SE521705C2 - Anordning och förfarande för åstadkommande av trådlös kommunikation i ett sektoruppdelat täckningsområde - Google Patents

Description

mm. l0 l5 20 25 30 35 d.. m och speciellt i de som är kompatibla med TIA/EIA/IS-95A, Mobile Station-Base-station Compatibility Standard for Dual Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System, juli 1993 (av vilken en kopia är tillgänglig från Telekommuni- kationsindustrins Sammanslutning (TIA), 2001 Pennsylvania Ave., Washington, D.C., 20006), har kontrollkanalerna formen av en signal som innefattar lots/sökning/synkroni- serings-information.

Som framgår av fig 2, är tre mobilstationer 203-205 placerade i en halva av sektor S1 medan en annan mobil- station 208 är placerad i den andra halvan av sektor Sl.

Då CDMA-kommunikationssystem är störningsbegränsade sys- tem, dvs att användarkapaciteten i en sektor är begränsad av den totala störningen i den sektorn vid tillfället, påverkar den totala störningen, alstrad av kommunikatio- nerna mellan basstationen 200 och mobilstationerna 203-205 och 208, sektor Slzs användarkapacitet, trots det väsentliga avståndet mellan mobilstationerna. Intressant att notera är att storleken på störningen som alstras av överföringar från mobilstationerna 203-205 och 208 är helt annan än storleken på störningen alstrad av över- föringen av basstationen 200. Då storleken på störningen i framåt-länken skiljer sig från den hos den omkastade länken, skiljer sig följaktligen kapaciteten hos framåt- -länken från kapaciteten hos den omkastade länken. Det här fenomenet är känt som kapacitetsobalans mellan framåt-/omkastad länk.

Den begränsande länken i problemet med kapacitets- obalans mellan framåt-/omkastad länk, är framåt-länken.

Uttryckt på ett annat sätt, kunde fler mobilstationer typiskt vara understödda av den omkastade länken (stör- ning i den omkastade länken är vanligtvis uttryckt som "brusstegring") om mer effekt var tillgänglig från effektförstärkarna i basstationen 200. Emellertid, resulterar en effektökning i effektförstärkare i en ökning av kostnad, komplexitet och underhåll av effekt- förstärkarna. Sålunda finns ett behov av en förbättrad 10 15 20 25 30 35 anordning och metod för att åstadkomma trådlös kommunikation i ett sektoruppdelat täckningsområde för att mildra effekterna av kapacitetsobalansen mellan framåt-/omkastad länk.

Kort beskrivning av ritningarna Fig 1 är ett blockschema över en tidigare känd sän- dardel använd för trådlös kommunikation.

Fig 2 visar allmänt ett tidigare känt sektoruppdelat täckningsområde.

Fig 3 visar allmänt, i form av ett blockschema, en basstations sändare konstruerad för att realisera före- liggande uppfinning.

Fig 4 visar allmänt trådlös kommunikation i ett sek- toruppdelat täckningsområde åstadkommen av sändaren i fig 3.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer Allmänt uttryckt är en sändare använd för att åstad- komma trådlös kommunikation i ett sektoruppdelat täck- ningsområde. Sändaren införlivar en hybridmatris och en invers hybridmatris för att kombinera ingångsstyrsignaler och trafiksignaler. Hybridmatrisen transformerar styrsig- naler och trafiksignaler till utgångssignaler vilka var och en innehåller en del av styrsignalerna och trafiksig- nalerna. Utsignalerna från hybridmatrisen förstärks av förstärkare, och utsignalerna från förstärkarna är sedan inverstransformerade av invershybridmatrisen. Den inversa transformmatrisen återförenar delarna av styrsignalerna och trafiksignalerna som ursprungligen var insignaler till hybridmatrisen, och de resulterande signalerna över- förs till mobilstationer i sektoruppdelade täcknings- områden med hjälp av sektorantenner.

Specifikt uttryckt innefattar en anordning för att åstadkomma trådlös kommunikation i ett sektoruppdelat täckningsområde i ett trådlöst kommunikationssystem organ för att alstra styrsignaler specifika för varje sektor i det sektoruppdelade täckningsområdet och transformerings- organ, som har styrsignalerna och åtminstone en trafik- 1...- 10 l5 20 25 30 35 . - . . « « signal som insignal, för transformering av styrsignalerna och den åtminstone ena trafiksignalen till åtminstone en första och en andra transformerad signal. Anordningen innefattar vidare ett flertal förstärkarorgan för för- stärkning av den första och andra transformerade signalen, och ett inverstransformeringsorgan för transformering av den första och andra transformerade signalen, mottagen från flertalet förstärkarorgan, till styrsignalerna och den åtminstone ena trafiksignalen för överföring till mottagningsstationer inom det sektoruppdelade täcknings- området.

