DE102006038825A1 - Radio communication system, network device and method for transmitting data in a radio communication system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verarbeiten von Daten zur Übertragung in einem Funk-Kommunikationssystem, bei dem zu übertragende Symbole (S<SUB>1</SUB>, ..., S<SUB>L</SUB>) aus dem Zeitbereich in den Frequenzbereich transformiert, auf einen Subträger oder auf eine Vielzahl (L) von zumindest zwei Subträgern (F<SUB>1</SUB>, ..., F<SUB>L</SUB>) abgebildet und zur Übertragung in den Zeitbereich zurücktransformiert werden, wobei die Symbole (S<SUB>1</SUB>, ..., S<SUB>L</SUB>) vor der Transformation in den Frequenzbereich im Zeitbereich spektral zerlegt werden. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein Funk-Kommunikationssystem oder eine Netzeinrichtung mit einer Steuereinrichtung (C) zum Verarbeiten von Daten zur Übertragung über eine Aufwärtsverbindung, wobei die Steuereinrichtung (C) ausgebildet oder angesteuert ist, zu übertragende Symbole (S<SUB>1</SUB>, ..., S<SUB>L</SUB>) aus dem Zeitbereich in den Frequenzbereich zu transformieren, auf eine Vielzahl (L) von zumindest einem Subträger (F<SUB>1</SUB>, ..., F<SUB>L</SUB>) abzubilden und zur Übertragung in den Zeitbereich zurückzutransformieren und die Symbole (S<SUB>1</SUB>, ..., S<SUB>L</SUB>) vor der Transformation in den Frequenzbereich im Zeitbereich spektral zu zerlegen.The invention relates to a method for processing data for transmission in a radio communication system in which symbols to be transmitted (S <SUB> 1 </ SUB>, ..., S <SUB> L </ SUB>) the time domain into the frequency domain, mapped to a subcarrier or to a plurality (L) of at least two subcarriers (F <SUB> 1 </ SUB>, ..., F <SUB> L </ SUB>) and for transmission are transformed back into the time domain, wherein the symbols (S <SUB> 1 </ SUB>, ..., S <SUB> L </ SUB>) are spectrally decomposed before the transformation into the frequency domain in the time domain. In addition, the invention relates to a radio communication system or network device with a control device (C) for processing data for transmission over an uplink, wherein the control device (C) is designed or driven to be transmitted symbols (S <SUB> 1 < / SUB>, ..., S <SUB> L </ SUB>) from the time domain into the frequency domain, to a plurality (L) of at least one subcarrier (F <SUB> 1 </ SUB>, .. ., F <SUB> L </ SUB>) and to transform back into the time domain for transmission and the symbols (S <SUB> 1 </ SUB>, ..., S <SUB> L </ SUB>) before the Spectrally decompose transformation into the frequency domain in the time domain.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen von Daten in einem Funk-Kommunikationssystem sowie ein Funk-Kommunikationssystem und eine Netzeinrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens.The The invention relates to a method for transmitting data in one Radio communication system and a radio communication system and a network device to perform of such a procedure.
Allgemein bekannt sind Mobilfunksysteme auf Basis z.B. des Standards GSM (Global System for Mobile Communications) oder des Standards UMTS (Universal Mobile Telecommunication System). Beispielhaft für Verfahren zur Übertragung von Daten in Aufwärtsrichtung (engl. uplink) von einem teilnehmerseitigen Endgerät zu einer netzseitigen Zugangsstation sei auch auf die technische Spezifikation 3GPP TR 25.814 V1.0.1 (2005-11), 3rd Generation Partnership Project, verwiesen.Generally Mobile radio systems based on e.g. of the standard GSM (Global System for Mobile Communications) or the UMTS standard (Universal Mobile Telecommunication System). Exemplary of methods of transmission of data in the upward direction (English uplink) from a subscriber-side terminal to a network-side access station is also on the technical specification 3GPP TR 25.814 V1.0.1 (2005-11), 3rd Generation Partnership Project, directed.
Als Fortentwicklung im Sinne einer Langzeitentwicklung der 3GPP Funkzugriffstechnologie, welche derzeit existiert, wird UMTS-LTE (LTE: Long Term Evolution/Langzeitentwicklung) oder das so genannte Evolved-UTRA (UTRA: Universal Terrestrial Radio Access/universeller terrestrischer Funkzugriff) entwickelt. Einige der wichtigen Aspekte einer solchen Langzeitentwicklung umfassen eine reduzierte Latenz, höhere Teilnehmer-Datenraten, verbesserte Systemkapazität und Systemabdeckung und reduzierte Kosten für den Betreiber des Systems.When Development in the sense of a long-term development of 3GPP radio access technology, which currently exists becomes UMTS-LTE (LTE: Long Term Evolution) or the so-called Evolved UTRA (UTRA: Universal Terrestrial Radio Access / universal terrestrial radio access). Some of the important aspects of such long-term development include reduced latency, higher Subscriber data rates, improved system capacity and system coverage and reduced costs for the operator of the system.
