FI106181B - Kanavien allokointi solukkoradiojärjestelmän tukiasemissa - Google Patents

Description

106181 f

Kanavien allokointi solukkoradiojärjestelmän tukiasemissa - Kanalallokation i ett cellulärt radiosystems basstationer

Keksintö koskee sitä, miten solukkoradiojärjestelmän tukiasema jakaa radiorajapin-5 nalla käytettävissä olevat taajuudet, aikavälit ja/tai hajotuskoodit niiden yhteyksien kesken, jotka tarvitsevat tiedonsiirtokapasiteettia päätelaitteiden ja tukiaseman välillä. Keksintö koskee myös sitä, miten taajuuksien, aikavälien ja/tai hajotuskoodien jakoa koordinoidaan lähellä toisiaan olevissa solukkoradiojärjestelmän tukiasemissa.

Solukkoradiojärjestelmän suunnittelussa eräs keskeinen tekijä on se, miten estetään 10 vierekkäisissä soluissa tapahtuvia radiolähetyksiä häiritsemästä toisiaan. Esimerkiksi GSM-järjestelmässä (Global System for Mobile telecommunications) lähetys ja vastaanotto tapahtuvat 200 kHz:n levyisillä taajuuskaistoilla, joita on kumpaankin suuntaan 124 kappaletta. Taajuuskaistat eli lyhyemmin taajuudet on jaettu tukiasemille siten, että vierekkäiset tukiasemat eivät saa käyttää samoja taajuuksia. Taajuuksien 15 jakamista tukiasemille nimitetään taajuussuunnitteluksi (engl. frequency planning) ja sen tuloksena syntyvää taajuuksien käytön jakaumaa uudelleenkäyttökuvioksi (engl. reuse pattern). Voidaan määritellä taajuuksien uudelleenkäyttökerroin, joka kuvaa sitä, kuinka pitkälle nykyisestä solusta on mentävä ennen kuin löytyy solu, jossa käytetään samaa taajuutta kuin nykyisessä solussa. Mitä suurempi on taajuuk-20 sien uudelleenkäyttökertoimen arvo, sitä pienempi osa kaikista mahdollisista taajuuksista voi olla käytössä yhdessä solussa. Taajuuksien jakamiseksi GSM:ssä ja monissa muissa toisen sukupolven digitaalisissa solukkoradiojärjestelmissä käyte- • tään aikajakoista monikäyttöä (TDMA, Time Division Multiple Access), jonka mukaan tietty taajuus jaetaan solun sisällä syklisesti toistuviin aikaväleihin. Samalla 25 taajuudella voi näin olla solun sisällä useita aktiivisia yhteyksiä (GSM:ssä kahdeksan).

Koodijakoiseen monikäyttöön (CDMA, Code Division Multiple Access) perustuvissa solukkoradiojärjestelmissä lähetystaajuus voi olla kaikissa soluissa sama, jolloin » • eri lähetykset erotetaan toisistaan käyttämällä keskenään ortogonaalisia tai lähes 30 ortogonaalisia hajotuskoodeja. Edellä mainittua taajuussuunnittelua vastaa tällöin koodisuunnittelu, jonka mukaisesti solujen käyttöön jaetaan tietyt hajotuskoodit siten, että vierekkäisissä soluissa ei saa käyttää samoja koodeja.

Kolmannen sukupolven digitaalisissa solukkoradiojärjestelmissä lähetys ja vastaanotto tukiaseman ja päätelaitteiden välisessä radiorajapinnassa on järjestetty kehyk- 2 106181 siksi, jotka koostuvat vaihtelevasta määrästä vaihtelevan kokoisia lovia. Loven edustaman tiedonsiirtokapasiteetin suuruuden määrää loven ajallinen kesto, loven leveys taajuussuunnassa ja mahdollisesti lovessa käytettävä hajotuskoodi. Resurssien jakamisen kannalta toisen sukupolven järjestelmien taajuuksia ja koodeja sekä kolman-5 nen sukupolven järjestelmien lovia voidaan nimittää yhteisellä nimityksellä ortogo-naali siksi kanaviksi tai lyhyesti kanaviksi.

Kiinteään kanavien uudelleenkäyttökuvioon perustuvat järjestelmät ovat liikennetilanteen hetkellisten vaihteluiden kannalta joustamattomia. Jos yhteen soluun keskittyy hetkellisesti lukuisia päätelaitteita esimerkiksi jonkin joukkotapahtuman takia, 10 kyseisen solun käyttöön annetut kanavat voivat loppua kesken. Samanaikaisesti viereisessä solussa voi olla käyttämätöntä kapasiteettia, mutta koska viereisen solun tukiaseman kattavuusalue ei ylety voimakkaasti kuormitetulle alueelle, käyttämättömiä kanavia ei voida hyödyntää.

Voidaan esittää järjestelmä, jossa viereiset tai lähellä sijaitsevat solut voisivat "lai-15 nata" käyttämätöntä kapasiteettia kuormitetulle solulle. Tämä edellyttää kuitenkin mittavaa signalointia tukiasemien välillä, koska tukiasemien on ilmaistava toisilleen sekä kanavien tarve että niiden saatavuus ja lisäksi varauduttava handover-tilantei-siin, joissa osa kuormitetun solun päätelaitteista siirtyykin ehkä juuri siihen soluun, jonka käytössä olevia kanavia on vähennetty siirtämällä niitä kuormitetuimman so-20 lun käyttöön.

