ITMI980631A1 - Metodo per effettuare una pre-selezione veloce e completa dei canali in un sistema di telecomunicazione digitale - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione industriale a nome:

Campo dell'Invenzione

La presente invenzione riguarda i sistemi di telecomunicazione digitale con tecnica di accesso a divistone di tempo, TDMA (Time Division Multiple Access), ed in particolare, ma non esclusivamente, sistemi operanti in accordo allo standard DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications).

In particolare la presente invenzione riguarda le procedure di accesso radio che, in ogni sistema wireless o radiomobile devono essere in grado di ottimizzare la probabilità di ottenere e mantenere le connessioni telefoniche.

Nella descrizione che segue si farà riferimento in particolare ad un sistema DECT, senza che questo sia da intendersi in senso limitativo dell'ambito dell'invenzione che trova applicazione generale in sistemi in cui si realizza il collegamento tra due unità ricetrasmittenti (rispettivamente una unità mobile o portatile (Portable Part PP), ed una unità fissa o RFP (Radio Fixed Pari).

Come è noto, in un sistema DECT, la ricetrasmissione dei segnali fra le due unità radio, rispettivamente mobile (Portable Part) o PP e fìssa (Radio Fixed Part) o RFP, è organizzata in trame. La trama è suddivisa in due semitrame, di cui normalmente la prima semitrama è adibita alla trasmissione nella direzione da unità fissa verso unità mobile (direzione downlink) e la seconda semitrama alla trasmissione da unità mobile verso unità fissa (direzione uplink).

Inoltre, ciascuna semitrama è a sua volta suddivisa in 12 intervalli temporali all'interno dei quali avviene la ricetrasmissione del segnale utile secondo la tecnica di accesso a divisione di tempo TDMA (Time Division Multiple Access). All'interno di uno specifico time slot la ricetrasmissione di un segnale utilizza una delle 10 portanti/frequenze radio allocate nella banda (1880 - 1900 MHz) assegnata ai sistemi DECT.

Nella realizzazione dei collegamenti, il sistema DECT prevede la cosiddetta allocazione dinamica dei canali (DCS - Dynamic Channel Selection), basata sul fatto che la scelta viene fatta in tempo reale sulla base delle interferenze ambientali riscontrate e che l'iniziativa di scelta del canale su cui effettuare il collegamento e' a carico della parte portatile. La parte fissa può' cooperare in questa procedura suggerendo dei canali alternativi.

La parte portatile compila una lista dei canali e delle stazioni, utilizzando le misure di RSSI (valore di campo) e gli identificativi di stazione trasmessi in aria dalla RFP su uno o due canali faro o Dummy Bearer.

In particolare la lista dei canali viene suddivisa in fasce di potenza rilevata, RSSI (Received Signal Strenght Interference) ed i canali con misura di RSSI inferiore al valore minimo sono considerati “quiet" e possono essere selezionati immediatamente. I canali invece con una misura di RSSI superiore ad un valore massimo (6dB) sono considerati come “busy” e non possono essere selezionati. I canali con una misura di RSSI che giace tra i due limiti minimo e massimo sono ordinati in base alla fascia di appartenenza.

Sulla scorta di queste informazioni, la parte portatile è dunque in grado di accedere sui canali meno interferiti, connettendosi alle stazioni ricevute a potenza maggiore.

Occorre precisare che, parlando di parte portatile, tutte le considerazioni applicate a tale parte si applicano anche agli apparati WRS (Wireless Relay Station o Ripetitore) quando comunicano con una RFP. Pertanto, quanto descritto nel seguito per i portatili si applica anche ai ripetitori. Nel seguito, per semplicità', si fara' riferimento ai soli portatili.

Arte nota

Secondo lo standard attuale (setup della prima chiamata), la procedura di accesso iniziale prevede le seguenti fasi:

1) sincronizzazione PP-RFP;

2) compilazione della lista dei canali e delle stazioni;

3) scelta e successiva richiesta del canale alla RFP da parte della PP.

