SE521005C2 - En metod och ett system för att använda diversitetsinformation extraherande i upplänken vid nedlänkstransmission - Google Patents

Description

20 25 30 35 *521 005 2 I syfte att optimera systemet för att hantera så många samtal per cell som möjligt är det önskvärt att ha tillgång till så många kanaler som möjligt per cell. Detta kan betecknas som systemets kapacitet (n), där n = M/K För ett visst system är antalet kanaler M som kan användas vanligen förbestämt. Sålunda bör i syfte att öka det cellu- lära radiosystemets kapacitet vara så litet som möjligt. Hur litet antalet grupper K kan vara bestäms av hur känsligt för brus och interfererande signaler som signalerna är.

I syfte att öka överföringsprestanda i en fädande radiokanal används diversitet. Diversitet betyder att samma signal överförs via två eller flera transmissionsvägar. Det finns många olika typer av diversitetsarrangemang såsom: frekvens- diversitet, tidsdiversitet, polarisationsdiversitet och rums- diversitet etc. I rumsdiversitet eller antenndiversitet, används flera antenner för att mottaga signalen. Det kan visas att om avståndet mellan två antenner är tillräckligt stort kommer signalerna vid de olika antennerna att vara okorrelerade.

Det erforderliga avståndet är huvudsakligen beroende på den våglängd som används i överföringen. Ett avstånd på omkring våglängden delad med 2 kan vara tillräckligt för att minska korrelationen till acceptabla nivåer. Ju längre avståndet mellan antennerna är desto mindre korrelation. Mycket långa avstånd kanske emellertid inte är möjliga. Ett normalt värde kan vara omkring 12 till 20 gånger den använda våglängden.

Antenndiversitet har fördelen att den inte kräver ett större frekvensutrymme. Dessutom är implementation av ett antenn- diversitetsarrangemang ganska enkelt.

I städer och andra områden med stora koncentrationer av mobila stationer (mobiltelefoner), är det tillgängliga frekvensutrymmet mycket begränsat i jämförelse med den 10 15 20 25 30 35 ~ 521 005 ~~ 3 kraftiga koncentrationen av mobilstationer. I denna omgivning är frekvensdiversitetsystem och andra typer av diversitets- system som ökar det erforderliga frekvensområdet inte möjliga att använda, eftersom antalet tillgängliga kanaler skulle bli för litet för att hantera det stora antalet mobilstationer.

Därför är användningen av antenndiversitetssystem att före- draga i många fall.

Mottagaren kan använda eller vikta signalerna från olika antenner på ett antal olika sätt. De vanligaste förfarandena är: Valdiversitet: Mottagaren väljer signalen med det bästa signal-brusförhållandet (SNR) och använder denna signal vid signaldetekteringen.

Optimalviktsdiversitetz Mottagaren använder informationen från alla mottagningsgrenarna samtidigt. Signalerna från olika grenar ges en vikt som är proportionell mot SNR i respektive gren. När detta förfarande används måste de individuella signalerna ha samma fas när addition utförs.

Således är det nödvändigt att implementera en faskompensa- tionskrets. Fasen kompenseras och en optimalviktsignal används sedan som utsignal.

Likaviktsdiversitet: Detta är ett specialfall av optimal- viktsdiversitetssystemet. Således sätts vikten konstant och lika för alla grenar i syfte att inte behöva mäta det momen- tana SNR:et i varje mottagningsgren.

Omkopplingsdiversitetz Detta är ett enkelt förfarande.

Således används en gren åt gången och omkoppling sker mellan grenarna endast då signalenvelopen sjunker under ett visst tröskelvärde.

Användningen av diversitetssystem är ett kraftfullt hjälp- medel i syfte att undvika långa fädningstillstånd.

Dagens diversitetssystem kan emellertid inte användas för att 10 15 20 25 30 35 . . . . . . 521 005 4 signifikant öka kanalkapaciteten för cellulära radiosystem.