Esillä olevan keksinnön tavoitteena on esittää menetelmä ja järjestelmä, jolla kanavien allokointi solukkoradiojärjestelmän tukiasemissa voidaan tehdä joustavasti. Li-• säksi keksinnön tavoitteena on, että sen mukainen menetelmä edellyttää vain vähäis tä signalointia tukiasemien välillä.

25 Keksinnön tavoitteet saavutetaan jakamalla kullekin tukiasemalle allokoidut kanavat priorisoituihin ryhmiin ja ottamalla kanavia tai kanavaryhmiä käyttöön priorisointi-järjestyksessä tarpeen mukaan.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle kanavien käytön ohjaamiseksi solukkoradiojärjestelmän tukiasemassa, joka on radioyhteydessä solukkoradiojärjestelmän päätelait-30 teisiin käyttäen keskenään oleellisesti ortogonaalisia kanavia, on tunnusomaista, että kun mainitut kanavat on jaettu ryhmiin, joilla on eri prioriteetti, tukiasema käyttää ensisijaisesti kanavaryhmää, jonka prioriteetti on korkein.

Keksintö kohdistuu myös solukkoradiojärjestelmään, jolle on tunnusomaista, että se käsittää ainakin yhdessä tukiasemassa välineet tietojen tallentamiseksi solukkoradio- 3 106181 jäijestelmän kanavista jaettuna prioriteettiryhmiin sekä välineet eri prioriteettiryh-miin kuuluvien kanavien ottamiseksi valikoivasti käyttöön vasteena tukiaseman ’ kuormitukseen.

Keksinnön mukaisesti kullekin tukiasemalle allokoidut kanavat jaetaan priorisoitui-5 hin ryhmiin. Korkeimmalla tietyn yksittäisen tukiaseman prioriteettijärjestyksessä ovat ne kanavat, jotka ovat lähellä sijaitsevien muiden tukiasemien prioriteettijärjestyksessä mahdollisimman alhaalla. Kim kuormitus on vähäistä, kukin tukiasema käyttää prioriteettijäijestyksessä korkeimmalla olevia kanavia, jolloin kanavien uu-delleenkäyttökerroin on suuri ja solujen väliset häiriöt pieniä. Kun kuormitus kas-10 vaa, tukiasemat ottavat jo käytössä olevien kanavien lisäksi käyttöön prioriteettijärjestyksessä alempana olevia kanavia, jolloin kanavien uudelleenkäyttökerroin järjestelmätasolla pienenee. Tällöin mahdollisuus solujen välisiin häiriöihin kasvaa, mutta sen vaikutusta voidaan tasata käyttämällä taajuushyppelyä ja/tai aikahyppelyä. Kun kuormitus jälleen vähenee, tukiasemat palaavat käyttämään vain prioriteettijärjestyk-15 sessä ylimpänä olevia kanavia.

Seuraavassa selostetaan keksintöä yksityiskohtaisemmin viitaten esimerkkinä esitettyihin edullisiin suoritusmuotoihin ja oheisiin kuviin, joissa kuva ia esittää erään solukkoradiojärjestelmän soluja vähäisen kuormituksen aikana, 20 kuva Ib esittää kuvan la solukkoradiojärjestelmää eräässä toisessa kuormitustilanteessa, ·- kuva le esittää kuvan la solukkoradiojärjestelmää eräässä kolmannessa kuormi tustilanteessa, kuva Id esittää erästä vaihtoehtoista menettelyä kuvan Ib mukaisessa tilanteessa, 25 Kuvissa käytetään toisiaan vastaavista osista samoja viitenumerolta.

r ·♦ .. Kuvissa la - Id on esitetty kaavamaisesti joukko yksinkertaisen solukkoradiojärjes telmän soluja. Selvyyden vuoksi solut 101- 119 on esitetty säännöllisen muotoisina, toisiaan sivuavina kuusikulmioina; todellisissa solukkoradiojäijestelmissä solujen muoto on epämääräisempi ja niiden sijoittuminen toistensa suhteen on epäsäännölli-30 sempää. Kuvissa la - Id oletetaan, että solukkoradiojärjestelmän toiminnasta vastaavalla operaattorilla on käytössään kolme kanavaa, jotka ovat kanavat 1, 2 ja 3. Kaikille solukkoradiojärjestelmän soluille on määritelty tietyt kanavat, jotka on jaettu 4 106181 ns. prioriteettiryhmiin. Kanavien jakaantumista n: ään prioriteettiiyhmään voidaan kuvata ns. preferenssimatriisilla PV, joka koostuu n:stä pystyvektorista pj, ie[l, n] eli PV = [pj, p2,...pn]· Preferenssimatriiseja ei selvyyden vuoksi ole esitetty kuvissa la - Id. Preferenssimatriisin PV vasemmanpuoleisin pystyvektori pi sisältää en-5 simmäiseen prioriteettiryhmään kuuluvat kanavat eli niiden kanavien tunnukset, jotka ovat korkeimmalla kyseisen solun prioriteettijärjestyksessä. Seuraava pystyvektori P2 sisältää toiseen prioriteettiryhmään kuuluvat kanavat ja niin edelleen. Oikeanpuoleisimman pystyvektorin pn ilmaisemat kanavat ovat alimpana kyseisen solun prioriteettijärjestyksessä.