La sincronizzazione PP-RFP è una procedura che consente al terminale di mettersi in ascolto della RFP, da cui riceve le informazioni di sistema trasmesse in broadcast.

Inizialmente l'RFP si attiva e trasmette in aria tutte le informazioni di sistema su uno o due canali faro indicati nella tecnica specifica con il termine “Dummy Bearer”.

Il terminale effettua la sincronizzazione in due step:

I. Cattura dei time slot in aria e, dai pacchetti "catturati", derivazione della temporizzazione della RFP, con possibilità' di leggere tutte le informazioni di sistema.

II. Lettura delle informazioni di sistema, quali l'identità' della RFP e della FP, che consentono di determinare la possibilità' effettiva di accesso in relazione alla sottoscrizione precedentemente effettuata.

L’RFP trasmette anche l'informazione detta PSCN, (Primary receiver Scan Carrier Number), che consente al terminale di mettersi in passo con l'RFP nel momento in cui il terminale trasmette la prima richiesta di accesso. Occorre che, mentre il terminale trasmette il suo primo messaggio, l'RFP sia in ricezione sullo stesso canale.

La lista dei canali viene creata attraverso una scansione delia matrice tempofrequenza con una sequenza di scansione che è libera. In Fig. 1 viene rappresentata la sequenza di scansione che risulta piu' veloce a parità' di consumo e richiede un tempo pari a 10 trame ovvero 100 ms.

In ascissa sono riportati i lime slot ed in ordinata le frequenze, così che ciascuna casella corrisponde ad un canale fisico, cioè' ad una combinazione di slot temporale e frequenza indicata nella tecnica specifica con il termine “bearer”, o canale, radio.

Mentre si effettua questa scansione, oltre a leggere i valori di RSSI dei singoli canali, si elencano anche le identità' delle singole RFP. Viene quindi creata una lista delle stazioni, in modo da potersi connettere con quella a potenza maggiore.

Il terminale, disponendo della tabella così compilata, sceglie per l'accesso il canale migliore o meno interferito. La scelta parte dalla fascia di potenza piu’ bassa (ossia presumibilmente quella di canali non occupati, cosiddetti canali "‘'quief").

Una volta scelto il canale, occorre aspettare che l'RFP si metta in ricezione sul canale stesso e quindi inoltrare la richiesta di accesso. A seconda della posizione di scansione della RFP, trascorre un tempo che va da 0 a 100 ms.

Durante il passaggio da una cella ad una adiacente (handover) la lista dei canali, nei sistemi noti, non deve essere obbligatoriamente aggiornata, tuttavia viene suggerito di effettuare un aggiornamento periodico, ad esempio ogni 30 secondi.

Questo eventuale aggiornamento non può comunque tenere conto della colonna del canale in uso per i cosiddetti apparati "fast hopping" (Fig. 2a) in grado di sintetizzare una nuova frequenza in un tempo molto ridotto; addirittura di tre colonne per i cosiddetti apparati "slow hopping" che richiedono un tempo comparabile ad uno time slot per tale sintetizzazione (Fig. 2b). Nelle Figure 2a e 2b, il canale in grigio scuro e' quello in uso, mentre i canali non monitorabili o “ciechi’' sono rappresentati in grigio chiaro. I terminali fast hopping hanno una sola colonna cieca; quelli slow hopping hanno invece tre colonne cieche.

Pertanto, nei sistemi noti esiste una limitazione dovuta al fatto che l'aggiornamento della tabella o lista dei canali risulta incompleta (tabella incompleta), a meno di non sospendere la connessione sul canale in uso per 10 trame, effettuando cosi' una scansione esaustiva.

L'uso della tabella incompleta può rendere l'accesso difficoltoso qualora non ci siano canali su cui e' misurata una bassa potenza, ad esempio in una situazione di congestione.

Più precisamente, si hanno sostanzialmente due limiti nei sistemi noti, relativi rispettivamente alla velocita' di accesso e alla completezza della scansione.

