FI113818B - Menetelmä informaation välittämiseksi tiedonsiirtojärjestelmässä, tiedonsiirtojärjestelmä, verkkoelementti sekä langaton viestin - Google Patents

Description

, \ 113818

Menetelmä informaation välittämiseksi tiedonsiirtojärjestelmässä, tiedonsiirtojärjestelmä, verkkoelementti sekä langaton viestin

Nyt esillä oleva keksintö kohdistuu oheisen patenttivaatimuksen 1 mu-5 kaiseen menetelmään informaation välittämiseksi tiedonsiirtojärjestelmässä. Keksintö kohdistuu lisäksi oheisen patenttivaatimuksen 11 johdanto-osassa esitettyyn tiedonsiirtojärjestelmään, oheisen patenttivaatimuksen 21 johdanto-osassa esitettyyn verkkoelementtiin, sekä oheisen patenttivaatimuksen 22 johdanto-osassa esitettyyn langattomaan 10 viestimeen.

Eräiden uusien ja tulevien palveluiden käyttö, kuten internet-selaus, WAP-palvelut ja multimediapalvelut, kuormittavat matkaviestinjärjestelmän alaslinkkiä (downlink, tukiasemalta langattomaan viestimeen) 15 merkittävästi enemmän kuin ylöslinkkiä (uplink, langattomasta viestimestä tukiasemaan). Useita näitä mainituista palveluista käytetään todennäköisesti siten, että langaton viestin on olennaisesti paikoillaan tai liikkuu hitaasti. Lisäksi matkaviestinjärjestelmissä on rajallinen aika-:v diversiteetti (temporal diversity, ajallinen monitiemenetelmä), mikä ra- 20 joittaa matkaviestinverkon kautta siirrettävän informaation määrää ja samanaikaisten yhteyksien määrää. Eräs ratkaisu tämän ongelman vaikutusten vähentämiseksi on käyttää langattomassa viestimessä ; kahdesta tai useammasta antennista koostuvaa antenniryhmää, jolloin voidaan hyödyntää tiladiversiteettiä, eli muodostetaan antenniryhmän 25 suuntakuvio suuntaavaksi kohti tukiasemaa. Tämä ratkaisu on kuiten-. kin suhteellisen kallis ja hankala käytännössä mm. siitä syystä, että langaton viestin voi liikkua käytön aikana, jolloin antennin suuntaaminen ja suunnan pysyminen kohti tukiasemaa voi olla hankalaa. Eräs toinen ongelman ratkaisu on toteuttaa lähetyspäässä ns. lähetysdiver-30 siteetti esim. siten, että käytetään tukiasemalla kahden tai useamman [ . antennin antenniryhmää. Tällöin tukiasemassa langattomalle viesti- . ! melle lähetettävä signaali johdetaan kahteen tai useampaan antenniin.

Riippumatta siitä, käytetäänkö lähetyksessä ja/tai vastaanotossa yhtä 35 antennia tai useamman antennin ryhmää, vastaanottimessa suoritetaan kanavaestimointi mm. monitie-etenemisen aiheuttamien signaali-vääristymien kompensoimiseksi. Tämän toteuttamiseksi useissa mat- 2 113818 kaviestinjärjestelmissä käytetään ns. opetusjaksoja (training sequence), jotka ovat tiedossa sekä lähetyspäässä että vastaanottopäässä. Tällöin vastaanotin suorittaa kanavakorjauslohkon säädön siten, että kanavakorjauslohko kompensoi estimoidun kanavan vääristy-5 mät mahdollisimman tehokkaasti. Käytettäessä useita lähetysanten-neja valitaan tunnetun tekniikan mukaisissa järjestelmissä kullekin lä-hetyshaaralle oma opetusjaksonsa sekä eri langattomille viestimille tarkoitetuille signaaleille omat opetusjaksot. Lisäksi eri lähetyshaaroille valitut opetusjaksot pyritään valitsemaan siten, että vastaanotin pystyisi 10 estimoimaan saman lähetteen käyttämät eri antenneista lähetettyjen signaalien siirtotien (lähetyskanavat) mahdollisimman hyvin. Tällöin opetusjaksot valitaan edullisesti siten, että niillä on mahdollisimman hyvät ristikorrelaatio-ominaisuudet. Lisäksi näillä opetusjaksoilla tulisi olla mahdollisimman hyvät autokorrelaatio-ominaisuudet. Käytännössä 15 tämä merkitsee sitä, että koodiperheen kokoa tulee kasvattaa. Käytettäessä esimerkiksi neljää lähetysantennia kullakin tukiasemalla, tarvitaan opetusjaksoperhe, jossa on nykyiseen verrattuna nelinkertainen määrä opetusjaksoja, siis GSM-matkaviestinjärjestelmässä 32 erilaista opetusjaksoa, jotta saavutettaisiin yhtä hyvät saman kanavan häiriöi-20 den vaimennusominaisuudet kuin yhden antennin tapauksessa. Mikäli opetusjaksot ovat binäärisiä ja kunkin opetusjakson perusjakso käsittää 16 symbolia, kuten GSM-matkaviestinjärjestelmässä, ei näille 32:lle . V: opetusjaksolle voida saada kovin hyviä autokorrelaatio- ja ristikorrelaa- • · tio-ominaisuuksia.

25 • * · | Esimerkiksi nykyisissä GSM-matkaviestinjärjestelmissä käytettävät » · opetusjaksot ovat sellaisia, että jotkin opetusjaksoparit muodostavat huonoja ristikorrelaatiotuloksia, jolloin kanavaestimoinnissa ei saavu-teta hyvää tulosta erityisesti huonoissa olosuhteissa. Tämän ongelman 30 poistamiseksi voitaisiin kehittää uusia opetusjaksojoukkoja, mutta tätä :: vaihtoehtoa rajoittaa mm. Welch-raja: + - (1)

P P(M -1) P

» 0 35 : \: missä <j>a = maksimiautokorrelaatio, 3 113818 φ0 = maksimiristikorrelaatio, Ρ = koodin pituus, ja M = koodiperheen koko.

