DE10107173A1

DE10107173A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Vorentzerrung CDMA-kodierter Datensignale

Info

Publication number: DE10107173A1
Application number: DE2001107173
Authority: DE
Inventors: Frank Kowaleewski
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-02-15
Filing date: 2001-02-15
Publication date: 2002-08-29

Abstract

Vorgesehen ist ein Verfahren sowie eine Vorrichtung für die Vorentzerrung CDMA-kodierter, aus Datensignalen (8) und Referenzsignalen (10) bestehender und zwischen einer Sendestation und mehreren Empfangsstationen (24) über Funkkanäle zu übertragender Signale, welche sich dadurch auszeichnen, daß bei der Vorentzerrung Datensignale (8) und Referenzsignale (10) getrennt behandelt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein Vorrichtung zur Vorentzerrung von. CDMA-kodierten Datensi gnalen, wie durch den Oberbegriff der unabhängigen Patentan sprüche beschrieben.

Ein CDMA (Code Division Multiple Access)-System ist ein Mul tiple Access-System, das auf der Spreizung von zu übertra genden Symbolen der Datenströme basiert und das Anwendung findet in Mobilfunksystemen, wobei die CDMA-Technologie ver schiedene Vorteile gegenüber früheren Verfahren, wie der FDMA (Frequency Division Multiple Access) und TDMA (Time Division Multiple Access)-Technologie hat, die sich vor allen Dingen in einer größeren Spektraleffizienz und einer einfacheren Frequenzplanung niederschlagen.

Bei einem CDMA-Verfahren wird das Schmalbanddatensignal des Benutzers mit einem Spreizungscode einer wesentlich größeren Bandbreite moduliert. Durch den Codevielfachzugriff (Code Di vision Multiple Access, CDMA) lassen sich dabei mehrere Da tenströme gleichzeitig über ein gemeinsames Frequenzband übertragen.

Unterschiedliche Spreizcodes werden für die jeweilige Verbin dung zwischen einer Basisstation und einer Mobilstation ver wendet, wobei die Signale des einen Nutzers von denen des an deren Nutzers in dem Empfänger auf der Basis des Spreizcodes einer jeweiligen Verbindung unterschieden werden.

Die mit verschiedenen Codes gleichzeitig übertragenen Daten ströme können sich dabei gegenseitig stören. Eine Mehrwegaus breitung führt zur Überlagerung von nacheinander gesendeten Datensymbolen (Intersymbol Interference, ISI). Die CDMA-Codierung sowie die Mehrwegausbreitung sind darüber hinaus die Ursache von Mehrfachnutzerinterferenzen (Multiple Access In terference, MAI).