10 Preferenssimatriisin pystysuuntainen dimensio eli pystyvektorien alkioiden määrä on yhtä suuri kuin suurin missään prioriteettiryhmässä oleva kanavien määrä. Jos kukin prioriteettiryhmä sisältää vain yhden kanavan, preferenssimatriisi voi olla lxn -matriisi. Jos suurin yhden prioriteettiryhmän sisältämä kanavien määrä on m, preferenssimatriisi on mxn -matriisi.

15 Kuvat la - le esittävät solukkoradiojärjestelmää, jossa preferenssimatriisit ovat 1x3 -matriiseja, jolloin kussakin kolmesta prioriteettiryhmästä on vain yksi kanava ja vastaavasti kussakin pystyvektorissa vain yksi alkio. Kuvassa la kuormitus on kautta verkon vähäinen. Soluissa 101, 108, 110, 112, 114, 116 ja 118 on käytössä vain kanava 1, mikä tarkoittaa, että näiden solujen preferenssimatriisissa vasemmanpuo-20 leisin pystyvektori on [1]. Vastaavasti solujen 102, 104, 106, 111, 115 ja 119 preferenssimatriisissa vasemmanpuoleisin pystyvektori on [2] ja solujen 103, 105, 107, 109, 113 ja 117 preferenssimatriisissa vasemmanpuoleisin pystyvektori on [3]. Kuvassa Ib on oletettu, että kuormitus keskimmäisessä solussa 101 nousee, jolloin tässä solussa otetaan käyttöön toiseen prioriteettiryhmään kuuluvat kanavat. Tässä ta-25 pauksessa toiseen prioriteettiryhmään kuuluu vain kanava 2 eli preferenssimatriisin toinen pystyvektori on [2], Kuormituksen edelleen lisääntyessä ja jakaantuessa laajemmalle alueelle tullaan kuvan le esittämään tilanteeseen. Kuvassa le eniten kuormitetussa solussa 101 on otettu käyttöön myös kolmanteen prioriteettiryhmään kuuluva kanava 3 ja soluissa 102 - 107 on otettu käyttöön kunkin solun toiseen priori-.. 30 teettiryhmään kuuluva kanava.

Kuvista la - le voidaan päätellä, että solujen preferenssimatriisit ovat seuraavan muotoiset: solut 101, 108, 110, 112, 114, 116 ja 118: PV = [1 2 3] solut 102, 104, 106, 111, 115 ja 119: PV =[2 3 1] 35 solut 103, 105, 107, 109, 113 ja 117: PV = [3 1 2], 5 106181

Kuvassa Id on esitetty vaihtoehtoinen toimintamalli kuvaa Ib vastaavassa tilanteessa. Kuvassa Id kunkin solun kanavista on ensimmäisessä prioriteettiryhmässä yksi kanava ja toisessa prioriteettiryhmässä kaksi kanavaa. Tällöin preferenssimatriisit voivat olla seuraavan muotoiset: 5 solut 101, 108, 110, 112, 114, 116 ja 118: PV = * 1 solut 102, 104, 106, 111, 115 ja 119: PV = 2 1 0 3 _ _ solut 103, 105, 107, 109, 113 ja 117: PV = 3 1 .

[0 2

Preferenssimatriisien esityksessä edellä kuvatulla tavalla on huomattava, että mat-riisialkio 0 ei tarkoita kanavaa numero nolla (tässä oletetaan, että sellaista ei ole 10 edes määritelty) vaan se tarkoittaa tyhjää.

Esimerkkinä hiukan monimutkaisemmasta järjestelmästä voidaan ajatella solukko-radiojärjestelmää, jonka operaattorilla on käytettävissään 16 kanavaa. Muodostetaan 16 erilaista preferenssimatriisia ja jaetaan solut 16:een ryhmään, jolloin kaikilla samaan ryhmään kuuluvilla soluilla on sama preferenssimatriisi. Tavanomaisesta taa-15 juussuunnittelusta tunnetuilla menetelmillä sijoitetaan eri ryhmiin kuuluvat solut siten, että kahden samaan ryhmään kuuluvan solun välinen etäisyys on mahdollisimman pitkä. Jokaisen preferenssimatriisin ensimmäinen pystyvektori sisältää vain yhden kanavan siten, että ensimmäiseen ryhmään kuuluvilla soluilla preferenssimatrii-·- sin vasemmanpuoleisin pystyvektori on [1000000 0]T, toiseen ryhmään kuulu- 20 villa soluilla [2000000 0]T ja niin edelleen. Jos jokaisessa solussa on käytössä vain ensimmäiseen prioriteettiryhmään kuuluva kanava, kanavien uudelleenkäyttö-kerroin on 16. Myös toinen prioriteettiryhmä sisältää kussakin solussa vain yhden kanavan. Jos kaikki solut ottavat käyttöön myös tämän toiseen prioriteettiryhmään kuuluvan kanavan, uudelleenkäyttökerroin laskee 8:aan. Kolmas prioriteettiryhmä 25 sisältää kaikissa soluissa kaksi kanavaa, neljäs prioriteettiryhmä neljä kanavaa ja viides prioriteettiryhmä kahdeksan kanavaa. Jos kaikki solut käyttävät kolmen en-simmäisen prioriteettiiyhmän kanavia, kanavien uudelleenkäyttökerroin on 4. Jos kaikki solut käyttävät neljän ensimmäisen prioriteettiryhmän kanavia, kanavien uudelleenkäyttökerroin on 2. Jos kaikissa soluissa kaikki kanavat ovat käytössä, kana-30 vien uudelleenkäyttökerroin on 1.