5 Welch-raja pätee binäärikoodeille, jotka koostuvat luvuista 1 ja -1. Tästä Welch-rajasta voidaan päätellä, että on vaikeaa saavuttaa samanaikaisesti hyvät autokorrelaatio-ominaisuudet ja hyvät ristikorrelaa-tio-ominaisuudet. Lisäksi Welch-raja ilmaisee, että koodiperheen koon M kasvaessa maksimikorrelaatiot kasvavat myös. Tämä on haitallista, 10 koska koodattua lähetysdiversiteettiä käytettäessä vastaanottimen tarvitsee arvioida N-kertaa (=lähetysantennielementtien lukumäärä) enemmän kanavakertoimia kuin yhtä antennia käytettäessä. Lisäksi tämä lisää estimointikohinaa.

15 Nyt esillä olevan keksinnön eräänä tarkoituksena on aikaansaada menetelmä ja järjestelmä kanavaestimoinnin suorittamiseksi vastaanotti-messa. Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että lähetetään eri lähe-tysantenneihin signaalia siten, että eri antennihaaroissa lähetettävissä signaaleissa käytetään samaa opetusjaksoa siten, että opetusjakson 20 vaihe on erilainen eri antennihaaroissa. Täsmällisemmin ilmaistuna nyt esillä olevan keksinnön mukaiselle menetelmälle on pääasiassa tunnusomaista se, mitä on esitetty oheisen patenttivaatimuksen 1 tun- ,V: nusmerkkiosassa. Keksinnön mukaiselle tiedonsiirtojärjestelmälle on • » ;·; pääasiassa tunnusomaista se, mitä on esitetty oheisen patenttivaati- : 25 muksen 11 tunnusmerkkiosassa. Keksinnön mukaiselle verkkoelemen- • * ·* \ tille on pääasiassa tunnusomaista se, mitä on esitetty oheisen patentti- 1 · · vaatimuksen 21 tunnusmerkkiosassa. Keksinnön mukaiselle langatto-malle viestimelle on vielä pääasiassa tunnusomaista se, mitä on esi- * · * · · · * tetty oheisen patenttivaatimuksen 22 tunnusmerkkiosassa.

30

Keksinnöllä saavutetaan merkittäviä etuja tunnetun tekniikan mukaisiin ratkaisuihin verrattuna. Keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan vastaanottimen kanavaestimoinnin suorituskykyä parantaa merkittä-västi verrattuna tunnetun tekniikan mukaisiin menetelmiin. Lisäksi kek- . 35 sinnön mukaista menetelmää sovellettaessa ei tarvita uusia opetusjak- soja, vaan voidaan käyttää jo olemassa olevia opetusjaksoja. Koska opetusjaksojen lukumäärää ei tarvitse lisätä, voidaan lähetin ja vas 4 113818 taanotin toteuttaa yksinkertaisemmin. Lisäksi kanavaestimoinnin suorituskyvyn parantuessa myös yhteyden laatu ja tiedonsiirron luotettavuus saadaan paremmaksi.

5 Kanavaparametrien tarkempi estimointi vastaanottimessa mahdollistaa vielä sen, että lähetystehoa voidaan pienentää.

Vielä eräinä keksinnön eräillä edullisilla suoritusmuodoilla saavutettavina etuina voidaan mainita tiedonsiirtonopeuden kasvattaminen lähe-10 tystehoa nostamatta lähettämällä langattomalle viestimelle eri antenni-haarojen kautta toisistaan riippumatonta informaatiota. Lisäksi esim. tukiasemalla voidaan keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisella menetelmällä erottaa usean eri langattoman viestimen lähettämät signaalit toisistaan, jolloin esim. kaksi langatonta viestintä voi 15 samanaikaisesti lähettää samaan tukiasemaan. Vastaavasti voidaan langattomassa viestimessä erottaa toisistaan kahden tai useamman samanaikaisesti lähettävän tukiaseman signaalit.

Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin viitaten samalla oheisiin 20 piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaista tiedonsiirtojärjestelmää pelkistettynä lohkokaaviona, • · • * 0 · t « 25 kuva 2 esittää keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaista tukiasemaa pelkistettynä lohkokaaviona, • « • · kuva 3 esittää keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaista matkaviestintä pelkistettynä lohkokaaviona, ja 30 I I « kuva4 esittää erästä kehysrakennetta, jota voidaan soveltaa *,,.·· keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaisessa matka- viestinjärjestelmässä.

*»«* · 35 Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin viitaten samalla kuvas-sa 1 esitettyyn keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaiseen tiedon-· siirtojärjestelmään 1. Esimerkkinä käytetään kahden antennin lähetys- 5 113818 diversiteettiä, mutta on selvää, että keksintöä voidaan soveltaa myös useamman lähetysantennin tapauksessa. Lisäksi oletetaan, että tiedonsiirtojärjestelmä käsittää GSM/EDGE-järjestelmän, mutta on selvää, että myös muissa matkaviestinjärjestelmissä voidaan nyt esillä 5 olevaa keksintöä soveltaa. Langattoman viestimen 2 käyttäjä on esimerkiksi selailemassa ns. kotisivuja Internet-tietoverkossa, joilloin langaton viestin 2 on järjestetty tiedonsiirtoyhteyteen Internet-tietoverk-koon 3. Tämä Internet-tietoverkko 3 käsittää suuren joukon mm. palvelimia 4 ja reitittimiä 5, joiden kautta informaatiota siirretään pakettimuo-10 dossa sinänsä tunnetusti. Tiedonsiirtoyhteys langattoman viestien 2 ja matkaviestinverkon 6 välillä on muodostettu edullisesti pakettiyhteytenä käyttämällä esim. GSM-matkaviestinjärjestelmään kehitettyä GPRS-pakettivälityspalvelua (General Packet Radio Service).

