SE517244C2 - Metod och anordning i ett telekommunikationssystem - Google Patents

Description

517' 244 2 Den föredragna metoden att schemalägga upplänken är att använda USF:en, vilken bifogas användardata i datablocken i nedlänken.

En mobil station tilldelas sin USF i samband med att denna (mobila station) ges en radioresurs och tillåts sända ett datablock i upplänken under en följande tidlucka om den (mobila stationen) detekterar sin USF i motsvarande datablock i nedlänken. Denna metod kallas dynamisk tilldelning. En annan metod för att schemalägga upplänken är att använda ett helt datablock i nedlänken, det vill säga nätet svarar den mobila stationen med ett bitschema som talar om vilka tidluckor och ramar som nämnda mobila station skall använda sig av, då nämnda mobila station signalerar förfrågan om kanaltilldelning för upplänken. Bitschemat sänds till den mobila stationen i ett datablock tillägnat den mobila stationen. Denna metod kallas fast tilldelning. I GPRS/EGPRS utförs all schemaläggning av benämnd “PCU” (Packet Control Unit). Schemaläggaren kan till exempel vara placerad i det datapaket av en schemaläggare, mobila nätets abonnentväxel, i en basstations styrenhet eller sändar- och mottagarenhet.

Anpassningsbara antenner, här definierade till antennsystem i LK gfäg att ändra (anpassa) sin karakteristik efter förändringar i Det kanske viktigaste kännetecknet för ett anpassningsbart antennsystem är nätet, har ett flertal intressanta egenskaper. att basstationen kan detektera i vilken riktning en sändande mobil station befinner sig och att basstationen har utrustning för att kunna sända information i en antennstråle riktad mot en specifik mobil station. En antennstråle definieras som en godtycklig signalsändning vilken avsiktligen täcker endast en del av en cell, där ordet cell definieras såsom basstationens totala täckningsomràde. Detta innebär att signalen i nedlänken ej sänds i hela cellen vilket resulterar i mindre störning i systemet.

Det har visat sig att anpassningsbara antenner ökar signal- till brusförhållandet, C/I, med så mycket som 6dB jämfört med vanliga system som använder sektorantenner. Eftersom störningsnivån är lägre kan kanalerna återvinnas mer effektivt, och således kan det vill säga de kan (åter)användas oftare, lO 'B17 244 3 nätverkets kapacitet ökas. Om kanalåtervinningsmönstret lämnas orört ökar signal- till brusförhållandet, C/I, för kommunikationslänkarna. Således kan den minskade störningsnivån användas antingen till att höja antalet användare i systemet eller för att höja kommunikationslänkarnas kvalité (förbättrat C/I).

Kommunikationslänkarnas förbättrade signal- till (C/I) avsevärt förhöjd (data)genomströmning i ett system vilket tillhandahåller GPRS/EGPRS-trafik. Detta har främst med länkanpassning att göra, brusförhàllande kan i sin tur användas till att ge en som omvandlar förbättringar hos I EGPRS vilka tillhandahåller nio olika kommunikationslänken till förhöjd genomströmning. används två modulationsmetoder, kodnings- och moduleringsscheman, för att säkerställa maximal genomströmning vid viss given kommunikationslänkskvalité, C/I.

Mängden användardata per utsänt datablock varierar med kommunikationslänkens kvalité. En kommunikationslänk med hög kvalité kan användas för en högre dataöverföringshastighet antingen genom en högre modulation eller genom att i mindre utsträckning använda felrättande kodning. Det är således uppenbart att det finns en stor potential i användandet av anpassningsbara antenner i system vilka tillhandahåller GPRS/EGPRS-trafik.

Det föreligger dock ett problem vad gäller att associera data mottaget på upplänken med den mobila stationen som sänt nämnda data. Generellt sett används data på upplänken för att skatta formen och/eller riktningen för sändningen i nedlänken avseende den önskade mobila stationen. Detta innebär att en i nedlänken anpassningsbar antenn måste hålla samtliga mobila stationer vilka befinner sig i sändningstillstånd under uppsikt. Med sändningstillstånd menas att de har tilldelade radioresurser samt data att sända. Problemet är att basstationen inte vet vilka datablock i upplänken som motsvarar vilka datablock i nedlänken, eftersom denna information finns i schemaläggaren.

