FI89649C - Foerfarande foer oekning av kapaciteten och minimering av effektfoerbrukningen i ett cellulaert radiosystem - Google Patents

Description

x 89649

Menetelmä solukkoradiojärjestelmän kapasiteetin lisäämiseksi ja tehonkulutuksen minimoimiseksi - Förfarande för ökning av kapaciteten och minimering av effektförbrukningen i ett cel-lulärt radiosystem 5

Esillä oleva keksintö koskee menetelmää solukkoradiojärjestelmän kapasiteetin lisäämiseksi ja tehonkulutuksen minimoimiseksi, jossa järjestelmässä on eri kokoisia soluja, jossa 10 solukoko on verrannollinen ainakin solussa käytettävään mak-similähetystehoon.

Nykyiset digitaaliset solupohjaiset matkapuhelinjärjestelmät, kuten GSM Euroopassa ja DAMPS Yhdysvalloissa, perustu-15 vat pääasiassa suuriin soluihin. Matkapuhelinyhteyksien tulevaisuuden visioita on edullinen taskupuhelin, jolla voidaan kommunikoida vapaasti toimistossa, kaupungin keskusta-tai laita-alueella sekä maaseudulla. Jotta matkapuhelinverkon palvelut toimisivat laajalla alueella, täytyy maaseudul-20 la ja esikaupunkialueilla olla suuret solut, kaupunkialueella pienet solut ja kaupunkien keskusta-alueilla ja sisätiloissa erittäin pienet solut tarpeellisen kapasiteetin tarjoamiseksi alueilla, joissa liikennöintivaatimukset ovat suuret. Palveluvaatimukset ovat erilaiset eri ympäristöissä. ;·; 2 5 Useimmissa ympäristöissä puheensiirto tulee olemaan tärkein palvelu, mutta datansiirtopalvelun tarve kasvaa koko ajan, erityisesti kommunikoinnissa sisätiloissa.

- Järjestelmävaatimukset modulaatiomenetelmien suhteen vaihte- 30 levät eri ympäristöissä. Esimerkiksi olosuhteet signaalin etenemiselle ovat erilaiset sisällä ja ulkona, kuten myös pienissä soluissa, joissa antennit ovat matalalla ja suuris-.sa soluissa, joissa antennit ovat korkealla. Myös kommuni-: kointietäisyydet vaihtelevat muutamasta metristä kymmeniin ..-‘35 kilometreihin. Suurissa soluissa kuuluvuutta rajoittaa pää-l'·.. asiassa lähetyksen huipputeho ja tämä viittaakin siihen, että paremman hyötysuhteen omaavia tehovahvistimia tarvitaan. Tämän takia vakioverhokäyrämodulaatiomenetelmiä on perinteisesti käytetty matkapuhelinyhteyksissä, koska ne 40 2 89649 sallivat epälineaaristen vahvistimien käytön, joilla on parempi hyötysuhde kuin lineaarisilla vahvistimilla.

Lineaarisilla modulaatiomenetelmillä saavutetaan suurempi 5 spektritehokkuus kuin vakioverhokäyrämodulaatiomenetelmillä, koska lineaaristen modulaatiomenetelmien kaistanleveystehokkuus on suurempi. Kaistanleveystehokkuudella tarkoitetaan kanavan bittinopeutta jaettuna kanavan kaistanleveydellä. Lineaariset modulaatiomenetelmät vaativat tosin lineaarisia tai linearisoi-10 tuja tehovahvistimia, joilla on huonompi hyötysuhde kuin epälineaarisilla vahvistimilla. Tästä voidaan päätellä, etteivät lineaariset modulaatiomenetelmät ole optimaalisia suuria soluja varten ja tämän takia vakioverhokäyrämodulaatiomenetelmiä onkin perinteisesti käytetty matkapuhelinverkoissa.

