SE518010C2 - Antennanordning - Google Patents

Description

20 25 30 35 40 sis om ":= 2 _ - -. ningens varaktighet är avsevärt mindre än den tid över vilken 1 III l I utspridningen sker. Detta villkor är dock inte uppfyllt i GSM/DCSl800 respektive HIPERLAN för de tillämpningar där användaren (terminalen) rör sig långsamt, t.ex. handburna terminaler som är stilla eller endast rör sig i promenad- hastighet. I dessa tillämpningar hinner inte terminalen för- flytta sig ur störningen under det tidsintervall som utgör interleavingdjupet eller utspridningstiden.

För GSM/DCSl800 är det framför allt nedlänken, dvs länken från basstation till terminal som är kritisk. Detta beror på att man i dessa system inte har någon antenndiver- sitet i nedlänken. Mer generellt kan man säga att denna begränsning gäller för alla mobila system vars upplänk och nedlänk för en och samma förbindelse är okorrelerad beträf- fande fädningen, dvs basstationen kan inte baserat pà mät- ningar av upplänken prediktera antennval för nedlänken.

Ytterligare ett problem för GSM/DCSl800 är att frekvens- hopp är otillräckliga i stadsmiljö och inomhusmiljö för att öka interleavingvinsten. Detta beror pá att möjligt hopp- intervall är för litet i förhållande till korrelations- bandbredden i dessa miljöer.

Slutligen bör det nämnas att för GSM/DCSl800 sà måste man för närvarande utnyttja högre uteffekt i nedlänk jämfört med upplänk för att kompensera avsaknaden av antenndiversitet i nedlänk. Hög basstationsuteffekt minskar dock systemkapaci- teten. Vidare försvåras den viktiga miniatyriseringen av bas- stationerna.

Vid en förundersökning som genomfördes för att utröna huruvida tidigare teknik löser ovan nämnda problem framkom följande dokument.

Dokumentet US-A-4 661 993 visar en metod för att öka prestanda i ett radiosystem vid fädning. Enligt dokumentet kan antingen skillnaden i amplitud eller fas varieras mellan antennerna. Metoden är även applicerbar pà mottagarsidan.

Dokumentet GB-A-2 135 544 avser en variant pà metoden att variera amplituden mellan antennerna. I detta dokument skiljer sig bärvàgsfrekvensen mellan de båda antennerna med nâgra hertz för att undvika stationära "dead spots".

Dokumentet US-A-3 922 685 kombinerar antennväxling och variation av fasen. vrouw' c :ovana 10 15 20 25 30 35 40 0 I I I I 9 I 0 II III ll I IOIO 518 010 ggatr s' ":= u .nu U cøøuøo 3 Dokumentet FR-A-2 215 759 visar en radiosändare som successivt växlar mellan tre antenner. Om hastigheten för antennväxlingen är tillräckligt snabb minskar sannolikheten att en mobil hamnar i en "död punkt".

Dokumentet EP-A-568 507 visar ett sätt att minska effek- ten av fädning genom att variera antennkarakteristiken, dvs antennlobens utseende. Detta àstadkommes genom att successivt koppla in passiva antennelement.

I dokumentet US-A-5 267 268 har man minskat risken för dålig mottagning vid fädning genom att stegvis variera polarisationen hos den utsända signalen.

Dessa dokument beskriver emellertid inga lösningar på ovan nämnda problem.

SAMMANFATTN ING AV UPPF INN INGEN Syftet med föreliggande uppfinning är således att ombe- sörja att fädningens (störningens) varaktighet är avsevärt mindre än den tid över vilken interleavingen (utspridningen) sker; detta är normalt inte fallet i GSM/DCS18OO respektive HIPERLAN för de tillämpningar där användaren av mobiltermina- len står stilla eller rör sig i promenadhastighet.

Ytterligare ett syfte med föreliggande uppfinning är att undanröja eller minimera den begränsning som gäller för alla mobila system vars upplänk och nedlänk för en och samma för- bindelse är okorrelerad vad beträffar fädning. För GSM/ DCSl800 beror detta pà att man ej har någon antenndiversitet i nedlänken.

Ytterligare ännu ett syfte med föreliggande uppfinning är att man i GSM/DCS1800 undanröjer problemen med att öka uteffekt i nedlänk jämfört med upplänk för att kompensera för avsaknad av antenndiversitet i nedlänk vilket medför högre systemkapacitet och dessutom underlättar för den viktiga miniatyrisering av basstationerna.

