PL195219B1

PL195219B1 - Sposób transmisji danych pomiędzy stacjami w komórkowym systemie komunikacyjnym i komórkowy system komunikacyjny

Info

Publication number: PL195219B1
Application number: PL98335646A
Authority: PL
Inventors: James David Larsen; Mark Sievert Larsen
Original assignee: Salbu Res & Dev Pty Ltd
Priority date: 1997-03-03
Filing date: 1998-03-03
Publication date: 2007-08-31
Also published as: RU2211535C2; AP9901647A0; WO1998039936A3; CZ297955B6; KR20000075950A; KR100563612B1; AU738746B2; HUP0000860A1; EP0965203B1; CA2282750A1; CN1255261A; NZ337727A; AU6630798A; CN1108047C; CA2282750C; CZ306999A3; AP1131A; NO994198D0; IL131665A0; EP0965203A2

Abstract

1. Sposób transmisji danych pomiedzy stacja- mi w komórkowym systemie komunikacyjnym, w którym przesyla sie komunikaty danych pomie- dzy zbiorem stacji ruchomych i zbiorem stacji bazowych, znamienny tym, ze w zbiorze stacji bazowych wprowadza sie dla kazdej stacji bazo- wej obszar skutecznego pokrycia, który nie nakla- da sie na obszary skutecznego pokrycia sasied- nich stacji bazowych, przez co okresla sie obszary zmniejszonego pokrycia pomiedzy stacjami ba- zowymi oraz przekazuje sie komunikat danych ze stacji nadawczej do stacji docelowej poprzez przynajmniej jedna stacje przekaznikowa, przy czym przekazuje sie ten komunikat danych po- miedzy przynajmniej jedna ze stacji, stacja nadawcza albo stacja docelowa, bedaca stacja ruchoma w obszarze zmniejszonego pokrycia w odniesieniu do stacji bazowej, przez co transmi- tuje sie komunikat danych ze stacji nadawczej do stacji docelowej bez interferencji z sasiednimi stacjami bazowymi. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób transmisji danych pomiędzy stacjami w komórkowym systemie komunikacyjnym i komórkowy system komunikacyjny, bezprzewodowy, zawierający zbiór stacji ruchomych i zbiór stacji bazowych.

Znane komórkowe systemy komunikacyjne bezprzewodowe zawierają zbiór stacji bazowych, z których każda określa komórkę pokrycia. Stacje ruchome komunikują się ze stacją bazową pod warunkiem, że znajdują się we właściwej komórce. Aby zapewnić całkowite pokrycie określonego obszaru geograficznego, umiejscowienie stacji bazowych jest tak dobrane, że komórki nakładają się, aby zminimalizować albo wyeliminować obszary martwe.

W powyższym systemie każda komórka ma centralny obszar wolny od interferencji i obszar zewnętrzny, który nakłada się na zewnętrzne obszary jednej albo więcej komórek sąsiednich, w których następuje interferencja, podczas gdy stacja ruchoma nadająca do jednej stacji bazowej powoduje interferencję w stacjach bazowych komórek sąsiednich. Dodatkowo w obszarach nakładania się transmisje z sąsiednich stacji bazowych do stacji ruchomych interferują ze sobą. Ta interferencja powoduje zmniejszenie pojemności, ponieważ stacje bazowe dzielą zasoby, na przykład na szczeliny czasowe, kanały częstotliwości albo kody rozgłaszania, pomiędzy sobą przy komunikowaniu się z innymi stacjami w zewnętrznych nakładających się obszarach. Aby rozwiązać ten problem, w znanych sieciach komórkowych sąsiednie stacje bazowe transmitują przy użyciu innych zasobów, na przykład różnych częstotliwości i/lub różnych szczelin czasowych, aby uniknąć interferencji. W sieci wielokomórkowej wymaga to wysokiego poziomu synchronizacji czasowej pomiędzy różnymi stacjami bazowymi. Ponieważ dane zasoby nie mogą być używane równocześnie przez sąsiednie stacje bazowe, występuje zmniejszenie pojemności uzyskiwanej przez te stacje bazowe. W dodatku stacje nadające z zewnętrznych obszarów muszą korzystać z większej mocy, aby osiągnąć stacje bazowe, skutkiem czego jest ograniczona żywotność baterii stacji ruchomych.

Sposób według wynalazku charakteryzuje się tym, że w zbiorze stacji bazowych wprowadza się dla każdej stacji bazowej obszar skutecznego pokrycia, który nie nakłada się na obszary skutecznego pokrycia sąsiednich stacji bazowych, przez co określa się obszary zmniejszonego pokrycia pomiędzy stacjami bazowymi oraz przekazuje się komunikat danych ze stacji nadawczej do stacji docelowej poprzez przynajmniej jedną stację przekaźnikową, przy czym przekazuje się ten komunikat danych pomiędzy przynajmniej jedną ze stacji, stacją nadawczą albo stacją docelową, będącą stacją ruchomą w obszarze zmniejszonego pokrycia w odniesieniu do stacji bazowej, przez co transmituje się komunikat danych ze stacji nadawczej do stacji docelowej bez interferencji z sąsiednimi stacjami bazowymi.

Korzystnie przekazuje się komunikat danych do stacji docelowej, będącej stacją bazową, ze stacji nadawczej, będącej stacją ruchomą w obszarze zmniejszonego pokrycia w odniesieniu do stacji bazowej.

Korzystnie przekazuje się komunikat danych ze stacji nadawczej przynajmniej poprzez jedną stację przekaźnikową w obszarze skutecznego pokrycia docelowej stacji bazowej.

Korzystnie przekazuje się komunikat danych ze stacji nadawczej poprzez przynajmniej jedną kolejną stację przekaźnikową w obszarze zmniejszonego pokrycia w odniesieniu do docelowej stacji bazowej.

Korzystnie w obszarach zmniejszonego pokrycia w odniesieniu do każdej stacji bazowej ogranicza się przynajmniej jeden zasób wykorzystywany przez stację bazową.

Korzystnie ogranicza się zasoby obejmujące moc nadawczą, nadawcze szczeliny czasowe, kanały częstotliwości, skuteczność modulacji i kody.