15

Hyvin pienissä soluissa lähtötehot ovat pieniä, jolloin teho-vahvistimen tehonkulutus on pieni murto-osa kokonaistehon kulutuksesta. Tämän takia lineaaristen modulaatiomenetelmien käyttö on mahdollista pienissä soluissa ja olisi jopa suotavaa, 20 koska niillä saavutetaan suurempi kapasiteetti kuin vakioverho-käyrämodulaatiomenetelmillä.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on toteuttaa menetelmä, jolla saavutetaan mahdollisimman suuri kapasiteetti ja pieni 25 tehonkulutus solukkoradiojärjestelmissä. Keksinnölle on tunnusomaista se, että suurissa soluissa käytetään vakioverhokäyrämo-dulaatiomenetelmää ja pienissä soluissa käytetään lineaarista modulaatiomenetelmää.

30 Erikokoisissa soluissa käytetään eri modulaatiomenetelmiä siten, että suurissa soluissa käytetään epälineaarista vakiover-hokäyrämodulaatiomenetelmää ja pienissä soluissa käytetään lineaarista modulaatiomenetelmää, jonka spektri on kapea ja solun kapasiteettia saadaan siten kasvatettua. Eri menetelmät ovat 35 optimaalisia eri soluissa, koska vakioverhokäyrämodulaatiomene-telmällä tehonkulutus on pienempi, jolloin sitä on edullista käyttää suurissa soluissa, ja lineaarisella modulaatiomenetelmällä saavutetaan suurempi 3 8 9 6s 9 kapasiteetti, joten sitä on edullista käyttää pienissä soluissa, joissa suurempaa kapasiteettia tarvitaan eikä teho-vahvistimien tehonkulutus ole merkittävä ongelma. Pienissä soluissa eli mikrosoluissa vaimennusvaatimukset ovat suurem-5 mat kuin suurissa soluissa. Koska lineaarisella modulaatio-menetelmällä saavutetaan suurempi viereisen kanavan vaimennus ja siten pienempi viereisen kanavan häiriö, kannattaa sitä käyttää mikrosoluissa.

10 Vakioverhokäyrämodulaatiomenetelmänä voidaan käyttää esimerkiksi differentiaalista koodattua GMSK-menetelmää {Gaussian Minimum Shift Keying), jossa bittinopeuteen normalisoitu kaistanleveys (BT-kerroin) valitaan siten, että lineaarinen approksimaatio on mahdollista moduloidun signaalin vastaan-15 otossa ja voidaan näin ollen toteuttaa lineaarinen kvadra-tuurinen vastaanotin. Lineaarisena modulaatiomenetelmänä voidaan käyttää esimerkiksi binääristä Offset-QAM- menetelmää (Quadrature Amplitude Modulation).

20 Lineaarisen modulaatiomenetelmän käyttö pienissä soluissa mahdollistaisi bittinopeuden kasvattamisen kaistanleveyttä muuttamatta. Tämä on mahdollista käyttämällä lineaarista monitasomodulaatiomenetelmää. Esimerkiksi GSM:ssä voisi suurissa soluissa käyttää GMSK-menetelmää ja mikrosoluissa bi-25 nääristä Offset-QAM -menetelmää muunnettuna siten, että ai-kajakokanavakehyksen (TDMA-kehyksen) aikavälipurskeen data-osassa käytettäisiin kvaternaarista Offset-QAM -menetelmää ja saataisiin bittinopeus täten kaksinkertaistettua pienissä soluissa. Aikavälipurskeen häntäosassa ja opetusjaksossa 30 käytettäisiin edelleen binääristä Offset-QAM -menetelmää, jotta purske pysyy luettavana kaikille käyttäjille. Täten lineaarisen modulaatiomenetelmän käyttö mahdollistaa bitti-nopeuden kasvattamisen.

