DE10122641A1

DE10122641A1 - Synchronisation bei Vorentzerrung

Info

Publication number: DE10122641A1
Application number: DE2001122641
Authority: DE
Inventors: Frank Kowalewski
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Intel Deutschland GmbH
Priority date: 2001-05-10
Filing date: 2001-05-10
Publication date: 2002-11-14

Abstract

Code-angepasste Filter-Empfänger erfordern eine sehr genaue Synchronisation. Daher wird eine Feinsynchronisation anhand der übertragenen Daten durchgeführt, wobei auf ein Referenzsignal zur Synchronisation verzichtet werden kann. Der Synchronisationszeitpunkt kann aus dem Verlauf der Gesamtenergie (E), die periodisch mit dem Spreizungsfaktor (Q) Peaks aufweist, ermittelt werden. Damit kann der Ankunftszeitpunkt der Daten auch bei Mehrwegeübertragung eindeutig bestimmt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Emp fangen eines Sendesignals mit einer Empfängereinrichtung zum Empfangen eines Datensignals und einer Synchronisationsein richtung zum Synchronisieren der Empfängereinrichtung mit dem Datensignal. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum Synchronisieren eines Empfängers mit einem Sendesignal.

Durch Code-Vielfachzugriff (Code Division Multiple Access, CDMA) lassen sich mehrere Datenströme gleichzeitig über ein gemeinsames Frequenzband übertragen. Dabei werden gemäß K. D. Kammeyer: "Nachrichtenübertragung", 2. Auflage, Reihe Informa tionstechnik, Teubner, Stuttgart, 1996, 622-624, die zu ü bertragenden Symbole der Datenströme mit sogenannten Sprei zungscodes moduliert. Die Spreizung mehrerer Datenströme ist in Fig. 1 symbolisch dargestellt. Die Datenströme d ⁽¹⁾. . .d ^(K) der Nutzer (1) . . . (K) werden mit jeweiligen Spreizungscodes c ⁽¹⁾. . .c ^(K) multipliziert und gemeinsam vom Sender zu den jewei ligen Empfängern gesandt.

Mobilfunkkanäle bestehen im allgemeinen aus mehreren Pfaden. Bei Übertragung von CDMA-Signalen über derartige Mehrwege- oder Mehrpfadkanäle stören sich die gleichzeitig übertragenen Datenströme gegenseitig. Die Störungen lassen sich jedoch durch unterschiedliche Techniken eliminieren. Zum einen kann dies im Empfänger durch gemeinsame Detektion (joint detecti on, JD) gemäß A. Klein, G. K. Kaleh und P. W. Baier: "Zero For cing and Minimum Mean-Square-Error Equalization for Multiuser Detection in Code-Division Multiple-Access Channels", IEEE Trans. Vehic. Tech., Bd. 45 (1996), 276-287 erfolgen. Da die se gemeinsame Detektion im Empfänger sehr aufwendig ist, wird vielfach eine andere Methode zur Störungsbeseitigung verwen det. Diese Methode wird mit gemeinsamer Vorentzerrung (joint predistortion, JP) im Sender bezeichnet und ist in den inter nationalen Patentanmeldungen PCT/DE99/01121 und PCT/DE99/03329 näher beschrieben. Das Prinzip der gemeinsamen Vorentzerrung ist in Fig. 2 dargestellt. Die Datenströme d ⁽¹⁾. . .d ^(K) werden in einem gemeinsamen Vorentzerrer GV anhand der Codes c ⁽¹⁾. . .c ^(K) und anhand von Impulsantworten h ⁽¹⁾. . .h ^(K) ge meinsam vorentzerrt. Die Impulsantworten h ⁽¹⁾. . .h ^(K) sind Antwor ten, die der Sender auf vom Empfänger gesendete Impulse bzw. Referenzsignale zur Kanalschätzung erhält. Beim in Fig. 2 rechts dargestellten Empfänger wird der gemeinsame Datenstrom durch den dem k-ten Empfänger(1.k.K) zugewiesenen, konjugiert komplexen Entspreizungscode c ^(k)* zur Gewinnung der detektier ten Daten DD entspreizt. Die Sendesignale werden im Sender so vorentzerrt, dass sie zu einem vorgegebenen Zeitpunkt optimal detektiert werden können.