6 106181

Eräs preferenssimatriisi voisi edellä kuvatussa 16 kanavan järjestelmässä olla seuraavanlainen: '1 9 5 3 2' 0 0 13 7 4 0 0 0 11 6 0 0 0 15 8 PV = 0 0 0 0 10 0 0 0 0 12 0 0 0 0 14 0 0 0 0 16

Alan ammattimiehelle on sinänsä selvää, miten muut preferenssimatriisit konstruoi-5 daan siten, että vierekkäisiin soluihin tulee mahdollisimman vähän samoja kanavia silloin, kun kaikki kanavat eivät ole käytössä.

Kolmannen sukupolven solukkoradiojärjestelmissä kanavat vastaavat tietyllä taajuudella lähetyksessä ja vastaanotossa käytettävän kehysrakenteen lovia. Vierekkäisissä tai päällekkäisissä soluissa voidaan käyttää samaa taajuutta, jos lovien allokoinnilla 10 ja aika- ja taajuushyppelyllä vähennetään solujen välisen interferenssin vaikutusta. Erään ehdotuksen mukaan yhdellä taajuudella käytettävässä kehysrakenteessa voi olla enintään 64 lovea. Lisäksi kehyksistä voidaan muodostaa muutaman kehyksen pituisia superkehyksiä, jolloin lovien varaaminen tapahtuu superkehyksittäin. Jos lisäksi käytössä voi olla useita taajuuksia, kanavien kokonaismäärä on helposti hyvin 15 suuri, esimerkiksi 512 kanavaa. Preferenssimatriisissa voi olla jopa kymmeniä rivejä ja sarakkeita. Jotta preferenssimatriisi ei muodostuisi liian monimutkaiseksi, eräässä edulliseksi katsotussa 512 loven suoritusmuodossa lovet jaetaan neljään prioriteetti-ryhmään, joista ensimmäinen sisältää 64 lovea, toinen sisältää 64 lovea, kolmas sisältää 128 lovea ja neljäs sisältää 256 lovea. Osa lovista on varattu järjestelmän yllä-20 pitämiseksi tarkoitettujen tietojen välittämiseen, kuten esimerkiksi tietyn alassuun-taisen BCCH-kanavan (Broadcast Control CHannel) välittämiseen.

Ehto sille, milloin tietyssä solussa otetaan käyttöön enemmän kanavia ja milloin käytössä olevia kanavia voidaan vastaavasti vähentää, voidaan määritellä monella tavalla. Eräs vaihtoehto on mitata sitä, kuinka suuri osa käytössä olevien kanavien 25 tarjoamasta tiedonsiirtokapasiteetista on varattuna. Oletetaan, että kanavat ovat taajuuksia ja että kullakin taajuudella sovelletaan aikajakoista monikäyttöä. Tällöin yhdellä taajuudella voidaan välittää kerrallaan tietty määrä aktiivisia yhteyksiä, esimerkiksi GSM-järjestelmässä kahdeksan yhteyttä, koska GSM-kehyksessä on kahdeksan 7 106181 aikaväliä, joista kukin voidaan varata eri yhteydelle. Kun tietyssä solussa tukiasema havaitsee, että käytössä olevilla taajuuksilla vapaana olevien aikavälien määrä laskee pienemmäksi kuin tietty ensimmäinen kynnysarvo, tukiasema ottaa käyttöön seuraa-vaan prioriteettiryhmään kuuluvat taajuudet. Vastaavasti kun jossakin solussa tuki-5 asema havaitsee, että käytössä olevilla taajuuksilla vapaana olevien aikavälien määrä nousee suuremmaksi kuin tietty toinen kynnysarvo, tukiasema poistaa käytöstä alimpaan käytössä olevaan prioriteettiryhmään kuuluvat taajuudet. Sopivat kynnysarvot voidaan etsiä simuloimalla ja kokeilemalla. Ylössuunnassa ja alassuunnassa käytössä olevien kanavien määrän ei tarvitse olla yhtäsuuri. Varattuna olevaan kapa-10 siteettin perustuva kanavien käyttöön ottaminen ja käytöstä poistaminen on helposti yleistettävissä edellä esitetystä, taajuuksiin ja aikaväleihin perustuvasta järjestelystä niihin järjestelyihin, joissa kanavat on määritelty toisella tavalla.