Begränsningen i kanalkapacitet är ett ökande problem eftersom det tillgängliga frekvensområdet är begränsat och antalet mobila terminaler hela tiden ökar.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Det är ett syfte med föreliggande uppfinning att förbättra kanalkapaciteten för cellulära radiosystem. Detta syfte uppnås genom att använda ett diversitetsarrangemang i bas- stationen, vilket använder informationen som erhålls när signaler mottages i ett antendiversitetssystem för utsänd- ningsändamål.

Radiotransmissionssystemet är därför utrustat med organ i basstationen för att extahera information avseende aktuella diversitetstillstånd och den extraherade informationen används för att styra utsändningen av nedlänkssignaler i enlighet med ett diversitets-nedlänks-överföringsschema.

Således utnyttjas samma information som används för att mottaga signalen (upplänkssignalen) på motsvarande sätt för överföring av signaler (nedlänkssignalen). Detta gör det möjligt att använda lägre effekt i de utsända signalerna varigenom klusterstorlekarna kan minskas. Detta leder i sin tur till en större kanalkapacitet i enlighet med ovanstående.

Användningen av ett sådant nedlänksdiversitetsarrangemang förser därför en systemoperatör med ett verktyg med vars hjälp han enkelt kan öka antalet mobilstationer utan att behöva använda ett större frekvensområde. Till exempel kommer det att bli möjligt att minska mellankanalinterferensen så att ett 4/12 kluster kan ha samma talkvalitet som för tradi- tionella basstationer i ett 7/21 cellkluster.

KORTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGARNA Föreliggande uppfinning kommer nu att beskrivas mer i detalj genom icke begränsande exempel och med hänvisning till de bilagda ritningarna, på vilka: 10 15 20 25 30 35 . . . . . . 521 005 5 - Figurerna la och lb visar hexagonala cellstrukturer.

- Figur 2 visar en mobilstation och en basstation i ett cellulärt radiosystem, där basstationen har en kombinerad mottagare/sändare som använder ett diversitetsarrangemang.

- Figur 3 visar en mobilstation och en basstation i ett cellulärt radiosystem, där basstationen har en kombinerad mottagare/sändare som använder ett annat diversitetsarrange- mang.

- Figur 4 är ett flödesschema som visar olika steg som utförs när ett nedlänks diversitetssystem används.

BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER I figur 2 visas en principiell vy över ett cellulärt radio- transmissionssystem. Således visas en mobilstation vid 201.

Mobilstationen 201 har antenn 203 med vars hjälp den kan kommunicera med en basstation visad vid 205. Basstationen 205 har två antenner 207 och 209.

Basstationen 205 som visas i figur 2 är utformad för optimal- viktdiversitet. Således härleds SNR:et från signalerna som mottas av antennerna 207 och 209. SNR:erna används för att ställa förstärkare 211 och 213 till värden som svarar mot de uppmätta SNR:erna. Med andra ord kommer den mottagande gren som har ett bättre SNR att förstärkas mer än den mottagande gren som har ett sämre SNR.

Samma värde som ställts in för förstärkaren 211 ställs samtidigt in för en förstärkare 215 och samma värde som ställs in för förstärkaren 213 ställs in för en förstärkare 217. Förstärkarna 215 och 217 bildar en del av basstationens 205 sändningskrets och är också anslutna till antennerna 207 och 209, vilka således används för både utsändning och mottagning av signaler till/från mobilstationen 201.

Utsignalen från förstärkarna 211 och 213 matas till en krets 219. Kretsen 219 används för fasjämförelse i syfte att ge de två mottagna signalerna samma fas) innan de adderas, vilket också sker i kretsen 219. 10 15 20 25 30 35 . » - - 4 v 521 005 6 Informationen som härleds i faskompensationskretsen 219 matas också till faskompensationskretsar 221 och 223, vilka är en del av basstationens 205 sändningskrets.

Utsignalen från kretsen 219 matas till en detektor eller demodulatorkrets 225, som alstrar utsignalen från bas- stationen 205.

