DE10149544B4

DE10149544B4 - Verfahren zum Ermitteln des Zeitversatzes eines CDMA-Signals und Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE10149544B4
Application number: DE10149544A
Authority: DE
Inventors: Kurt Dr. Schmidt
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 2001-10-08
Filing date: 2001-10-08
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2021-10-09
Also published as: JP4072413B2; DE10149544A1; US7193984B2; JP2003158473A; US20030067938A1

Abstract

Verfahren zum Ermitteln des Zeitversatzes eines CDMA-Signals, das aus Datensignal-Symbolen (a₁(ν) – a₆(ν)) mehrerer Datenkanäle (DPDCH₁ – DPDCH₆) und Pilotsignal-Symbolen (a_C(ν)) eines Pilotkanals (DPCCH) besteht, die mit unterschiedlichen Spreadingcodes (sp₁(k) – sp₆(k), sp_C(k)) zu einer Chipfolge gespreizt sind und mit Verstärkungsfaktoren (g₁ – g₆, g_C) beaufschlagt sind, wobei das aus den Datenkanälen (DPDCH₁ – DPDCH₆) und dem Pilotkanal (DPCCH) zusammengefaßte CDMA-Signal mit einem Scramblingcode (sc(k)) multipliziert ist und bei seiner Übertragung einen zu ermittelnden Zeitversatz um eine bestimmte Anzahl (α) von Chips erfahren hat, mit folgenden Verfahrensschritten:
a) Multiplizieren (13) der empfangenen Chipfolge (r(k)) mit dem konjugiert komplexen Scramblingcode (sc*(k – α ~)), der um eine zu einer Zeitversatz-Schätzhypothese gehörenden Anzahl (α ~) von Chips verschoben ist,
b) Erzeugen der Symbolfolge (r_ν,i(α ~)) durch Entspreizen (Despreading) (14) der Chipfolge unter Verwendung des Spreadingcodes (sp_i(k)) zumindest eines ausgesuchten Datenkanals (DPDCH_i),
c) Bestimmen eines geschätzten Verstärkungsfaktors (ĝ_i(α ~)) durch Summieren (16) der...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln des Zeitversatzes eines CDMA (Code Division Multiple Access)-Signals und ein Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens, insbesondere für die dritte Generation Mobilfunk.

Beispielsweise in dem Buch T. Ojanperä, R. Prasad, "Wide Band CDMA for Third Generation Mobile Communicatios", Artech House Publishers, 1998, ISBN 0-89006-735-X ist in Kapitel "6.3.3 Physical Channels" (Seiten 169 – 173) die Kanalstruktur eines Mobilfunksystems für die Dritte Generation Mobilfunk dargestellt. Dort ist beschrieben; daß mehrere Datenkanäle DPDCH und ein Kontroll- oder Pilot-Kanal DPCCH vorhanden sind. Während die Datenkanäle DPDCH für die Übertragung der Nutzerdaten zur Verfügung stehen, dient der Pilotkanal DPCCH zur Übertragung eines Pilotsignals. In Kapitel "5.5.3 Pilot Signals" wird vorgeschlagen, ausschließlich die Pilotsignals-Symbole des Pilotkanals DPCCH für die Synchronisation zu verwenden.

Nachteilig bei der bisher üblichen Verwendung des Pilot-Kanals DPCCH zur Synchronisation ist jedoch, daß der relative Leistungsanteil des Pilot-Kanals DPCCH mit zunehmender Belegung der Datenkanäle DPDCH geringer wird und deshalb eine zuverlässige Detektion des Korrelationspeaks erschwert wird.

In der DE 100 55 748 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Hochgeschwindigkeits-Zellensuche für ein Kommunikationssystem angegeben. Die Vorrichtung verwendet ein verteiltes Prüfwert-Erfassungsverfahren und ein korrelationsunterstütztes verteiltes Prüfwert-Erfassungsverfahren zum Erzielen einer Hochgeschwindigkeitserfassung langperiodischer Scramblingsequenzen, wie sie in einem Zellensystem mit Direktsequenz-Codemultiplex-Vielfachzugriff (DS/CDMA) verwendet werden, selbst in einer sehr beeinträchtigten Kanalumgebung. Die Vorrichtung verwendet ferner ein Vergleichs-Korrektur-gestütztes Synchronisierungsverfahren und ein Zustandssymbol-Korrelationsverfahren gemäß der DSA-Technik im DS/CDMA-Zonensystem.