Detta problem uppstår inte då trafiken överförs kretskopplat då ju ett fast förhållande alltid råder mellan tidluckor i upp- och nedlänken i detta fall. Detta problem uppstår inte heller 51 1 244 4 då sektorantenner används eftersom sektorantenner inte anpassar sig till/efter olika mobila stationer.

Mer specifikt uppstår problemet då basstationen använder ett anpassningsbart antennsystem under det att två mobila stationer vilka ej befinner sig pà samma geografiska plats tilldelats I detta fall behöver basstationen veta när (paket) för att kunna styra sändningen i nedlänken till rätt mobil station. samma radioresurs. de olika mobila stationerna sänder datablock Denna information rörande sändningsschemat är ej känd av basstationens sändar- och mottagarenhet eftersom det vill säga PCU:n i GPRS/EGPRS, schemaläggaren, styr all schemaläggning.

En metod för att på ett oberoende sätt länka information mellan logiska kanaler finns beskriven i det Svenska patentdokumentet SE 509 776. Lösningen består i att förse basstationen med en databas innehållande abonnentinformation. Ett nyckelfält eller en abonnentidentitet används för att hämta fram och uppdatera rätt information. Rätt information fås fram ur databasen genom att mottaget data avkodas och den sändande mobilens identitet kontrolleras. Informationen i databasen används främst då det föreligger ett behov av att byta trafikkanaler, till exempel under “hand over” (byte av basstation).

Lösningen enligt SE 509 776 har den nackdelen att mottaget data måste avkodas för att få tillgång till korrekt del av databasen.

Det föreligger således ett behov av att tillhandahålla en effektiv metod för att fastställa identiteten hos ett datablock sänt som ett paket i upplänken och att associera sändningen i nedlänken till korrekt mobil station vid användandet av anpassningsbara antenner.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Föreliggande uppfinning tillhandahåller en lösning på problemet rörande hur ett datapaket i upplänken skall associeras med den sändande mobila stationen så att sändningen i nedlänken kan 517244 riktas till korrekt mobil station vid användandet av anpassningsbara antenner.

En målsättning med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en flexibel och effektiv lösning vid användandet av anpassningsbara antenner i paketkopplade datasystem.

En annan målsättning med föreliggande uppfinning är att minska fördröjningen och nödvändig signalering då ett datapaket i upplänken skall associeras med den sändande mobila stationen.

Ovan nämnda målsättningar uppnås huvudsakligen genom att låta schemaläggaren signalera information rörande sändningsschemat för upp- och nedlänken till, beroende av vald strategi, strålvalsalgoritmen alternativt algoritmen som skattar mottaget datas infallsriktning, “DOA~algoritmen”, (Direction Of Arrival), och omkopplingskontakten för val av stråle eller styralgoritmen för strålens form, samt genom att specificera en strålvalsalgoritm eller DOA-algoritm för varje mobil station i stället för varje tidlucka. Den mottagna informationen, det vill säga riktningen till den sändande mobila stationen, mjuka värden etc., lagras i en minnesdel rörande ett visst fysiskt sammanhang specifikt för varje mobil station.

I en första utföringsform av uppfinningen inbegriper strålvalsalgoritmen eller DOA-algoritmen en tidsfiltrerande funktion, det vill säga historisk och ny aktuell information avseende sändningar i upplänken används för att beräkna den bästa strålen. Detta innebär att strålvalsalgoritmen eller DOA- algoritmen behöver information från minnesdelen rörande ett visst fysiskt sammanhang för att beräkna den nya bästa stràlen.

I en andra utföringsform av uppfinningen används informationen om strålen i vilken den mobila stationen befinner sig för att optimera tilldelningen av resurser och schemaläggningen. Detta innebär att information rörande den valda strålen från strålvalsalgoritmen eller DOA-algoritmen måste signaleras till schemaläggaren.