Korzystnie ogranicza się zasoby wskutek ich dzielenia pomiędzy dwiema albo więcej stacjami bazowymi w odnośnych obszarach nakładania o zmniejszonym pokryciu stacji bazowych.

Korzystnie reguluje się moc nadawczą stacji przekaźnikowych, przy przekazywaniu komunikatów do stacji bazowej albo stacji ruchomej w obszarze skutecznego pokrycia stacji bazowej.

Korzystnie reguluje się wykorzystanie przez stacje przekaźnikowe przynajmniej jednej z nadawczych szczelin czasowych, kanałów częstotliwości, skuteczności modulacji i kodów.

Korzystnie kontroluje się przez stacje przekaźnikowe transmisje danych do i ze stacji bazowych i/lub pomiędzy innymi stacjami ruchomymi i przekazuje się przez te stacje przekaźnikowe komunikaty stosownie do okoliczności, dzieląc zasoby z innymi stacjami.

PL 195 219 B1

Korzystnie kontroluje się przez stacje przekaźnikowe transmisje danych do i ze stacji bazowych i/lub pomiędzy innymi stacjami ruchomymi i przekazuje się przez te stacje przekaźnikowe komunikaty na dostatecznie niskim poziomie mocy.

Korzystnie kontroluje się przez stacje przekaźnikowe transmisje danych do i ze stacji bazowych i/lub pomiędzy innymi stacjami ruchomymi i przekazuje się przez te stacje przekaźnikowe komunikaty stosownie do okoliczności, wykorzystując modulację o większej skuteczności, gdy dostępny jest większy stosunek sygnału do interferencji.

Komórkowy system komunikacyjny według wynalazku charakteryzuje się tym, że każda stacja jest stacją nadawczo-odbiorczą względem innych stacji i jest stacją przekaźnikową, stacje bazowe są rozmieszczone tak, że każda stacja bazowa ma obszar skutecznego pokrycia, który nie nakłada się na obszary skutecznego pokrycia sąsiednich stacji bazowych, przy czym obszary zmniejszonego pokrycia występują pomiędzy stacjami bazowymi, a pomiędzy stacją nadawczą i stacją docelową znajduje się przynajmniej jedna stacja przekaźnikowa oraz przynajmniej jedna ze stacji, stacja nadawcza albo stacja docelowa jest stacją bazową, a druga z tych stacji, stacja docelowa albo stacja nadawcza jest stacją ruchomą, znajdującą się w obszarze zmniejszonego pokrycia w odniesieniu do stacji bazowej.

Korzystnie obszary zmniejszonego pokrycia w odniesieniu do każdej stacji bazowej są obszarami, w których jest ograniczony przynajmniej jeden zasób wykorzystywany przez stację bazową.

Zaletą wynalazku jest bardzo skuteczne zapobieganie podczas transmisji interferencji z sąsiednimi stacjami bazowymi.

Przedmiot wynalazku jest pokazany w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia uproszczony schemat pokazujący pokrycie komórek w znanej sieci komórkowej, fig. 2 - szczegółowy schemat pokazujący klika stacji bazowych i stacji ruchomych znanej sieci komórkowej, fig. 3 - uproszczony schemat podobny do schematu z fig. 1, pokazujący pokrycie komórkowe stacji stałych w sieci według wynalazku, fig. 4 - szczegółowy schemat pokazujący zastosowanie wynalazku w sieci z fig. 2, fig. 5 i 6 - uproszczone schematy pokazujące działanie przykładu wykonania sieci komórkowej według wynalazku, fig. 7a-7c - schematy przedstawiające wykorzystanie szczeliny czasowej w przykładzie wykonania sieci komórkowej według wynalazku oraz fig. 8a i 8b - sieć działań dla przykładu wykonania wynalazku.

Przedstawiona sieć komórkowa zawiera zbiór stacji bazowych, które zwykle są stałe i określają komórki z nie nakładającymi się obszarami skutecznego pokrycia tak, że nie ma obszarów interferencji pomiędzy różnymi stacjami bazowymi. Obszary skutecznego pokrycia albo lokalizacji komórki mają stały rozmiar albo są zmieniane dynamicznie. Umożliwia to pełne wykorzystanie zasobów dostępnych każdej stacji bazowej, takich jak moc nadawania, nadawcze szczeliny czasowe, kanały częstotliwości albo kody, bez względu na transmisję innych stacji bazowych, co zwiększa pojemność każdej stacji bazowej.

Występują obszary martwe pomiędzy stacjami bazowymi, w których nie ma skutecznego pokrycia, to jest obszary o zmniejszonym pokryciu, w których tylko ograniczone zasoby są dostępne dla stacji, zwykle stacji ruchomych w tych obszarach, które chcą komunikować się z innymi stacjami. W znanym komórkowym systemie komunikacyjnym stacje ruchome albo zestawy słuchawkowe są nie do użytku albo mają ograniczone dostępne zasoby w obszarach martwych. Jednak przez zastosowanie stacji ruchomych, które przekazują komunikaty z innych stacji ruchomych do właściwych komórek, uzyskuje się całkowite pokrycie dla wszystkich dostępnych zasobów, pod warunkiem, że występuje dostateczna liczba stacji ruchomych. Jeżeli liczba dostępnych stacji ruchomych jest niedostateczna, nie będzie dużego zapotrzebowania na zasoby i ograniczone dostępne zasoby zapewnia dostateczna pojemność. Dlatego sieć skaluje się samoczynnie tak, że im więcej stacji ruchomych jest w komórce, tym większa pojemność będzie dostępna wskutek bardziej skutecznego wykorzystania zasobów w stacjach bazowych.

Ruchome nadajniki-odbiorniki działają poprzez nadawanie komunikatów danych stosownie do okoliczności pomiędzy nimi samymi i innymi stacjami, aby przekazywać komunikaty ze stacji początkowej do stacji docelowej. Takie nadajniki-odbiorniki stosuje się z korzyścią w komórkowym systemie komunikacyjnym o organizacji, gdzie skutecznie wypełniają odstępy w pokryciu pomiędzy sąsiednimi komórkami, umożliwiając uproszczenie organizacji samej sieci komórkowej. Jednocześnie maksymalizuje się pojemność sieci i minimalizuje się moc nadawania ruchomych nadajników-odbiorników.