Es ist bekannt, daß sich sowohl die Intersymbol Interference, als auch die Multiple Access Interference eliminieren lassen. In diesem Zusammenhang ist ein Verfahren vorgeschlagen wor den, bei dem die zu übertragenden Datensignale in der Sende station durch Filterung vorentzerrt werden. Auf diese Weise stellt die Vorentzerrung einen Teil des Übertragungskanals von der Sendestation zur Empfangsstation dar, so daß eine Entzerrung der zu übertragenden vorentzerrten Datensignale in der Empfangsstation ermöglicht wird. Bei schnellen Änderungen der Eigenschaften des Übertragungskanals kann durch die Ent zerrung in der Empfangsstation eine fehlerhafte Vorentzerrung ausgeglichen werden, die den Änderungen der Eigenschaften des Übertragungskanals nicht mehr schnell genug nachgeführt wer den kann. Zumindest mit einem Teil der Datensignale werden Referenzsignale zu den verschiedenen Empfangsstationen über tragen und vor ihrer Übertragung in gleicher Weise wie die Datensignale gefiltert. Auf diese Weise lassen sich Referenz signale mit der selben Vorentzerrung von der Sendestation zur entsprechenden Empfangsstation übertragen wie die Datensigna le, so daß in der entsprechenden Empfangsstation eine Kanal schätzung unter Berücksichtigung der Vorentzerrung anhand der empfangenen Referenzsignale durchgeführt werden kann. Es wird so vor allem bei schnellen Kanaländerungen eine Nachentzer rung in der Empfangsstation realisiert, wenn die Vorentzer rung in der Sendestation nicht mehr vollständig an die neuen Kanaleigenschaften angepaßt ist. Es kann für eine erste Emp fangsstation ein eigenes Referenzsignal übertragen werden, so daß sich aus dem bei der ersten Empfangsstation empfangenen Referenzsignal das dem Funkkanal von der Sendestation zur er sten Empfangsstation zugeordnete Referenzsignal durch Korre lationsempfang detektieren läßt, so daß die Empfangsstation auf dieses Referenzsignal synchronisieren kann. Dabei werden für die Synchronisation die Hochfrequenz- Übertragungseigenschaften in der Rückwärtsübertragungsstrecke von der Empfangsstation zur Sendestation aufgrund der Vorent zerrung des Referenzsignals, die auf der Kanalstation der Rückwärtsübertragungsstrecke basiert, mit berücksichtigt. Weiterhin wird vorgeschlagen, daß zumindest ein Teil der Da tensignale nach ihrer Filterung und vor ihrer Übertragung um mindestens eine Komponente verkürzt wird, wodurch Interferen zen zwischen aufeinanderfolgenden Bursts bei der Übertragung der Datensignale verhindert werden. In der ersten Empfangs station wird dabei geprüft, ob die Datensignale über mehrere Wege empfangen wurden, wobei in diesem Fall ein Verfahren zur Entzerrung und Entspreizung der empfangenen Datensignale, insbesondere mittels eines RAKE-Empfängers oder eines Joint- Detection-Verfahrens angewendet wird und wobei andernfalls eine Datendetektion lediglich durch Entspreizung insbesondere mittels eines zweiten Korrelationsempfängers durchgeführt wird.

Problematisch bei der Lösung, wie oben angegeben, ist jedoch, daß hier keine optimale Anpassung an RAKE-Empfänger erfolgt, wie sie in heutigen Mobilkommunikationssystemen zum Einsatz kommen.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und ei ne Vorrichtung zur Vorentzerrung CDMA-kodierter Datensignale vorzusehen, wonach CDMA-kodierte Signale derart vorentzerrt gesendet werden, daß die Empfänger die Signale ohne störende Interferenzen empfangen, wobei sowohl Intersymbol als auch Mehrfachnutzerinterferenzen eliminiert werden können sollen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Pa tentansprüche gelöst, wobei zweckmäßige Ausführungsformen durch die Merkmale der Unteransprüche beschrieben sind.

Vorgesehen ist ein Verfahren für die Vorentzerrung CDMA- kodierter, aus Datensignalen und Midambeln bestehender und zwischen einer Sendestation und mehreren Empfangsstationen über Funkkanäle zu übertragender Signale, welches sich da durch auszeichnet, daß bei der Vorentzerrung Datensignale und Referenzsignale getrennt behandelt werden.

Durch die Vorentzerrung gemäß der Erfindung wird die Daten- Detektion für einen RAKE-Empfänger möglichst optimal. Beim RAKE-Empfänger hängt die Detektionsgüte nicht so stark von der Synchronisationsgüte des Empfängers ab wie bei einem Code-angepaßten Filter. Gegenüber bekannten Verfahren zur Vorentzerrung hat das Verfahren nach Maßgabe der vorliegenden Erfindung daher den Vorteil einer geringeren Empfindlichkeit der Detektion gegenüber Synchronisationsfehlern.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zeichnet sich dieses auch dadurch aus, daß an unterschiedliche Emp fangsstationen übertragene Daten jeweils mit unterschiedli chen Codes gespreizt werden.

Darüber hinaus können ebenso bevorzugt bei der Vorentzerrung der zu übertragenden Signale die Übertragungseigenschaften aller Funkkanäle sowie alle Codes berücksichtigt werden.