I en tredje utföringsform av uppfinningen används ramar som ej mottagits helt korrekt tillsammans med återsända ramar, det S17 244 6 vill säga mjuka värden rörande mottaget data kombineras i syfte att erhålla en god skattning av mottaget data. Detta kallas (fri övers. incremental “inkrementell redundans” från eng. redundancy, övers. anm.) och kräver att information rörande sändningsschemat signaleras från schemaläggàren till basstationens sändar- och mottagarenhet så att data härrörande från samma mobila station adderas.

Uppfinningens utföringsformer kan företrädesvis realiseras medelst programkodsegment, vilka till exempel kan lagras i någon godtycklig relevant nod i det mobila i en basstations kommunikationssystemet, såsom i en basstation, styrenhet, i det mobila nätets abonnentväxel, i en styrenhet för datapaket etc..

Genom att använda den föreslagna lösningen är det möjligt att använda anpassningsbara antenner i paketkopplade datasystem vilka till exempel tillhandahåller GPRS/EGPRS-trafik.

Kombinationen av länkanpassningen i GPRS/EGPRS och vinsten i signal- till brusförhållandet härrörande från användandet av anpassningsbara antenner ger en tydlig prestandaförbättring för systemet.

Fastän uppfinningen har beskrivits summariskt ovan är det metoden och anordningen enligt de oberoende patentkraven 1, 7 och 9 som definierar uppfinningens omfång och andemening. Ett antal utföringsformer för uppfinningen definieras vidare av de beroende patentkraven 2-6, 8 och 10-13.

KORT RITNINGSBESKRIVNING Dessa uppfinningens målsättningar och fördelar blir mer uppenbara och tydliga genom följande detaljerade beskrivning med tillhörande figurer, vilka har referensnummer för motsvarande delar, och där: Figur 1 illustrerar problemet med att associera datapaket på upplänken med den mobila station som sänt nämnda datapaket då de mobila stationerna befinner sig på geografiskt skilda platser. l5 ns11~244 7 Figur 2 visar ett antenndiagram med fast riktade strålar och en sektorantenn.

Figur 3 visar RLC/MAC-blockets struktur i GPRS.

Figur 4A visar signaleringslänken mellan PCU:n och BTS:n, då PCU:n är förlagd till en BSC.

Figur 4B visar signaleringslänken mellan PCU:n och TRX:er (sändar- och mottagarenheter), då PCU:n är förlagd till en BTS.

Figur 5 illustrerar hur information på upplänken länkas till korrekt minnesdel rörande ett visst fysiskt sammanhang.

Figur 6 illustrerar hur informationen på nedlänken länkas från minnesdelen rörande ett visst fysiskt sammanhang till en strålomkopplare.

BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER Föreliggande uppfinning beskriver en metod och ett system för att associera datapaket på upplänken med korrekt sändande mobil station då de mobila stationerna A och B befinner sig på geografiskt skilda platser och är tilldelade samma radioresurs såsom visas i fig. l. Basstationen måste veta när olika mobila stationer sänder och tar emot datapaket för att kunna styra sändningen i nedlänken till korrekt mobil station. Denna information finns ej i basstationen eftersom all schemaläggning av sändning av datpaket sker i en schemaläggare.

Lösningar med anpassningsbara antenner i syfte att öka systemets kapacitet består i att de konventionella sektorantennerna ersätts av en eller flera antennuppställningar. Den grundläggande principen är att rikta smala antennstrålar från basstationen mot en önskad mobil station i stället för att sända informationen i hela sektorn.

Strategier för att sända i nedlänken kan delas upp i två huvudklasser; antingen kan strålen styras direkt mot aktuell mobil station eller kan en stråle utväljas från en uppsättning strålar med fast riktning. Lämpligt vald eller styrd stråle beror av information erhållen på upplänken, det vill säga 517"244 8 mottaget datas infallsriktning, DOA. DOA kan vara en skattning av i vilken riktning den mobila stationen befinner sig eller helt enkelt en identifikation av den bästa strålen i upplänken.