Bei gemeinsamer Vorentzerrung können zum Empfangen Code-ange passte Filter verwendet werden. Bei Verwendung eines derarti gen, Code-angepassten Filters kann der Empfänger wie in der bereits genannten Patentanmeldung PCT/DE99/01121 als Ein-Fin ger-Rake-Empfänger bezeichnet werden, der sich gegenüber an deren Empfängern verhältnismäßig einfach gestalten lässt.

Code-angepasste Filter-Empfänger erfordern jedoch eine sehr genaue Synchronisation. Die Synchronisation des Empfängers wird meist anhand eines separaten, vom Sender gesendeten Refe renzsignals vorgenommen. Dabei wird durch ein an das Refe renzsignal angepasstes Filter der Ankunftszeitpunkt des Referenzsignals bestimmt. Bei Mehrwegekanälen wird das Referenz signal jedoch mehrfach zu verschiedenen Zeitpunkten empfan gen. Daher ist der anhand des Referenzsignals gefundene Syn chronisationszeitpunkt im allgemeinen fehlerhaft.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, auch bei der Übertragung von Sendesignalen in Mehrwegekanälen eine gute Synchronisation des Empfängers mit dem Sendesignal gewährleisten zu können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrich tung zum Empfangen eines Sendesignals mit einer Empfängerein richtung zum Empfangen eines Datensignals und einer Synchro nisationseinrichtung zum Synchronisieren der Empfängerein richtung mit dem Datensignal, wobei die Synchronisationsein richtung eine Auswerteeinheit aufweist, mit der aus dem Daten signal ein Synchronisationssignal exzerpierbar ist.

Darüber hinaus wird die oben genannte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Empfangen eines Sendesignals durch Empfan gen eines Datensignals durch eine Empfängereinrichtung und Synchronisieren der Empfängereinrichtung mit dem Datensig nal, wobei das Synchronisieren auf der Basis eines aus dem Da tensignal gewonnenen Synchronisationssignals erfolgt.

Erfindungsgemäße Weiterbildungen der Vorrichtung und des Ver fahrens finden sich in den Unteransprüchen.

In vorteilhafter Weise kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Synchronisation eines Empfängers vorentzerrter Sendersig nale anhand der empfangenen Datensignale ohne spezielle Refe renzsignale vorgenommen werden. Damit ist der anhand der Da ten gefundene Ankunftszeitpunkt der Daten auch bei Mehrwegeübertragung eindeutig und die Synchronisation weniger fehler haft. Die durch den Verzicht auf ein Referenzsignal frei wer dende Übertragungskapazität kann zur zusätzlichen Übertragung von Daten verwendet werden. Insgesamt lässt sich somit eine sehr feine Synchronisation in dem UMTS-TDD-Modus mit zusätz lichen Vorteilen realisieren.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:

Fig. 1 eine Spreizung von Datenströmen nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 eine gemeinsame Vorentzerrung von Sendesignalen nach dem Stand der Technik;

Fig. 3 eine Burst-Struktur ohne Vorentzerrung;

Fig. 4 eine Burst-Struktur mit Vorentzerrung;

Fig. 5 eine Vorrichtung zur Vorentzerrung;

Fig. 6 einen zeitlichen Ablauf bei TDD-Betrieb mit Vorentzer rung;

Fig. 7 die symbolisch angedeutete Berechnung eines Synchroni sationssignal, und

Fig. 8 ein Synchronisationssignal.

Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorlie genden Erfindung beschrieben, welches für den UMTS-TDD-Modus, erweitert um die Möglichkeit der gemeinsamen Vorentzerrung, dargestellt ist.

Es wird ein zellulares Funksystem vorausgesetzt. Das Funksys tem wird im TDD-Modus betrieben, d. h. Vorwärtsstrecke (von Basisstation BS zu Mobilstation MS) und Rückwärtsstrecke (von MS zu BS) verwenden dasselbe Frequenzband. Die Daten werden per CDMA burstweise übertragen. Beim UMTS-TDD-Modus ohne Vor entzerrung besteht jeder Burst BU aus einem Referenzsignal REF zur Synchronisation bzw. Kanalschätzung und zwei Blöcken DB1, DB2 von zu übertragenden Datensymbolen (Fig. 3). Im Ge gensatz dazu bestehen die hier verwendeten Bursts bei durch geführter Vorentzerrung nur aus Datensymbolen DB (Fig. 4). Jeder Nutzer, der Daten in der Vorwärtsstrecke empfängt, ü berträgt ein Referenzsignal in der Rückwärtsstrecke. Anhand des Referenzsignals werden in der Rückwärtsstrecke die Im pulsantworten der einzelnen Mobilfunkkanäle geschätzt. Die Kanalschätzungen werden zur Vorentzerrung der Sendesignale der Vorwärtsstrecke verwendet.