Dessa syften uppnås med en anordning och en metod enligt föreliggande uppfinning som i ett digitalt mobilt radiokom- munikationssystem utnyttjande interleaving med begränsat interleavingdjup genererar fädning som interfererar med icke genererad fädning så att varaktigheten av den genererade fädningen i kombination med den icke genererade fädningen blir betydligt kortare än interleavingdjupet. ffl\ \ . / nocvuu 10 15 20 25 30 35 40 ass .mo jj:= v nano 0 none-v 4 KORTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGARNA Föreliggande uppfinning kommer nu att mera detaljerat beskrivas med hänvisning till de åtföljande ritningarna.

Figur l visar exempel pà hur fädning har tillförts i b) jämfört med a).

Figur 2 visar en anordning enligt uppfinningen för sändning/mottagning där både amplitud och fas varieras.

Figur 3 visar en anordning enligt uppfinningen för sändning/mottagning där endast amplituden varieras.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UTFÖRINGSFORMER AV UPPFINNINGEN Uppfinningen avser en anordning och metod för att minska inverkan av fädning över en digital mobil radioförbindelse som utnyttjar interleaving med begränsat interleavingdjup, varvid anordningen genererar fädning som interfererar med icke genererad fädning så att periodtiden för den genererade fädningen i kombination med den icke genererade fädningen blir betydligt kortare än interleavingdjupet (se figur 1).

Figur la visar ett system där tidsperioden för fädningen 1 (störningen) är mycket större än interleavingdjupet (d).

Denna situation är mycket ogynnsam vid tillämpningar där användaren (mobilterminalen) står stilla eller rör sig lång- samt; användaren hinner ej förflytta sig ur störningen under det tidsintervall som utgör interleavingdjupet (utspridnings- tiden) vilket medför att kvaliteten pà den mottagna signalen blir dålig. Figur lb visar däremot ett system där fädning har tillförts den tidigare fädningen l. Därmed förkortas och förtätas fädningen, varvid interleavingdjupet ökar relativt fädningsdipparnas (störningarnas) varaktighet; denna uppkomna interferensfädning 2 har alltså en högre frekvens och en mycket kortare periodtid än den tidigare fädningen l. I detta fall hinner användaren av mobilterminalen förflytta sig ur störningen under det tidsintervall som utgör interleaving- djupet.

Figurerna 2, 3 visar exempel på två anordningar som användes för att generera fädning. Mottagarna i figurerna 2, 3 utnyttjar de båda antennerna för antenndiversitet. I stället för duplexfilter kan separata antenner användas för sändning respektive mottagning. I figur 2 genereras fädning genom att fas och/eller amplitud varieras medan i figur 3 -vu- 10 15 20 25 30 35 40 518 me - O 5! I O OO III II I OIII genereras fädning genom att endast amplituden variers; detta kommer att beskrivas utförligt i det följande.

Uppfinningen genererar fädning pà upplänk och/eller ned- länk genom att sändning sker på tvà eller flera antenner (se figur 2, 3) enligt följande alternativa metoder som nu kommer att beskrivas: MfiLQd_l Fädning genereras genom att växla antenn över vilken sändning sker. Antennväxlingen sker med vissa intervall som kan vara konstanta eller icke konstanta. Vid icke konstanta intervall sà kan antingen intervallen varieras slumpmässigt eller deterministiskt.

Ett exempel pà en deterministisk metod för bestämning av växlingsintervallet kommer nu att beskrivas. Mätning görs pà periodtiden för fädningen 1 vilken periodtid jämförs med interleavingdjupet (d). Antennväxlingsintervallet bestäms så att periodtiden för den genererade fädningen i kombination med den icke genererade fädningen 1 blir betydligt kortare än interleavingdjupet (d). Bestämning av växlingsintervallet kan ske för varje enskild användare.

Matell Fädning genereras genom att variera skillnad i fas och/ eller amplitud mellan antennerna. Idealt bör skillnaden i fas kunna varieras linjärt och kontinuerligt. I praktiken kan det dock vara lämpligt att dela in fasskiftena i diskreta inter- vall (enklare implementering).

De tidsintervall (tfas) som skall förflyta under ett 360°-fasskift kan bestämmas deterministiskt. Mätning görs på periodtiden för fädningen 1 vilken periodtid jämförs med (d). periodtiden för den genererade fädningen i kombination med interleavingdjupet Tidsintervallet (tfas) bestäms så att den icke genererade fädningen 1 blir betydligt kortare än interleavingdjupet (d). Bestämning av tidsintervallet (tfas) kan ske för varje enskild användare men kan även vara samma för samtliga användare.