Toinen mahdollinen ehto riippuu lähetystehosta, jota tukiasema ja/tai päätelaitteet käyttävät niillä kanavilla, jotka solussa on käytössä. Alassuuntaisessa lähetyksessä 15 tukiasema mittaa, kuinka suurella keskimääräisellä teholla, yhteenlasketulla teholla ja/tai huipputeholla se lähettää käytössä olevilla kanavilla. Jos jokin mitattu tehoarvo, esimerkiksi yhteenlaskettu alassuuntainen lähetysteho per kanava, on suurempi kuin tietty ensimmäinen kynnysteho, tukiasema ottaa alassuunnassa käyttöön lisää kanavia. Vastaavasti jos jokin mitattu tehoarvo on pienempi kuin tietty toinen kyn-20 nysteho, tukiasema poistaa käytöstä alimpaan käytössä olevaan prioriteettiryhmään kuuluvat alassuuntaiset kanavat. Simuloimalla ja kokeilemalla voidaan todeta, mikä mitattu tehoarvo sopii parhaiten päätöksenteon kriteeriksi ja mitkä ovat sopivat kyn-nystehot. Jotta samaa menettelyä voitaisiin soveltaa ylössuuntaisessa lähetyksessä, tukiaseman on tiedettävä, millä teholla sen solussa olevat päätelaitteet lähettävät. 25 Tämän tiedon välittämiseksi päätelaitteista tukiasemalle voidaan käyttää sinänsä tunnettua signalointia.

Kun verkon kuormitus on pieni, keksinnön mukaisesti toimivissa soluissa on käytössä vain vähän kanavia. Tämä pienentää mahdollisuuksia käyttää kanavien välistä hyppelyä (esim. taajuushyppelyä, kun kanavat ovat taajuuksia) tietyille kanaville v 30 osuvien häiriöiden vaikutuksen eliminoimiseksi. Toisaalta tällöin myös kanavien uudelleenkäyttökerroin on suurimmillaan ja solusta toiseen kantautuvat häiriöt ovat pienimmillään. Lisäksi esimerkiksi taajuuksiin perustuvassa TDMA-järjestelyssä voidaan käyttää aikahyppelyä, vaikka taajuuksia olisi vain yksi. Mitä enemmän solussa on käytettävissä kanavia, sitä paremmat mahdollisuudet on soveltaa jotain si-35 nänsä tunnettua kanavahyppelyalgoritmia kanavakohtaisten häiriöiden välttämiseksi. Aika- ja taajuushyppelyn käyttäminen on edullista myös siksi, että se lisää kanavan 8 106181 diversiteettiä eli tasaa interferenssiä. Lisäksi voidaan käyttää solujen välistä syklistä hyppelyä, mikä tarkoittaa, että solut vaihtavat keskenään käytössä olevia kanavia. Syklinen hyppely voidaan toteuttaa siten, että preferenssimatriisien vasemmanpuoleisia pystyvektoreita tai joitakin pystyvektoreita vasemmalta lukien vaihdetaan tu-5 kiasemaryhmien välillä. Esimerkiksi kuvan 1 tilanteessa tämä tarkoittaa, että ne tukiaseman (ne solut), joissa preferenssimatriisin vasemmanpuoleinen pystyvektori on [1], ottavatkin tämän asemesta käyttöön pystyvektorin [2], ne, joilla on alunperin vasemmanpuolisimpana pystyvektorina [2], pttavat käyttöön pystyvektorin [3] ja ne, joilla on alunperin vasemmanpuolisimpana pystyvektorina [3], pttavat käyttöön pys-10 tyvektorin [1]. Tietyn ajanjakson jälkeen samanlainen vaihto toistuu. Tämä edellyttää varsin hyvää synkronointia tukiasemien välillä.

Preferenssimatriisia voidaan hyödyntää myös solun sisäisessä kapasiteetin jakamisessa, jossa tukiasema päättää, miten käytössä olevat kapasiteettiyksiköt (lovet, taajuudet ja/tai koodit) jaetaan aktiivisille yhteyksille. Ylimmissä prioriteettiryhmissä 15 eli preferenssimatriisin vasemmanpuoleisimmissa pystyvektoreissa olevat kanavat ovat niitä, joilla on todennäköisesti havaittavissa vähiten muista soluista johtuvia häiriöitä. Nämä kanavat voidaan siis varata niille yhteyksille, jotka on jollakin sinänsä tunnetulla mekanismilla määritelty tärkeimmiksi. Tukiasema voi esimerkiksi välittää sekä reaaliaikaista että ei-reaaliaikaista tiedonsiirtoa edellyttäviä yhteyksiä. 20 Reaaliaikaiseen tiedonsiirtoon perustuvat yhteydet eivät salli virheiden korjaamista uudelleenlähetyksillä, joten ne voidaan sijoittaa häiriöttömimmiksi arvioituihin kanaviin. Toisaalta aivan solun laidalla olevat päätelaitteet ovat altteimpia viereisestä solusta kantautuville häiriöille, joten myös niitä voidaan "suosia" ohjaamalla ne käyttämään ylimmissä prioriteettiryhmissä olevia kanavia. Kanavadiversiteetin yllä- • , * 25 pitämiseksi kanavahyppelyä soveltavassa järjestelmässä tärkeimpiä yhteyksiä ei kan nata rajata pelkästään ylimmän prioriteettiryhmän kanavaan tai kanaviin, vaan niiden kanavahyppelyalgoritmit kannattaa laatia siten, että ne käyttävät enemmän ylimpien prioriteettiryhmien kanavia kuin muita kanavia.