15 GPRS- pakettivälityspalvelun toiminnallinen ympäristö käsittää yhden tai useamman aliverkkopalvelualueen (subnetwork service area), jotka on yhdistetty GPRS-runkoverkoksi (backbone network). Aliverkko käsittää lukuisia tukisolmuja (SN, Support Node), joista tässä selityksessä käytetään esimerkkinä palvelevia GPRS-tukisolmuja 6a (SGSN, 20 Serving GPRS Support Node), jotka on liitetty matkaviestinverkkoon (tyypillisesti liityntäyksikön välityksellä tukiasemaan) siten, että ne voivat tarjota pakettivälityspalveluita langattomille viestimille tukiasemien V: (solujen) välityksellä. Matkaviestinverkko tarjoaa pakettikytkentäisen informaation välityksen tukisolmun ja langattoman viestimen välillä. Eri I I · .·. 25 aliverkot on puolestaan liitetty GPRS yhdyskäytävätukisolmujen 6b \ j (GGSN, GPRS Gateway Support Node) välityksellä ulkoiseen tieto- >« ' / verkkoon, esimerkiksi yleiseen kytkentäiseen tietoverkkoon (PSTN,

Public Switched Telephone Network). GPRS-palvelu mahdollistaa siis ‘ ··* pakettimuotoisen informaation välityksen langattoman viestimen ja ul- 30 koisen tietoverkon välillä, jolloin matkaviestinverkon tietyt osat muo-: : dostavat kytkeytymisverkon (access network). Lisäksi matkaviestin- i I t verkko 6 käsittää ainakin yhden matkapuhelinkeskuksen 8 (MSC, Mobile Switching Centre).

• · »«* • $ 35 Tällöin langaton viestin 2 kommunikoi tukiasemajärjestelmän 7 välityk-sellä palvelevan GPRS-tukisolmun 6a kanssa. Tukiasemajärjestelmä » · :,*·· käsittää edullisesti tukiasemia 7a ja tukiasemaohjaimia 7b. Varsinainen 113818 6 radiotien kautta suoritettava tiedonsiirto tapahtuu tukiaseman 7a ja langattoman viestimen 2 välillä. Tässä selostuksessa keskitytään pääasiassa tämän radiotien kautta suoritettavaan tiedonsiirtoon erityisesti alaslinkin suunnassa, siis tukiasemasta 7a langattomaan viestimeen 2.

5 Kuvassa 2 on esitetty pelkistettynä lohkokaaviona keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisen tukiaseman 7a rakennetta siten, että kuvassa on esitetty lähinnä nyt esillä olevan keksinnön ymmärtämisen kannalta olennaisimmat lohkot. Matkaviestinverkosta 6 langattomalle viestimelle 2 lähetettäväksi saapuva informaatio siirretään 10 edullisesti lähetyspuskuriin 9 tai vastaavaan. Tukiaseman ohjauslohko 10 huolehtii edullisesti tukiaseman ohjaimelta 7b (BSC, Base Station Controller) lähetettävien ohjaustietojen perusteella mm. eri langattomille viestimille 2 lähetettävien pakettien ajoituksesta, kehystyksestä, opetusjakson valinnasta ja vaihesiirron järjestämisestä eri antennien 15 11 a, 11 b kautta lähetettäville signaaleille. Kullekin langattomalle vies timelle 2 voi olla varattuna yksi tai useampi lähetys- ja vastaanotto-aikajakso (time slot). Lähetysaikajakson aikana langaton viestin 2 voi lähettää informaatiota tukiaseman 7a suuntaan. Vastaavasti vastaan-ottoaikajakson aikana langaton viestin 2 on vastaanottotilassa, jolloin 20 langattomalle viestimelle voidaan lähettää informaatiota tukiasemasta 7a.

Lähetettävä informaatio siirretään lähetyspuskurista 9 koodereihin 12a, 12b, joissa informaatio muunnetaan tietokehysmuotoon (paketeiksi) ja 25 koodataan lähetystä varten. Kooderit 12a, 12b suorittavat myös ope- • · » tusjakson lisäämisen tietokehyksiin FR. GSM-matkaviestinjärjestel-; mässä käytetään saman solun alueella liikennöiville langattomille vies-timille 2 lähetettävissä tietokehyksissä samaa opetusjaksoa. Saman tukiaseman kautta suoritettavassa liikennöinnissä lähetetään eri lan-30 gattomille viestimille tietokehyksiä eri aikajaksoissa, jolloin langaton viestin 2 pystyy hyvissä olosuhteissa erottamaan sille tarkoitetut tieto-··’*’: kehykset muille langattomille viestimille tarkoitetuista tietokehyksistä.

Oheisessa kuvassa 4 on esitetty eräänä esimerkkinä tietokehyksestä FR GSM-matkaviestinjärjestelmän normaalikehystä. Se käsittää kaksi ! 35 täytebittikenttää T1, T2, joita käytetään lähinnä tiedonsiirtoviiveiden ’ vaikutusten vähentämiseen tietokehysten vastaanotossa (guard time).

Opetusjaksokenttä TS on sijoitettu tietokehyksen keskivaiheille. Ope-

* » I

113818 7 tusjaksokentän molemmilla puolilla on tyyppikenttä S1, S2 (Stealing flags), joita käytetään ilmaisemaan tietokehyksen sisältämän informaation tyyppiä, jolloin vastaanottimen dekooderi voi näiden kenttien perusteella päätellä, onko kyseessä signalointikehys vai ns. hyötyinfor-5 maation välityksessä käytettävä tietokehys. Ensimmäisen täytebitti-kentän T1 jälkeen on tietokehyksessä ensimmäinen datakenttä D1. Toinen datakenttä D2 on toisen tyyppikentän S2 jälkeen, ennen toista täytebittikenttää T2. Datakenttiä D1, D2 käytetään varsinaisen informaation, kuten signalointi-informaatio tai hyötyinformaatio, lähetyk-10 seen. Kehyksen lopussa on vielä suojaperiodi GP (Guard Period), jonka aikana dataa ei lähetetä.