Föreliggande uppfinning har bl.a. utnyttjats i GSM och i HIPERLAN med mycket tillfredsställande resultat.

För GSM så ger interleaving en god vinst om mobiltermi- 1100cc n vovven 10 15 20 25 30 35 40 vouc _ v . - v - - v I i I O! II! vi I 518 010 “ 6 nalen rör sig med högre hastighet än 50 km/tim. Om vi antar att mobilterminalen rör sig i en icke fri sikts miljö med så kallad kort fädning så innebär detta att fädningsdipparna i medeltal är separerade ca 0,15 cm. Detta motsvarar ett tids- intervall om ca 10 millisekunder mellan dipparna. Làt oss nu anta att användaren av mobilterminalen lämnar bilen för att promenera i ca 5 km/tim. Tidsintervallen mellan dipparna är nu ca 100 millisekunder i medeltal, vilket är mer än GSM:s interleavingdjup. Om vi väljer tfas till ll millisekunder så kommer mobilterminalen att erfara fädning med en medelperiod- tid som om den färdades i 50 km/tim.

HIPERLAN har ett maximalt interleavingdjup (d) om ca l millisekund. Om vi antar att terminalen rör sig med en hastighet om 1 m/s så innebär detta att tidsintervallen mellan fädningsdipparna i medeltal är ca 50 millisekunder (vid bärvàgsfrekvensen 5 GHz). Således är interleavingdjupet för litet. Utnyttjar man uppfinningen med tidsintervallet (tfas) mindre än l millisekund så uppnás betydligt bättre prestanda.

Fädning kan såsom ovan nämnts genereras genom att signalamplituden varieras för antingen den ena eller för samtliga antenner (se figur 2, 3). Vidare kan amplitudvaria- tionen ske kombinerat med fasvariation (se figur 2).

Det tidsintervall (tamp) som skall förflyta under amplitudvariationen mellan tvâ lokala amplitudmaxima kan bestämmas deterministiskt: Mätning görs pà periodtiden för fädningen 1 vilken periodtid jämförs med interleavingdjupet (d). Tidsintervallet (tamp) bestäms så att periodtiden för den genererade fädningen i kombination med den icke genere- rade fädningen 1 blir betydligt kortare än interleavingdjupet (d). Bestämning av tidsintervallet (tamp) kan ske för varje enskild användare men kan även vara samma för samtliga användare. Amplitudvariationen bör helst ske kontinuerligt men kan även ske i diskreta steg.

En enkel men effektiv utföringsform av uppfinningen är att amplitudvariationen endast utförs på den ena antennen.

Amplituden varieras kontinuerligt mellan ett maximum (samma amplitud som pà antennen med konstant amplitud) och ett mini- mum medelst en variabel dämpsats/förstärkare A i den ena antennen (se figur 3). 010001 vovvar av: 10 15 20 25 30 518 010” I 0 OI I!! Is 0 Oouvvw 7 De antenner som utnyttjas för att generera fädning skall separeras på samma sätt som om de endast utnyttjas för att skapa antenndiversitet, dvs antennerna skall vara så okorre- lerade som möjligt och antennernas medelvärde skall vara så lika som möjligt.

Det skall inses att ett alternativ till att utnyttja skilda antenner är att använda en antenn som omfattar två eller flera antennelement. Detta innebär att uppfinningen utnyttjar styrning av två eller flera antennelement inom en och samma antenn.

Generering av fädning skall ske i den eller de länkrikt- ningar som inte utnyttjar antenndiversitet. För t.ex. GSM/ DCSl80O så bör generering av fädning ske i nedlänk. Samma antenner för fädningsgenerering utnyttjas som de vid bas- stationen för antenndiversitet i upplänk. Härigenom uppnås en betydligt bättre balans i länkbudgeten mellan upplänk och 3).

Såsom tidigare nämnts ökar nyttan av föreliggande upp- nedlänk (se figur 2, finning ju långsammare användaren av mobilterminalen rör sig.

Exempel pá system (GSM och DCSl800) har beskrivits som är högaktuella för användning av uppfinningen, speciellt i inom- hustillämpningar och mikrocelltillämpningar. Dessa tillämp- ningar av mobiltelefoni i inomhusmiljöer samt i mikrocell- miljöer bedöms vara en mycket stor betydelse för mobiltele- fonins fortsatta tillväxt. Föreliggande uppfinning kommer därför att få särskilt stor betydelse på grund av att man i dessa tillämpningar ställer mycket stora kvalitetskrav. Detta kommer på längre sikt även att gälla för HIPERLAN.