I en föredragen utföringsform innefattar det tråd- lösa kommunikationssystemet ett cellulärt kommunikations- system med koddelnings-multipelaccess (CDMA). De motta- gande stationerna kan vara antingen en mobilstation eller en stationär station, under det att transformeringsor- ganet kan vara antingen en fouriertransformmatris eller en butlertransformmatris. Trafiksignalen innefattar en röst/datasignal behandlad för att vara kompatibel med det cellulära CDMA-kommunikationssystemet. I den föredragna utföringsformen innefattar var och en av flertalet för- stärkarorgan en entons, bredbandig, linjär effektför- stärkare. Dessutom åstadkommer åtminstone en styrsignal styrning av åtminstone två sektorer i det sektoruppdelade täckningsområdet i den föredragna utföringsformen.

Anordningen i enlighet med uppfinningen är också konfigurerbar med ett organ för alstring av styrsignaler för varje sektor i det sektoruppdelade täckningsområdet och ett signalvägledningsorgan, vilket har som insignal ett flertal trafiksignaler och en vägledningssignal, för vägledning av trafiksignaler till korrekta radiokanalen- heter baserade på vägledningssignalen. Ett transforme- ringsorgan, som har som insignal styrsignalerna och tra- fiksignalerna från radiokanalsenhetens utgång, transfor- merar styrsignalerna och trafiksignalerna till åtminstone en första och en andra transformerad signal, medan ett flertal förstärkande organ förstärker den första och den 10 15 20 25 30 35 u. n.

) H.u... .... . . . . u ... .¿ \,-__ \ -»..-- ---- .v u nv- n -.««.- .eu .o 1 :.- ».- fl. w.,.»-.-. . ... I I _, .- n r u. .« n I v , .. 4. == a --- n I v andra transformerade signalen. Ett inverstransforme- ringsorgan transformerar de första och andra transfor- merade signalerna, mottagna från flertalet förstärkar- organ, till styrsignalerna och trafiksignalerna för överföring till mottagningsstationer inom det sektor- uppdelade täckningsområdet.

I den här utföringsformen, kan mottagningsstationer- na också vara en mobil station eller en stationär sta- tion, och vägledningssignalen innefattar information an- gående sektorn till vilken en trafiksignal, avsedd för en mobilstation eller en stationär station, skall vägledas.

I fallet att mottagningsstationen är en mobilstation, är informationen angående sektorn till vilken en trafiksig- nal avsedd för mobilstationen skall vägledas hämtad från en uppskattning av mobilstationens position. I fallet att mottagningsstationen är en stationär station, hämtas in- formationen angående sektorn till vilken en trafiksignal avsedd för den stationära stationen skall vägledas, från tidigare kännedom om den stationära stationens position.

Fig 3 är ett blockschema över en förbättrad anord- ning för att åstadkomma trådlös kommunikation till ett sektoruppdelat täckningsomràde i enlighet med uppfin- ningen. Som visas i fig 3, är en hybridmatris 303 och en invers hybridmatris 306 realiserade i denna föredragna utföringsform. För mer information om hybridmatriser, hänvisas till det amerikanska patentet 4 213 132 av Davidson, som överlåtits till föreliggande uppfinnings innehavare, och härmed införlivad som referens.

Med hänvisning till fig 3, har radiokanalenheterna 102 i fig 1 utgångar som går in i en 8 x 8 hybridmatris 303. 303 och den inversa hybridmatrisen 306 av fouriertrans- I den föredragna utföringsformen, är hybridmatrisen formtypen. Andra typer av hybridmatriser, såsom en butlermatris kan med fördel användas som en fackman inom området inser. I konfigurationen visad i fig 3 används 8 x 8 fouriertransformmatrisen för att åstadkomma trådlös kommunikation till tre sektorer S1-S3, vilka vardera 10 15 20 25 30 35 u ~ ~ . -u vidare är subsektoruppdelade i två subsektorer A/B. De SlB, SZA, S213, SBA OCh S33 vilket illustreras i fig 4. Då endast sex ingångar resulterande sektorerna är S1A, till matrisen 303 och den inversa matrisen 306 används, avslutas de oanvända ingångarna i matris 303 och den inversa matrisen 306 med laster 309.