Aus der EP 991 235 A2 ist ein Verfahren zur Rahmensynchronisation bei einem CDMA-System bekannt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein zugehöriges Computerprogramm anzugeben, welches auch bei der Belegung mehrerer Datenkanäle eine zuverlässige Ermittlung des Zeitversatzes des CDMA-Signals ermöglicht.

Die Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 1 und bezüglich des Computerprogramms durch die Merkmale des Anspruchs 7 oder des Anspruchs 8 gelöst.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß es zur Ermittlung des Zeitversatzes, den das CDMA-Signal auf der Übertragungsstrecke erfährt, vorteilhaft ist, statt des Pilot-Kanals DPCCH einen oder mehrere der anderen Kanäle (z. B. einen Datenkanal DPDCH) zu verwenden. Dabei wird in der Weise vorgegangen, daß das Empfangssignal zunächst mit dem konjugiertkomplexen Scramblingcodes desscrambled wird, wobei der konjugiertkomplexe Scramblingcode um eine bestimmte Anzahl von Chips verschoben ist. Diese Anzahl an verschobenen Chips gehört zu einer von mehreren zu testenden Zeitversatz-Schätzhypothesen. Anschließend wird durch Entspreizen (Despreading) die Symbolfolge durch Verwenden des Spreadingcodes des ausgesuchten Datenkanals wieder hergestellt und schließlich ein geschätzter Verstärkungsfaktor durch Summieren der Beträge dieser entspreizten Symbolfolge ermittelt. Diese Vorgehensweise wird für alle möglichen Zeitversätze innerhalb eines gewissen Rahmens, vorzugsweise innerhalb des Scrambling-Rahmens wiederholt. Ist bekannt, daß der untersuchte Datenkanal aktiv ist, also mit einem Datensignal belegt ist, so wird nach einem Maximum des Verstärkungsfaktors gesucht. Ist hingegen bekannt, daß der untersuchte Datenkanal inaktiv ist, also nicht mit einem Datensignal belegt ist, so wird statt dessen nach einem Minimum des Verstärkungsfaktors gesucht. Diejenige Zeitversatz-Schätzhypothese, bei welcher das Maximum bzw. das Minimum des Verstärkungsfaktors auftritt, ist die richtige Schätzhypothese, so daß die zugehörige Anzahl von Verschiebungschips dem zu ermittelnden Zeitversatz des CDMA-Signals entspricht.

Der Vorteil bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise besteht darin, daß insbesondere bei der Belegung mehrerer Datenkanäle der Maximum- bzw. Minimum-Peak des Verstärkungsfaktors wesentlich ausgeprägter ist, als der Maximum-Peak des Pilot-Kanals. Neben der gegenüber den Datenkanälen geringeren Leistungszuweisung des Pilotkanals bei üblichen Mobilfunksystemen wird der erfindungsgemäße Vorteil auch dadurch erreicht, daß der Pilotkanal üblicherweise einen sehr großen Spreadingfaktor (Spreizfaktor) (z. B. SF = 256) verwendet. Bei den Datenkanälen wird z. B. bei 3GPP Uplink so vorgegangen, daß bei dem ersten Datenkanal zunächst mit einem hohem Spreadingfaktor begonnen wird und der Spreadingfaktor sukzessive verkleinert wird, wenn eine höhere Datenrate übertragen werden soll. Reicht die Datenrate auch bei Verwendung des kleinsten Spreadingfaktors (z. B. SF = 4) noch nicht aus, wird der zweite Datenkanal ebenfalls mit kleinstem Spreadingfaktor in Betrieb genommen, bis schließlich der dritte Datenkanal mit kleinstem Spreadingfaktor in Betrieb genommen wird usw. Aus dieser Vorgehensweise ergibt sich, daß stets entweder mindestens ein Datenkanal vorhanden ist, der noch nicht belegt ist, wobei dann in die Codeklasse des kleinsten Spreadingfaktors auch keine Leistungen höherer Codeklassen abgebildet werden, oder es ist zumindest ein Datenkanal vorhanden, bei welchem die Codeklasse mit dem kleinsten Spreadingfaktor belegt ist. Somit kann die Detektion stets mit dem kleinsten Spreadingfaktor, d. h. in der niedrigsten Codeklasse, durchgeführt werden, wodurch die Beobachtungslänge und Verarbeitungszeit deutlich gesenkt wird.