- 35 Tulevaisuudessa palveluvaatimusten kasvaessa vaaditaan tiettyjä palveluja, kuten kuvapuhelujen siirtoa, varten, suurempi siirtonopeus. Ratkaisuna tähän esimerkiksi GSM:ssä voisi olla skaalattu GSM, jossa bittinopeus esimerkiksi 4 o 9 6 >' kuusinkertaistetaan. Tällöin bittinopeudeksi tulisi 6 * 270,833 kbit/s eli 1,625 Mbit/s. Haittana tosin olisi se, että kanavaväli kuusinkertaistuisi myös, jolloin se olisi 6 * 200 kHz eli 1,2 MHz. Mahdollisesti kanavaväli jouduttai-5 siin jopa kasvattamaan esimerkiksi 1,4 MHz:iin. Ongelma tämän toteuttamisessa on se, että GSM:n kellotaajuudesta 13 MHz ei voida generoida taajuuksia 1,2 ja 1,4 MHz. Ratkaisuna ongelmaan olisi käyttää sellaista kanavaväliä, joka saadaan generoitua 13 MHz:n kellosta, esimerkiksi 1 MHz 10 tai 1,182 MHz. GMSK-menetelmä ei ilmeisesti sallisi tällaista kanavavälin kavennusta viereisen kanavan häiriön takia. Keksinnön mukainen lineaarisen modulaatiomenetelmän käyttö mikrosoluissa mahdollistaisi kanavavälin kavennuksen 1 MHz:iin ilman viereisen kanavan häiriöitä ja näin ollen 15 siirtonopeus voitaisiin kuusinkertaistaa pienissä soluissa.

Eri modulaatiomenetelmiä varten tarvittava modulaattori voidaan toteuttaa käyttämällä kvadratuurista modulaattorira-kennetta joko FIR-suodattimilla tai hakutaulukolla toteutet-20 tuna. Modulaattorilla saadaan generoitua erilaisia modulaatiomenetelmiä muuttamalla toteutustavasta riippuen joko suodatinta tai hakutaulukkoa, joka voi olla tallennettuna esimerkiksi ROM-muistiin.

25 Seuraavassa keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamista selostetaan viittaamalla oheisiin kuviin, joista kuva 1 esittää esimerkkiä kvadratuurisen modulaattorin toteutuksesta suodattimilla ja 30 kuva 2 esimerkkiä kvadratuurisen modulaattorin hakutaulukko-toteutuksesta.

Kuvassa 1 on esitetty kvadratuurisen modulaattorin periaatteellinen toteutus suodattimilla 1, jotka voivat olla esi-35 merkiksi FIR-suodattimia. Koodatut signaalit tuodaan suodat-timiin 1, joista saatavat signaalit kerrotaan valittujen kerrointen kanssa kertojissa 2, joista signaalit viedään summaimeen 3 modulaattorin lopullisen lähtösignaalin muodos-

3 9 6J

5 tamiseksi. Modulaattoria voidaan käyttää eri modulaatiomenetelmien toteuttamiseen vaihtamalla suodattimet 1 toisiin, joiden impulssivaste on valittu haluttua modulaatio-menetelmää varten.

5

Kuvassa 2 on esitetty esimerkki kvadratuurisen modulaattorin hakutaulukkototeutuksesta, jossa data tuodaan digitaalisena osoittavaan logiikkapiiriin 4, josta se viedään muistiin 5, edullisesti ROM-muistiin, joka sisältää modulaatiomenetelmän 10 toteuttavan hakutaulukon, joka käsittää lähetettävät aaltomuodot digitaalisessa muodossa. ROM-muistista 5 signaali jaetaan kahteen haaraan ja viedään D/A-muuntimiin 6, joista saadut analogiset signaalit kerrotaan sopivilla kertoimilla kertojissa 7 ja lopuksi rinnakkaishaarojen vasteet summataan 15 summaimessa 8 modulaattorin lähtösignaalin muodostamiseksi. D/A-muuntimia 6 ei tarvitse sisällyttää modulaattoriin, kuten on tapaus kuvassa 1, vaan signaali voidaan muuntaa analogiseksi lähetystä varten modulaattorin ja lähettimen väliin sijoitetulla D/A-muuntimella (ei esitetty). Kuvassa 20 2 esitettyä modulaattoria voidaan käyttää eri modulaatio- menetelmien toteuttamiseen muuttaamalla ROM-muistissa 5 olevaa hakutaulukkoa.