Kontrollkanal(CCH)generatorer 312-314 vilka bildar ett organ för alstring av respektive styrkanal CCH1-CCH3 (315), visas också i fig 3. Även om de logiskt visas separat från sina motsvarande RCU 102 av illustrerings- skäl, finns varje CCH-generator 312-314 i verkligheten inom deras motsvarande RCU 102. CCH-generatorerna 312-314 alstrar den nödvändiga styrkanalsinformationen i form av en signal innefattande lots/Sökning/synkroniseringsinfor- mation för sin motsvarande sektor (t ex, CCH1 för sektor S1, etc). Denna lots/sökning/synkroniseringsinformation används av mobilstationer inom sektorn för att etable- ra/upprätthålla trådlös kommunikation inom sektorn, hand-off till andra sektorer/celler, etc.

Såsom visas i fig 3, har hybridmatrisen 303 som in- signal styrsignaler 315 och trafiksignaler 316 avsedda för mobilstationer i de tre sektorerna S1-S3. I den är trafiksignaler 316 CDMA- -signaler kompatibla med radiogränssnittet definierat i ovan nämnda TIA/EIA/IS-95A. Hybridmatrisen 303 transfor- merar styrsignalerna 315 och trafiksignalerna 316 till föredragna utföringsformen, utgàngssignaler som var och en innehåller en del av styr- signalerna 315 och trafiksignalerna 316. Utsignalerna från hybridmatrisen 303 förstärks av förstärkare 319. I den föredragna utföringsformen är förstärkarna 319 bred- bandiga linjära effektförstärkare av entons typ men en fackman inom området inser att bredbandiga linjära effektförstärkare av multitonstyp med fördel kan reali- seras utan att frångå andemeningen och omfattningen av uppfinningen.

Utsignalerna från förstärkarna 319 är sedan invers- transformerade av en invers hybridmatris 306. Den inversa 10 15 20 25 30 35 Lfl ÖJ n-å- \J C: QÜ u. .n transformmatrisen återförenar delarna av styrsignalerna 315 och trafiksignalerna 316 som ursprungligen var insig- naler till hybridmatrisen 303. De resulterande signalerna S25, S2A, S2B, S3A eller S33 med hjälp av sektorantenner 320. överförs till deras motsvarande sektor SIA, Som framgår av fig 4, och med referens till den spe- ciella utföringsformen beskriven i fig 3, täcker två sändningssektorer S1A och S13 väsentligen samma yta som den omkastade länksektorn S1. Uttryckt på ett annat sätt, i den här utföringsformen är framåt-länken en konfigura- tion med sex sektorer medan den omkastade länken är en konfiguration med tre sektorer. I den här utförings- formen, som visas i fig 4, är storleken på störning som förevisas sändningssektor S1B av mobilstationer 203-205 försumbara eftersom framåt-länk-kommunikationerna till mobilstationer 203-205 inte överförs i sektor S13. För att uppnå detta, måste först en uppskattning av mobilsta- tionernas 203-205 och 208 positioner utföras.

Nödvändigheten av en uppskattning av mobilstationer- nas 203-205 och 208 positioner uppstår från det faktum att den omkastade länken förblir i en konfiguration med tre sektorer medan den framåtgående länken är en konfi- (eller N) 203-205 och 208 ger upphov till en kommunikation in till guration med sex sektorer. Om en mobilstation basstationen 400 utan att en uppskattning av positionen utförs vid basstationen 400, skulle den bästa positions- uppskattning som basstationen 400 skulle kunna härleda vara att mobilstationerna 203-205 och 208 är i sektorn definierad av S1 (vilken innefattar de två framåt-länk- -sektorerna S1A och SlB). Följaktligen, för att etablera kommunikation med mobilstationerna 203-205 och 208 skulle basstationen behöva ha överfört framåt-länk-kommunika- tionerna för var och en av mobilstationerna 203-205 och 208 på varje sektorantenn 320 motsvarande framåt-länk- -sektorer SlA och S15. Som ett resultat, omfattar onö- digtvis framåt-länk-kommunikationen för sektor S1A den framåt-länk-kommunikationen för mobilstation 208 och den 10 15 20 25 30 35 ..- r ' .u m: 1 u k- .1 ~ - I « 1. \ » i .z 1- v a . n, u . - o f.. š .. ; . . . . .. » o = ,,, . .4 -|. .af u . a n ~ u o n: p u n . 8 Framåt-länk-kommunikationen för sektor S13 omfattar onö- digtvis framåt-länk-kommunikationer för mobilstationer 203-205.