In der Aufwärtsrichtung wird dabei eine Übertragung über einen einzelnen Träger vorgeschlagen, wobei ein Mehrfach-Zugriffsschema vorgeschlagen wird, welches als SC-FDMA (Single Carrier-Frequency Division Multiple Access) bezeichnet wird und ein Einzelträger-Frequenzaufteilungs-Mehrfachzugriffs-Verfahren darstellt. Beruhend auf traditionellen Zeitbereichs-Übertragungstechniken werden die spektralen Komponenten von Einzelträger-Zeitbereichs-Symbolen in Art eines OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access/Orthogonaler Frequenzaufteilungs-Mehrfachzugriff) auf von den Teilnehmern bzw. deren Endgeräten allokierten Bandbreiten abgebildet. Diese Technik dient dazu, ein Spitzenwert-zu-Durchschnittswert-Verhältnis (PAR, engl. Peak-to-Average-Ratio) beim Sender des Endgeräts des Teilnehmers niedrig zu halten. Dies erhöht die Zellabdeckung und die Gesamtleistungsfähigkeit und sorgt für geringe Anforderungen an die Hochfrequenz-Endstufe des Endgeräts.In the upward direction is doing a transfer over a single carrier proposed, wherein a multiple access scheme is proposed, which as SC-FDMA (Single Carrier-Frequency Division Multiple Access) is a single carrier frequency division multiple access method. Based on traditional time domain transmission techniques the spectral components of single carrier time domain symbols in Type of OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access / Orthogonal Frequency division multiple access) on the participants or their terminals allocated bandwidths. This technique serves to one Peak-to-average ratio (PAR, Engl. Peak-to-Average Ratio) at the transmitter of the terminal of the subscriber. This increases the cell coverage and the Overall Performance and takes care of low requirements for the high-frequency power amplifier of the terminal.
Anhand
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und ein Funk-Kommunikationssystem bzw. eine Netzeinrichtung darin anzugeben, welche eine insbesondere signifikante Reduzierung der Verarbeitungskomplexität von Daten für insbesondere eine Aufwärtsverbindung ohne eine insbesondere signifikante Erhöhung des Spitzenwert-zu-Durchschnittswert-Verhältnisses (PAR) ermöglichen. Insbesondere soll dies unter einem Szenario mit SC-FDMA angewendet werden.A The object of the invention is a method and a radio communication system or specify a network device therein, which is a particular Significant reduction in processing complexity of data for in particular an uplink without a particularly significant increase in the peak-to-average ratio (PAR). In particular, this is to be applied under a SC-FDMA scenario become.
Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäßen Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den abhängigen Patentansprüchen entnehmbar.These The object is solved by the inventive features of the independent claims. advantageous Embodiments of the invention can be taken from the dependent claims.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Verarbeiten von Daten zur Übertragung in einem Funk-Kommunikationssystem, bei dem zu übertragende Symbole aus dem Zeitbereich in den Frequenzbereich transformiert, auf eine Vielzahl von zumindest einem Subträger, vorzugsweise zwei oder mehr Subträgern abgebildet und zur Übertragung in den Zeitbereich zurück transformiert werden, wobei die Symbole vor der Transformation in den Frequenzbereich im Zeitbereich spektral zerlegt werden. Die Symbole werden dabei bevorzugt mittels einer binären spektralen Zerlegung zerlegt.According to the invention is a Method for processing data for transmission in a radio communication system, at the to be transmitted Transformed symbols from the time domain into the frequency domain, to a plurality of at least one subcarrier, preferably two or more more subcarriers imaged and for transmission back to the time domain be transformed, the symbols before the transformation in the frequency domain is spectrally decomposed in the time domain. The Symbols are preferably decomposed by means of a binary spectral decomposition.