Figura 1 pokazuje w uproszczony sposób nakładanie się pokrycia komórkowego w znanej sieci komórkowej, gdzie każda z siedmiu pokazanych komórek ma wewnętrzny obszar wolny od interferencji i zewnętrzny obszar, który nakłada się na jedną albo więcej sąsiednich komórek i podlega interferencji.

PL 195 219 B1

Figura 2 pokazuje bardziej realistyczny schemat tej sieci komórkowej, zawierającej siedem stacji bazowych a do g oraz dziewięć stacji ruchomych 1 do 9. Stacje bazowe a do g mają nakładające się obszary pokrycia, które ograniczają zasoby wykorzystywane przez stację bazową. Stacja ruchoma 9 jest w obrębie skutecznego pokrycia stacji bazowych a, d oraz e. Gdy stacja ruchoma 9 komunikuje się ze stacją bazową a, interferuje również ze stacjami bazowymi d oraz e, ograniczając przez to wykorzystanie zasobów w stacjach bazowych d i e. Stacje ruchome 1 i 6 nie mogą komunikować się ze stacją bazową a przy użyciu tych samych zasobów, co stacja ruchoma 9.

Figura 3 pokazuje system według wynalazku w bardzo uproszczony sposób, gdzie nie ma nakładania się sąsiednich komórek, z pozostawieniem obszarów martwych, to jest obszarów o zmniejszonym pokryciu albo zmniejszonej dostępności zasobów pomiędzy komórkami.

Figura 4 pokazuje ideę wynalazku zastosowaną do systemu z fig. 2. Zmniejszając moc nadawczą każdej stacji bazowej oraz opcjonalnie stacji ruchomych, rozwiązuje się problem nakładania się obszarów pokrycia pomiędzy stacjami bazowymi. Stacje ruchome 1, 6 i 9 oraz wszystkie stacje bazowe jednocześnie korzystają z tych samych zasobów.

Figura 5 pokazuje szesnaście komórek 1 do 16, które nie nakładają się i odpowiadają obszarowi pokrycia właściwych stacji stałych albo bazowych. Mniejsze okręgi 17 do 29 reprezentują obszary pokrycia typowych transmisji przez stacje ruchome umieszczone w martwych obszarach o zmniejszonej dostępności zasobów pomiędzy komórkami 1 do 16. Mniejsze okręgi 30 do 39 wskazują obszary pokrycia typowych transmisji przez stacje ruchome wewnątrz komórek 1 do 16, które jednocześnie komunikują się bezpośrednio ze stacjami bazowymi. Ten ostatni stan jest wskazany przez nakładanie się okręgów 30 do 39 ze środkami komórek 1 do 16.

Brak nakładania pomiędzy okręgami 17 do 29 wskazuje, że nie ma interferencji pomiędzy reprezentowanymi przez nie obszarami pokrycia. Ponadto, ponieważ okręgi 17 do 29 nie nakładają się na środki żadnej z komórek 1 do 16, ruchome stacje przekaźnikowe nie interferują ze stacjami bazowymi. Jednocześnie każda stacja bazowa musi mieć możliwość wykorzystania własnej szczeliny czasowej i jest to reprezentowane przez okręgi 30 do 39 wskazujące transmisję danych podczas tej szczeliny czasowej do każdej ze stacji bazowych. Ponieważ okręgi 30 do 39 nakładają się tylko na środek komórek 1 do 16, w których się znajdują, reprezentowane przez nie stacje ruchome nie interferują ze stacjami bazowymi sąsiednich komórek. Ponadto, ponieważ okręgi 30 do 39 nie nakładają się na okręgi 17 do 29, nie ma interferencji stacji ruchomych działających jako przekaźniki. Dlatego każda stacja bazowa wykorzystuje własną szczelinę czasową. W następnej transmisji dane są wysyłane z każdej ze stacji przekaźnikowych 17 do 29 do stacji bazowych i nie występuje utrata szczelin czasowych. Oznacza to, że możliwe jest 100% wykorzystanie wszystkich szczelin czasowych we wszystkich komórkach, przy zapewnieniu 100% pokrycia geograficznego, wyłącznie przez realizację względnie prostych reguł.

W przypadku transmisji do komórek stacji bazowych reguła jest taka, że stacja ruchoma na zewnątrz obszaru pokrycia komórki musi transmitować dane do stacji przekaźnikowej w taki sposób, aby nie interferować ze stacją bazową i zapewniać, że transmisja jest poniżej dolnego poziomu szumu stacji bazowej, a jednocześnie ma wystarczający stosunek sygnału do szumu, aby osiągnąć stację ruchomą w obszarze pokrycia stacji bazowej. Kolejna reguła jest taka, że stacja ruchoma wykorzystująca określoną szczelinę czasową do wysłania danych do stacji bazowej nie powinna interferować ze stacją ruchomą odbierającą dane i działającą jako przekaźnik w imieniu stacji ruchomej na zewnątrz obszaru pokrycia stacji bazowej.

Ponieważ nie ma nakładania pomiędzy różnymi małymi okręgami, nie ma interferencji pomiędzy tymi stacjami. Dlatego są dwa typy transmisji przebiegające jednocześnie: stacje ruchome 17-29 poza pokryciem komórki przekazują do stacji ruchomych wewnątrz komórek i stacje ruchome 30-39 wewnątrz pokrycia komórki komunikują się bezpośrednio ze stacjami bazowymi komórki.

Powyżej zakłada się, że stacje ruchome 30-39 mają dane do wysłania albo dane, które odebrały w poprzedniej szczelinie czasowej ze stacji poza pokryciem komórki.

Zjawisko braku interferencji pomiędzy różnymi transmisjami jest pokazane na fig. 5 przez małe okręgi i dla każdej stacji ruchomej, działającej jako przekaźnik, zawsze jest możliwe znalezienie stacji ruchomej wewnątrz komórki, aby wykorzystać szczelinę czasową i wysłać dane do stacji bazowej w taki sposób, aby nie interferować z przekaźnikiem i aby przekaźnik nie interferował ze stacją bazową.