Uppfinningen beskrivs nedan med användande av ett paketkopplat datasystem av typen GPRS/EGPRS, vilket tillämpar sig av ett anpassningsbart antennsystem med fasta strålar. Åtta interfolierade strålar och en sektorantenn täcker cellen, se figur 2. Valet av bästa stråle utförs av en strålvalsalgoritm vilken typiskt mäter radiokvalitén pà upplänken i de olika strålarna. Strålen med den bästa radiomässiga kvalitén i upplänken används för att skatta var den sändande mobila stationen befinner sig och används även för sändningar i nedlänken. En strålomkopplare används i nedlänken för att sända paketen i korrekt stråle. Det skall noteras att omkopplingen mellan fasta strålar endast utgör ett illustrativt exempel som med lätthet kan utökas omfatta till exempel ett antennsystem med styrd stråle. Detta är uppenbart om strålvalsalgoritmen byts ut mot en DOA-algoritm och strâlomkopplaren för nedlänken byts ut mot utrustning för att forma strålar digitalt.

Ovan nämnda problem med att associera paketdata på upplänken med den sändande mobila stationen löses i princip genom att schemaläggaren signalerar information rörande sändningsschemat för upp- och nedlänken till strålvalsalgoritmen och strâlomkopplaren samt genom att nämnda information rörande sändningsschemat används vid lagring av information rörande val av stråle eller DOA-skattning i minnesdelen rörande ett visst fysiskt sammanhang. Schemaläggaren kallas PCU (Packet Control Unit) i GPRS/EGPRS. Lösningen skall vidare beskrivas med hänvisning till figurerna 3-6.

Figur 3 visar den detaljerade, radiomässiga, blockstrukturen hos den minsta möjliga återsändbara enheten i GPRS/EGPRS, det så kallade RLC/MAC-blocket (Radio Link Control (RLC)/ Medium (MAC)-block). Varje RLC/MAC-block består av ett ett RLC-datablock och en kontrollsekvens “BCS" Access Control MAC-datahuvud, (Block Check Sequence). statusflagga för upplänken USF (Uplink State Flag) och RLC- MAC-datahuvudet innefattar en s17i244 9 datablocket består av ett RLC-datahuvud, vilket innehåller en indikator avseende blocktyp samt fält avseende effektminskning, samt RLC-data. RLC-datahuvudet innehåller även en indikator avseende identitet för mobil station. RLC/MAC-blocket är kanalkodat, En mobil station måste således ta emot samtliga fyra skurar för att erhålla RLC/MAC-blocket. sändningsschemat finns i USF:en, interfolierat och inlagt i fyra normala GSM-skurar.

Informationen rörande vilken ger motsvarande mobila station tillstånd att sända på upplänken. Schemaläggningen för dessa RLC/MAC-block utförs av schemaläggaren, PCU:n, såsom tidigare nämnts,. Schemaläggaren kan styra upp till 500 basstationer. PCU:n kan till exempel vara förlagd till basstationens styrenhet, BSC:n, eller sitta i basstationens sändar- och mottagarenhet, BTS:n. Om lösningen enligt uppfinningen ej används, identifieras den sändande mobila stationen genom att avkoda RLC/MAC-blocket och använda den mobila stationens (identitets-)indikator i RLC-huvudet.

Om PCU:n 400 är förlagd till BSC:n 410, måste en signaleringslänk 420 etableras mellan PCU:n 400 i BSC:n 410 och BTS:erna 430-450, se figur 4a. Om å andra sidan PCU:n 400 är förlagd till BTS:n 430, figur 4b, måste en signaleringslänk 420 mellan PCU:n 400 i BTS:n 430 och företrädesvis en kanalkodningsenhet, CCU (Channel Coding Unit), i sändar- och mottagarenheterna 460-480 etableras. Detta gör det möjligt att ha en PCU 400 som styr schemaläggandet av datapaket för ett flertal sändar- och mottagarenheter.

Figur 5 illustrerar associerandet av paketdata i upplänken med den sändande mobila stationen. En strålvalsalgoritm för varje tidlucka kan ej realiseras i GPRS/EGPRS eftersom flera mobila stationer kan multiplexeras till/på samma tidlucka eller tidluckor. Stràlvalsalgoritmen 500-520 måste således realiseras för varje mobil station så att mottaget data kan länkas 530 till korrekt minnesdel rörande ett visst fysiskt sammanhang 540. Detta är en uppgift som basstationens sändar- och (BTS) mottagarenhet inte kan utföra utan tillgänglig information från PCU:n 550, eftersom basstationens sändar- och mottagarenhet (BTS) inte känner till (identiteten för, övers. 51 7 244 anm.) den mobila stationen som sänder datapaket i upplänken.