La velocita' di accesso e' determinata dai tempo di selezione canale che va da 20 ms (con la tabella già aggiornata, bastano 2 trame di controllo) a 100 ms (scansione dei canali completa), e dall' attesa per l'invio di richiesta di accesso che richiede da 0 a 100 ms. Quindi il tempo complessivo tra l'inizio della ricerca e l'inoltro della prima richiesta di accesso va da 20 a 200 ms.

Per quanto riguarda la completezza della scansione quando dei canali sono in uso (tabella incompleta), la scansione non tiene conto di una colonna per apparati fast hopping (Vedi Fig. 2a) o addirittura non tiene conto di tre colonne per apparati slow hopping (Vedi Fig. 2b), a meno di sospendere la comunicazione sul canale in uso per almeno 10 trame, e completare la scansione misurando l'RSSI sui canali che erano nelle posizioni ‘‘cieche”.

Il limite principale tra quelli descritti e' il fatto che, in una situazione di congestione, la procedura di Bearer Handover può’ fallire nonostante l’esistenza di canali poco interferiti nelle colonne cieche.

Scopi dell’Invenzione

Scopo della presente invenzione è quello superare gli inconvenienti e le limitazioni sopra citati, ed in particolare, di superare il sopra citato limite relativo al la procedura di Bearer Handover. Tale miglioramento riguarda:

a) gli apparati terminali fast hopping, che già' di per se' introducono un miglioramento, avendo solo una colonna cieca invece di tre.

b) la configurazione RFP fast hopping e terminale slow hopping che come sopra riferito hanno tre colonne cieche.

Sommario dell'Invenzione

L'invenzione consegue questi scopi mediante un metodo avente le caratteristiche esposte nella rivendicazione 1 e un ricevitore secondo la rivendicazione 8.

Ulteriori vantaggiose caratteristiche formano oggetto delle rivendicazioni dipendenti.

Secondo il metodo proposto dall'invenzione, la lista dei canali viene aggiornata entro un tempo prestabilito, in particolare 30 secondi, e se nella tabella incompleta non sono presenti canali “quief, viene eseguita una scansione veloce (entro uno time slot) dei canali ciechi che rende possibile una procedura di handover se tale scansione veloce fornisce indicazioni sulla presenza di un canale “quiet” tra quelli ciechi.

L’invenzione verrà ora descritta più dettagliatamente con riferimento a una forma realizzativa preferita, ma non limitativa, illustrata con riferimento ai disegni allegati, in cui:

la Figura 1 (già descritta) illustra una sequenza di scansione che richiede un tempo pari a 10 trame;

le Figure 2a e 2b (già descritte) mostrano le colonne cieche rispettivamente in caso di apparati fast hopping e slow hopping;

la Figura 3 illustra la scansione veloce secondo il metodo della presente invenzione; e

la Figura 4 mostra lo schema a blocchi di un dispositivo per attuare il metodo dell'invenzione.

Nel seguito verrà dapprima considerato il caso di implementazione del metodo di selezione veloce e completa sull'apparato Portatile o WRS.

Nel caso di una connessione in corso in cui, nella "tabella incompleta" o parziale cosi' aggiornata, il portatile riesca già ad individuare canali “quiet” alternativi, viene selezionato un canale "quiet", e viene controllato per due trame consecutive. Se il suo valore di RSSI non e' cambiato per piu' di 12 dB, il terminale inoltra la richiesta di handover. In questa particolare situazione si ottengono già' le massime prestazioni se si mantiene aggiornata la tabella.

Se invece la lista incompleta a disposizione non presenta canali "quiet", secondo l'invenzione viene applicato un processo accelerato che e' in grado di fornire la tabella completa in un tempo molto ridotto. La nuova scansione viene effettuata sulla colonna mancante secondo il ciclo descrìtto nel seguito con riferimento Fig. 3.

Con riferimento alla Fig. 3, il metodo secondo l'invenzione prevede di effettuare la scansione dei canali di una colonna cieca nel tempo di un time slot. La Figura mostra il time slot n, ed i quadrati scuri indicano come i 10 canali della colonna cieca vengano scanditi in successione, ciascuno per un tempo molto inferiore al tempo di time slot, con un intervallo (D3) tra due scansioni adiacenti, e con un intervallo iniziale che verrà illustrato nel seguito.