Zjawisko dwóch jednoczesnych transmisji w pojedynczej komórce, na tej samej częstotliwości w tej samej szczelinie czasowej, jest pokazane przez dwa nie nakładające się okręgi w każdej z komórek. W przypadku każdego przeskoku transmisji można wykonać dwa mniejsze przeskoki, aby zapewPL 195 219 B1 nić, że mniejszy obszar jest pokryty albo większy obszar jest wyłączony podczas tych transmisji, ale główna zasada jest pokazana dostatecznie.

Przeskakiwanie stosownie do okoliczności umożliwia 100% wykorzystanie wszystkich zasobów szczeliny czasowej w każdej stacji bazowej i gdyby było dostępnych więcej częstotliwości albo kodów, również zostałyby wykorzystane w 100%. Poprzez uproszczone techniki przeskakiwania, stosownie do okoliczności wykorzystuje się 100% dostępnych zasobów w każdej stacji bazowej, bez istotnej synchronizacji czasu i częstotliwości, która jest typowa w strukturze komórkowej, gdzie w najlepszym razie tylko ułamek łącznych zasobów jest dostępny dla każdej stacji bazowej.

Takie zjawisko jest niemożliwe w strukturze komórkowej, która nie wykorzystuje przekaźnika abonenckiego. Jeżeli stosuje się rzeczywisty plan geograficzny, problem jest znacznie większy i jeżeli bierze się pod uwagę zacienienie, zanikanie i efekty szumu, zastosowanie technik komórkowych ogranicza ponowne wykorzystanie częstotliwości albo ponowne wykorzystanie szczeliny czasowej w sąsiednich komórkach i jest wymagany schemat planowania częstotliwości. Powoduje to dalsze zmniejszenie dostępnych zasobów w każdej stacji bazowej.

Podstawowa procedura wymagana do realizacji praktycznego systemu według wynalazku jest prosta i jest podsumowana następująco.

Dla transmisji przychodzących, to jest wiadomości przesyłanych ze stacji ruchomych poza obszarem pokrycia komórki do stacji bazowej: stacja ruchoma poza komórką w obszarze martwym pomiędzy sąsiednimi komórkami transmituje swoje dane do stacji ruchomej wewnątrz jednej z komórek. Wykonuje to przez wybranie stosownie do okoliczności jednej z trzech sąsiednich komórek albo więcej w obszarach bardziej złożonych i następnie wysłanie danych do tej komórki przez wysłanie ich do jednej ze stacji ruchomych w komórce. Jest to wykonywane stosownie do okoliczności, na podstawie wysyłania danych do wybranej stosownie do okoliczności stacji ruchomej, która nie jest zakłócana przez transmisję z innej stacji ruchomej, wysyłającej dane do stacji bazowej wewnątrz komórki. Transmisja jest przeprowadzana przez stację ruchomą poza obszarem pokrycia do stacji ruchomej wewnątrz obszaru pokrycia w taki sposób, aby nie interferować ze stacją bazową. Jest to pokazane schematycznie na fig. 5, na której transmisje następują na tej samej częstotliwości wewnątrz tej samej komórki bez interferowania ze sobą, z przynajmniej dwiema transmisjami występującymi jednocześnie dla komórki w tej samej szczelinie czasowej, z przypisaną tą samą częstotliwością albo kodem. W następnej dostępnej szczelinie czasowej stacja ruchoma wewnątrz obszaru pokrycia komórki wysyła otrzymane dane do stacji bazowej. Jednocześnie w następnej dostępnej szczelinie czasowej inne stacje poza obszarem pokrycia wysyłają dane do stacji ruchomych wewnątrz obszaru pokrycia. Powyższa procedura występuje według cyklu łańcuchowego z danymi dostarczanymi ciągle w każdej szczelinie czasowej do stacji bazowej bez interferencji, przez co zapewnia się 100% wykorzystanie stacji bazowej.

Dla transmisji wychodzących, to jest wiadomości wysyłanych ze stacji bazowej do stacji ruchomych poza obszarem pokrycia komórki: sieć stała wysyła dane do stacji ruchomej poza obszarem pokrycia komórki. Sieć stosownie do okoliczności wybiera jedną z trzech sąsiednich komórek, które są w pobliżu abonenta albo więcej w obszarach bardziej złożonych. Jest to wykonywane na podstawie wysłania danych do stacji bazowej, która nie jest zajęta. Stacja bazowa wysyła następnie dane do wybranej stacji ruchomej 30-39 wewnątrz obszaru pokrycia, wysyłającej dane w następnej szczelinie czasowej do stacji ruchomej poza obszarem pokrycia. Jednocześnie stacje ruchome 30-39, które odebrały dane w poprzednich transmisjach, wysyłają dane do stacji ruchomych 17-29 poza obszarem pokrycia komórki.

Figura 6 pokazuje schematycznie działanie, gdy transmisje następują na tej samej częstotliwości wewnątrz tej samej komórki bez interferowania ze sobą, z przynajmniej dwiema transmisjami występującymi jednocześnie dla komórki w tej samej szczelinie czasowej, z przypisaną tą samą częstotliwością albo kodem. W następnej dostępnej szczelinie czasowej stacja ruchoma wewnątrz obszaru pokrycia komórki wysyła otrzymane dane do stacji ruchomej poza obszarem pokrycia komórki. Jednocześnie w następnej szczelinie czasowej stacja bazowa wysyła dane do innej stacji ruchomej, działając jako przekaźnik albo bezpośrednio do stacji ruchomej wewnątrz obszaru pokrycia komórki.

Powyższa procedura następuje według cyklu łańcuchowego z danymi dostarczanymi ciągle w każdej szczelinie czasowej ze stacji bazowej bez interferencji w stacji bazowej ze strony stacji ruchomych w komórce, działających jako przekaźniki, przez co zapewnia się 100% wykorzystanie stacji bazowej.