Nyt esillä olevan keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisessa järjestelmässä käytetään tukiasemalla kahta antennia 11a, 11b. 15 Tällöin ensimmäisessä kooderissa 12a käytetään tukiaseman 7a käyttämää opetusjaksoa sellaisenaan, eli tietokehykseen lisätään opetus-jaksokenttään kyseinen opetusjakso, jota tässä merkitään S! = [Si,i2,..., Si i6, Si i, ..., S116, Su.....s1i5]T. Ohjauslohko 10 määrittää toisen an tennin kautta lähetettävän signaalin koodausta varten optimivaihesiir-20 ron k, jota käytetään opetusjaksokentän muodostuksessa. Toisen antennin kautta lähetettävän paketin opetusjaksokenttään lisätään toisessa kooderissa 12b kyseinen opetusjakso, jonka vaihetta on syklisesti siirretty k jaksoa. Tämä voidaan merkitä s2 = [Si,(i2+k)modi6,···, .*;*· Si (i6+k)mod16i Si^i+^modie» ···> Si(i0+k)mod16) Sl,(1+k)mod16i --·ι Si(5+k)mod16] 25

Opetusjakson lisäämisen jälkeen voidaan paketille suorittaa modulointi : lähetyslohkoissa 13a, 13b, minkä jälkeen ensimmäisestä lähetysloh- · kosta 13a moduloitu suurtaajuussignaali johdetaan ensimmäiseen an- '··.·' tenniin 11a ja vastaavasti toisesta lähetyslohkosta 13b moduloitu sig- 30 naali johdetaan toiseen antenniin 11b. Antennien 11a, 11b kautta lähetettävät signaalit lähetetään olennaisesti samanaikaisesti.

Langattoman viestimen 2 vastaanottimessa 14 suoritetaan langatto-' . man viestimen antennin 15 kautta vastaanotetun signaalin muuntami- 35 nen välitaajuudelle tai kantataajuudelle vastaanottolohkossa 16. Tä- • *»· · män jälkeen suoritetaan edullisesti analogisen signaalin muuntaminen :· digitaaliseksi A/D-muuntimessa 17. Digitaaliseen muotoon muunnetun • · • « 113818 8 signaalin perusteella synkronointilohko 18 voi synkronoida vastaanottimen toiminnan vastaanotettuun signaaliin. Tämä suoritetaan edullisesti tietokehyksen opetusjaksokentän perusteella. Koska signaali on voinut vääristyä siirtotiellä ja mm. monitie-etenemisen seurauksena, ei 5 vastaanotin välttämättä tiedä signaalin tarkkaa vaihetta. Tällöin synkronointilohkossa muodostetaan korrelaatio vastaanotetun signaalin ja langattoman viestimen 2 tiedossa olevan, lähetyksessä käytetyn opetusjakson välillä. Mikäli vastaanotettu signaali ja korrelaatiossa käytettävä opetusjakso korreloivat, saadaan korreloinnin tuloksena kor-10 relaatiohuippuja. Niiden ajallisen sijainnin, lukumäärän ja voimakkuuden perusteella synkronointilohko voi pyrkiä selvittämään signaalien oikean ajoituksen sekä kanavaparametrit ja asettaa kanavakorjaus-lohkon 19 parametrit olennaisesti vastaamaan siirtotien ominaisuuksia. Synkronointilohkossa 18 tallennetaan tietty määrä vastaanotettua, di-15 gitaaliseen muotoon muunnettua informaatiota (symbolia) korrelaation suorittamiseksi. Tallennettavien bittien määrään vaikuttaa mm. opetusjakson muodostuksessa käytetyn koodin pituus P ja se, kuinka monta kanavatappia L halutaan selvittää. Jos oletetaan, että koodin pituus P on 16 ja halutaan 5 kanavatappia, tallennetaan synkronointi-20 lohkossa P+L=16+5=21 symbolia. Tämän perusteella synkronointi-lohko 18 välittää tiedon määrittämistään kanavan ominaisuuksista ka-navakorjauslohkolle 19, joka asettaa omat parametrinsa vastaamaan kanavan ominaisuuksia. Tällöin kanavakorjauslohkon 19 ulostulosta v. saadaan kanavakorjattu signaali, joka dekoodataan dekoodauslohkos-25 sa 20 ja johdetaan jatkokäsittelyä varten langattoman viestimen 2 mui-hin lohkoihin, kuten muistiin 21, audiolohkoon 22, ohjauslohkoon 23 ; ja/tai näyttöön 24, mikä on sinänsä tunnettua.

• · · * »· • · • · ·

Automaattista vahvistuksen säätölohkoa 25 voidaan käyttää vastaan-...·* 30 ottolohkon 16 vahvistuksen säätämiseen vastaanotetun signaalin voimakkuuden perusteella. Tällöin voidaan vähentää vastaanotetun sig-naalin mahdollisten voimakkuusvaihteluiden vaikutusta signaalin jatko-· ": käsittelyvaiheissa, kuten kanavakorjauksessa ja signaalin dekoodauk sessa.

Langaton viestin 2 voi lähettää informaatiota tukiasemalle lähetys-lohkon 27 avulla sinänsä tunnetusti. Langattoman viestimen 2 lähettä- • · » ....· 35 113818 9 mien signaalien vastaanotto suoritetaan tukiaseman vastaanotto-lohkossa 28, jossa signaali muunnetaan välitaajuudelle tai kantataa-juudelle sekä suoritetaan analogia/digitaalimuunnos. Tämän jälkeen signaali johdetaan tukiaseman dekooderiin 29 dekoodattavaksi. De-5 koodattu signaali voidaan tarvittaessa tallentaa tukiaseman vastaan-ottopuskuriin 30 ennen tukiasemaohjaimelle 7b lähettämistä.

Tarkastellaan vielä keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaista menetelmää matemaattisesti. Kun tukiasemalta BTS lähetetään 10 esimerkiksi kuvan 4 mukainen tietokehys matkaviestimeen, voidaan matkaviestimen vastaanottaman signaalin opetusjaksokehyksen informaatio ilmaista seuraavalla kaavalla: r[/] = hx [f] * s, [i] + h2 [/] * j2[/] + «[/] (2), 15 missä hj kuvaa kanavan vastetta

Sj kuvaa antennin i kautta lähetettävässä signaalissa käytettyä opetusjaksoa, ja 20 n kuvaa valkoista kohinaa, joka summautuu signaaliin tie donsiirtokanavassa sekä lähetys- ja vastaanottolaitteis-sa.