Wenn nicht bekannt ist, ob der ausgesuchte Datenkanal aktiv ist oder nicht, wird sowohl das Maximum als auch das Minimum des Verstärkungsfaktors bestimmt. Tritt ein ausgeprägtes Maximum auf, so wird der Datenkanal als aktiv entschieden. Tritt ein ausgeprägtes Minimum auf, so wird der Datenkanal nicht aktiv entschieden.

Die Unteransprüche ermöglichen vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die empfangene Chipfolge wird vorzugsweise in einem Zeitfenster ausgewertet, die einem ganzzahligen Vielfachen der Länge des Spreadingcodes entspricht.

Eine weitere Beschleunigung des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich dadurch erreichen, daß alle möglichen Permutationen des Produkts des konjugiertkomplexen Scramblingcodes mit dem Spreadingcode, die beim Entspreizen (Despreading) entstehen können, für jedes Symbol in einer Permutationsmatrix abgelegt werden. Ohne diese Maßnahme müßte eine Vielzahl gleicher Multiplikationen bei der Auswertung der unterschiedlichen Zeitverstatz-Schätzhypothesen durchgeführt werden. Der Aufwand läßt sich durch die Permutations-Matrix verringern, indem für eine konkrete Zeitversatz-Schätzhypothese für jedes Symbol auf eine konkrete Permutation der Permutationsmatrix zugegriffen wird. Dabei gibt es 4^{Spreadingfaktor} viele Permutationen. Durch Auswertung der Phasensymmetrie reduziert es sich auf 4^{Spreadingfaktor–1}. Wird für die Auswertung ein Datenkanal verwendet, der entweder nicht aktiv ist oder welcher mit dem kleinsten Spreadingfaktor, beispielsweise mit dem Spreadingfaktor SF = 4, aktiv ist, so ergibt sich aufgrund der relativ geringen Anzahl der Permutationen ein noch durchführbarerer Rechenaufwand. Das Tabellenverfahren ist bei kleinen SF effektiv. Ebenso ist es möglich, z. B. bei SF = 8 die Tabellen von SF = 4 mit einer zusätzlichen Addition zu verwenden (Mischform aus Tabellenverfahren und Berechnung).