PL 195 219 B1

Podstawowy sposób obejmuje przynajmniej dwie jednoczesne transmisje w każdej komórce w każdej szczelinie czasowej. Stacja bazowa wysyła dane bezpośrednio do stacji ruchomych wewnątrz obszaru pokrycia komórki z fig. 6 albo do wybranych przekaźników wewnątrz obszaru pokrycia komórki, które mogą następnie dalej przekazać dane do stacji poza obszarem pokrycia. Jednocześnie przekaźniki transmitują dane do stacji ruchomych poza obszarem pokrycia komórki, aby nie interferować z właściwym odbiorcą jednoczesnej transmisji przez stację bazową w tej samej komórce albo dowolnej komórce sąsiedniej.

Prosta technika symulacyjna rozszerza zarządzanie pojedynczym zasobem szczeliny czasowej albo szczeliny częstotliwościowej do wielu szczelin czasowych, wielu szczelin kodowych albo wielu częstotliwości, z tym samym skutkiem przy wykorzystaniu tych samych reguł.

W ruchomej sieci telefonicznej przepływ ruchu jest dwukierunkowy, a reguły wyjściowe i wejściowe są łączone i funkcjonują razem, aby najlepiej wykorzystać zasoby dostępne w stacjach bazowych.

Figura 7 pokazuje, jak zewnętrzne stacje ruchome w sieci z fig. 4 komunikują się ze stacją bazową dzięki przekazywaniu przez inne stacje ruchome, a także jak trzy stacje ruchome w każdej szczelinie czasowej wykorzystują ten sam zasób. Stacja bazowa wykorzystuje ten sam zasób w każdej szczelinie czasowej, wykorzystując przez to 100% zasoby w stacji bazowej. Pokazane są dane przechodzące w kierunku stacji bazowej, czyli stacja ruchoma 1 wysyła dane do stacji ruchomej 2 podczas pierwszej szczeliny czasowej. Podczas następnej szczeliny czasowej stacja ruchoma 2 przekazuje dane dalej do stacji ruchomej 3. Podczas trzeciej szczeliny czasowej stacja ruchoma 3 przekazuje dane dalej do stacji bazowej. Dla przepływu danych w drugim kierunku kolejność sekwencji jest odwrotna.

System dostosowuje moc w górę albo w dół, zależnie od zmniejszenia albo zwiększenia liczby stacji ruchomych. Dodatkowo jest wykorzystana modulacja o większej skuteczności, która wymaga większego stosunku sygnału nośnej do sygnału interferencji, ale lepiej wykorzystuje dostępne zasoby, co bardziej poprawia pojemność stacji bazowych. Gdy jest ograniczona liczba stacji ruchomych w danym obszarze, stacje bazowe i stacje ruchome wykorzystują większą moc. Zwiększa to pokrycie każdej stacji i zmniejsza liczbę zasobów dostępnych w każdej stacji bazowej. Jednak stacje bazowe nie potrzebują wszystkich zasobów, gdy jest tylko klika stacji ruchomych.

Gdy więcej stacji ruchomych wchodzi do obszaru, stacje ruchome i stacje bazowe obniżają moc. Ponadto, stosuje się modulację o większej skuteczności, co zmniejsza pokrycie każdej stacji i zwiększa liczbę zasobów dostępnych w każdej stacji bazowej. Dla modulacji o większej skuteczności wykorzystania zasobów zwiększa się dostępną pojemność. System dostosowuje się więc samoczynnie do liczby stacji ruchomych.

Im bardziej zwiększa się liczba stacji ruchomych, zwiększa się liczba przeskoków wymagana do osiągnięcia stacji bazowej. Nowe dane zostają wysłane ze stacji ruchomej w co trzeciej szczelinie czasowej. Oznacza to, że w długim łańcuchu przeskoków jest więcej niż jeden pakiet w łańcuchu w danym momencie. Powoduje to zjawisko łańcuchowe. Jednak czas zużyty na to, aby określony pakiet danych osiągnął stację bazową, jest bezpośrednią funkcją liczby przeskoków.

W standardowym systemie komórkowym GSM stacja ruchoma komunikuje się ze stacją bazową w co ósmej szczelinie czasowej. Oznacza to, że system oparty na istniejącym systemie komórkowym GSM umożliwiałby 8 przeskoków, a stacja ruchoma mogłaby wciąż komunikować się ze stacją bazową przy tym samym łącznym opóźnieniu. Jednak jeżeli większe opóźnienie nie stanowi probiernia, stosuje się więcej przeskoków.

W systemie GSM istnieje kanał o dostępie swobodnym, który stosuje się do wskazania obecności stacji ruchomych dla stacji bazowej i do ustawienia szczelin czasowych dla wywołania. Ten sam kanał o dostępie swobodnym jest stosowany do zestawiania wywołań przy większej liczbie przeskoków.

Jeżeli stacja ruchoma komunikuje się bezpośrednio ze stacją bazową, wysyła do stacji bazowej listę wszystkich stacji ruchomych, które może usłyszeć w kanale o dostępie swobodnym i poziomy mocy, przy których słyszy stacje ruchome. Stacja bazowa ustala wtedy, które stacje ruchome słyszy bezpośrednio, a które stacje ruchome osiąga pośrednio przy przekazaniu poprzez stację ruchomą. Ponieważ stacje bazowe i stacje ruchome zmniejszają moc przy wzroście liczby stacji ruchomych, kanał o dostępie swobodnym nie zostanie przeciążony. Tak samo, jak różne stacje wykorzystują jednocześnie określony zasób, mogą wykorzystywać kanał o dostępie swobodnym.

Gdy stacja ruchoma wysyła listę do stacji bazowej, inne stacje ruchome słyszą, jak wysyła tę listę. Odbierają informację, że ta stacją ruchomą łączy się ze stacją bazową. Stacje ruchome, które nie mogą skomunikować się bezpośrednio ze stacją bazową, wysyłają wtedy listy dla stacji ruchomych, które moPL 195 219 B1 gą je usłyszeć, do stacji ruchomej, która komunikuje się ze stacją bazową. Z kolei stacje ruchome, które mogą usłyszeć te stacje ruchome, wysyłają listy do pośrednich stacji ruchomych i tak dalej.