Das Verfahren kann nun auch derart weitergebildet sein, daß die Datensignale in einer bezüglich der Daten-Detektion für einen RAKE-Empfänger gegebener RAKE-Koeffizienten optimierten Weise vorentzerrt werden.

Ebenso bevorzugt können die Referenzsignale so vorentzerrt werden, daß die auf den Referenzsignalen beruhenden Kanal schätzungen der jeweiligen Empfangsstationen die RAKE- Koeffizienten des bei der Vorentzerrung angenommenen RAKE- Empfängers liefern. Diese Vorgehensweise ermöglicht die Schätzung der zur Datenvorentzerrung verwendeten RAKE- Koeffizienten durch die Empfangsstation.

In einer Variante des Verfahrens können die RAKE-Koeffizien ten auch den Koeffizienten der Kanalschätzung der Sendestati on entsprechend gewählt werden, so daß eine Vorentzerrung der Midambeln entfallen kann, da unverzerrte Midambeln Schätzun gen des Funkkanals liefern.

Diese Variante hat den zusätzlichen Vorteil, Unterschiede zwischen den für die Vorentzerrung im Sender verwendeten Ka nalschätzungen und der tatsächlichen Kanaleigenschaften beim RAKE-Empfang zu berücksichtigen. Dadurch kann die Vorentzer rungsübertragung beispielsweise auch bei hohen Geschwindig keiten sinnvolleingesetzt werden.

Das Verfahren nach Maßgabe der Erfindung kann weiterhin der art ausgebildet sein, daß die Vorentzerrung mit einem vor zugsweise linearen Filter durchgeführt wird, wobei ebenso be vorzugt für verschiedene Empfangsstationen verschieden gefil tert wird.

Vorgesehen ist desweiteren eine Vorrichtung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens bzw. zur Vorentzerrung CDMA- kodierter, aus Datensignalen und Midambeln bestehender und zwischen einer Sendestation und mehreren Empfangsstationen über Funkkanäle zu übertragender Signale, die mit voneinander getrennten Einrichtungen zur Behandlung von Datensignalen und Midambeln versehen ist.

Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahren sowie der Vorrichtung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen; darin zeigt:

Fig. 1 eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Vorentzer rung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Ablaufs bei TDD- Betrieb mit Vorentzerrung; und

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Burst Struktur.

Es zeigt die Fig. 1 eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Vorentzerrung CDMA-kodierter Signale und ist allgemein mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnet. Diese Vorrichtung 2 ist mit zwei separaten Einrichtungen 4 und 6 zur Behandlung der zu übertragenden Signale versehen. Bei der Einrichtung 4 handelt es sich in der dargestellten Ausführungsform dabei um einen Midambelvorentzerrer und bei der Einrichtung 6 um einen sepa raten Datenvorentzerrer. Wie der Name der jeweiligen Einrich tungen schon besagt, werden in dem Datenentzerrersektor die Datensignale 8 des zu übertragenden Signals vorentzerrt, wo hingegen in dem Midambelvorentzerrer 4 die Midambeln bzw. Trainingsdaten oder Referenzsignale des zu übertragenden Sig nals vorentzerrt werden. Wie der Fig. 1 weiterhin zu entneh men ist, umfaßt die Vorrichtung zur Vorentzerrung 2 darüber hinaus einen Kanalschätzer 12. Dieser Kanalschätzer 12 lie fert an den Datenvorentzerrer 6 sowie an den Midambelvorent zerrer 4 die zur Vorentzerrung verwendeten Kanalschätzungen. Die in dem Datenvorentzerrer 6 sowie dem Midambelvor entzerrer 4 vorentzerrten Datensignale bzw. Midambeln gelan gen in den Burstzusammenbau 14, in dem, wie der Name sagt, die Signale aus dem Datenvorentzerrer 6 und dem Midambelvor entzerrer 4 zu dem zu übertragenden Burst zusammengesetzt werden. Aus dem Burstzusammenbau 14 gelangt das zu übertra gende Signal in einen Switch 16, der mit einer Antenne 18 für die Funkverbindung 20 verbunden ist.