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
1 ein dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrundeliegendes Kanal- und Übertragungsmodell;
2 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens;
3 die Verstärkungsfaktoren für ein Beispiel, bei welchem der erste Datenkanal DPDCH1 aktiv ist und die anderen Datenkanäle inaktiv sind;
4 die Verstärkungsfaktoren für ein Beispiel, bei welchem der erste Datenkanal DPDCH1 und der zweite Datentkanal DPDCH2 aktiv sind und die übrigen Datenkanäle inaktiv sind;
5 die Verstärkungsfaktoren für ein Beispiel, bei welchem der erste bis fünfte Datenkanal DPDCH1 bis DPDCH5 aktiv sind und der sechste Datenkanal DPDCH6 inaktiv ist und
6 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Das Verfahren wird nachfolgend beispielhaft anhand des 3GPP Uplink erläutert. Es ist jedoch allgemein einsetzbar.
1 zeigt das dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrundeliegende Kanal- und Übertragungsmodel. Durch den Sender 1 werden mehrere Datensignal-Symbole a₁(ν) bis a₆(ν) mehrerer Datenkanäle DPDCH₁ bis DPDCH₆ mit verschiedenen Spreadingcodes (Spreizcodes) sp₁(k) bis sp₆(k) übertragen. Gleichzeitig werden Pilotsignal-Symbole a_C(ν) eines Pilotkanals DPCCH mit einem Spreading-Faktor sp_C(k) übertragen. Die mit dem Index ν indizierte Symbolfolge wird dabei in eine mit dem Index k indizierte Chipfolge gespreizt. Dem Pilotkanal DPCCH bzw. jedem Datenkanal DPDCH ist ein Verstärkungfaktor g_C bzw. g₁ bis g₆ zugeordnet. Der Verstärkungsfaktor ist Null, wenn der entsprechende Kanal nicht aktiv ist. Die Verstärkungsfaktoren aktiver Kanäle können unterschiedlich sein. Normalerweise ist der Verstärkungsfaktor g_C des Pilotkanals DPCCH kleiner als die Verstärkungsfaktoren g₁ bis g₆ der Datenkanäle DPDCH. Die Spreizung mit den Spreadingcodes sp₁ bis sp₆ bzw. sp_C erfolgt in Multiplizierern 2₁ bis 2₆ bzw. 2_C. Die Multiplikation mit den Verstärkungsfaktoren g₁ bis g₆ bzw. g_C erfolgt in Multiplizierern 3₁ bis 3₆ bzw. 3_C.
Während die Datenkanäle DPDCH₁, DPDCH₃ und DPDCH₅ zu der I(Inphase)-Komponente des komplexen Datensignals in einem Summierer 4 zusammengefaßt werden, werden die Datenkanäle DPDCH₂, DPDCH₄ und DPDCH₆ sowie der Pilotkanal DPCCH in einem Summierer 5 zu der Q(Quadratur)-Komponente des komplexen Datensignals zusammengefaßt. In einem weiteren Multiplizierer 6 erfolgt die Multiplikation mit dem Scramblingcode sc(k).
Anschließend erfolgt die Übertragung in dem Übertragungskanal 7, beispielsweise einer Funkstrecke eines Mobilfunksystems. In dem Übertragungskanal 7 erfährt das Signal einen Zeitversatz um eine bestimmte Anzahl α von Chips. Dies kann durch ein Verzögerungselement 8 modelliert werden. Aus der Chipfolge s(k) am Ausgang des Senders 1 wird somit die Chipfolge s(k – α). Ferner erfolgt eine Frequenzverschiebung Δω und eine Phasenverschiebung ϕ, die dem Signal im Modell in einem Multiplizierer 9 zugefügt wird. In einem Addierer 10 erfolgt im Modell ferner noch die Addition von einem weißen Rauschsignal w(k), so daß Ende des Übertragungskanals 7 eine zu empfangende Chipfolge r(k) zur Verfügung steht.
2 zeigt ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das erfindungsgemäße Verfahren dient dazu, den Zeitversatz des CDMA-Signals, d. h. die Anzahl α von Chips, um welche das CDMA-Signal s(k) während der Übertragung in dem Übertragungskanal 7 verschoben wurde, zu ermitteln. Die empfangene Chipfolge r(k) wird innerhalb eines Zeitfensters 11 ausgewertet. Vorzugsweise ist die Länge des Zeitfensters 11 ein ganzzahliges Vielfaches des Spreadingfaktors, d. h. in dem Zeitfenster 11 ist eine Anzahl Anz_chips an Chips enthalten, die einem Vielfachen der Länge des Spreadingcodes sp(k) entspricht. Die empfangene Chipfolge r(k) wird in einem Multiplizierer 12 mit einer Fensterfunktion multipliziert, die innerhalb des