen jälkeisen lomittelun lomittelupituus tu, voidaan tätä lomittelupituutta tu lyhentää suorituskyvyn huonontumatta verrattuna tunnetun tekniikan mukaisiin ratkaisuihin. Käyttäen aiemmin mainittuja numeerisia • « : 25 arvoja esimerkkinä oletetaan, että aiemmin tw = 100 ms ja ts = 10 ms, ja lomit- telusta johtuva kokonaisviive täten 200 ms. Keksinnön mukaisessa ratkaisussa tu ja ts voidaan valita yhtäsuuriksi, esimerkiksi siten, että molemmat saavat arvon tu = ts = 80 ms. Tällöin lomittelusta johtuva kokonaisviive saa täten arvon 160 ms. Tässä mainitut numeeriset arvot ovat vain esimerkin vuoksi. Käytän-30 nön ratkaisuissa arvot valitaan järjestelmäparametrien perusteella.

Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten oheisten piirustusten mukaiseen esimerkkiin, on selvää, ettei keksintö ole rajoittunut siihen, vaan sitä voidaan muunnella monin tavoin oheisten patenttivaatimusten esittämän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

Claims (5)

7 104023

1. Tiedonsiirtomenetelmä langattomassa tietoliikennejärjestelmässä, jossa käyttäjän signaalit siirretään annetussa kanavassa, ja jolle järjestel- : mälle on määritelty maksimiviive, ja jossa menetelmässä siirrettäville signaa- 5 leille suoritetaan peräkkäisesti ulompi koodaus ja sisempi koodaus, ja jossa ulomman koodauksen jälkeen signaalille suoritetaan ensimmäinen lomittelu, jonka lomittelupituus valitaan järjestelmälle määritellyn maksimiviiveen puitteissa, tunnettu siitä, että^sisemmän koodauksen jälkeen signaalille suoritetaan toinen lomittelu, jonka lomittelupituus on oleellisesti yhtä pitkä kuin ensim-10 mäisen lomittelun lomittelupituus.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lähetettävät signaali koostuvat usean laatutason ja datanopeuden signaaleista.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 15 että ulompi koodaus suoritetaan siten, että kaikilla lähetettävillä signaaleilla on yhteinen laatutaso, ja että näin saadut saman laatutason omaavat signaalit yhdistetään annetun mittaisiksi kehyksiksi, ja että yhdistetylle signaalille suoritetaan sisempi koodaus, ja että 20 lähetettävissä kehyksissä toistetaan tai poistetaan tarvittaessa joi takin symboleita siten, että kunkin kehyksen sisältämien symboleiden pituus on tunnetun, symbolipituutta olennaisesti pienemmän aikajakson monikerta.

4. Tiedonsiirtojärjestelmä, jossa käyttäjän signaalit siirretään langat-tomasti annetussa kanavassa, ja jolle järjestelmälle on määritelty maksimivii- 25 ve, ja joka järjestelmä käsittää välineet (306, 308, 320) suorittaa siirrettäville signaaleille lähetyspäässä peräkkäisesti ulompi koodaus ja sisempi koodaus, välineet (310, 312) suorittaa ulomman koodauksen jälkeen signaalille ensimmäinen lomittelu, jonka lomittelupituus valitaan järjestelmälle määritellyn maksimiviiveen puitteissa, tunnettu siitä, että järjestelmä käsittää välineet ? \ 30 (336) suorittaa sisemmän koodauksen jälkeen signaalille toinen lomittelu, jon ka lomittelupituus on oleellisesti yhtä pitkä kuin ensimmäisen lomittelun lomit-* telupituus.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että järjestelmä käsittää välineet (306, 308) suorittaa ulompi koodaus siten, 35 että kaikilla lähetettävillä signaaleilla on yhteinen laatutaso, 8 104023 välineet (314) yhdistää lähetettävät signaalit kehyksiksi, joilla on annettu pituus, välineet (320) suorittaa lähetettäville kehyksille sisempi koodaus ja r välineet (322) toistaa tai poistaa tarvittaessa kussakin kehyksessä 5 joitain symboleita siten, että kunkin kehyksen symboleiden pituus on yhtäsuuri kuin tunnetun, symbolipituutta olennaisesti pienemmän aikajakson monikerta. • · | 9 104023