Basstationen används för tvåvägskommunikation med mobil- stationen 201. Således matas signalen som skall sändas till en modulator 227 när signaler sänds från basstationen 205 till en mobilstation 201. Utsignalen från modulatorn matas på två olika ledningar till faskompenseringskretsar 221 och 223.

Faskompenseringskretsarna ställs in i enlighet med den aktuella faskompensationen som utförs i kretsen 219. Ut- signalerna från faskompenseringskretsarna 221 och 223 matas sedan till antennerna 207 respektive 209.

Således är antennerna 207 och 209 duplexantenner vilka används för att både ta emot signaler och för att sända signaler. Antennerna 207 och 209 matas med sändningssignaler som har samma faskompensation och samma signalstyrke- förhållande som SNR:et för de för närvarande mottagna sig- nalerna.

Detta arrangemang kommer att få till följd att signalerna som sänds från basstationen 205 kan sändas med en lägre signal- effekt, och samtidigt bibehålla samma SNR vid den mottagande mobilstationen 201.

I en föredragen utföringsform är duplex-antennerna 207 och 209 separerade med ett avstånd som svarar mot halva den använda våglängden eller en heltalsmultipel av detta avstånd.

Det är också möjligt att använda ett arrangemang som har fler än två antenner om det skulle visa sig användbart i vissa situtationer. T ex kan tre eller fyra antenner användas i vissa tillämpningar.

Vidare är det inte nödvändigt att den använda antenndiversi- 10 15 20 25 30 35 . , = f x . 521 005 7 teten i basstationen använder en optimaldiversitetsalgoritm för att öka SNR:et. Andra antenndiversitetsalgoritmer kan också användas på samma sätt. Således kommer, om val- diversitet (såsom beskriven ovan) används, den sändande delen i basstationen att använda informationen som åstadkoms av den mottagande delen och sända information från den duplexantenn som för närvarande används för att mottaga signaler från en mobilstation.

Detta visas i figur 3. Således sänder och mottager en mobil- station 301 signaler via en antenn 303 till en basstation 305. Basstationen 305 har två duplexantenner 307 och 309.

Antennerna 307 och 309 är anslutna till mottagare 311 respek- tive 313. Utsignalen från de två mottagarna 311 och 313 är anslutna till en logikenhet 315, som är anordnad att välja den utsignal från de två mottagarna som har högst SNR som utsignal.

Logikenheten styr också två omkopplare 317 och 319 så att endast den antenn 307 eller 309 som för närvarande används för att mottaga signaler används för utsändning via en modulator 321.

Således sänds endast signalen som moduleras i modulatorn 321 via den antenn 307 eller 309 som för närvarande har det högst mottagna SNR:et då basstationen 305 överför signaler till På detta sätt kan, som i fallet som beskrivs i samband med figur 2, en lägre signaleffekt an- vändas och samtidigt bibehålla samma SNR vid mottagarplatsen, mobilstationen 301. dvs mobilstationen.

Idén med att låta information som erhålls genom ett mot- tagande antenndiversitetssystem användas för att sända ut signaler är naturligtvis inte begränsat till de antenn- diversitetssystem som beskrivs ovan, alla andra antenn- diversitetssystem kan användas för att erhålla effekten.

Faktum är att förfarandet att använda information som erhålls av ett mottagardiversitetssystem inte är begränsat till antenndiversitetssystem. Det kan lika gärna användas i andra 10 15 20 25 30 35 . « . . f . 521 005 8 diversitetssystem, såsom ett frekvensdiversitetssystem. I detta fall används frekvensinformationen som erhålls i diversitetssystemet för sändningsändamål, t ex den frekvens som för närvarande ger ett högsta SNR:et används för ut- sändning. Detta skulle emellertid kräva att mottagaren har organ för att mottaga de olika sändningsfrekvenserna.

Figur 4 är ett flödesschema som visar stegen som utförs i en basstation när ett nedlänkstransmissionsschema används.