Fig. 5 zeigt die Sende- und Empfangsvorrichtung zur Kanal schätzung in der Rückwärtsstrecke und zum Senden der vorent zerrten Signale. Daten DA werden in einen Modulator MOD der Vorentzerrungsvorrichtung eingespeist und dort mit Sprei zungscodes moduliert. Aufgrund einer Kanalschätzung von einem Kanalschätzer KS entzerrt ein Vorentzerrer VE das modulierte Signal. Über einen Schalter bzw. Switch SW wird das vorent zerrte Signal mittels TDD-Funkverbindung TF an einen nicht dargestellten Empfänger übermittelt.

Fig. 6 zeigt hierzu den zeitlichen Verlauf bei TDD-Betrieb mit Vorentzerrung. Von der Mobilstation MS wird ein Referenz signal an die Basisstation BS zur Kanalschätzung KS übertragen (Senden S). Nach der Kanalschätzung KS erfolgt in der Ba sisstation die gemeinsame Vorentzerrung GV. Zeitlich parallel zur gemeinsamen Vorentzerrung GV in der Basisstation BS ver läuft der Empfang E in der Mobilstation MS.

Zur Detektion der vorentzerrten Signale werden Code- angepasste Filter verwendet. Die vorentzerrten Daten können beispielsweise nach einem der in den bereits genannten Pa tentanmeldungen PCT/DE99/01121 und PCT/DE99/03329 angegebenen Algorithmen bestimmt werden.

Die Synchronisation mit den Datensignalen erfolgt vorzugswei se durch inkohärente Datendetektion. Im Folgenden wird die Vorgehensweise im Basisband beschrieben.

Sei r ^(k) das vom k-ten Nutzer empfangene Datensignal der Län ge L + S (L = Länge des gesendeten Datensignals, S = Länge des Fensters, innerhalb dessen der Synchronisationszeitpunkt ge sucht werden soll). Die Daten werden mehrfach inkohärent de tektiert, wobei verschiedene Synchronisationszeitpunkte ange nommen werden. Der Code-angepasste Filter-Empfänger zum k- ten Nutzercode c ^(k) = (c ^(k) ₁,. . .,c^(k) _Q) (Q = Länge des Spreizungscodes mit M.Q = L, M = Anzahl der Datensymbole eines Datenblocks) unter Annahme des Synchronisationszeitpunktes t ist gegeben durch:

R^(k)(t) demoduliert das Empfangssignal zu:

Dabei sind (t) die durch den Detektor bei gegebenem Syn chronisationszeitpunkt geschätzten Daten und R^(k)H(t) die kon jugiert transponierte Matrix zu R^(k)(t).

(t) liefert die inkohärenten Datensymbole |(t)|. Für alle angenommenen Synchronisationszeitpunkte t wird nun die Ge samtenergie E(t) der empfangenen Datensymbole bestimmt:

Der Synchronisationszeitpunkt bestimmt sich daraus zu:

t₀ = arg max (E(t)).

Dabei ist die Funktion arg max E(t) definiert als Argument der Funktion E(t), bei dem die Funktion E(t) ihr Maximum ein nimmt.

Das Ermitteln der Gesamtenergie E(t) als Synchronisationssig nal in Abhängigkeit von der Zeit t bzw. ZT ist in Fig. 7 sym bolhaft dargestellt. Das Code-angepasste Filter CAF mit dem benutzerspezifischen, konjugiert komplexen Code wird mehrfach wiederholt angewandt. Das Empfangssignal ES erreicht den Emp fänger verzögert zum Zeitpunkt t₀. Dementsprechend wäre opti malerweise der Detektionszeitpunkt zu wählen.