För att erhålla en uppskattning av mobilstationerna 203-205 realiseras en mottagare för globalt positione- ringssystem (GPS) placerad i mobilstationerna 203-205 och 208. GPS-mottagaren i mobilstationen 203-205 och 208 kon- trollerar lägesinformation överförd av GPS-satelliter, och rapporterar dess läge till basstationen 400. GPS har dock begränsad effektivitet i byggnader, underjordiska parkeringshus, etc. För att övervinna begränsningarna med GPS kan på samma sätt en lokaliseringsmetod användas som den visas i det amerikanska patentet 5 508 709 av Ghosh et al., överlåten till sökanden av föreliggande ansökan, och härmed inkluderad genom referens. Som en fackman inom området inser skulle en kombination av de två välkända teknikerna kunna användas i ytterligare en annan utfö- ringsform. Ytterligare metoder för lokaliseringsuppskatt- ning kan fördelaktigt realiseras utan att frångà andan och omfattningen av uppfinningen.

Med en uppskattning av mobilstationernas 203-205 och 208 lägen nu på plats, matar basstationsmottagaren (ej visad) en vägledningssignal 307 till signalvägledaren 308. Vägledningssignalen 307 innefattar information som instruerar signalvägledaren 308 hur den skall vägleda inkommande signaler avsedda för antingen mobilstationer 203-205 eller mobilstation 208 till den korrekta radioka- nalenheten 102 som betjänar framåt-länk-sektor S13 respektive S13. På det här sättet, 100, avsedda för mobilstationerna 203-205 i sektor S1Aå korrekt vägledda till är röst/datasignalerna och mobilstation 208 i sektor S13, den korrekta radiokanalsenheten 102. Som ett resultat överförs framåt-länk-kommunikationen till mobilstationer- na 203-205 endast via sektorantennen 320 som betjänar framåt-länk-sektorn S13, medan framåt-länk-kommunika- tionen för mobilstation 208 endast överförs via sektor- antennen 320 som betjänar framåt-länk-sektorn S13. På det 10 15 20 25 30 35 | I ~ ~ 1 u »,1,__ , u; | f ß = ut v . 1 o u » v m »o 1 -- 1 v ~ 1 a r- ~ c -. u p o . . a p; =. f. ; «.| o . . I \ n u = n . p x: a 1 o p æ a a : 9 här sättet, presenteras ingen onödig störning i någon av framåt-länk-sektorerna S1A eller S15. Eftersom storleken på störningen är reducerad per sektor, ökar framåt-länk- -kapaciteten för att matcha den omkastade länkens kapa- citet. På det här sättet mildras kapacitets- och balans- problemet med framåt-/omkastad länk i enlighet med upp- finningen.

Realiseringen visad i fig 3 erbjuder andra fördelar.

Först, genom att realisera hybridmatrisen 303 och den in- versa hybridmatrisen 306 undviks katastrofala avbrott i någon komponent i någon av kedjorna i någon av sektorerna S1A, S15, S2A, S25, S3A och S35 eftersom hybridmatrisen 303 och den inversa hybridmatrisen 306 distribuerar effekten likvärdigt till sektorantennerna 320. Vidare, med hänvisning till fig 2 och fig 4, elimineras de ovan nämnda störningseffekterna eftersom mobilstationer 203-205 och mobilstation 208 kommunicerar med basstatio- nen 300 i separata subsektorer; dvs, mobilstationer 203-205 kommunicerar inom subsektor S1A w/CCH1 medan mobilstation 208 kommunicerar i subsektor S15 w/CCH1.

Vidare kräver konfigurationen i fig 3 endast hälften så många CCH-generatorer 312-314 jämfört med en sändnings- realisering med sex sektorer.

Värt att påpeka är att konfigurationen i fig 3 och fig 4 kan användas för tillämpningar med trådlös lokal slinga. I tillämpningar med trådlös lokal slinga, är mo- bilstationerna 203-205 och 208 inte mobila, utan är i verkligheten stationära stationer sammankopplade med sta- tionära byggnader (såsom hus, lägenhetskomplex, etc).

Läget för sådana stationära stationer är känt innan sändning av deras avsedda trafiksignaler 316, varvid basstationen 400 innefattar sålunda en lista som kopplar de kända lägena för de stationära stationerna till de korrekta framåt-länk-sektorerna. Under det att stationära stationer läggs till täckningsområdet som motsvarar den korrekta framåt-länksektorn, uppdateras listan i enlighet därmed. 10 15 20 10 Som en fackman inom området inser, kan många olika variationer av fig 3 med fördel realiseras för att åstad- komma trådlös kommunikation i ett sektoruppdelat täck- ningsområde i enlighet med uppfinningen. T ex, istället för att använda en 8 X 8 hybridmatris 303 och invers hyb- skulle en 16 x 16 hybridmatris kunna realiseras för framåt-länkdrift med ridmatris 306 för sex-sektordrift, antingen 12 eller 16 sektorer. I själva verket, kan med fördel vilken N x N hybridmatris som helst användas för att realisera trådlös kommunikation med N sektorer (eller färre) i enlighet med uppfinningen.