Nykyisissä GSM/EDGE-järjestelmissä käytettävät opetusjaksot ovat 25 5+16+5 bittiä pitkiä ja käytössä on kahdeksan erilaista opetusjaksoa, jotka on optimoitu autokorrelaation suhteen. Opetusjaksot ovat periodi- : Siä siten, että s, = [sii12.....s-l>16, s(>1, ..., sii16, s0, ..., sii5]T, eli alkuosa "· opetusjaksokehyksen sisällöstä on sama kuin 16-bittisen (=P) opetus jakson loppuosa (5 bittiä) ja vastaavasti loppuosa opetusjaksokehyk-30 sen sisällöstä on sama kuin opetusjakson alkuosa (5 bittiä). Kun P + L vastaanotettua opetusjaksosymbolia kootaan vektoriksi, voidaan tämä esittää kaavalla r = S, A, + S2Ä2 + n (3) jossa • * » · 35 113818 10

Si,L ··· % s,= : : (4)

Ji,P+L-\ ' ‘' Si.P _

Kaavassa 4 symboli L esittää estimoitavien kanavatappien lukumäärää 5 ja Sj,p+k — Sj,k. Kokoamalla yhteen vastaanotetut symbolit voidaan kaava 3 esittää muodossa: r ^[^2][KX\T+n=Sh + n (5) 10 Mikäli kanavaestimaatit hi ja h2 määritetään käyttämällä pienimmän neliösumman menetelmää, saadaan: h = (STS)'1STr = R'1STr (6) 15 Tämän operaation perusteella saadaan kanavan signaalitiet korreloitua, mutta samanaikaisesti tämä lisää vastaanottokotiinsa. Tämän ' : epätoivotun sivuvaikutuksen suuruus voidaan arvioida seuraavasti: :;;j δ = 10log10(1 + tr{R’}) (7) V·: 20

Tapauksessa, jossa käytetään olemassa olevaa opetusjaksoperhettä, \”·* kahden opetusjakson välisen vaihe-eron määrittäminen voidaan suo rittaa esimerkiksi seuraavasti: • · * «· .*··. 25 k* = arg max 101og10(l + /r{R (&)*'}) (8) » « · * * * * < ' jossa k* esittää opetusjaksojen välistä optimivaihesiirtoa, ja R(k) = ':** S(k)TS(k), jossa * · Γ" - ·; Si,L ” Si,l Sj,k + L Sj,k+l 30 S(*)= : '·. : (9)

_Si,P+L-1 Si,P Sj,k+P+L-1 Sj,k+P

113818 11

Kaavassa (9) Sj ja Sj, i * j kuuluvat johonkin olemassa olevaan opetus-jaksoperheeseen. Yleisesti ottaen voidaan todeta, että kaikki kanava-estimaattorit hyötyvät pienistä autokorrelaatio- ja ristikorrelaatioarvois-ta, vaikka halutut suorituskykykriteerit voivat vaihdella eri vastaanotti-5 missä.

Eräinä edullisina opetusjaksoina, joita keksinnön yhteydessä voidaan käyttää, mainittakoon tässä yhteydessä orthogonaaliset nelitasoiset CAZAC-sekvenssit (Constant Amplitude Zero Autocorrelation) ja bi-10 nääriset CAZAC-sekvenssit. Esimerkkejä tällaisista sekvensseistä on löydettävissä mm. julkaisussa A.P. Clark, Z.C. Zhu and J.K. Koshi: ’’Fast Start Up Channel Estimation” IEEE Proceedings Voi. 131 Pt. F, No. 4, July 1984, s. 375—381.

15 Arvioidaan seuraavaksi tunnetun tekniikan mukaisissa järjestelmissä lähetysdiversiteetin aiheuttamaa suorituskyvyn muutosta käyttämällä esimerkkinä GSM-järjestelmässä käytettäviä eri opetusjaksoja. Käyttämällä kaavaa (7) eräänä vastaanottimen suorituskykyä kuvaavana kriteerinä, GSM-järjestelmässä käytettävien opetusjaksojen paras pari 20 aiheuttaa n. 2,5 dB suuruisen suorituskyvyn heikkenemisen, mutta ! huonoimmalla parilla suorituskyky heikkenee jopa 7 dB, kun opetusjak- i sot valitaan siten, että viisi eri kanavatappia voidaan estimoida (L=5).

Sen sijaan keksinnön mukaista menetelmää sovellettaessa voidaan pahimman tapauksen tilanteessa suorituskyvyn heikkeneminen 25 pienentää n. 4 dB:iin, mikäli paras vaihe-ero etsitään opetusjak- : sopareille. Tällöin olemassa olevista opetusjaksopareista on nyt opti- * · · mointi suoritettu sekä autokorrelaation että ristikorrelaation suhteen säätämällä opetusjaksojen suhteellista vaihe-eroa. Tämä on erittäin • V tärkeää järjestelmissä, joissa käytetään lähetysdiversiteettiä, jolloin 30 vastaanottimeen eri antennien kautta lähetettävät signaalit saapuvat , olennaisesti yhtä voimakkaina.