Der Verlauf von E(t) wiederholt sich gemäß Fig. 8 mit der Pe riode Q, weil sich die zur Spreizung der Daten verwendeten Codes mit dieser Periode wiederholen. Das Suchfenster zur Be stimmung des Synchronisationszeitpunkts sollte zur Vermeidung von Fehlbestimmungen möglichst klein gewählt werden; insbe sondere sollte es kleiner als Q sein. Bei kleinem Sprei zungsfaktor eignet sich die Methode nur zur Feinsynchronisa tion, etwa zur Nachführung der Synchronisation (Synchronisa tion Tracking). Die erste grobe Synchronisation kann beim UMTS auf dem dafür vorgesehenen Synchronisationskanal vorge nommen werden.

Die Datensignale können auch so vorentzerrt werden, dass sie sowohl eine optimal fehlerfreie Datendetektion ermöglichen, als auch eine optimale Synchronisation mit diesen Signalen.

Die vorgeschlagene Methode kann mit anderen Methoden, z. B. solchen, die auf Referenzsignalen arbeiten, kombiniert wer den. Dadurch können die Vorteile mehrerer Methoden zusammen genutzt werden.

Bezugszeichenliste

BS Basisstation
BU Burst
CAF Code-angepasstes Filter
DA Daten
DB Datenblock
DB 1 Datenblock 1
DB 2 Datenblock 2
DD detektierte Daten
E Empfang
ES Empfangssignal
GV Gemeinsamer Vorentzerrer
KS Kanalschätzer
MOD Modulator
MS Mobilstation
REF Referenzsignal
S Sendung
SW Switch
TF TDD-Funkverbindung
VE Vorentzerrer
ZT Zeit

Claims

1. Vorrichtung zum Empfangen eines Sendesignals mit:
einer Empfängereinrichtung zum Empfangen eines Datensig nals (DB) und
einer Synchronisationseinrichtung zum Synchronisieren der Empfängereinrichtung mit dem Datensignal (DB),
dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisationseinrichtung eine Auswerteeinheit auf weist, mit der aus dem Datensignal ein Synchronisations signal (E(t)) exzerpierbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Datensignal (DB) vorentzerrt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, deren Komponenten UMTS-fähig sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Vor richtung im TDD-Modus betreibbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei durch die Auswerteeinheit ein zeitliches Suchfenster festlegbar ist, in dem das Synchronisationssignal (E(t)) zur Festlegung eines Synchronisationszeitpunkts (t₀) durchsucht wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Suchfenster klei ner als der Spreizungsfaktor (Q) gewählt ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit wei terhin einer Grobsynchronisationseinheit, mit der ein Grobsynchronisationssignal auswertbar ist, so dass die Auswerteeinheit zur Feinsynchronisation derart verwend bar ist, dass ein durch die Grobsynchronisationseinheit vorgegebener Abschnitt des Datensignals (DB) durch die Auswerteeinheit auswertbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei durch die Auswerteeinheit zusätzlich ein Referenzsignal (REF) zur Synchronisation auswertbar ist.

9. Verfahren zum Empfangen eines Sendesignals durch:
Empfangen eines Datensignals (DB) durch eine Empfänger einrichtung und
Synchronisieren der Empfängereinrichtung mit dem Daten signal (DB),
dadurch gekennzeichnet, dass
das Synchronisieren auf der Basis eines aus dem Daten signal (DB) gewonnenen Synchronisationssignals (E(t)) erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Datensignal (DB) vorentzerrt ist.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Datensignal (DB) ein UMTS-Signal ist.

12. Verfahren nach Anspruch 9, 10 oder 11, wobei das Daten signal (DB) im TDD-Modus vorliegt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei ein Suchfenster festgelegt wird, in dem das Synchronisati onssignal (E(t)) zur Bestimmung eines Synchronisations zeitpunkts durchsucht wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Suchfenster klei ner als der Spreizungsfaktor (Q) gewählt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei vor dem Synchronisieren ein Grobsynchronisieren erfolgt, durch das ein Abschnitt des Datensignals (DB) vorgegeben wird, in dem das Synchronisieren durchgeführt werden soll.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei zu sätzlich ein Referenzsignal (REF) zum Synchronisieren ausgewertet wird.