Più precisamente, un primo intervallo del time slot n-esimo è indicato con DO e rappresenta il ritardo del segnale rispetto alla temporizzazione di riferimento. Questo parametro influenza il dimensionamento della finestra di correlazione per la successiva scansione, che e' al massimo 14 bit secondo lo standard e 22 bit per una preferenziale forma implementativa adottata dalla Richiedente.

Il successivo intervallo D1 è la lunghezza del preambolo (32 bit) al termine del quale scatta la correlazione.

La porzione restante del time slot viene suddivisa in 10 intervalli D2 ciascuno corrispondente al tempo di misura del valore di RSSI di un canale, intercalati ad intervalli D3 corrispondenti al tempo di commutazione del sintetizzatore dalla freq. J alla freq. J+1 (33 bit per la suddetta preferenziale implementazione adottata dalla richiedente). Benché il valore di D2 sia imposto dagli altri vincoli, occorre tuttavia renderlo massimo per ottenere una misura di RSSI significativa.

Poiché vale la relazione (in bit):

Ltot = D1 9 * (D2 D3) D2 ;dove Ltot è la lunghezza del time slot. ;Allora il tempo massimo D2 per la determinazione della RSSI per ciascun canale è dato da: ;D2 = [Ltot -D1 -9*D3]/10

Nelle ipotesi sopra indicate si ottiene D2 = 9.5 bit

Pertanto, nel metodo secondo l'invenzione, la misura di RSSI di ciascuno dei canali della colonna cieca avviene in 9,5 bit. In queste condizioni, poiché la misura e' effettuata solo su una porzione limitata del time slot, una indicazione di canale “quief potrebbe risultare non completamente attendibile, tuttavia è altamente probabile e tale da giustificare la sospensione della comunicazione in corso per una sola trama, per ottenere un aggiornamento completo della tabella. Se dalla scansione veloce non vengono rivelati canali ''quiet”, la lista non viene completata in quanto superflua.

Pertanto, grazie al metodo secondo l'invenzione, si completa la scansione nel tempo di una trama.

Occorre notare che e' sufficiente sospendere la comunicazione in corso per questa sola trama per ottenere un aggiornamento completo della tabella, che ovviamente non e' una tabella standard perche' la misura e' effettuata solo su una porzione limitata del time slot.

Come verrà descritto nel seguito, il metodo secondo l'invenzione può essere applicato anche alla RFP, con vantaggi ancora maggiori, dal momento che le RFP sono già' ora tendenzialmente di tipo Fast Hopping e l'aggiunta di questa procedura comporta modifiche minime, anche se l'RFP non conosce il momento esatto in cui il portatile decide di effettuare una procedura di handover.

Ipotizzando uno scenario con RFP Fast Hopping e terminali Slow Hopping, l'incompletezza delle tabelle e' pari ad una colonna per l'RFP e di tre colonne per il portatile per ogni canale in uso.

Il completamento delia tabella potrebbe dunque essere a carico della sola RFP, che dovrebbe effettuare in sequenza le seguenti operazioni:

• tenere aggiornata, usando il metodo veloce, la tabella dei canali con una frequenza elevata, usando, ad esempio, i time slot persi. In ogni caso non va superato il timer già' esistente, pari a 30 s;

• comunicare al portatile, con frequenza comparabile al'aggiomamento della lista dei canali, i canali “quiet" collocati nella sua colonna cieca e nelle due adiacenti.

Per questa comunicazione si possono utilizzare i messaggi di qualità previsti dallo standard. In tal modo il portatile può' superare le limitazioni attuali.

Nel caso l'RFP effettui una procedura di Fast Setup, che non e’ la norma ma comunque e' prevista dallo standard DECT, e' la RFP stessa e non il portatile a scegliere e attivare i bearer radio. In questo caso non c’e’ bisogno di inviare queste informazioni al portatile ma la lista dei canali cosi’ compilata e' usata direttamente dalla RFP.