Vorzugsweise werden die Symbole auf eine Vielzahl von Sequenzen gesplittet und erst nachfolgend in den Frequenzbereich transformiert. Die in den Frequenzbereich transformierten Sequenzen werden dabei vorzugsweise vor dem Abbilden auf die Subträger auf einen seriellen Datenstrom multiplext. Der se rielle Datenstrom wird bevorzugt mit einer Vielzahl von einander zugeordneten Elementen gleich der Vielzahl der Symbole gebildet.Preferably, the symbols are split into a plurality of sequences and only subsequently transformed into the frequency domain. The transformed into the frequency domain sequences are doing preferably multiplexed to a serial data stream prior to mapping to the subcarriers. The se rial data stream is preferably formed with a plurality of mutually associated elements equal to the plurality of symbols.
Bei einem derartigen Verfahren wird in einer Steuereinrichtung des Funk-Kommunikationssystems vor dem Abbilden auf die Subträger vorzugsweise eine Transformation mit einer Transformationsmatrize durchgeführt. Die Transformation wird dabei beispielsweise mit einer Transformationsmatrize mit einer Hauptdiagonale und mindestens zwei weiteren Diagonalen ungleich Null durchgeführt. Auf einer Nebendiagonale in einer Hälfte unterhalb der Einheitsmatrize sind die Werte positiv und auf einer Nebendiagonale in einer Hälfte oberhalb der Einheitsmatrize sind die Werte negativ. Allen weiteren Matrizenelementen werden vorzugsweise gleich Null gesetzt.at Such a method is used in a control device of the radio communication system before imaging on the subcarriers preferably a transformation with a transformation template carried out. The transformation becomes, for example, with a transformation matrix with a main diagonal and at least two other diagonals performed nonzero. On a side diagonal in one half below the unit matrix the values are positive and on a secondary diagonal in one half above the Unit matrix, the values are negative. All other matrix elements are preferably set equal to zero.
Erfindungsgemäß ist auch ein Funk-Kommunikationssystem mit einer Steuereinrichtung zum Verarbeiten von Daten zur Übertragung über eine Verbindung, insbesondere eine Aufwärtsverbindung, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet oder angesteuert ist, zu übertragende Symbole aus dem Zeitbereich in den Frequenzbereich zu transformieren, auf einen Subträger oder bevorzugt auf eine Vielzahl von zumindest zwei oder mehr Subträgern abzubilden und zur Übertragung in den Zeitbereich zurück zu transformieren und die Symbole vor der Transformation in den Frequenzbereich im Zeitbereich spektral zu zerlegen.Also according to the invention a radio communication system having a controller for processing of data for transmission over a Connection, in particular an uplink, wherein the control device is formed or controlled, to be transmitted symbols from the To transform time domain into the frequency domain, to one subcarriers or preferably to a plurality of at least two or more subcarriers and for transmission back to the time domain to transform and transform the symbols before the transformation into Spectrally decompose the frequency domain in the time domain.
Erfindungsgemäß ist auch eine Netzeinrichtung mit einer Steuereinrichtung zum Verarbeiten von Daten zur Übertragung über eine Verbindung, insbesondere eine Aufwärtsverbindung, in einem Funk-Kommunikationssystem, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet oder angesteuert ist, zu übertragende Symbole aus dem Zeitbereich in den Frequenzbereich zu transformieren, auf einen Subträger oder bevorzugt auf eine Vielzahl von zumindest zwei oder mehr Subträgern abzubilden und zur Übertragung in den Zeitbereich zurück zu transformieren und die Symbole vor der Transformation in den Frequenzbereich im Zeitbereich spektral zu zerlegen.Also according to the invention a network device with a control device for processing of data for transmission over a Connection, in particular an uplink, in a radio communication system, wherein the control device is designed or driven to be transmitted Transform symbols from the time domain into the frequency domain, on a subcarrier or preferably to a plurality of at least two or more subcarriers and for transmission back to the time domain to transform and transform the symbols before the transformation into Spectrally decompose the frequency domain in the time domain.