Stacja bazowa zbiera wtedy wszystkie dane o łączności i ustala, które stacje ruchome słyszą inne stacje ruchome. Stacja bazowa dostosowuje wtedy moc na podstawie liczby stacji ruchomych, które chce bezpośrednio osiągnąć. Wysyła również komunikaty z powrotem do stacji ruchomych, informując je, ile mocy powinny użyć.

Stacja bazowa kontroluje poziom mocy i poziom mocy stacji ruchomych w swoim obszarze. Dodatkowo stacja bazowa kontroluje poziom skuteczności modulacji i związany z nią stosunek sygnału nośnego do sygnału interferencji, wykorzystywany przez nią i przez stacje ruchome w jej obszarze.

Stacja bazowa ma teraz listę wszystkich stacji ruchomych w swoim obszarze i zna połączenie każdej stacji ruchomej, więc przydziela zasoby dla wszystkich stacji ruchomych, gdy jest tworzone połączenie. Może również zmienić przydział zasobów dla stacji ruchomej, która znajduje się na drodze wywołania. Jest to potrzebne, gdy na przykład dwie stacje ruchome, wykorzystujące ten sam zasób, przesuną się bliżej do siebie podczas połączenia.

Jeżeli stacja ruchoma słyszy dwie różne stacje ruchome, które komunikują się z dwiema różnymi stacjami bazowymi, wysyła listy do obu stacji bazowych poprzez te stacje ruchome. Dlatego stacje ruchome w obszarach leżących na zewnątrz pojawiają się na listach więcej niż jednej stacji bazowej. Umożliwia to stacjom bazowym przekazanie stacji ruchomej z jednej stacji bazowej do innej podczas wywołania.

Jeżeli stacja ruchoma nie słyszy innych stacji ruchomych ani stacji bazowych, automatycznie zwiększa moc, aż stacja ruchoma albo bazowa odpowie. Umożliwia to nowej stacji ruchomej wejście do sieci, jeżeli jest w obszarze zewnętrznym. Gdy tylko stacja ruchoma stanie się częścią sieci, stacja bazowa zaczyna kontrolować moc i zasoby stacji ruchomej.

Koordynacja stacji ruchomych wymaga zastosowania komputera w każdej stacji bazowej. Jednak biorąc pod uwagę, że stacje ruchome w sieci komórkowej zwykle nie poruszają się bardzo szybko i nie wszystkie stacje ruchome nawiązują połączenie w danej chwili, komputer łatwo obsługuje przydział zasobów. Przy przekazaniu stacji bazowej kontroli nad zasobami w jej obszarze i nad poziomami mocy stacji ruchomych w jej obszarze, same stacje bazowe nie wymagają żadnego skomplikowanego sprzętu ani oprogramowania. Zmniejsza to złożoność stacji ruchomych.

Każda stacja bazowa ma kontrolę nad zasobami i poziomami mocy wszystkich stacji ruchomych w swoim obszarze pokrycia, dobiera liczbę przeskoków, które wykorzysta stacja ruchoma, regulując poziom mocy. Stacja bazowa zmniejsza więc moc wykorzystywaną przez stację ruchomą, zwiększając liczbę przeskoków pomiędzy stacją ruchomą i stacją bazową. Zwiększą to żywotność baterii stacji ruchomej. Ponadto stacje ruchome wskazują poziom baterii stacji bazowej. Stacja bazowa dokonuje wtedy wyboru, nie kierując komunikatów poprzez stację ruchomą o ograniczonym zasobie baterii, ale poprzez stacje ruchome, które są podłączone do zasilaczy, zestawów samochodowych i tak dalej.

Figura 8 przedstawia sieć działań algorytmu do sterowania stacją bazową. Stacje bazowe kontrolują w sposób ciągły kanał o dostępie swobodnym, w którym stacje ruchome regularnie rejestrują się, zgłaszając swój stan. Gdy stacje ruchome zgłoszą swój stan, dostarczają tabelę straty ścieżki stacji ruchomej do stacji bazowej, w której się rejestrują. Dodatkowo stacje ruchome zgłaszają stan baterii. Tabela straty ścieżki stacji ruchomej podaje stratę ścieżki od stacji ruchomej do wszystkich innych stacji, które może usłyszeć. Poszczególne stacje ruchome kontrolują kanał o dostępie swobodnym i przez to rejestrację innych stacji ruchomych w stacjach bazowych, aby pobrać tę informację.

Każda stacja bazowa transmituje w oddzielnym kanale przywoławczym stronę rozgłaszania, która informuje stacje ruchome w danym obszarze o jej obecności i podaje im takie informacje, jak liczba stacji ruchomych w obszarze pokrycia stacji bazowej i liczba zasobów dostępnych w stacji bazowej. Wszystkie stacje bazowe mogą dzielić ten sam kanał przywoławczy i dlatego wymagane jest dzielenie zasobu, aby uniknąć kolizji w odbiorze stacji ruchomych w obszarze nakładających się komórek. Jednak kanał przywoławczy przesyła tylko małą część informacji, dlatego zabiera małą ilość zasobów dostępnych w stacjach bazowych. Strona rozgłaszania, ponieważ ma małą skuteczną przepustowość danych, w razie potrzeby zostaje w dużym stopniu zakodowana i jest przesyłana z mocą dostatecznie dużą do pokrycia całej komórki. Wszystkie stacje ruchome słyszą więc strony rozgłaszania przynajmniej jednej stacji bazowej, a potencjalnie wielu stacji bazowych.

Gdy stacje ruchome rejestrują się w stacjach bazowych, mogą wykorzystać informacje pochodzące ze stron rozgłaszania stacji bazowych, aby ustawić poziom mocy na dostateczny do osiągnięcia stacji bazowych. To sterowanie mocą typu otwartej pętli umożliwia zminimalizowanie interferencji z in8

PL 195 219 B1 nymi stacjami bazowymi. Stacje ruchome rejestrujące się z obszarów martwych, podatnych na interferencję pomiędzy stacjami bazowymi, interferują z jedną albo większą liczbą stacji bazowych. Jednak zasób przydzielony kanałowi przywoławczemu jest mały, a transmisje są krótkie, co zmniejsza możliwość interferencji pomiędzy transmisjami dwóch stacji ruchomych. Moc wymaganą do wysłania komunikatów rejestracyjnych można zmniejszyć, ponieważ zawartość informacyjna jest mała. Stacje ruchome w całym obszarze pokrycia komórki rejestrują się w stacji bazowej.