Således mottages först i ett block 401 en upplänkssignal genom att använda ett lämpligt diversitetsarrangemang, t ex ett antenndiversitetsarrangemang. Därefter extraheras in- formation som erhålls från diversitetsarrangemanget avseende upplänkssignalen i ett block 403. Till exempel extraheras informationen om vilken antenn/mottagningsgren som för närvarande mottager signalen med det högsta SNR:t då ett antennsystem som använder valdiversitet används.

Därefter överförs informationen till basstationens sändnings- del i ett block 405, och slutligen matar transmissionsdelen antennen/antennerna med en nedlänkssignal som använder informationen som erhålls från mottagningsdiversitetssystemet i ett block 407. I fallet då informationen som erhålls är vilken antenn i ett antenndiversitetssystem som för närvaran- de mottager signalen med högst SNR (valdiversitet), matar basstationens utsändningsdel den antennen med nedlänks- signalen.

Förfarandet och systemet som beskrivs häri, som använder information som härleds från ett diversitetssystem för att mottaga en upplänkssignal för utsändningssyfte, dvs en slags utsändningsdiversitet, möjliggör användning av lägre signal- effekt.

Detta är mycket värdefullt i dagens celllulära radiosystem där frekvens är en begränsad tillgång och återanvändning av frekvenser inom korta avstånd krävs för att erhålla ett system som kan ta hand om det ökande antalet mobilstationer, såsom mobiltelefoner.

Claims (12)

10 15 20 25 30 35 @ . > Ä . u 521 005 9 PATENTKRAV

1. Radiotransmissionssystem innefattande en basstation med ett mottagardiversitetsarrangemang, kännetecknat av organ i basstationen för att extrahera information avseende aktuella mottagardiversitetsförhå1landen och organ för att sända nedlänkssignaler i enlighet med en diversitetssändnings- algoritm, styrd i enlighet med information som extraheras från mottagardiversitetsarrangemanget.

2. System enligt krav 1, kännetecknat av att utsändnings- organen styrs att använda samma diversitetsalgoritm på nedlänkssignalerna som för närvarande används för att mottaga upplänkssignalerna.

3. System enligt något av kraven 1-2, kännetecknat av att ett antenndiversitetsarrangemang används för att mottaga upp- länkssignalerna.

4. System enligt krav 3, kännetecknat av duplexantenner för att mottaga upplänkssignalen varigenom nedlänkssignalen kan sändas med samma antenner.

5. System enligt något av kraven 3-4, kännetecknat av att antenndiversitetsarrangemanget innefattar två antenner för att mottaga och sända signaler.

6. System enligt något av kraven 3-5, kännetecknat av att antennerna i antenndiversitetsarrangemanget är åtskilda med ett avstånd som svarar mot en heltalsmultipel av halva våglängden som används i överföringen.

7. Förfarande för att sända radiosignaler, kännetecknat av stegen att: - mottaga en upplänkssignal med ett diversitetsarrangemang och en diversitetsalgoritm, - extrahera information från mottagardiversitetsarrange- manget, och - sända signaler i enlighet med en utsändningsdiversitets- algoritm under styrning av den extaherade informationen. 10 15 20 25 521 005 10

8. Förfarande enligt krav 7, kännetecknat av att den använda utsändningsdiversitetsalgoritmen är samma som mottagaralgo- ritmen.

9. Förfarande enligt något av kraven 7-8, kännetecknat av att ett antenndiversitetsarrangemang används för att mottaga upplänkssignalerna.

10. Förfarande enligt krav 9, kännetecknat av att duplex- antenner används i antenndiversitetsarrangemanget för att mottaga upplänkssignalerna varigenom nedlänkssignalerna kan utsändas genom att använda samma antenner.

11. Förfarande enligt något av kraven 9-10, kännetecknat av att två antenner används för att mottaga och sända signaler- na.

12. Förfarande enligt något av kraven 9-11, kännetecknat av att antennerna i antenndiversitetsarrangemanget är åtskilda med ett avstånd som svarar mot halva våglängden som används i överföringen eller en heltalsmultipel av halva våglängden.