Det ovan beskrivna är endast att betrakta såsom ut- föringsformer av föreliggande uppfinning och uppfinningens skyddsomfàng begränsas endast av vad som anges i de åt- följande patentkraven. :vvs-v

Claims (19)

10 15 20 25 30 35 40 s1sju1o *ö PATENTKRAV

1. Anordning för att i ett digitalt mobilt radiokommu- nikationssystem utnyttjande interleaving med begränsat in- terleavingdjup minska inverkan av fädning, kännetecknad av att den innefattar organ för generering av fädning pä upp- länk och/eller nedlänk genom att sändning sker pá tvä el- ler flera antenner (3, 4, 5, 6), varvid nämnda organ väx- lar mellan antennerna (3, 4, 5, 6) över vilka sändning sker och ombesörjer växling mellan antennerna (3, 4, 5, 6) med konstanta eller icke konstanta tidsintervall, varvid vid icke konstanta tidsintervall varierar nämnda organ tidsintervallen slumpmässigt eller deterministiskt, och att nämnda genererade fädning interfererar med icke gene- rerad fädning (1) sä att varaktigheten av den genererade fädningen i kombination med den icke genererade fädningen (1) är kortare än nämnda interleavingdjup (d).

2. Anordning enligt patentkrav 1, kännetecknad av att den innefattar organ för mätning av perioden för den icke genererade fädningen (1) och nämnda organ jämför denna med interleavingdjupet (d) varpå nämnda organ är anordnat att fastställa ett antennväxlingsintervall så att periodtiden för den genererade fädningen i kombination med den icke genererade fädningen (1) är betydligt kortare än interlea- vingdjupet (d).

3. Anordning enligt patentkrav 2, kännetecknad av att nämnda organ ombesörjer att antennväxlingsintervallet kan ske för varje enskild användare.

4. Anordning för att i ett digitalt mobilt radiokommu- nikationssystem utnyttjande interleaving med begränsat in- terleavingdjup minska inverkan av fädning, kännetecknad av att den innefattar organ för generering av fädning pà upp- länk och/eller nedlänk genom att sändning ästadkommes på två eller flera antenner, varvid nämnda organ är anordnat att variera fasen hos en signal som sänds ut från en an- tenn (3, 4) eller genom att variera fasen hos ett godtyck- ligt antal signaler som sänds ut fràn nämnda antenner (3, 4) och av att nämnda organ mäter periodtiden hos en icke genererad fädning 1 och jämför denna med interleavingdju- pet (d) varpå nämnda organ deterministiskt fastställer ett coøcvvo ~ 010000 10 15 20 25 30 35 40 518 010 ' “l tidsintervall (tfas) som skall förflyta under ett 360°- fasskift så att periodtiden för den genererade fädningen i kombination med den icke genererade fädningen (1) är kor- tare än interleavingdjupet (d).

5. Anordning enligt patentkrav 4, kännetecknad av att nämnda organ ombesörjer så att bestämning av tidsintervall (tfas) kan ske för varje enskild individ.

6. Anordning för att i ett digitalt mobilt radiokommu- nikationssystem utnyttjande interleaving med begränsat in- terleavingdjup minska inverkan av fädning, kännetecknad av att den innefattar organ för generering av fädning pà upp- länk och/eller nedlänk genom att sändning àstadkommes på två eller flera antenner, varvid nämnda organ är anordnat att variera amplituden hos en signal som sänds ut från den ena antennen (3, 4, 6) eller genom att variera amplituden hos ett godtyckligt antal signaler som sänds ut frán nämn- da antenner (3, 4, 6) och av att nämnda organ mäter peri- odtiden för en icke genererad fädning (1) och jämför denna med interleavingdjupet (d) varpå nämnda organ determinis- tiskt fastställer ett tidsintervall flyta under amplitudvariationen mellan två lokala ampli- (tamp) som skall för- tudmaxima så att periodtiden för den genererade fädningen i kombination med den icke genererade fädningen (1) är kortare än interleavingdjupet (d).

7. Anordning enligt patentkravet 6, kännetecknad av att nämnda organ för att generera fädning ombesörjer både amplitudvariation och fasvariation av signalen/signalerna.

8. Anordning enligt patentkrav 6, kännetecknad av att nämnda organ varierar amplituden hos signalen kontinuer- ligt mellan ett maximum och ett minimum medelst en varia- bel dämpsats/förstärkare i den ena antennen (6).