Die Fig. 2 zeigt die schematische Darstellung des zeitlichen Ablaufs bei TTD-Betrieb mit Vorentzerrung. Das Bezugszeichen 22 bezeichnet dabei eine Basisstation und das Bezugszeichen 24 eine Mobilstation eines Mobilfunknetzes. Der zeitliche Ab lauf wird dabei durch den Pfeil 26 symbolisiert. Von der Mo bilstation 24 erfolgt eine Sendung 28 an die Basisstation 22, wo eine Kanalschätzung 30 erfolgt. Auf die Kanalschätzung 30 erfolgt in der Basisstation 22 sodann eine Vorentzerrung 32 der zu übertragenden Datensignale und Midambeln, bevor es wiederum in der Mobilstation 24 zu einem Empfang 34 mit oder ohne Kanalschätzung kommt.

In der Fig. 3 ist in schematischer Art und Weise eine Burst struktur dargestellt. Der Doppelpfeil 36 bezeichnet dabei die Erstreckung des gesamten Burst, der aus einem ersten Daten block 38, einem Referenzsignal 40 sowie einem zweiten Daten block 42 gebildet ist, wobei die zeitliche Anordnung der Da tenblöcke und des Referenzsignals durch den Pfeil 44 symboli siert ist.

Im Folgenden wird der Algorithmus zur Berechnung der vorent zerrten Sendesignale beschrieben. Die Beschreibung erfolgt im Basisband, also diskret. Die Daten werden blockweise übertra gen. Bei d ^(k) = (d ^(k) _{1, . . .,} d ^(k) _M), k = 1, . . ., K der Vektor der M zu übertragenden Datensymbole des k-ten Nutzers. Mit den CDMA- Codes c ^(k) = (c^(k) _{1, . . .,} c^(k) _Q), k = 1, . . ., K und den Matrizen

c ^(k)T = transponierter Vektor c ^(k)
läßt sich die Mehrfachzugriffsmodulation schreiben als

C.d ^T

Die Signale werden nach der Modulation linear vorentzerrt. Die Entzerrung sei durch die Matrix P beschrieben:

P.C.d ^T

Die vorentzerrten Signale werden zum Sendesignal t aufsum miert:

Anschließend wird dieses Summensignal über Mehrwegekanäle zu den Empfängern übertragen. Mit den Impulsantworten h ^(k) = (h₁ ^{(k), . . .,} h_W ^(k)), dem additiven Rauschen n ^(k) = (n^(k) _{1, . . .,} n^(k) _M.Q+W-1), k = 1, . . ., K. der verschiedenen Nutzerübertra gungskanäle und den Faltungs-Matrizen

empfängt der k-te Empfänger des Systems das Signal

Sei g ^(k) = (g₁ ^(k), . . ., g_V ^(k)), k = 1, . . ., K, V = Kanalschätzungslänge, z. B. V ≦ W, V = W o. ä., das Ergebnis der Kanalschätzung im k-ten Empfänger. Aufgrund der entsprechend gewählten Vorentzerrung der Midamble liefert die Kanalschätzung die Koeffizienten des bei der Daten-Vor-entzerrung angenommenen RAKE-Empfängers. Der k-te RAKE-Empfänger läßt sich in Matrix-Form beschreiben durch

Er demoduliert das Empfangssignal zu

R^(k)H = konjugiert transponierte Matrix R^(k)

Mit den Zusammenfassungen

und der Vervielfachungsmatrix D^T erhält man als Gesamtvektor aller demodulierter Signale:

Die quadratische Euklidische Abweichung der detektierten von den gesendeten Daten beträgt somit

mit

M = D.P.C

Der Mittelwert dieser Abweichung über viele Bursts wird mini mal für

M = A^H.(A.A^H)^-1

A = R^H.H.D⁷

Unter der Nebenbedingung gegebener Sende-Energie
∥t∥² = const.
wird die mittlere Abweichung minimiert durch

M_λ = A^H.(A.A^H + λ.E)^-1, λ geeignet

Dieses Ergebnis läßt sich durch Anwendung der Lagrange- Methode zur Optimierung unter Nebenbedingungen ableiten.