Zeitfensters 1 und außerhalb des Zeitfensters 0 ist. In einem Multiplizierer 13 wird die empfangene Chipfolge mit dem konjugiertkomplexen, verschobenen Scramblingfaktor sc*(k – α ~) multipliziert. Es werden verschiedene Zeitversatz-Schätzhypothesen gebildet, die sich in unterschiedlichen Hypothesen für den Zeitversatz, also der Anzahl α ~ von Chips, um welche das Signal bei der Übertragung entsprechend der Hypothese verschoben wurde, unterscheiden. Deshalb muß der Scramblingcode entsprechend dem der Schätzhypothese zugrundeliegenden Zeitversatz verschoben werden. In einem Entspreizungsblock 14 wird die empfangene Chipfolge r(k) gemäß der Formel
entspreizt. Darin bedeuten:
k Chipindex
ν Symbolindex
i Index des Datenkanals DPDCH_i
k_ν den Beginn des ν-ten Symbols
r(k) die empfangene Chipfolge
sc*(k – α ~) den um α ~ Chips verschobenen konjugiertkomplexen Spreadingcode
sp_i(k) den Spreadingcode des i-ten Datenkanals DPDCH_i
SF der Spreadingfaktor, d. h. die Länge des Spreadingcodes sp_i(k)
α ~ die Anzahl Chips des der Schätzhypothese zugrundeliegenden Zeitversatzes.
Die Auswertung erfolgt für einen ausgesuchten Datenkanal DPDCH_i, d. h. unter Verwendung dessen Spreadingcodes sp_i(k). Vorzugsweise wird ein Datenkanal verwendet, dessen Spreadingcode sp_i(k) relativ kurz ist.
In einer Betragsbildungseinheit 15 werden die Beträge der komplexwertigen, entspreizten Symbole r_ν,i(α ~) berechnet und in einer Mittelwertberechnungseinrichtung 16 wird der Mittelwert der Beträge der entspreizten Symbolfolge r_ν,i(α ~) gebildet. Der Mittelwert der Beträge der entspreizten Symbolfolge ist der jeweilige geschätzte Verstärkungsfaktor ĝ_i(α ~) für den i-ten Datenkanal DPDCH_i unter Zugrundelegung der Hypothese, daß in dem Übertragungskanal 7 ein Zeitversatz um α ~ Chips erfolgt ist. Die Division durch die Anzahl der Symbole Anz_sym kann zur Vereinfachung der Implementierung natürlich auch entfallen.
Die zuvor beschriebenen Verfahrensschritte werden für alle möglichen Zeitversatz-Schätzhypothesen wiederholt, d. h. für alle möglichen Werte von α ~, mit 0 ≤ α ~ < 38400.
Ist bekannt, daß der für die Auswertung ausgesuchte Datenkanal DPDCH_i ein aktiver Datenkanal ist, so wird in der Maximum/Minimum-Auswerteeinheit 17 das Maximum Max aller Verstärkungsfaktoren ĝ_i(α ~) gesucht. Ist hingegen bekannt, daß der für die Auswertung verwendete Datenkanal DPDCH_i inaktiv ist, so wird in der Maximum/Minimum-Auswerteeinheit 17 das Minimum Min aller Verstärkungsfaktoren ĝ_i(α ~) gesucht. Zusätzlich kann auch der Mittelwert Mean oder der Medianwert Median berechnet werden. Ist nicht bekannt, ob der Datenkanal aktiv ist, so wird sowohl das Maximum als auch das Minimum der Verstärkungsfaktoren gesucht. Ist der ausgewertete Datenkanal DPDCH_i aktiv, so entscheidet man sich für diejenige Zeitversatz-Schätzhypothese α ~, bei welcher ein Maximum des Verstärkungsfaktors ĝ_i(α ~) auftritt. Liegt ein inaktiver Datenkanal vor, so ist diejenige Schätzhypothese die Richtige, bei welcher ein Minimum des Verstärkungsfaktors ĝ_i(α ~) auftritt. Dasjenige α ~, das zu diesem Maximum bzw. Minimum gehört, stellt den ermittelten Zeitversatz des empfangenen CDMA-Signals r(k) gegenüber dem gesendeten CDMA-Signal s(k) in der Einheit von Chipperioden dar.
Verallgemeinert können auch mehrere Datenkanäle verwendet werden, die vorzugsweise alle aktiv bzw. passiv sein sollten. Das Maximum bzw. Minimum wird dann aus einer Linearkombination der Verstärkungsfaktoren ĝ_i(α ~) bestimmt.
Das Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens und seine Vorteile im Vergleich zur Auswertung des Pilotkanals DPCCH werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die 3 bis 5 erläutert.