Con riferimento alla Fig. 4, viene ora illustrata un dispositivo HW per implementare il metodo secondo l'invenzione.

Il dispositivo HW che permette di attuare la strategia di accesso sopra descritta si applica ad un ricevitore DECT con le seguenti caratteristiche:

1) singolo transceiver

2) fast hopplng (il sintetizzatore e' in grado di commutare in un tempo comparabile al massimo a 33 bit), con programmazione in tempo reale. Con riferimento all'esempio riportato in Fig. 3, la velocita' di programmazione deve essere inferiore a 9.5 bit.

3) presenza di un circuito di misura del valore di campo in ingresso (RSSI) in grado di restituire un segnale analogico di ampiezza proporzionale al valore del campo ricevuto.

Si ricorda che un tale ricevitore può' accedere a tutti i 120 canali fisici allocati. Il ricevitore DECT RECEIVER sopra descritto deve essere dotato in aggiunta delle seguenti parti:

• un campionatore SAMPLER veloce del segnale RSSI. La velocita' di questo campionatore può' essere, ad esempio, pari a 20 Msample/s, corrispondente a 20 campioni per microsecondo (o per bit, dato che un bit dura 868 ns)

• un convertitore analogico/digitale A/D CONVERT in grado di digitalizzare questo segnale, ad esempio a 6 bit

• un processore digitale di segnali DSP in grado di implementare un algoritmo di calcolo per fornire il valore finale di RSSI (ad esempio, mediando i valori dei campioni acquisiti nel tempo di misura)

• un opportuno modulo TIME BASE GENERATOR che governa tutte le temporizzazioni

Benché l'invenzione sia stata descritta con particolare riferimento a talune forme realizzative preferite, essa non è da ritenersi limitata a tali forme, ma si estende a coprire tutte le ovvie varianti e modifiche che risulteranno evidenti al tecnico del settore.