M_λ bzw. M = M₀ definieren den hier vorgeschlagenen Algorithmus. Durch geeignete Wahl von λ läßt sich der Algorithmus optimie ren.

Claims

1. Verfahren für die Vorentzerrung CDMA-kodierter, aus Da tensignalen (8) und Referenzsignalen (10) bestehender und zwischen einer Sendestation (22) und mehreren Empfangsstatio nen (24) über Funkkanäle zu übertragender Signale, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Vorentzerrung Datensignale (8) und Referenzsignalen (10) getrennt behandelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an unterschiedliche Empfangsstationen (24) übertrage nen Daten jeweils mit unterschiedlichen Codes gespreizt wer den.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Vorentzerrung der zu übertragenden Signale die Übertragungseigenschaften aller Funkkanäle sowie alle Codes berücksichtigt werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Vorentzerrung durch Filte rung erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Datensignale (8) in einer bezüglich der Daten-Detektion für einen RAKE-Empfänger opti mierten Weise vorentzerrt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem RAKE-Empfänger um einen solchen gegebe ner RAKE-Koeffizienten handelt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Referenzsignale (10) so vorentzerrt werden, daß die auf den Referenzsignalen (10) be ruhenden Kanalschätzungen der jeweiligen Empfangsstationen (24) die RAKE-Koeffizienten des bei der Vorentzerrung ange nommenen RAKE-Empfängers liefern.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die RAKE-Koeffizienten den Koeffizien ten der Kanalschätzung der Sendestation (22) entsprechend ge wählt werden, so daß eine Vorentzerrung der Midambeln (10) entfallen kann

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Filterung mit einem linea ren Filter durchgeführt wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß für verschiedene Empfangssta tionen (24) verschieden gefiltert wird.

11. Vorrichtung zur Vorentzerrung CDMA-kodierter, aus Daten signalen (8) und Referenzsignalen (10) bestehender und zwi schen einer Sendestation (22) und mehreren Empfangsstationen (24) über Funkkanäle zu übertragender Signale, da durch ge kennzeichnet, daß die Vorrichtung mit voneinander getrenn ten Einrichtungen (4, 6) zur Behandlung von Datensignalen (8) und Referenzsignalen (10) versehen ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich net, daß die Einrichtungen (4, 6) zur Behandlung von Daten signalen (8) und Referenzsignalen (10) zur Berücksichtigung der Übertragungseigenschaften aller Funkkanäle sowie alle Codes ausgestaltet sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn zeichnet, daß die Einrichtungen (4, 6) zur Behandlung von Datensignalen (8) und Referenzsignalen (10) zur Vorentzerrung durch Filterung ausgestaltet sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, da durch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (6) zur Behandlung von Datensignalen (8) zur Vorentzerrung in einer bezüglich der Daten-Detektion für einen RAKE-Empfänger optimierten Weise ausgestaltet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich net, daß der RAKE-Empfänger ein solcher gegebener RAKE- Koeffizienten ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtung (4) zur Behandlung von Mi dambeln (10) derart ausgestaltet ist, daß die auf den Midam beln (10) beruhenden Kanalschätzungen der jeweiligen Emp fangsstationen (24) die RAKE-Koeffizienten des bei der Vor entzerrung angenommenen RAKE-Empfängers liefern.

17. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich net, daß die Einrichtung (4) zur Behandlung von Midambeln (10) derart ausgestaltet ist, daß keine Vorentzerrung der Midambeln erfolgt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich net, daß die Einrichtungen (4, 6) zur Behandlung von Datensignalen (8) und Midambeln (10) zur Filterung mit einem li nearen Filter ausgestaltet sind.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 18, da durch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (4, 6) zur Behandlung von Datensignalen (8) und Midambeln (10) zu einer für verschiedene Empfangsstationen (24) entsprechend ver schiedenen Filterung ausgestaltet sind.