Edellä on selostettu lähinnä sitä, miten kanavat jaetaan solukkoradiojärjestelmän tu-30 kiasemien välillä. Seuraavaksi tarkastellaan erästä edullista menettelyä, jota voidaan soveltaa yhdessä tukiasemassa kanavien varaamiseksi kantajille eli aktiivisten yhteyksien sijoittamiseksi niihin kanaviin, jotka kyseisen tukiaseman solussa ovat käytössä. Tässä yhteydessä kantajalla tarkoitetaan kaikkien niiden tekijöiden muodostamaa kokonaisuutta, jotka vaikuttavat tukiaseman ja tietyn päätelaitteen väliseen tie-35 donsiirtoon. Kantaja-käsitteeseen liittyvät mm. tiedonsiirtonopeus, viive, bittivirhesuhde ja näissä tapahtuvat vaihtelut tiettyjen minimi- ja maksimiarvojen välillä.

9 106181

Kantaja voidaan mieltää näiden tekijöiden yhteisvaikutuksesta syntyväksi tiedonsiirtoväyläksi, joka yhdistää tukiaseman ja tietyn päätelaitteen ja jonka kautta voidaan siirtää hyötydataa eli payload-informaatiota. Yksi kantaja yhdistää aina vain yhden päätelaitteen yhteen tukiasemaan. Monitoimiset päätelaitteet voivat ylläpitää saman-5 aikaisesti useita kantajia, jotka yhdistävät päätelaitteen yhteen tai useampaan tukiasemaan.

Algoritmia, joka tukiasemassa vastaa nykyisten ja muodostettavien uusien kantajien sijoittamisesta kehysrakenteen loviin, nimitetään CA-algoritmiksi (engl. Channel Allocation). Se ylläpitää varaustaulukkoa, joka kuvaa kehysrakenteen lovien vara-10 ustilannetta ylös-ja alassuunnassa. Lovien valintaa voi rajoittaa se, että kehysrakenteen pirstoutuminen pyritään minimoimaan eli kehysrakenteesta pyritään pitämään varaamattomana tietty määrä suhteellisen yhtenäisiä alueita, jotka pystytään tarvittaessa varaamaan yhtenä suurikapasiteettisena lovena jonkin muita laajakaistaisemman yhteyden käyttöön. Lisäksi monet päätelaitteet asettavat rajoituksia sen suh-15 teen, kuinka lähellä toisiaan niille varattavat lovet voivat sijaita kehysrakenteessa ja miten samalle päätelaitteelle varattavat ylös- ja alassuuntaiset lovet on ajoitettava toistensa suhteen.

CA-algoritmin toiminnan helpottamiseksi oletetaan, että kullekin yhteydelle voidaan määrittää tietty tärkeys- eli prioriteettiarvo. Eräs yhteyden prioriteettiarvoon vaikut-20 tava tekijä on se, edellyttääkö yhteys reaaliaikaista vai ei-reaaliaikaista tiedonsiirtoa. Tyypillisesti reaaliaikaista tiedonsiirtoa edellyttävät yhteydet eli RT-yhteydet (Real Time) katsotaan tärkeämmiksi kuin NRT-yhteydet (Non Real Time). RT-yhteydet pyritään sijoittamaan näennäisen satunnaisesti kehysrakenteen vapaana oleviin loviin ottaen huomioon pirstoutumisen minimointi ja muut mahdolliset rajoittavat teki-25 jät. NRT-yhteydet sijoitetaan niihin loviin, jotka RT-yhteyksiltä jäävät vapaiksi.

Kukin NRT-yhteys esittää CA-algoritmille aina seuraavan kehys- tai superkehyksen ajaksi pyynnön lovien saamiseksi. Pyydettyjen lovien määrä riippuu mm. lähetettävänä olevan NRT-datan määrästä, käytössä olevasta kanavakoodauksesta, modulaa-* tiomenetelmästä ja lomitussyvyydestä sekä niistä rajoituksista, jota tukiasema tai 30 päätelaite asettaa suurimman mahdollisen kerralla käsiteltävän datamäärän suhteen. CA-algoritmi voi luokitella aktiiviset NRT-yhteydet sen mukaan, mikä on niiden tähänastinen toteutunut aktiivibittinopeus, joka määritellään esimerkiksi onnistuneesti radiorajapinnan yli välitettyjen bittien suhteena siihen aikaan, jonka ajan kyseisessä yhteydessä on ollut lähetettävää NRT-dataa. Tarkoituksena on tällöin, että lovien 35 varauksessa suositaan niitä NRT-yhteyksiä, joissa toteutunut tiedonsiirtonopeus on ollut pienin suhteessa tiedonsiirtotarpeeseen ja -mahdollisuuksiin. Lisäksi CA-algo- 10 106181 ritmi voi suosia mahdollisimman pientä lähetystehoa käyttäviä NRT-yhteyksiä, koska niistä järjestelmälle aiheutuva häiriökuormitus on pienin. Edelleen CA-algoritmi voi suosia sellaisia NRT-yhteyksiä, joille on yhteyden muodostusvaiheessa taattu jokin tiedonsiirron vähimmäisnopeus.