Bei dem in 3 dargestellten Beispiel ist neben dem Pilotkanal DPCCH der erste Datenkanal DPDCH₁ aktiv, während die übrigen Datenkanäle DPDCH₂ bis DPDCH₆ inaktiv sind. Die Beobachtungslänge beträgt einen halben Slot = 1280 Chips. Dargestellt ist jeweils der mit Hilfe des vorstehend erläuterten Verfahrens ermittelte Verstärkungsfaktor ĝ_i(α ~) in Abhängigkeit des der jeweiligen Zeitversatz-Schätzhypothese zugrundliegenden Wertes α ~, wobei nur die Hypothesen α ^ von 200 Chips betrachtet werden. In der ersten Zeile ist der Verstärkungsfaktor ĝ_c(α ~) für den Pilotkanal DPCCH aufgetragen. In der zweiten Zeile ist der kombinierte Verstärkungsfaktor ĝ₁₂(α ~) für die beiden Datenkanäle DPDCH₁ und DPDCH2 aufgetragen, wobei zu beachten ist, daß die Spreadingcodes sp₁(k) und sp₂(k) sich nur um den Faktor j unterscheiden, d. h. die ungeradzahligen Datenkanäle modulieren die I-Komponente und die geradzahligen Datenkanäle modulieren die Q-Komponente. Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Beträge der Datensymbole r_ν,i(α ~) ausgewertet werden, wird bei der Ermittlung des Verstärkungsfaktors die Phase unberücksichtigt gelassen, so daß der erste und zweite Datenkanal nicht unterschieden werden können. In der dritten Zeile ist der Verstärkungsfaktor ĝ₃₄(α ~) aufgetragen, wobei auch hier das erfindungsgemäße Verfahren das gleiche Ergebnis für den dritten Datenkanal DPDCH3 und den vierten Datenkanal DPDCH4 liefert. Entsprechend ist in der vierten Zeile der ermittelte Verstärkungsfaktor ĝ₅₆(α ~) für die sich in dem Ergebnis gleichenden Datenkanäle DPDCH₅ und DPDCH₆ aufgetragen. Bei den in den 3 bis 6 dargestellten Beispiel wird davon ausgegangen, daß kein Zeitversatz vorliegt, daß also gilt α = 0.
Bei dem in 3 einzig aktiven Datenkanal DPDCH₁ ergibt sich auch für den Pilotkanal DPCCH noch ein aussagekräftiger Peak (Maximalwert) des Verstärkungsfaktors. Der Maximalwert des Verstärkungsfaktors ĝ_C(α ~) des Datenkanals DPDCH₁ läßt sich aber aufgrund der größeren Leistungszuweisung für den Datenkanal und aufgrund der Tatsache, daß für den Pilotkanal DPCCH der größte Spreadingfaktor, für den Datenkanal DPDCH₁ aber im Beispiel ein kleinerer Spreadingfaktor verwendet wird, besser auswerten. Deutlich erkennbar sind die Minima der Verstärkungsfaktoren ĝ₃₄(α ~) und ĝ₅₆(α ~) der nichtaktiven Datenkanäle DPDCH₃ bis DPDCH₆, die sich sehr gut auswerten lassen.
In 4 sind die gleichen Parameter dargestellt wie in 3. Das zugrundeliegende Beispiel unterscheidet sich jedoch dadurch, daß neben dem ersten Datenkanal DPDCH₁ auch der zweite Datenkanal DPDCH₂ aktiv ist, während der dritte bis sechste Datenkanal (DPDCH₃ bis DPDCH₆) weiterhin inaktiv sind. Im Vergleich zu 3 ist auffällig, daß der Peak des Verstärkungsfaktors ĝ_C(α ~) des Pilotkanals DPCCH aufgrund des gegenüber 3 geringeren relativen Leistungsanteils dieses Kanals deutlich schwächer ausgeprägt ist und eine sichere Auswertung kaum noch zuläßt. Dagegen ist das Maximum des Verstärkungsfaktors ĝ₁₂(α ~) weiterhin deutlich ausgeprägt. Auch sind die Minima der Verstärkungsfaktoren ĝ₃₄(α ~) und ĝ₅₆(α ~) problemlos detektierbar.
Die Darstellung der Parameter in 5 ist ebenfalls die gleiche wie in den 3 und 4. 5 liegt das Beispiel zugrunde, daß neben dem Pilotkanal DPCCH die Datenkanäle DPDCH₁, DPDCH₂, DPDCH₃, DPDCH₄ und DPDCH₅ aktiv sind, während nur der Datenkanal DPDCH₆ inaktiv ist. Bei diesem Beispiel ist für den Verstärkungsfaktor ĝ_C(α ~) kein Peak bei α ~ = 0 mehr zu erkennen. Hingegen ist das Maximum des Verstärkungsfaktors ĝ₁₂(α ~) sowie der Verstärkungsfaktoren ĝ₃₄(α ~) und ĝ₅₆(α ~) deutlich erkennbar und gut auswertbar.
Ebenso ist es möglich, einen nie belegten Kanal mit z. B. SF = 8 neben dem Codebaum von DPCCH anzuwenden (nicht dargestellt).