9. Anordning enligt patentkravet 8, kännetecknad av att nämnda organ utnyttjar en antenn omfattande två eller flera antennelement, varvid nämnda organ utnyttjar styr- ning av två eller flera antennelement inom en och samma antenn.

10. Anordning enligt patentkravet 9, kännetecknad av att nämnda organ genererar fädning i den eller de länkriktningar som ej utnyttjar antenndiversitet.

11. Anordning enligt patentkrav 10, kännetecknad av 10 15 20 25 30 35 40 øovooo n Oouovø sms om . (0 att nämnda organ genererar fädning i nedlänk vid utnytt- jande av GSM/ DCSl800.

12. Anordning enligt patentkravet 11, kännetecknad av att nämnda organ utnyttjar samma antenner för fäd- ningsgenerering som de som utnyttjas vid basstationen för antenndiversitet i upplänk.

13. Metod för att i ett digitalt mobilt radiokommuni- kationssystem som utnyttjar interleaving med begränsat in- terleavingdjup minska inverkan av fädning, kännatecknad av att fädning genereras som interfererar med icke genererad fädning (1) sä att varaktigheten av den genererade fäd- ningen i kombination med den icke genererade fädningen (1) är kortare än nämnda interleavingdjup (d), varvid fädning genereras pà upplänk och/eller nedlänk genom att sändning sker pà tvà eller flera antenner (3, 4, 5, 6), och att nämnda fädning genereras medelst växling med konstanta el- ler icke konstanta tidsintervall mellan antennerna över vilka sändning sker, varvid vid icke konstanta tidsinter- vall varieras nämnda tidsintervall slumpmässigt eller de- terministiskt.

14. Metod enligt patentkrav 13, kännetecknad av att en deterministisk bestämning av växlingsintervallet åstadkom- mes genom att en mätning av periodtiden för den icke gene- rerade fädningen (1) görs, varpå nämnda mätning jämföras med interleavingdjupet (d), varvid om nämnda mätning av periodtiden för den icke genererade fädningen (1) är stör- re än interleavingdjupet (d) så fastställs tidsintervallet för växlingen mellan antennerna så att periodtiden för den genererade fädningen i kombination med den icke genererade fädningen (1) är avsevärt kortare än interleavingdjupet (d).

15. Metod för att i ett digitalt mobilt radiokommuni- kationssystem utnyttjande interleaving med begränsat in- terleavingdjup minska inverkan av fädning, kännetecknad av att fädning genereras pä upplänk och/eller nedlänk genom att variera skillnad i fas mellan signalerna som sänds ut från antenner (3, 4), varvid en deterministisk bestämning av ett tidsintervall (tfas) som skall förflyta under ett 360°-fasskift àstadkommes genom att en mätning av period- tiden för en icke genererad fädning görs, varpå denna mät- 10 15 20 25 30 518 010 \\ ning jämföres med interleavingdjupet (d) varvid om nämnda 0000 O utsug o 100010 mätning av periodtiden för den icke genererade fädningen (1) är större än interleavingdjupet (d) fastställs tids- intervallet (tfas) så att periodtiden för den genererade fädningen i kombination med den icke genererade fädningen (1) är kortare än interleavingdjupet (d).

16. Metod enligt patentkrav 15, kännetecknad av att bestämning av tfas kan ske för varje enskild användare men kan även vara samma för samtliga användare.

17. Metod för att i ett digitalt mobilt radiokommuni- kationssystem utnyttjande interleaving med begränsat in- terleavingdjup minska inverkan av fädning, kännetecknad av att fädning genereras på upplänk och/eller nedlänk genom att sändning sker på två eller flera antenner, varvid sig- nalamplituden varieras hos en antenn (3, 4, 6) eller hos samtliga antenner (3, 4, 6), varvid en deterministisk be- stämning av ett tidsintervall (tamp) som skall förflyta under amplitudvariationer mellan två lokala amplitudmaxima ästadkommes genom att en mätning görs på periodtiden för en icke genererad fädning (1) varpå denna mätning jämföres (d), varvid om denna mätning är (d) så fastställes tidsinter- vallet (tamp) så att periodtiden för den genererade fäd- med interleavingdjupet större än interleavingdjupet ningen i kombination med den icke genererade fädningen (1) är kortare än interleavingdjupet (d).

18. Metod enligt patentkrav 17, kännetecknad av att bestämning av tidsintervallet (tamp) kan ske för varje en- skild användare men kan även vara samma för samtliga an- vändare.

19. Metod enligt patentkrav 18, kännetecknad av att amplitudvariationen endast utförs för signal pà den ena antennen (6).