Under det att uppfinningen har blivit speciellt vi- sad och beskriven med hänvisning till en speciell utfö- ringsform, kommer det att förstås av fackmän inom området att olika ändringar i form och detalj kan göras utan att frångå andan och omfattningen av uppfinningen. Motsva- rande strukturer, material, handlingar eller ekvivalenter för alla organ eller steg plus funktionselement i nedan- stående krav är avsedda att innefatta alla strukturer, material, eller handlingar för att utföra funktionerna i kombination med andra krävda element som specifikt krävs.

Claims (2)

1. 0 l5 20 25 30 521 705 H P A T E N T K R A V l.

2. Anordning för åstadkommande av trådlös kommunikation i ett sektoruppdelat täckningsområde i ett trådlöst kommu- nikationssystem, varvid anordningen innefattar: organ för att generera styrsignaler för varje sektor i det sektoruppdelade sektoromràdet; signalvägledningsorgan, som har ett flertal trafiksigna- ler och en vägledningssignal som insignal, för att väg- leda trafiksignalerna till tillämpliga radiokanalenheter baserat på vägledningssignalen, där vägledningssignalen inkluderar information avseende sektorn till vilken en trafiksignal avsedd för en mobil mottagarstation eller en stationär mottagarstation skall vägledas; transformeringsorgan, som har styrsignalerna och trafik- signalerna som utmatats från radiokanalenheterna som in- signal, för transformering av styrsignalerna och trafiksignalerna till åtminstone en första och en andra transformerad signal; ett flertal förstärkarorgan för förstärkning av den första och andra transformerade signalen för att alstra förstärkta första och andra transformerade signaler; och inverstransformeringsorgan för transformering av de för- stärkta första och andra transformerade signalerna till styrsignaler och trafiksignaler representerande styrsignalerna och trafiksignalerna som inmatats till transformeringsorganen för överföring till antingen den mobila mottagningsstationen eller den fasta mottagnings- stationen inom det sektoruppdelade täckningsområdet. Anordning enligt krav 1, varvid transformeringsorganet vidare innefattar en fouriertransformmatris eller en butlertransformmatris. 70577 nya patentkramdoc; 2003-05-09 10 15 20 25 30 5221 705 12 Anordning enligt krav l, varvid det trådlösa kommunika- tionssystemet vidare innefattar ett koddelningsmultipel- access (CDMA) cellulärt kommunikationssystem. Anordning enligt krav 3, varvid trafiksignalen vidare innefattar en röst/datasignal behandlad för att vara kompatibel med CDMA cellulära kommunikationssystemet. Anordning enligt krav l, varvid vart och ett av flertalet förstärkarorgan vidare innefattar en bredbandig, linjär effektförstärkare av entonstyp. Anordning enligt krav l, varvid åtminstone en styrsignal åstadkommer styrning av åtminstone två sektorer av det sektoruppdelade täckningsområdet. Förfarande för åstadkommande av trådlös kommunikation i ett sektoruppdelat täckningsområde i ett trådlöst kommu- nikationssystem, varvid förfarandet innefattar stegen att: alstra styrsignaler som är specifika för varje sektor i det sektoruppdelade täckningsområdet; vägleda åtminstone en trafiksignal till tillämpliga radiokanalenheter baserat på en vägledningssignal som inkluderar information avseende sektorn till vilken en trafiksignal avsedd för en mobil mottagarstation eller en stationär mottagarstation skall vägledas; transformering, via en matris, av styrsignalerna och den åtminstone en trafiksignalen till åtminstone en första och en andra transformerad signal; förstärkning av den första och andra transformerade signalen för att alstra förstärkta första och andra transformerade signaler; och transformering av de första och andra förstärkta transformerade signalerna till styrsignaler och åtminstone en trafiksignal representerande de som in- matats till matrisen för överföring till antingen den 70577 nya patentkramdoc; 2003-05-09 :FT »o ...S ~<1 c: 0"] ß mobila mottagningsstationen eller den stationära mot- tagningsstationen inom det sektoruppdelade täckningsom- rådet. 8. Förfarande enligt krav 7, varvid det trådlösa kommunika- tionssystemet vidare innefattar ett koddelningsmultipel- access (CDMA) cellulärt kommunikationssystem. 9. Förfarande enligt krav 7, varvid den åtminstone ena trafiksignalen är en röst/datasignal. 70577 nya patentkramdoc; 2003-05-09