Der erfindungsgemäße Vorteil der verbesserten Auswertbarkeit der Verstärkungsfaktoren der Datenkanäle DPDCH gegenüber dem Verstärkungsfaktor des Pilotkanals DPCCH ergibt sich auch dadurch, daß dem Pilotkanal DPCCH bei den meisten Mobilfunksystemen, beispielsweise bei dem Uplink (Verbindung von der Mobilstation zur Basisstation) des Mobilfunksstandards 3GPP, ein hoher Spreadingfaktor SF, beispielsweise SF = 256 konstant zugewiesen ist. Der erste Datenkanal DPDCH₁ hat einen Spreading-Faktor 4 < = SF < = 256 , wobei SF = 4 beim 3GPP Downlink der kleinste Spreadingfaktor ist. Wird keine größere Datenrate benötigt sind die Datenkanäle DPDCH2 – DPDCH6 inaktiv und die Verstärkungsfaktoren ĝ₃₄(α ~) und ĝ₅₆(α ~) können bezüglich ihres Minimums problemlos ausgewertet werden (Fallbeispiel in 3). Wird eine höhere Datenrate benötigt, so wird bei 3GPP-Uplink zunächst der Spreadingfaktor des Datenkanals DPDCH₁ stufenweise verringert, bis für DPDCH₁ SF = 4 erreicht wird. Wird eine noch höhere Datenrate benötigt, so werden die anderen Datenkanäle mit einem Spreading-Faktor SF = 4 sukzessive zugeschaltet. In dem Entspreizungsblock 14 können daher immer Spreadingcodes sp_i(k) mit SF = 4 entweder zur Detektion des Maximums eines aktiven Datentkanals oder zur Detektion des Minimums einen inaktiven Datenkanals verwendet werden. Der vorstehend beschriebene Umstand erleichtert die Auswertung erheblich, da bei der bisher üblichen Auswertung des Pilotkanals DPCCH in dem Entspreizungsblock 14 ein Spreadingfaktor von SF = 256 verwendet werden müßte, was einen erheblich höheren Rechenaufwand und eine höhere Beobachtungszeit erfordern würde, als die erfindungsgemäße Auswertung eines der Datenkanäle DPDCH mit einem Spreading-Faktor von SF = 4.
Anhand von 6 wird nachfolgend ein Blockdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert. Bereits anhand von 2 beschriebene Elemente sind mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen, so daß sich insoweit eine wiederholdende Beschreibung erübrigt.
Die in 6 dargestellte Weiterbildung der Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß in der Formel für die Entspreizung (Despreading)
der Faktor sc*(k – α ~)·spi(k)nur 4^SF Permutationen annehmen kann, wobei SF der Spreadingfaktor des Spreadingcodes sp_i(k) ist. Da die empfangene Chipfolge r(k) für jeden zu berechnenden Verstärkungsfaktor ĝ_i(α ~), also für jeden Wert α ~ identisch ist, muß eine Vielzahl von Multiplikationen in den Summanden der obigen Formel mehrfach berechnet werden. Um die Rechenzeit zu verringern, ist es deshalb vorteilhaft, sämtliche Permutationen des Terms sc*(k – α ~)·spi(k)zu berechnen und für eine empfangene Chipfolge r(k) für jedes zu berechnende Symbol r_ν,i(α ~) sämtliche 4^SF–1 Permutationen für jedes Symbol im voraus nur einmal zu berechnen und diese Permutationen für jedes Symbol in einer Permutationsmatrix abzulegen. Zur Veranschaulichung dieses Prinzips ist in 6 die Permutationstabelle 20 dargestellt, die die vier komplexwertige Permutationen des Terms sc*(k – α ~)·spi(k)enthält. Dabei kann der Faktor sc*(k – α ~) nur die Werte +–1+-j annehmen, während der Faktor sp_i(k) nur die Werte +–1 annehmen kann. Die Beträge der für alle Permutationen berechneten Symbole r_ν,i(α ~) werden für alle Symbole und für alle Permutationen in einer Permutationsmatrix 21 zwischengespeichert. Bei einer Summation über SF Summanden bestehen somit 4^SF Permutationen jedes Symbols r_ν,i(α ~). Bei der Berechnung des Verstärkungsfaktors ĝ_i(α ~) wird mittels eines Adreßgenerators 22 für jedes Symbol r_ν,i(α ~) auf die für das konkrete α ~ vorliegende Permutation zugegriffen.
Durch die Permutationsmatrix 21 kann die Rechenzeit deutlich vermindert werden. Für einen Spreading-Faktor SF = 4 entstehen 4^SF–1 = 64 Permutationen für jedes Symbol. Bei einem Scrambling-Rahmen bestehend aus 38400 Chips und einer Beobachtungslänge von 2560 Chips reduziert sich der Berechnungsaufwand gegenüber einer linearen Implementierung ca. um den Faktor 150.
Die Erfindung ermöglicht somit eine schnelle Ermittlung des Zeitversatzes des empfangenen CDMA-Signals.