Bei dem Funk-Kommunikationssystem und bei der Netzeinrichtung ist die Steuereinrichtung ausgebildet oder angesteuert zum Durchführen eines derart bevorzugten Verfahrens. Insbesondere sind sie ausgelegt für ein Mobilfunk-Kommunikationssystem auf Basis von SC-FDMA.at the radio communication system and the network device is the Control device designed or driven to perform a such preferred method. In particular, they are designed for a mobile communication system based on SC-FDMA.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher dargestellt. Dabei zeigenThe Invention will be described in more detail with reference to an embodiment. Show
In
der
Ausgegangen wird dabei davon, dass übertragene bzw. zu übertragende Symbole S1, S2, ..., SL einer Teilungseinrichtung SP zum Aufsplitten der angelegten Abfolge in M Sequenzen Sequen zen Z1, ..., Zr, ..., ZM angelegt werden. Diese Sequenzen Z1, ..., Zr, ..., ZM werden jeweils einer Transformationseinheit FFT zur Durchführung einer Fouriertransformation angelegt. Die Dimension bzw. Größe variiert dabei. Ausgangswerte dieser Fouriertransformationseinheiten FFT werden einer Multiplexingeinheit MX zum Durchführen eines seriellen Multiplexens angelegt, wobei Ausgangswerte dieser Multiplexingeinheit MX einer Transformationseinheit LT zum Durchführen einer insbesondere linearen Transformation angelegt werden. Ausgangswerte F1, ..., SL der Transformationseinheit LT für die lineare Transformation werden einer Abbildungseinheit MAP zur Durchführung einer Subträgerabbildung angelegt. Deren Ausgangswerte werden einer Transformationseinheit FFT1 zur Durchführung einer Fouriertransformation der Größe N angelegt. Die transformierten Ausgangswerte O1, ...O2048 werden einer Verarbeitungseinheit CPA zum Durchführen einer zyklischen Prefix-Addition angelegt. Diese gibt letztendlich die eigentlichen Ausgangswerte O1, ...,O2040, O1, ...OCD mit einer Rate von beispielsweise 30,72 Msps aus.The starting point is that transmitted or transmitted symbols S 1 , S 2 ,..., S L of a division device SP for splitting the applied sequence into M sequences Sequen Z 1 , ..., Z r , ... , Z M are created. These sequences Z 1 ,..., Z r ,..., Z M are each applied to a transformation unit FFT for performing a Fourier transformation. The dimension or size varies. Output values of these Fourier transform units FFT are applied to a multiplexing unit MX for performing serial multiplexing, output values of this multiplexing unit MX being applied to a transformation unit LT for performing a particularly linear transformation. Output values F 1 , ..., S L of the linear transformation transformation unit LT are applied to an imaging unit MAP for performing a subcarrier mapping. Their output values are applied to a transformation unit FFT1 for carrying out a Fourier transform of size N. The transformed output values O 1 ,... O 2048 are applied to a processing unit CPA for performing a cyclic prefix addition. This finally outputs the actual output values O 1 ,..., O 2040 , O 1 ,... O CD at a rate of, for example, 30.72 Msps.
Nachfolgend
wird die anhand
Ferner kann eine Positionssequenz P als Abfolge von Positionen mit der Bedingung bk = 1 definiert werden. Dann gilt entsprechend P1 = 1, P2, ,PM Furthermore, a position sequence P can be defined as a sequence of positions with the condition b k = 1. Then P 1 = 1, P 2 ,, P M
Daher können die Symbole S in M Sequenzen gesplittet werden gemäß: 1-ste Sequenz = 1-ste 2C-P1 Symbole aus S, 2-te Sequenz = nächste 2C-P2 Symbole von S und so weiter bis zur M-ten Sequenz = letzte 2C-PM Symbole von S. Die erste Sequenz besteht somit aus den ersten 2C-1 Symbolen der Symbolabfolge S usw. bis zur M-ten Sequenz aus den letzten 2C-PM Symbolen der Symbolfolge S.Therefore, the symbols S can be split into M sequences according to: 1 st sequence = 1 st 2 C-P1 symbols from S, 2 nd sequence = next 2 C-P2 symbols from S and so on to the M th sequence = last 2 C-PM symbols of S. The first sequence thus consists of the first 2 C-1 symbols of the symbol sequence S etc. up to the M-th sequence of the last 2 C-PM symbols of the symbol sequence S.
Wenn die Fouriertransformationen von jeder diese M Sequenzen genommen und multiplext wird, folgt daraus als Ergebnis eine serielle Abfolge aus L Subträgern Y1, ... YL. Diese L Subträger Y1, ... YL werden zuerst durch eine lineare Transformation geführt und dann auf die für das entsprechende Endgeräte allokierte Bandbreite abgebildet. Die Dimension dieser Fouriertransformationen entsprechen der Potenz von 2s: 2C-P1, 2C-P2 und so weiter herunter bis 2C-PM.As a result, if the Fourier transforms of each of these M sequences are taken and multiplexed, this results in a serial sequence of L subcarriers Y 1 , ... Y L. These L subcarriers Y 1 , ... Y L are first passed through a linear transformation and then mapped to the bandwidth allocated for the corresponding terminal. The dimension of these Fourier transforms correspond to the power of 2s: 2 C-P1 , 2 C-P2, and so on down to 2 C-PM .