5 CA-algoritmi noudattaa seuraavia periaatteita: 1. Varaustilanteen päivitys alkaa niiden pyyntöjen käsittelyllä, joissa pyydetään vapauttamaan tietty kapasiteetti.

2. Aika-ja taajuushyppelyssä sovelletaan tiettyä minimiyksikköä, esimerkiksi 1/16-kehyksen kokoista yksikköä.

10 3. Kehysrakenteen suuret lovet (esimerkiksi 1/16-kehyksen kokoiset lovet), joista jokin osa on jo täytetty pienemmillä varatuilla lovilla (esimerkiksi 1/64-kehyksen kokoisilla lovilla), pyritään pirstoutumisen estämiseksi täyttämään kokonaan ennen kapasiteetin varaamista samankokoisista, vielä kokonaan varaamatta olevista lovista.

4. RT-yhteyksillä on korkeampi prioriteetti kuin NRT-yhteyksillä.

15 5. Uudet RT-yhteydet pyritään sijoittamaan loviin, jotka ovat vapaina. Ellei sopivaa vapaata lovea löydy, RT-yhteys sijoitetaan loveen, joka tähän asti on ollut varattuna jollekin NRT-yhteydelle.

6. NRT-yhteyksillä, joille on yhteyden muodostusvaiheessa taattu tietty tiedonsiirron miniminopeus ja joilla on vaikeuksia ylläpitää mainittua miniminopeutta, on 20 korkeampi prioriteetti kuin muilla NRT-yhteyksillä.

7. Samanaikaisten aktiivisten NRT-yhteyksien määrä on rajoitettu, jotta signalointi-kuorma ei kasvaisi kohtuuttomaksi.

8. Yhteyksien priorisoinnissa on huomioitava se, välittävätkö yhteydet kantajiia, joilla on jokin keskinäinen suhde; esimerkiksi ne kuuluvat samalle käyttäjälle.

I » *' 25 Erästä edullista menetelmää kehysrakenteen varaustilanteen ylläpitämiseksi on se lostettu suomalaisessa patenttihakemuksessa numero 964308 ja vastaavassa yhdysvaltalaisessa patenttihakemuksessa, jonka järjestysnumero on 802645 ja jättöpäivä 19.2.1997.

Laitteistotasolla keksintö edellyttää, että tukiasemassa on välineet tietojen tallenta-30 miseksi solukkoradiojäijestelmän kanavista ja niiden jakaantumisesta prioriteetti- 106181 11 ryhmiin sekä välineet tarvittavan määrän kanavia ottamiseksi käyttöön ja välineet kehysrakenteen varaustilannetta ylläpitävän CA-algoritmin toteuttamiseksi. Lisäksi keksintö edellyttää, että päätelaitteissa ja tukiasemissa on signalointivälineet, joilla päätelaite voi esittää pyyntöjä kanavien varaamiseksi ja tukiasema voi ilmaista pää- ’ 5 telaitteille, mitkä kanavat sille on varattu. Samaten tukiaseman on pystyttävä välit tämään päätelaitteille tiedot kulloinkin käytössä olevan toimintamoodin yksityiskohdista, esimerkiksi taajuus- ja aikahyppelyn toteuttamisesta. Suoritusmuodoissa, jotka edellyttävät lähetystehon mittaamista, tukiasemissa ja päätelaitteissa on luonnollisesti oltava välineet käytössä olevan lähetystehon mittaamiseksi. Laitteistotason 10 vaatimukset voidaan toteuttaa sinänsä tunnetuilla mikroprosessoriohjatuilla laitteistoilla ohjelmoimalla ne toimimaan keksinnön edellyttämällä tavalla.

* « · »· Λ

Claims (7)

106181

1. Förfarande för att styra kanalanvändning pä basstationen i ett cellradiosystem som är i radioförbindelse med terminalema i cellradiosystemet med användning av inbördes väsentligen ortogonala kanaler, kännetecknat av att 20. nämnda kanaler delas i grupper med olika prioritet, - basstationen använder primärt kanalgruppen med den högsta prioriteten och - basstationen delar den dataöverföringskapacitet de använda kanalema företräder mellan de aktiva förbindelsema sä att de förbindelser som förutsätter dataöverföring i realtid har prioritet över de förbindelser som förutsätter dataöverföring i icke-real- 25 tid.