Claims

Verfahren zum Ermitteln des Zeitversatzes eines CDMA-Signals, das aus Datensignal-Symbolen (a₁(ν) – a₆(ν)) mehrerer Datenkanäle (DPDCH₁ – DPDCH₆) und Pilotsignal-Symbolen (a_C(ν)) eines Pilotkanals (DPCCH) besteht, die mit unterschiedlichen Spreadingcodes (sp₁(k) – sp₆(k), sp_C(k)) zu einer Chipfolge gespreizt sind und mit Verstärkungsfaktoren (g₁ – g₆, g_C) beaufschlagt sind, wobei das aus den Datenkanälen (DPDCH₁ – DPDCH₆) und dem Pilotkanal (DPCCH) zusammengefaßte CDMA-Signal mit einem Scramblingcode (sc(k)) multipliziert ist und bei seiner Übertragung einen zu ermittelnden Zeitversatz um eine bestimmte Anzahl (α) von Chips erfahren hat, mit folgenden Verfahrensschritten: a) Multiplizieren (13) der empfangenen Chipfolge (r(k)) mit dem konjugiert komplexen Scramblingcode (sc*(k – α ~)), der um eine zu einer Zeitversatz-Schätzhypothese gehörenden Anzahl (α ~) von Chips verschoben ist, b) Erzeugen der Symbolfolge (r_ν,i(α ~)) durch Entspreizen (Despreading) (14) der Chipfolge unter Verwendung des Spreadingcodes (sp_i(k)) zumindest eines ausgesuchten Datenkanals (DPDCH_i), c) Bestimmen eines geschätzten Verstärkungsfaktors (ĝ_i(α ~)) durch Summieren (16) der Beträge der entspreizten Symbolfolge (r_ν,i(α ~)), d) Wiederholen der Schritte a) bis c) für mehrere Zeitversatz-Schätzhypothesen und e) Bestimmen (17) des Maximums der für alle Zeitversatz-Schätzhypothesen ermittelten Verstärkungsfaktoren (ĝ_i(α ~)), wenn der ausgesuchte Datenkanal (DPDCH_i) aktiv ist, oder Bestimmen (17) des Minimums der für alle Zeitversatz-Schätzhypothesen ermittelten Verstärkungsfaktoren (ĝ_i(α ~)), wenn der ausgesuchte Datenkanal (DPDCH_i) nicht aktiv ist, wobei das Maximum und das Minimum der für alle Zeitversatz-Schätzhypothesen geschätzten Verstärkungsfaktoren (ĝ_i(α ~)) bestimmt wird, wenn nicht bekannt ist, ob der ausgesuchte Datenkanal (DPDCH_i) aktiv ist oder nicht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die empfangene Chipfolge (r(k)) in einem Zeitfenster (11) ausgewertet wird, in welchem eine Anzahl (Anz_chips) an Chips enthalten ist, die einem ganzzahligen Vielfachen der Länge des Spreadingcodes (sp(k)) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte a) bis c) für jeweils eine Zeitversatz-Schätzhypothese für jeden möglichen Zeitversatz innerhalb des Scramblingcodes (sc(k)) wiederholt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß alle möglichen Permutationen des Produkts des konjugiert komplexen Scramblingcodes (sc*(k – α ~)) mit dem Spreadingcode (sp_i(k)) des ausgesuchten Datenkanals (DPDCH_i), die beim Entspreizen (14) entstehen können, für jedes Symbol (r_ν,i(α ~)) in einer Permutationsmatrix (21) abgelegt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Permutationsmatrix (21) zu Beginn des Verfahrens für die empfangene Chipfolge (r(k)) berechnet wird und während der Berechnung der geschätzten Verstärkungsfaktoren (ĝ_i(α ~)) auf die Permutationsmatrix (21) zugegriffen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Datenkanäle (DPDCH_i) ausgesucht werden, die entweder alle aktiv oder alle nicht aktiv sind, wobei das Maximum bzw. Minimum aus einer Linearkombination der Verstärkungsfaktoren (ĝ_i(α ~)) bestimmt wird.
Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung aller Schritte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wenn das Programm in einem Computer oder einem digitalen Signalprozessor ausgeführt wird.
Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung aller Schritte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wenn das Programm in einem Computer oder einem digitalen Signalprozessor ausgeführt wird.