Esillä olevan keksinnön etuna on, että solukkoradiojärjes-25 telmässä saavutetaan suurempi kapasiteetti ilman, että tehonkulutus muodostuu ongelmaksi. Lineaarisen modulaatio-menetelmän käytön myötä tehonkulutus kasvaa hieman pienissä soluissa, joissa se ei ole ongelma, ja suurissa soluissa, joissa kapasiteetti ei ole ongelma, käytetään vakioverho-30 käyrämodulaatiomenetelmää ja saadaan tehonkulutus pidettyä pienempänä. Kapasiteetin kasvu pienissä soluissa saavutetaan lineaarisen modulaatiomenetelmän käytön myötä, jolla saavutetaan kapeampi kanavaväli toisiin menetelmiin verrattuna. Vakioverhokäyrämodulaatiomenetelmässä kanavavälin kavennus 35 ei ole samassa määrin mahdollista kuin lineaarisissa modulaatiomenetelmissä, koska viereisen kanavan häiriö kasvaisi liian suureksi. Lineaarisissa modulaatiomenetelmissä viereisen kanavan häiriö pysyy pienenä, koska lineaarisissa modu- c 89649 laatiomenetelmissä on kapea spektri, jonka toteuttaminen on mahdollista, koska verhokäyrän vaihtelu on sallittua.

Näin ollen paitsi että lineaarisella modulaatiomenetelmällä saavutetaan suurempi kapasiteetti, vähenee myös viereisen 5 kanavan häiriö. Lisäksi bitti- ja siirtonopeutta voidaan kasvattaa pienissä soluissa käyttämällä lineaarista modulaatiomenetelmää. Lineaarista modulaatiomenetelmää voidaan käyttää sekä tukiasemalla että liikkuvalla asemalla tai pelkästään toisella. Viereisen kanavan häiriötä esiintyy 10 tilastollisesti enemmän lähetettäessä tukiasemalta liikkuvalle asemalle kuin lähetettäessä toiseen suuntaan. Tämän takia lineaarista modulaatiomenetelmää kannattaa käyttää pienissä soluissa ainakin tukiasemilla. Liikkuvan aseman ei tarvitse tietää kumpaa modulaatiomenetelmää tukiasema 15 käyttää lähetyksessä, koska liikkuvalla asemalla voidaan käyttää samaa vastaanotinta sekä lineaarisella että vakio-verhokäyrämodulaatiomenetelmällä moduloidun signaalin vastaanottamiseen .

Claims (11)

1. Förfarande för ökning av kapaciteten och för minimering av effektförbrukningen i ett cellulärt radiosystem, som om-fattar celler av olika storlekar och i vilket cellstorleken är proportionell ätminstone mot den i cellen användbara •25 maximisändningseffekten, kännetecknat av att i Stora celler används en konstantsvepkurvemoduleringsmetod och i smä celler används en lineär moduleringsmetod.

1. Menetelmä solukkoradiojärjestelmän kapasiteetin lisäämiseksi ja tehonkulutuksen minimoimiseksi, jossa järjestelmässä on erikokoisia soluja, jossa solukoko on verrannolli-5 nen ainakin solussa käytettävään maksimilähetystehoon, tunnettu siitä, että suurissa soluissa käytetään vakioverhokäyrämodulaatiomenetelmää ja pienissä soluissa käytetään lineaarista modulaatiomenetelmää.

2. Förfarande enligt patentkravet 1, känneteck -30 n a t av att moduleringsmetoderna väljs sä att enligt skil- da metoder modulerade signaler kan mottagas med väsentligen samma mottagare.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet - t u siitä, että modulaatiomenetelmät valitaan siten, että eri menetelmällä moduloitua signaalia voidaan vastaanottaa oleellisesti samalla vastaanottimella.