• " Esitetään seuraavaksi keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mu kaisen menetelmän avulla toteutetun lähetysdiversiteetin vaikutusta 35 suorituskykyyn käyttämällä edellä mainittuja kaavoja. Tällöin eri antennien kautta lähetettävä signaali sisältää saman opetusjakson s,, mutta opetusjaksojen välille on muodostettu vaihe-ero, esimerkiksi 113818 12 L symbolin pituinen vaihe-ero (k=2). Tällöin kaava (9) voidaan esittää muodossa

Si,L Si,l Si,2L Si.L+1 s = : \ : : ·. : (10) _Si,P+L-1 Si,P Si,+2L-i Si,L+P_ 5

Kun nyt sovelletaan jälleen kaavaa (7) ja opetusjaksoina käytetään GSM-järjestelmän kahdeksaa opetusjaksoa, saavutetaan tilanteessa, jossa L = 5, suorituskyvyn heikkenemiselle arvot 2,7 dB parhaassa tapauksessa ja 2,9 dB huonoimmassa tapauksessa. Tämä varmistaa 10 vielä sen, että opetusjaksojen autokorrelaatio-ominaisuudet on paremmin balansoitu kuin ristikorrelaatio-ominaisuudet. Keksinnön mukaista menetelmää sovellettaessa voidaan siis pienemmällä opetusjak-sojoukolla saavuttaa parempi lopputulos kuin käyttämällä suurempaa opetusjaksojoukkoa tunnetun tekniikan mukaisissa järjestelmissä.

15 Määritettyjen kanavakorjausparametrien perusteella kanavakorjausloh-kossa 19 muutetaan tarvittaessa esimerkiksi suodattimien taajuusvas- ··' teeseen vaikuttavia suureita, jolloin suodattimen siirtofunktio muuttuu.

: Synkronointilohkon 18 ja kanavakorjauslohkon 19 toiminnot voidaan ·*·: 20 suurelta osin toteuttaa digitaalisen signaalinkäsittely-yksikön (ei esitet-ty) avulla (DSP, Digital Signal Processor).

Sellaisissa järjestelmissä, joissa tukiasema käyttää samaa opetusjak-soa kaikille tukiasemaan yhteydessä oleville langattomille viestimille 2, » ··. 25 voidaan keksintöä soveltaa myös seuraavasti. Vastaanottimessa 14 suoritetaan kanavakorjausparametrien laskenta sellaisen aikajakson : tietokehyksen aikana, joka on tarkoitettu jonkin toisen samaan tuki- : asemaan yhteydessä olevan langattoman viestimen vastaanotettavaksi si. Tämän jälkeen kanavakorjaimen 19 parametreja muutetaan tarvit- ; . : 30 taessa ja käytetään näitä muutettuja parametreja seuraavan kyseiselle langattomalle viestimelle 2 tarkoitetun tietokehyksen vastaanottamisen aikana.

113818 13 GSM-matkaviestinjärjestelmässä käytössä olevilla opetusjaksoilla on hyvät autokorrelaatio-ominaisuudet n. 6-7 symbolin matkalla. Keksinnön mukaisella menetelmällä suoritettu syklinen vaihesiirto ei vaikuta opetusjakson autokorrelaatio-ominaisuuksiin. Opetusjakson ristikorre-5 laatio voi muuttua riippuen mm. alkuperäisen opetusjakson autokorre-laatiofunktiosta sekä siitä, kuinka suuri vaihesiirto on kyseessä.

Optimivaihesiirron laskenta suoritetaan edullisesti tukiasemalla 7a so-pivimmin tukiaseman käyttämän opetusjakson vaihtumisen yhteydes-10 sä. Tarvittaessa voidaan laskentatuloksia tallentaa muistiin, jolloin tilanteessa, jossa opetusjaksoksi valitaan jo aikaisemmin käytetty opetusjakso, voidaan optimivaihesiirron arvo hakea muistista.

Keksinnön mukaista menetelmää sovellettaessa voidaan lähetystehoa 15 pienentää, koska kanavaparametrit voidaan estimoida tarkemmin kuin tunnetun tekniikan mukaisissa menetelmissä, joissa lähetys suoritetaan yhden antennin kautta.

Keksinnön erään toisen edullisen suoritusmuodon mukaisessa mene-20 telmässä tukiasemasta 7a lähetetään eri antennihaarojen kautta toisistaan riippumatonta signaalia langattomalle viestimelle 2. Näissä eri antennihaaroissa käytetään kuitenkin samaa opetusjaksoa, mutta eri vaiheisina. Tämä mahdollistaa sen, että langattoman viestimen vas-taanottimessa voidaan erottaa eri signaalit toisistaan ja vastaanottaa 25 samanaikaisesti siis eri informaatiota. Tämä eri informaatio voi olla • · · kuitenkin samaan datajoukkoon kuuluvaa informaatiota lähetettynä ; esimerkiksi siten, että yhden antennihaaran kautta lähetetään paritto- * · · mia bittejä ja toisen antennihaaran kautta lähetetään parillisia bittejä. Kyseessä on siis lähetysdiversiteetin eräs erikoissovellus, eräänlainen 30 osittain rinnakkaismuotoinen tiedonsiirtomenetelmä. Esimerkiksi ns. BLAST-tyyppisissä (Bell Laboratories Layered Space-Time) moni-antennijärjestelmissä voidaan soveltaa nyt esillä olevaa keksintöä tie-·*’: donsiirtonopeuden kasvattamiseksi.

35 Vielä eräässä keksinnön edullisessa suoritusmuodossa useampi kuin yksi langaton viestin voi lähettää samanaikaisesti samalla taajuudella. Tällöin eri langattomat viestimet käyttävät samaa opetusjaksoa eri vai- * · · 113818 14 heisinä. Tällöin tukiasemalla vastaanotetaan nämä eri langattomien viestimien lähettämät signaalit. Tukiasema voi saman opetusjakson eri vaiheistuksen perusteella suorittaa yhteiskanavaestimoinnin ja erottaa eri langattomien viestimien lähettämät signaalit toisistaan. Tällaisessa 5 sovelluksessa vastaanottavassa laitteessa (tukiasemalla) yhden antennin kautta tulevaa signaalia käsitellään tietyn langattoman viestimen lähettämänä hyötysignaalina ja muiden antennien kautta tulevat signaalit ovat kyseisen langattoman viestimen signaalia häiritseviä signaaleja. Vastaavasti jonkin toisen antennin kautta vastaanotettavaa 10 signaalia käsitellään jonkin toisen langattoman viestimen signaalina ja muiden antennien kautta tulevat signaalit ovat tämän suhteen häiriö-signaaleja. Nyt esillä olevan keksinnön mukaisella saman opetusjakson eri vaiheistuksella voidaan vähentää näiden häiritsevien signaalien vaikutusta kunkin antennin kautta vastaanotettavaan signaaliin.