Mit kann die Symbolabfolge S
in die M Sequenzen gesplittet
werden. Als nächstes
werden die M Fouriertransformationen der zerlegten Z Sequenzen gebildet
gemäß und in
einen seriellen Strom multiplext
Deshalb können die multiplexten Y-Sequenzen als binäre spektrale Dekomposition der Zeitbereichssymbole bezeichnet werden.Therefore can the multiplexed Y sequences as a binary spectral decomposition the time domain symbols.
Anzumerken ist, dass Y → ein Vektor der Größe L ist, d.h. gleich der Anzahl L der Symbole S1, S2, ..., SL der Symbolabfolge S.It should be noted that Y → is a vector of size L, ie equal to the number L of symbols S 1 , S 2 ,..., S L of the symbol sequence S.
Damit
kann mit Subträgern F → eine
Matrize T als eine L × L-Transformationsmatrize
gebildet werden, so dass gilt:
Dabei
ist T irgendeine invertierbare Matrix, inklusive der Einheitsmatrix.
Letztendlich sind die letzten Verarbeitungsschritte ähnlich des
existierenden SC-FDMA-Verfahrens. Subträger F1,
..., FL werden auf die allokierten Bandbreiten
abgebildet und die inverse Fouriertransformation der entsprechenden
Größe bzw.
Dimension von insbesondere 2048 wird durchgeführt. D. h., für die lokalisierte
Subträger-Allokation werden
Ausgangswerte O1, ... O2048 gebildet
gemäß
Schließlich wird
der zyklische Prefix addiert mit der Länge CP, so dass letztendlich
ausgegeben wird die Abfolge
Angemerkt wird, dass die lineare Transformation F → = {F1... FL} = Y →·T hier im Sinne einer Verallgemeinerung angegeben ist und auch durch äquivalente Verfahrensweisen alternativ umsetzbar ist.It should be noted that the linear transformation F → = {F 1 ... F L } = Y →. T is given here in the sense of a generalization and can also be implemented alternatively by means of equivalent procedures.
Eine weitere Reduktion des Spitzenwert-zu-Durchschnittswert-Verhältnisses und eine weitere Verbesserung einer Zwischen-Teilnehmer-Interferenz (engl. Inter User Interference) an Bandbreitenkanten kann im Vergleich zu der Matrize T in Form einer Einheitsmatrize beispielsweise erzielt werden durch die Matrize Further reduction of the peak-to-average ratio and further improvement of inter-user interference at bandwidth edges may be achieved, for example, by the die, as compared to the template T in the form of a unit matrix
Bei dieser Matrize T sind die Werte der Hauptdiagonale und die Werte der unteren 2C-P1-Diagonale alle auf den Wert „1" gesetzt und die Werte der oberen 2C-P1-Diagonale sind alle auf „–1" gesetzt. Die restlichen Elemente sind auf „0" gesetzt.For this template T, the values of the main diagonal and the values of the lower 2 C-P1 diagonal are all set to the value "1" and the values of the upper 2 C-P1 diagonal are all set to "-1". The remaining elements are set to "0".
Durch
eine solche Verfahrensweise lassen sich Vorteile gegenüber den
bekannten Verfahren erzielen. Gemäß der bekannten Verfahren ist
beim Einsatz einer diskreten Fouriertransformation mit der Dimension
L als einer geraden Zahl die Verarbeitungskomplexität gleich
L2. Im Gegensatz dazu ist gemäß dem beschriebenen
und bevorzugten Verfahren einer binären spektralen Dekomposition
bzw. Zerlegung die Verarbeitungskomplexität kleiner oder gleich
Mit
beispielsweise L = 511 ergibt sich bei den bekannten Verfahren eine
Komplexität
von 261121. Bei der binären
spektralen Zerlegung ergibt sich eine Komplexität von vorteilhaft nur
Bei einem Einsatz im mathematischen Labor zeigt eine Monte Carlo Simulation, dass das Spitzenwert-zu-Durchschnittswert-Verhältnis bei beiden Verfahren in etwa gleich groß ist und bei einem 16 QAM-modulierten Signal (QAM: Quadratur Amplituden Modulation) kleiner oder gleich 8,5 dB innerhalb eines 99,97 % Vertrauensintervalls ist.at a use in the mathematical laboratory shows a Monte Carlo simulation, that the peak-to-average ratio is approximately the same size for both methods and 16 QAM-modulated Signal (QAM: Quadrature Amplitude Modulation) less than or equal to 8.5 dB within a 99.97% confidence interval.
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