Således signaleras, via en signaleringslänk 560, information i PCU:n 550 rörande sändningsschemat för upplänken över till basstationens sändar~ och mottagarenhet, BTS, som sedan kan länka 530 mottaget data till korrekt minnesdel rörande ett visst fysiskt sammanhang 540, så att det sedan kan hämtas tillbaka. Minnet rörande ett visst fysiskt sammanhang 540 lagrar information för varje mobil station som befinner sig i “överföringstillstånd” (fri övers. av Transfer State), och innehåller värden vilka används vid val av stråle eller skattning av infallsriktning (DOA), till exempel sampelvärden för signalstyrka och signalkvalité. Minnet rörande ett visst fysiskt sammanhang 540 kan även innehålla historisk information rörande tidigare överföringar i syfte att möjliggöra tidsfiltrering.

Figur 6 visar situationen i nedlänken. För att kunna sända på nedlänken, behöver omkopplaren för val av stråle 600 information från minnesdelen rörande ett visst fysiskt sammanhang 610 som innehåller information om i vilken stråle eftersom basstationens till vilken som data skall sändas i på nedlänken, sändar- och mottagarenhet, BTS, ej känner till, mobil station datapaketen på nedlänken sänds. Data sänds av en anpassningsbar sändar- och mottagarenhet “ATRU” (Adaptive Transceiver Unit) 620 till omkopplaren för val av stråle 600.

Minnet rörande ett visst fysiskt sammanhang 610 måste således informeras av PCU:n 630 över en signaleringslänk 640 angående den mottagande mobila stationens identitet så att information från korrekt del i minnet rörande ett visst fysiskt sammanhang kan länkas 650 till omkopplaren för val av stråle 600.

I en första utföringsform av föreliggande uppfinning innefattar strålvalsalgoritmen en tidsfiltrerande funktion, det vill säga information rörande nuvarande och tidigare sändningar på upplänken används för att beräkna den bästa strålen. Detta innebär att strålvalsalgoritmen behöver information från minnet rörande ett visst fysiskt sammanhang för att beräkna en ny stråle och således måste information rörande sändningsschemat för nedlänken överföras från PCU:n till minnet rörande ett :S17 "244 ll visst fysiskt sammanhang för att korrekt minnesdel i minnet rörande ett visst fysiskt sammanhang skall kunna nås.

I en andra utföringsform av föreliggande uppfinning används information om strålen i vilken den mobila stationen befinner sig för att optimera resurstilldelningen samt sändningsschemat.

Således signaleras information rörande den valda strålen från sändar- och mottagarenheten till PCU:n. Denna information kan till exempel användas för att packa strålen samt optimera sändningsschemat.

I en tredje utföringsform av föreliggande uppfinning används användardata, som mottagits av en mobil station men som ej avkodats korrekt, i någon omfattning genom användandet av inkrementell redundans, det vill säga mjuka värden från en första mottagen ram används tillsammans med mjuka värden från ram. Den återutsända ramen kan ha kodats en andra, återutsänd, på ett nytt sätt, vilket ytterligare ökar informationsinnehållet, och mer data kan således avkodas korrekt. För att kunna utföra inkrementell redundans måste information rörande sändningsschemat finnas tillgänglig i basstationens sändar- och mottagarenhet så att information härrörande från samma mobila station kan kombineras samman.

Ovan beskrivna utföringsformer tjänar endast ett illustrativt syfte och skall ej ses som begränsningar. Det är uppenbart för en fackman att avvikelser kan göras från ovan beskrivna utföringsformer utan att avvika från uppfinningens omfång och andemening. Uppfinningens omfång skall ej betraktas såsom begränsat till de beskrivna exemplen utan skall istället betraktas såsom likvärdigt med följande patentkrav.