15

Vastaavasti voidaan langattomassa viestimessä erottaa toisistaan kahden tai useamman samanaikaisesti lähettävän tukiaseman signaalit. Tukiasemien lähettämissä signaaleissa käytetään samaa opetusjaksoa eri vaiheisina. Jos tukiasemat lähettävät eri hyötysignaaleja, on yhden 20 tukiaseman lähettämä signaali langattoman viestimen kannalta hyöty-signaalia ja muiden tukiasemien lähettämät signaalit häiriötä. Tällaisessa tilanteessa voidaan keksinnön mukaisella menetelmällä parantaa langattomassa viestimessä samankanavan häiriönvaimennusta. Kaksi tai useampi tukiasema lähettävät keksinnön erään edullisen suo- * » ♦ 25 ritusmuodon mukaisessa menetelmässä samalle langattomalle viesti-melle tarkoitettua hyötysignaalia. Tällainen tilanne vastaa langattoman ; viestimen kannalta aikaisemmin tässä selityksessä esitettyä tilannetta, jossa samalla tukiasemalla käytetään kahta tai useampaa antennia signaalin lähettämisessä langattomalle viestimelle. Siis moniantenni-30 järjestelmän antennit voivat olla joko samassa tukiasemassa tai eri tukiasemissa.

• · < I t ·**: On selvää, että nyt esillä oleyaa keksintöä ei ole rajoitettu ainoastaan ; . edellä esitettyihin suoritusmuotoihin, vaan sitä voidaan muunnella 35 oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

* * ·

Claims (22)

113818 15

1. Menetelmä informaation välittämiseksi tiedonsiirtojärjestelmässä (1), joka käsittää ainakin matkaviestinverkon (6), jossa informaatiota 5 lähetetään yhdestä tai useammasta lähettävästä laitteesta (7a, 7b, 2) yhteen tai useampaan vastaanottavaan laitteeseen (2, 7a, 7b), informaation lähetyksessä käytetään ainakin yhtä opetusjaksoa (s,), ja vastaanottavassa laitteessa (2, 7a, 7b) vastaanotetaan ainakin kahden antennin (11a, 11b) kautta lähetettäviä signaaleita, tunnettu siitä, että 10 eri antennien (11a, 11b) kautta lähetettävissä tietokehyksissä käytetään samaa opetusjaksoa (Sj) erivaiheisina.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lähetettävä informaatio jaetaan lähetettäväksi kahden tai useamman 15 antennin (11a, 11b) kautta vastaanottavaan laitteeseen (2, 7a, 7b), jolloin vastaanottavassa laitteessa suoritetaan lähetetyn informaation selvitys käyttäen eri antennien (11a, 11b) kautta lähetettyjä signaaleita.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 20 lähettävänä laitteena käytetään verkkoelementtiä (7a, 7b), ja vastaanottavana laitteena käytetään langatonta viestintä (2).

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että eri ·.·. antennien (11a, 11b) kautta lähetetään eri signaaleita, jolloin vastaan- 25 ottavassa laitteessa (2, 7a, 7b) suoritetaan eri antennien (11a, 11b) kautta lähetettyjen signaaleiden erottaminen.

5. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vastaanottavana laitteena käytetään verkkoelementtiä (7a, 7b), jossa 30 vastaanotetaan kahden tai useamman langattoman viestimen (2) lähettämää signaalia, ja ainakin kahdessa mainituissa langattomissa viestimissä (2) käytetään samaa opetusjaksoa eri vaiheisina. * · · • · •

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1—5 mukainen menetelmä, tunnettu 35 siitä, että informaatiota lähetetään tietokehyksissä (FR), joihin liitetään mainittu opetusjakso (Sj). * » 113818 16

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1—6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että eri antennien (11a, 11b) kautta lähetettävissä signaaleissa käytetyn opetusjakson (Sj) vaihesiirto määritetään minimoimalla opetusjaksojen välinen interferenssi. 5

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että eri antennien (11a, 11b) kautta lähetettävien signaaleissa käytetyn opetusjakson (Si) vaihesiirto määritetään kaavalla 10 k* - argmaxl01og10(l + ir{R(A:)'’1}) k jossa R(k) = S(k)TS(k), jossa Si,L Si,l SiML " SiM 1 S(*) = : ·. : ! ··. ; . Si,P+L-l " Si,P SiMP+L-l Si,k+P _ 15 Y:

9. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että yksi lähettävä laite (7a, 7b, 2) on yhteydessä kahteen tai useam-.·. paan vastaanottavaan laitteeseen (2, 7a, 7b), ja että mainitusta lähet- Y ; tävästä laitteesta (7a, 7b, 2) mainittuihin vastaanottaviin laittei- 20 siin (2, 7a, 7b) lähetettävissä signaaleissa käytetään samaa opetus-:;: jaksoa eri vaiheisina.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että .**: menetelmässä valitaan opetusjaksoperhe, jolloin yhdelle verkkoele- 25 mentille (7a, 7b) valitaan kulloinkin yksi mainituista opetusjaksoista.