1. Menetelmä kanavien käytön ohjaamiseksi solukkoradiojärjestelmän tukiasemassa, joka on radioyhteydessä solukkoradiojäijestehnän päätelaitteisiin käyttäen keskenään oleellisesti ortogonaalisia kanavia, tunnettu siitä, että siinä 5. jaetaan mainitut kanavat ryhmiin, joilla on eri prioriteetti, - tukiasema käyttää ensisijaisesti kanavaryhmää, jonka prioriteetti on korkein ja - tukiasema jakaa käytössä olevien kanavien edustaman tiedonsiirtokapasiteetin aktiivisten yhteyksien kesken siten, että reaaliaikaista tiedonsiirtoa edellyttävillä yhteyksillä on etuoikeus tiedonsiirtokapasiteettiin ei-reaaliaikaista tiedonsiirtoa edel- 10 lyttäviin yhteyksiin nähden.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att da belastningen ökar tar basstationen förutom de använda kanalema i bruk den ännu oanvända kanalgmppen med den högsta prioriteten. ; 30 • - - 3. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att da belastningen minskar avbryter basstationen användningen av de använda kanalema i kanalgmppen med den lägsta prioriteten. 35 4. Förfarande enligt patentkrav 2 eller 3, kännetecknat av att kriteriet för ökad eller minskad belastning är reserveringsläget hos den dataöverföringskapacitet de använda kanalema företräder, varvid basstationen vid detektering av en reserverad .. 106181 del av nämnda dataöverföringskapacitet som är större än ett givet första tröskelvärde förutom de använda kanalema tar i bruk den ännu oanvända kanalgruppen med den högsta prioriteten, och basstationen vid detektering av en reserverad del av nämnda dataöverföringskapacitet som är mindre än ett givet första tröskelvärde slutar an-5 vända den använda kanalgruppen med den lägsta prioriteten.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuormituksen kasvaessa tukiasema ottaa käytössä olevien kanavien lisäksi käyttöön sen vielä käyttämättä olevan kanavaryhmän, jonka prioriteetti on korkein.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuormituksen 15 pienentyessä tukiasema lopettaa sen käytössä olevan kanavaryhmän kanavien käytön, jonka prioriteetti on matalin.

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuormituksen kasvamisen tai pienentymisen kriteerinä on käytössä olevien kanavien edustaman tiedonsiirtokapasiteetin varaustilanne, jolloin kun mainitusta tiedonsiirtoka- 20 pasiteetista havaitaan olevan varattuna osuus, joka on suurempi kuin tietty ensimmäinen kynnysarvo, tukiasema ottaa käytössä olevien kanavien lisäksi käyttöön sen vielä käyttämättä olevan kanavaryhmän, jonka prioriteetti on korkein, ja kun mainitusta tiedonsiirtokapasiteetista havaitaan olevan venattuna osuus, joka on pienempi kuin tietty toinen kynnysarvo, tukiasema lopettaa sen käytössä olevan kanavaryh-25 män kanavien käytön, jonka prioriteetti on matalin.

5. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuormituksen kasvamisen tai pienentymisen kriteerinä on lähetysteho käytössä olevilla ka- ,, navilla, jolloin kun lähetystehon havaitaan olevan suurempi kuin tietty ensimmäinen kynnysteho, tukiasema ottaa käytössä olevien kanavien lisäksi käyttöön sen vielä 30 käyttämättä olevan kanavaryhmän, jonka prioriteetti on korkein, ja kun lähetystehon havaitaan olevan pienempi kuin tietty toinen kynnysteho, tukiasema lopettaa sen käytössä olevan kanavaryhmän kanavien käytön, jonka prioriteetti on matalin. 106181

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että siinä lisäksi käytetään kanavien välistä hyppelyä tietyille kanaville osuvien häiriöiden vaikutuksen eliminoimiseksi.

7. Solukkoradiojäijestelmä, joka käsittää tukiasemia, tunnettu siitä, että se käsit tää ainakin yhdessä tukiasemassa - välineet tietojen tallentamiseksi solukkoradiojärjestelmän kanavista jaettuna priori-teettiiyhmiin, - välineet eri prioriteettiiyhmiin kuuluvien kanavien ottamiseksi valikoivasti käytit) töön vasteena tukiaseman kuormitukseen sekä - välineet käytössä olevien kanavien edustaman tiedonsiirtokapasiteetin jakamiseksi aktiivisten yhteyksien kesken siten, että reaaliaikaista tiedonsiirtoa edellyttävillä yhteyksillä on etuoikeus tiedonsiirtokapasiteettiin ei-reaaliaikaista tiedonsiirtoa edellyttäviin yhteyksiin nähden.

15 Patentkrav

5. Förfarande enligt patentkrav 2 eller 3, kännetecknat av att kriteriet för ökad eller minskad belastning är sändeffekten pä de använda kanalema, varvid basstationen vid detektering av en dataöverföringskapacitet som är större än ett givet första 10 tröskelvärde förutom de använda kanalema tar i bruk den ännu oanvända kanalgruppen med den högsta prioriteten, och basstationen vid detektering av en dataöverföringskapacitet som är mindre än ett givet första tröskelvärde slutar använda den använda kanalgruppen med den lägsta prioriteten. 15

6. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att dessutom används hopp mellan kanalema för att eliminera effekten av stömingar som inträffar pä vissa kana-ler.

.. 7. Cellradiosystem innefattande basstationer, kännetecknat av att det innefattar 20 pä ätminstone en basstation - organ för att lagra data pä cellradiosystemets kanaler uppdelade i prioritetsgrupper, - organ för att ta kanaler i de olika prioritetsgruppema selektivt i bruk som svar pä basstationens belastning samt - organ för att fördela den dataöverföringskapacitet de använda kanalema företräder 25 mellan de aktiva förbindelsema sä att förbindelser som fömtsätter dataöverföring i realtid har prioritet över förbindelser som förutsätter dataöverföring i icke-realtid. * m “