Claims (13)

10 15 20 25 30 517 244 12 PATENTKRAV

1. l. Metod vilken gör det möjligt att använda anpassningsbara antenner i ett paketkopplat datasystem vilket inkluderar åtminstone en basstation som sänder datapaket till ett flertal mobila stationer i sitt täckningsområde, kännetecknad av att information rörande sändningsschemat för upp- och nedlänken signaleras från en schemaläggare till en länkoptimeringsenhet förlagd i nämnda basstation,att data utvunnet från mottaget data på upplänken länkas till ett minne rörande ett visst fysiskt sammanhang, på ett sätt som beror av nämnda information rörande sändningsschemat på upplänken, och att sändningen i nedlänken optimeras beroende av innehållet i nämnda minne rörande ett visst fysiskt sammanhang samt nämnda information rörande sändningsschemat för nedlänken.

2. Metod enligt patentkravet l kännetecknad av att nämnda optimering av sändningen i nedlänken utförs medelst tidsfiltrerat data härrörande från tidigare sändningar i upplänken, vilka sparats i nämnda minne, vid beräknandet av bästa stråle för sändning i nedlänken.

3. Metod enligt patentkravet 1 kännetecknad av att nämnda optimering av sändningen i nedlänken utförs medelst tidsfiltrerat data härrörande från tidigare sändningar i upplänken, vilka sparats i nämnda minne, vid formandet av bästa stråle för sändning i nedlänken.

4. Metod enligt något av patentkraven 1-3 vidare kännetecknad av att de mobila stationernas position signaleras till en schemaläggare i syfte att optimera schemaläggningen.

5. Metod enligt patentkravet 4 kännetecknad av att nämnda optimering utförs genom att de mobila stationer vilka befinner sig i samma antennstràle, eller i varandras grannstrålar, multiplexeras på samma paket-data-kanal.

6. Metod enligt något av patentkraven 1-5 vidare kännetecknad av att inkrementell redundans används vid avkodning av sändningar i upp- eller nedlänken. 10 15 20 25 30 35 S197 244 13

7. Datorprogramvara innefattande ett av en dator läsbart medium, på vilket det finns lagrat programkodsegment för utförandet av metoden enligt något av patentkraven 1-6, då nämnda programvara körs på en dator.

8. Programvara enligt patentkravet 7 kännetecknad av att det är lagrat i en schemaläggare.

9. Basstation vilken möjliggör användandet av anpassningsbara antenner i ett paketkopplat datasystem med ett flertal mobila stationer vilka befinner sig inom basstationens täckningsområde, kännetecknad av att den innefattar: en schemaläggare för att signalera information rörande sändningsschemat för upp- och nedlänken till en länkoptimeringsenhet vilken finns i nämnda basstation, utrustning för att länka, beroende av nämnda information rörande sändningsschemat för upplänken, data utvunnet från mottagna datapaket på upplänken, till ett minne rörande ett visst fysiskt sammanhang, och utrustning för att optimera sändningen i nedlänken beroende av innehållet i nämnda minne och nämnda information rörande sändningsschemat för nedlänken.

10. Basstation enligt patentkravet 9 kännetecknad av att nämnda optimeringsutrustning innefattar tidsfiltrerande organ vilka tidsfiltrerar data utvunnet från tidigare sändningar på upplänken vilket finns lagrat i nämnda minne, vid beräknandet av bästa stråle för sändning i nedlänken.

11. ll. Basstation enligt patentkravet 9 kännetecknad av att nämnda utrustning för att optimera innefattar tidsfiltrerande utrustning som tidsfiltrerar data utvunnet från tidigare sändningar på upplänken vilket finns lagrat i nämnda minne, vid formandet av en stråle för sändning i nedlänken.

12. Basstation enligt något av patentkraven 9-11 kännetecknad av att innefatta utrustning vilken avkodar data på upplänken medelst inkrementell redundans.

13. Basstation enligt något av kraven 9-12 kännetecknad av att innefatta utrustning för att tidsmultiplexera mobila stationer på samma paket-data-kanal, om nämnda mobila stationer befinner .S11 2 44 14 sig i samma antennstråle, eller i varandras grannstràlar, vid användandet av en anpassningsbar antenn.