Claims (14)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per realizzare l'accesso ad un canale in un sistema di telecomunicazione digitale comprendente una pluralità dì unità radio mobili o portable Parts (PP) ed almeno una unità fissa o Radio Fixed Pari (RFP), dette unità essendo idonee ad eseguire i seguenti step di una procedura: • scandire la matrice tempo-frequenza dei canali secondo una predeterminata modalità; • leggere i valori di potenza rilevata o RSSI (Received Signal Strenght Interference) dei singoli canali trasmessi dall'altra unità e i dati di identità delle relative stazioni; • compilare una lista (dello stato) dei canali utilizzando le misure di RSSI per definire canali a bassa potenza, inferiore ad una soglia prestabilita; • selezionare un canale della fascia a bassa potenza; • dare seguito ad una procedura di accesso sul canale scelto, caratterizzato dal fatto di prevedere le seguenti fasi preliminari: • aggiornare la lista dei canali entro un intervallo prestabilito; • scandire in successione - nel tempo di un time slot - tutti i canali della colonna del canale in uso misurandone la potenza o il loro RSSI; • sospendere la comunicazione in corso per una trama qualora i valori di RSSI di almeno un canale della colonna del canale in uso indichino una potenza inferiore alla detta soglia prestabilita, e misurare l’RSSI su questo time slot in maniera convenzionale, completando cosi' la tabella dei canali.
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la detta lista dei canali “completa" viene compilata dall'unità radio mobile (PP)
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la detta lista dei canali “completa” viene compilata dall'unità fìssa (RFP).
4. 4. Metodo secondo la rivendicazione 2 o 3, caratterizzato dal fatto che il detto ciclo di misura del valore di RSSI della colonna del canale in uso avviene in un intervallo di tempo pari alla durata di un time slot (Ltot) e le singole misure di RSSI avvengono in un tempo D2 pari a: D2 = [Ltot -D1 -9*D3] / 10 dove: • D1 = lunghezza del preambolo • D2 = tempo di misura del valore di RSSI per ciascun canale • D3 = tempo di commutazione del sintetizzatore dalla freq. J alla freq. J+1. • Ltot = durata dello time slot
5. 5. Metodo secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che la detta unità fissa (RFP) che compila la lista dei canali completa è di tipo fast hopping e dal fatto che il detto ciclo dì misura del valore di RSSI della colonna del canale in uso coincide con la scansione di una singola colonna cieca nel caso di utilizzo di terminali fast hopping, ovvero con la scansione di tre colonne cieche nel caso di utilizzo di terminali slow hopping
6. 6. Metodo come alla rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che la detta unità fissa (RFP) comunica il risultato della scansione al portatile oppure attua una procedura di Fast Setup consistente nello scegliere essa stessa e nell’attivare specifici bearer radio.
7. 7. Metodo come alla rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detta comunicazione dei risultati della scansione al portatile (PP) da parte dell’unità fissa (RFP) viene eseguita utilizzando i cosiddetti “messaggi di qualità”.
8. 8. Ricevitore per un sistema di telecomunicazione digitale del tipo comprendente una pluralità di unità radio mobili o Portable Parts (PP) ed almeno una unità fissa o Radio Fixed Part (RFP), dette unità comprendendo: • un circuito sintetizzatore di frequenza idoneo a determinare la generazione di un predeterminato numero di frequenze portanti; • un circuito per il recupero del clock; • un circuito correlatore per il riconoscimento dello time slot ricevuto; • un circuito demodulatore; • un circuito di decisione; • un circuito per la misura del valore di potenza ricevuta o RSSI, caratterizzato dal fatto di comprendere i suddetti mezzi aggiuntivi: • mezzi di campionamento veloce (SAMPLER) del segnale RSSI reso disponibile dal ricevitore configurato come sopra specificato; • mezzi di conversione analogico/digitale (A/D CONVERT) idonei a digitalizzare il segnale che corrisponde all’uscita dei suddetti mezzi di campionamento; ■ mezzi di processameto (DSP) del segnale che corrisponde all’uscita dei mezzi di conversione, idonei ad implementare un algoritmo di calcolo per fornire il valore finale di RSSI • mezzi (TIME BASE GENERATOR) per la generazione di segnali di temporizzazione.
9. 9. Ricevitore come alla rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detti mezzi aggiuntivi sono allocati nelle unità radio mobili (PP).
10. 10. Ricevitore come alla rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detti mezzi aggiuntivi sono allocati nell'unità radio fissa (RFP).
11. 11. Ricevitore come alle rivendicazioni da 8 a 10, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di campionamento veloce (SAMPLER) sono strutturati in modo tale da eseguire il ciclo di misura del valore di RSSI della colonna del canale in uso in un intervallo di tempo pari alla durata di un time slot (Ltot) e le singole misure di RSSI avvengono in un tempo D2 pari a: D2 = [Ltot -D1 -9<*>D3] / 10 dove: • D1 = lunghezza del preambolo • D2 = tempo di misura del valore di RSSI per ciascun canale • D3 = tempo di commutazione del sintetizzatore dalla freq. J alla freq. J+1. • Ltot = durata dello time slot
12. 12. Ricevitore secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che la detta unità fissa (RFP) che compila la lista dei canali completa è di tipo fast hopping e dal fatto che il detto ciclo di misura del valore di RSSI della colonna del canale in uso coincide con la scansione di una singola colonna cieca nel caso di utilizzo di terminali fast hopping, ovvero con la scansione di tre colonne cieche nel caso di utilizzo di terminali slow hopping.
13. 13. Ricevitore come alla rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che la detta unità fissa (RFP) comunica il risultato della scansione al portatile (PP) oppure attua una procedura di Fast Setup consistente nello scegliere essa stessa e nell’attivare specifici bearer radio.
14. 14. Ricevitore come alla rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto che deta comunicazione dei risultati della scansione al portatile (PP) da parte dell'unità fissa (RFP) viene eseguita utilizzando i cosiddetti “messaggi di qualità”.