Regularne transmisje rejestracyjne, przeprowadzane przez stacje ruchome, umożliwiają różnym stacjom bazowym utworzenie pełnosiatkowej tabeli straty ścieżki, która podaje stratę ścieżki pomiędzy wszystkimi stacjami ruchomymi w pokryciu ich stron rozgłaszania. Dodatkowo strata ścieżki prowadzącej od każdej stacji ruchomej do wszystkich stacji bazowych, którą ona wykrywa, jest ustalana również w stacjach bazowych. Stacja bazowa identyfikuje, które stacje ruchome przesyłają bezpośrednio ruch do stacji bazowej i jaka jest maksymalna przepustowość danych, z jaką można to uzyskać na podstawie mocy nadawczej dostępnej w stacji ruchomej. Stacja bazowa identyfikuje również, które stacje są w obszarze interferencji, w którym przy transmisji do stacji bazowej interferowałyby z inną stacją bazową. Stacje bazowe wykorzystują wtedy pełnosiatkową tabelę straty ścieżki, aby wyznaczyć trasy przekazywania dla stacji ruchomych, które są w obszarze interferencji.

Gdy, tak jak pokazuje fig. 8, stacja ruchoma chce przekazać ruch do stacji bazowej, przedstawia żądanie zasobu pojemności do jednej ze stacji bazowych wokół niej. Stacja ruchoma wybiera najlepszą stację bazową na podstawie informacji rozgłaszania wysyłanej przez stacje bazowe.

Stacja bazowa zadecyduje wtedy, czy na podstawie żądanego zasobu stacja ruchoma powinna uzyskać dostęp bezpośredni, czy transmitować poprzez przekaźnik. W tym drugim przypadku stacja bazowa wysyła w stronę bezpośrednio do wyznaczonego przekaźnika i do stacji ruchomej przedstawiającej żądanie, informując, które zasoby wykorzystać, biorąc pod uwagę mapę zasobów ruchu w komórce i zasobów wykorzystywanych w sąsiednich komórkach. Informację o sąsiedniej komórce przekazuje się pomiędzy stacjami bazowymi albo wyznacza się ją z rejestracji stacji ruchomych wewnątrz komórki, ponieważ tylko zasoby stosowane przez stacje ruchome w zakresie są właściwe.

Stacja bazowa albo nakazuje stacjom ruchomym maksymalną moc, z którą mogą transmitować, albo ustala kryterium, że nie mają transmitować, powodując interferencję z inną stacją wykorzystującą ten sam zasób. Na przykład, stacje bazowe przydzielają zasoby w układzie szczelin czasowych, jak pokazują fig. 7a do 7c.

Gdy stacje przesuwają się, stacje bazowe mogą ciągle przydzielać na nowo zasoby i zmieniać stosowane przekaźniki, jak pokazuje fig. 8. Można to zmodyfikować dla przekazywania z wieloma przeskokami, gdy wywołuje się więcej niż jeden przekaźnik i przydziela się zasoby, przekazując dane ze stacji ruchomej.

Dwukierunkowy przepływ danych jest obsługiwany dokładnie tak samo, jak opisano powyżej, z przydzielaniem zasobów dla danych przepływających ze stacji bazowej do stacji ruchomej i odwrotnie.

W przypadku wywołania ruchu inicjowanego z sieci stałej do stacji ruchomej, stacja bazowa zostanie wybrana przez sieć na podstawie tabel pełnosiatkowej straty ścieżki i zasobów. Docelowa stacja ruchoma i wymagane przekaźniki są wtedy przywoływane przez wybraną stację bazową i są przydzielane zasoby, przy czym nakazuje się im przygotowanie na odbiór ruchu z sieci. Pozostałe działanie jest identyczne, jak opisane powyżej i pokazane na fig. 8.

Chociaż system komórkowy został opisany w odniesieniu do stacji ruchomych przekazujących transmisje danych do docelowych stacji bazowych, stacje ruchome mogą również kierować komunikaty na bazie pełnej siatki ze stacji ruchomej do dowolnej innej stacji ruchomej. Dzięki przekazywaniu danych ze stacji ruchomej do stacji ruchomej wokół obszarów pokrycia stacji bazowych, wewnątrz obszaru martwego w taki sposób, aby nie interferować ze stacjami bazowymi, wykorzystuje się skutecznie na nowo zasoby stacji bazowej. Nawet stacja ruchoma w obszarze pokrycia stacji bazowej może transmitować do stacji ruchomej poza obszarem pokrycia w taki sposób, aby nie interferować ze stacją bazową.

Komunikat jest wtedy przekazywany przez wiele stacji ruchomych w obszarze martwym, przez co wykorzystuje się na nowo zasoby stacji bazowej bez zmniejszania pojemności w stacji bazowej.

Sposób znajduje zastosowanie do zmniejszania obciążenia w stacjach bazowych przez skuteczne przekazywanie ruchu typu „ruchomy-do-ruchomego” wokół stacji bazowych, bez wykorzystywania zasobów stacji bazowej. Gdy do sieci wchodzi coraz więcej stacji ruchomych, może nastąpić więcej przekazań, aby kierować ruch od stacji ruchomej do stacji ruchomej w sieci, przez co jeszcze bardziej zmniejsza się obciążenie w stacjach bazowych.

PL 195 219 B1

Jeżeli jest tylko kilka stacji ruchomych w sieci i nie ma przekaźnikowych stacji ruchomych, stacje ruchome wysyłają ruch komunikatowy do stacji bazowej, następnie w razie potrzeby poprzez stałą sieć do innej stacji bazowej, a potem do docelowej stacji ruchomej. Ponieważ sieć nie jest skoncentrowana, zasoby stacji bazowej muszą być dzielone pomiędzy kilkoma stacjami ruchomymi i dlatego wymagana pojemność jest skalowana samoczynnie.