!···’. 11. Tiedonsiirtojärjestelmä (1), joka käsittää ainakin yhden lähettävän " laitteen (7a, 7b, 2), ainakin yhden vastaanottavan laitteen (2, 7a, 7b), välineet (12a, 12b, 13a, 13b) informaation lähettämiseksi lähettävästä Y-j 30 laitteesta (7a, 7b, 2) ainakin yhteen vastaanottavaan laitteeseen (2, 7a, 7b), jossa lähetyksessä käytetään ainakin yhtä opetusjaksoa (sO, ja vastaanottava laite (2, 7a, 7b) käsittää välineet mainittujen ainakin kahden antennin (11a, 11b) kautta lähetetyn signaalin vastaanottamiseksi, tunnettu siitä, että eri antennien (11a, 11b) kautta lähetettä- 113818 17 vissä tietokehyksissä on järjestetty käytettäväksi samaa opetusjaksoa (Sj) erivaiheisina.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen tiedonsiirtojärjestelmä, tunnettu 5 siitä, että lähetettävä informaatio on jaettu lähetettäväksi kahden tai useamman antennin kautta vastaanottavaan laitteeseen (2, 7a, 7b), jolloin vastaanottava laite käsittää välineet (18, 19, 23) lähetetyn informaation selvittämiseksi käyttäen eri antennien (11a, 11b) kautta lähetettyjä signaaleita. 10

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen tiedonsiirtojärjestelmä, tunnettu siitä, että lähettävä laite on verkkoelementti (7a, 7b), ja vastaanottava laite on langaton viestin (2).

14. Patenttivaatimuksen 11 mukainen tiedonsiirtojärjestelmä, tunnettu siitä, että eri antennin (11a, 11b) kautta on lähetetty eri signaaleita, jolloin vastaanottava laite (2, 7a, 7b) käsittää välineet eri antennien kautta lähetettyjen signaaleiden erottamiseksi.

15. Patenttivaatimuksen 12 mukainen tiedonsiirtojärjestelmä, tunnettu siitä, että vastaanottava laite on verkkoelementtiä (7a, 7b), jossa on välineet (11a, 11b) kahden tai useamman langattoman viestimen (2) lähettämien signaaleiden vastaanottamiseksi, ja ainakin kahdessa mainituissa langattomissa viestimissä (2) on käytetty samaa opetusjak- * 1 · .' 1 25 soa eri vaiheisina. • I tl1 • · * · 1

16. Jonkin patenttivaatimuksen 11—15 mukainen tiedonsiirtojärjestel- • · mä, tunnettu siitä, että se käsittää välineet informaation lähettämiseksi :tietokehyksissä (FR), joihin on liitetty mainittu opetusjakso (Sj). 0 30

17. Jonkin patenttivaatimuksen 11—16 mukainen tiedonsiirtojärjes-: telmä, tunnettu siitä, että eri antennien (11a, 11b) kautta lähetettävissä ·"’· signaaleissa käytetyn opetusjakson (Sj) vaihesiirto on määritetty 1 · · * . minimoimalla opetusjaksojen välinen interferenssi. 35 «Ml» * · » « 1 f » •Ml · • » · * I 1 • · 113818 18

18. Patenttivaatimuksen 17 mukainen tiedonsiirtojärjestelmä, tunnettu siitä, että eri antennien (11a, 11b) kautta lähetettävissä signaaleissa käytetyn opetusjakson (s,) vaihesiirto on määritetty kaavalla 5 k1 = argmaxl01og10(l + ir{R(^)_1}) jossa R(k) = S(k)TS(k), jossa Si,L “ Si,i Si,k+L Si,k+1 s (k)= : \ ; : ··. : . _Si,P+L-1 Si,P Si,k+P+L-1 Si MP _ 10

19. Jonkin patenttivaatimuksen 11—18 mukainen tiedonsiirtojärjestelmä, tunnettu siitä, että se käsittää välineet tiedonsiirron suorittamiseksi ainakin yhdestä lähettävästä laitteesta (7a, 7b, 2) kahteen tai useampaan vastaanottavaan laitteeseen (2, 7a, 7b), ja että mainitusta 15 lähettävästä laitteesta (7a, 7b, 2) mainittuihin vastaanottaviin laittei- ,.Y: siin (2, 7a, 7b) lähetettävissä signaaleissa on käytetty samaa opetus- : jaksoa eri vaiheisina.

·! · 20. Patenttivaatimuksen 19 mukainen tiedonsiirtojärjestelmä, tunnettu i./ 20 siitä, että tiedonsiirtojärjestelmässä on valittu opetusjaksoperhe, jolloin ::: tiedonsiirtojärjestelmä käsittää välineet (10) kulloinkin yhden ’··’ mainituista opetusjaksoista valitsemiseksi yhdelle verkkoelemen tille (7a). • · » • «

21. Verkkoelementti (7a, 7b) käytettäväksi tiedonsiirtojärjestelmässä : v. (1), joka käsittää välineet (12a, 12b, 13a, 13b) informaation lä hettämiseksi verkkoelementistä (7a) langattomaan viestimeen (2), "1 jossa lähetyksessä käytetään ainakin yhtä opetusjaksoa (s,), ja josta verkkoelementistä (7a, 7b) informaatiota lähetetään ainakin kahdella V·: 30 antennilla (11a, 11b), tunnettu siitä, että eri antennien (11a, 11b) kautta lähetettävissä tietokehyksissä on käytetty samaa opetusjaksoa (Sj) erivaiheisina. 113818 19

22. Langaton viestin (2) käytettäväksi tiedonsiirtojärjestelmässä (1), joka käsittää ainakin yhden verkkoelementin (7a, 7b), välineet (12a, 12b, 13a, 13b) informaation lähettämiseksi verkkoelementistä (7a) langattomaan viestimeen (2), jossa lähetyksessä käytetään ainakin yhtä 5 opetusjaksoa (Sj), ja informaatiota on lähetetty ainakin kahdella antennilla (11a, 11b), jolloin langaton viestin (2) käsittää välineet (16) mainittujen ainakin kahden antennin (11a, 11b) kautta lähetetyn signaalin vastaanottamiseksi, tunnettu siitä, että eri antennien (11a, 11b) kautta lähetettävissä tietokehyksissä on käytetty samaa opetusjaksoa (Sj) 10 erivaiheisina, jolloin langaton viestin käsittää välineet (18,19) kanavakorjauksen suorittamiseksi vastaanotetun, ainakin kahdella eri antennilla (11a, 11b) lähetetyn ja langattoman viestimen (2) vastaanottaman signaalin perusteella. • · * · • · · • · · • · · * · · • · * · • · • t · • ·«· · • · 1 • I · 20 1138 1 8