3. Förfarande enligt patentkravet 1, känneteck -35 n a t av att som konstantsvepkurvemoduleringsmetod används en GMSK-metod (Gaussian Minimum Shift Keying).

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet - t u siitä, että vakioverhokäyrämodulaatiomenetelmänä käytetään GMSK-menetelmää (Gaussian Minimum Shift Keying).

4. Förfarande enligt patentkravet 1, känneteck - 9 8 9 6 4 y n a t av att som linjär moduleringsmetod används en binär Offset-QAM -metod (Quadrature Amplitude Modulation).

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet - 20. u siitä, että lineaarisena modulaatiomenetelmänä käyte tään binaarista Offset-QAM -menetelmää (Quadrature Amplitude Modulation).

5. Förfarande enligt patentkravet l, känneteck-5 n a t av att i smä celler använder basstationen en linear moduleringsmetod och den rörliga stationen använder en konstantsvepkurvemoduleringsmetod.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet - '25 t u siitä, että pienissä soluissa tukiasema käyttää lineaa rista modulaatiomenetelmää ja liikkuva asema käyttää vakio-verhokäyrämodulaatiomenetelmää.

6. Användning av ett förfarande enligt nägot pa-10 tentkrav 1-4 vid det cellulära radiosystemets basstation.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukaisen menetelmän 30 käyttö solukkoradiojärjestelmän tukiasemalla.

7. Användning av ett forfarande enligt nägot pa-tentkrav 1-4 vid det cellulära radiosystemets rörliga station. 15

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukaisen menetelmän käyttö solukkoradiojärjestelmän liikkuvalla asemalla. '•35 8. Erikokoisia soluja käsittävä solukkoradiojärjestelmä, jossa solukoko on verrannollinen ainakin solussa käytettävään maksimilähetystehoon, tunnettu siitä, että suurissa soluissa käytetään vakioverhokäyrämodulaatiomenetelmää 89649 ja pienissä soluissa käytetään lineaarista modulaatiomenetelmää.

7 89649

8. Cellulärt radiosystem omfattande celler av olika storle-kar, i vilket system cellstorleken är proportionell ätminstone mot den i cellen användbara maximisändningseffekten, k ä n -netecknat av att i Stora celler används en konstant- 20 svepkurvemoduleringsmetod och i smd celler används en lineär moduleringsmetod.

9. Cellulärt radioystem enligt patentkravet 8, kanne -tecknat av att väsentligen samma medel används för mot- '25 tagning av konstantsvepkurvemodulerade och lineärt modulerade signaler.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen järjestelmä, t u n - 5. e t t u siitä, että oleellisesti samoja välineitä käytetään vakioverhokäyrämoduloitujen ja lineaarisesti moduloitujen signaalien vastaanottamiseen.

10. Cellulärt radioystem enligt patentkravet 8 eller 9, kännetecknat av att det omfattar en kvadraturmodu- •30 lator, som innehäller första filter (1) för producering av lineär modulation och andra filter (1) för producering av konstantsvepkurvemodulation.

10. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen järjestelmä, t u n -10 n e t t u siitä, että se käsittää kvadratuurisen modulaattorin, joka sisältää ensimmäiset suodattimet (1) lineaarisen modulaation tuottamiseksi ja toiset suodattimet (l) vakiover-hokäyrämodulaation tuottamiseksi.

11. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen järjestelmä, tun nettu siitä, että se käsittää kvadratuurisen modulaattorin, joka sisältää hakutaulukon, jossa on halutun modulaatiomenetelmän mukaiset aaltomuodot digitaalisessa muodossa.

20 Patentkrav

11. Cellulärt radioystem enligt patentkravet 8 eller 9, 35 kännetecknat av att det omfattar en kvadraturmodu-lator, som innehäller en uppsökningstabell, i vilken väglor-merna enligt den önskade modulationsmetoden finns i digital form.