W sieci z większą gęstością stacji ruchomych jedynymi komunikatami wysyłanymi przez stacje bazowe są komunikaty wysyłane do albo ze stacji ruchomych do sieci stałej do użytkowników albo do odległych stacji ruchomych, gdzie przekazywanie poprzez stacje ruchome spowodowałoby zbyt duże opóźnienie albo gdzie przekaźniki nie są dostępne.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób transmisji danych pc^rm^c^^z/ stacjami w komórkowym systemie komunikacyjnym, w którym przesyła się komunikaty danych pomiędzy zbiorem stacji ruchomych i zbiorem stacji bazowych, znamienny tym, że w zbiorze stacji bazowych wprowadza się dla każdej stacji bazowej obszar skutecznego pokrycia, który nie nakłada się na obszary skutecznego pokrycia sąsiednich stacji bazowych, przez co określa się obszary zmniejszonego pokrycia pomiędzy stacjami bazowymi oraz przekazuje się komunikat danych ze stacji nadawczej do stacji docelowej poprzez przynajmniej jedną stację przekaźnikową, przy czym przekazuje się ten komunikat danych pomiędzy przynajmniej jedną ze stacji, stacją nadawczą albo stacją docelową, będącą stacją ruchomą w obszarze zmniejszonego pokrycia w odniesieniu do stacji bazowej, przez co transmituje się komunikat danych ze stacji nadawczej do stacji docelowej bez interferencji z sąsiednimi stacjami bazowymi.
2. Sposób według zas^z. 1, znamienny tym, że ppzekazuje się komunikka danych do stacji docelowej, będącej stacją bazową, ze stacji nadawczej, będącej stacją ruchomą w obszarze zmniejszonego pokrycia w odniesieniu do stacji bazowej.
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że sśę komunikaa danych ze stacji nadawczej przynajmniej poprzez jedną stację przekaźnikową w obszarze skutecznego pokrycia docelowej stacji bazowej.
4. Sposób według zasSi-z. 3, znamienny tym, że przekazuj ssę komunikaa danych ze stacji nadawczej poprzez przynajmniej jedną kolejną stację przekaźnikową w obszarze zmniejszonego pokrycia w odniesieniu do docelowej stacji bazowej.
5. Sposób według zaaS-z. 4, znamienny tym, że w obszarach zmniejssoneeo pokrycia w odniesieniu do każdej stacji bazowej ogranicza się przynajmniej jeden zasób wykorzystywany przez stację bazową.
6. Sposób według zasSi-z. 5, znamienny tym, że ogranicca ssę zasoby obejm^ące moc nadawczą, nadawcze szczeliny czasowe, kanały częstotliwości, skuteczność modulacji i kody.
7. SposóbwedługzasSz. 5 albo 6, znamienny tym, że o^^r^£^nic^^LtsiςczL^^t^k^zy wsktaek i ch dzielenia pomiędzy dwiema albo więcej stacjami bazowymi w odnośnych obszarach nakładania o zmniejszonym pokryciu stacji bazowych.
8. Sposóbwedług zastrz. 1 albo 4, znamienny tym, że regulujesięmocnadawcząstacji pTzekaźnikowych, przy przekazywaniu komunikatów do stacji bazowej albo stacji ruchomej w obszarze skutecznego pokrycia stacji bazowej.
9. Sposób według ζθιΗζ. 8, znamienny tym, że 1eguluje ssę wykoozysSanie ρτζθζ eSaccj przekaźnikowe przynajmniej jednej z nadawczych szczelin czasowych, kanałów częstotliwości, skuteczności modulacji i kodów.
10. Sposób według zasStz. 9, znamienny tym, że ^ηΗοΙι^ się przez eSaccj transmisje danych do i ze stacji bazowych i/lub pomiędzy innymi stacjami ruchomymi i przekazuje się przez te stacje przekaźnikowe komunikaty stosownie do okoliczności, dzieląc zasoby z innymi stacjami.
11. Spooób według zaaS-z. 9, znamienny tym, że ssę pr^^^ eSaccj przekaźnikowe transmisje danych do i ze stacji bazowych i/lub pomiędzy innymi stacjami ruchomymi i przekazuje się przez te stacje przekaźnikowe komunikaty na dostatecznie niskim poziomie mocy.
12. Sposób według ζοε^ζ. 11, znamienny tym, że ^ηΗοΙι^ się przez eSaccj przekaźnikowe transmisje danych do i ze stacji bazowych i/lub pomiędzy innymi stacjami ruchomymi i przekazuje się przez te stacje przekaźnikowe komunikaty stosownie do okoliczności, wykorzystując modulację o większej skuteczności, gdy dostępny jest większy stosunek sygnału do interferencji.

PL 195 219 B1
13. Komórkowy system komunikacyjny, zawierający zbiór stacji ruchomych i zbiór stacji b^^owych, znamienny tym, że każda stacja jest stacją nadawczo-odbiorczą względem innych stacji i jest stacją przekaźnikową, stacje bazowe są rozmieszczone tak, że każda stacja bazowa ma obszar skutecznego pokrycia, który nie nakłada się na obszary skutecznego pokrycia sąsiednich stacji bazowych, przy czym obszary zmniejszonego pokrycia występują pomiędzy stacjami bazowymi, a pomiędzy stacją nadawczą i stacją docelową znajduje się przynajmniej jedna stacja przekaźnikowa oraz przynajmniej jedna ze stacji, stacja nadawcza albo stacja docelowa, jest stacją bazową, a druga z tych stacji, stacja docelowa albo stacja nadawcza, jest stacją ruchomą, znajdującą się w obszarze zmniejszonego pokrycia w odniesieniu do stacji bazowej.
14. Syssem według zastoz. 13, znamienny tym, że obszary zrmrn^r^^^c^^IΊ^r^^c- pokrycia w odniesieniu do każdej stacji bazowej są obszarami, w których jest ograniczony przynajmniej jeden zasób wykorzystywany przez stację bazową.