DE10252090A1

DE10252090A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Empfang von Funksignalen

Info

Publication number: DE10252090A1
Application number: DE2002152090
Authority: DE
Inventors: Rainer Grossmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-11-08
Filing date: 2002-11-08
Publication date: 2004-03-18

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum parallelen Empfang von Funksignalen unterschiedlicher Funk-Standards. Die Vorrichtung weist einen Rake-Empfänger (1; 10) mit einer Korrelier-Einheit (K) und einer Maximal-Verhältnis-Übersetzungs-Einheit (MRC) auf. Der Rake-Empfänger ist geeignet, empfangene Funksignale, insbesondere Mobilfunksignale von Mobilfunksystemen der dritten Generation, zu entspreizen und Kanal-Korrekturen durchzuführen. Der Rake-Empfänger ist des Weiteren geeignet, für empfangene Signale, welche auf Funkstandards, insbesondere DAB und/oder DECT, basieren, als digitaler Filter zu arbeiten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum parallelen Empfang von Funksignalen unterschiedlicher Funk-Standards.

Derartige Vorrichtungen bzw. Verfahren finden unter Anderem in Mobilfunksystemen der dritten Generation Anwendung.

Mobilfunkgeräte der dritten Generation, wie beispielsweise nach dem UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) arbeitende Mobilfunkgeräte, sollen einen parallelen Betrieb bei Kommunikation mit Systemen unterschiedlicher Funk-Standards ermöglichen. Zusätzlich sollen zukünftige Mobilfunkgeräte jedoch auch immer kleiner ausgebildet werden. Problematisch ist, dass Endgeräte für verschiedene Funkstandards, unterschiedliche Hardware benötigen, und somit für jeden gewünschten Funkstandard ein unterschiedliches System in das Mobilfunk-Endgerät integriert werden muss. Solche Mobilfunk-Endgeräte erfordern somit mehr Hardware-Bauteile, was zu erhöhten Kosten führt.

3 zeigt ein bekannten Multi-Mode-Terminal für UMTS und weitere Mobilfunk-Standards. Die Vorrichtung 20 umfasst zwei Schalter 21 und 26. Abhängig von dem Standard des in dem Schalter 21 empfangenen Signals schaltet dieser das Signal entweder für UMTS-Signale zu dem Rake-Empfänger 22, für DECT (Digital European Cordless Telephone)-Signale zu dem digitalen Filter 23, für WLAN (Wireless Local Area Network)-Signale zu dem IEEE 802.11 Entspreizer 24 oder für GPS (Global Positioning System)-Signale zu dem GPS-Entspreizer 25. Anschließend laufen die Signale zu dem Schalter 16. Bei dem digitalen Filter 23 handelt es sich beispielsweise um einen FIR (Finite Input Response)-Filter wie einem Kanalfilter, einem angepassten Filter oder Dezimationsfilter. Wie aus der 3 er sichtlich ist, benötigt jeder Funkstandard unterschiedliche Hardware. Ein Mobilfunk-Endgerät mit einem solchen Multi-Mode-Empfänger ist somit entsprechend größer ausgebildet.

Somit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum parallelen Empfang von Funksignalen unterschiedlicher Funk-Standards bereitzustellen, welches die Nachteile des Standes der Technik vermeidet.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum parallelen Empfang von Funksignalen unterschiedlicher Funk-Standards mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1, und einem Verfahren zum parallelen Empfang von Funksignalen unterschiedlicher Funk-Standards mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 7 gelöst. Weitere Lösungen der Aufgabe stellen ein Endgerät gemäß den Ansprüchen 13 und 14 dar. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die Vorrichtung zum parallelen Empfang von Funksignalen unterschiedlicher Funk-Standards weist einen Rake-Empfänger mit einer Korrelier-Einheit und einer Maximal-Verhältnis-Übersetzungs-Einheit auf. Der Rake-Empfänger ist geeignet, empfangene Funksignale, insbesondere Mobilfunksignale von Mobilfunksystemen der dritten Generation, zu entspreizen und Kanalkorrekturen durchzuführen. Bei den Mobilfunksystemen der dritten Generation kann es sich beispielsweise um Systeme nach dem UMTS, CDMA 2000 (Code Division Multiple Access), WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) oder TD-SCDMA (Time Division Synchronous CDMA) Standard handeln. Der Rake-Empfänger ist des Weiteren geeignet, für empfangene Signale, welche auf Funk-Standards, insbesondere DAB (Digital Audio Broadcasting) und/oder DECT (Digital European Cordless Telephone), basieren, als digitaler Filter zu arbeiten. Die meisten Empfängersysteme mit digitaler Signalverarbeitung setzen digitale Basisband-Filter ein. Ein solcher Filter schneidet spektrale Komponenten außerhalb des Signalbandes, d.h. Rauschen, Störungen oder Interferenz, heraus und vermindert in manchen Fällen auch Intersymbol-Interferenz. Ein Beispiel dafür sind sogenannte "Matched-Filter" für den IS136 Standard. Durch die vorliegende Erfindung können zusätzliche digitale Filter eingespart werden, da der Rake-Empfänger diese Filterfunktionen mit übernehmen kann.

Rake-Empfänger basieren auf einer Empfänger-Technologie, welche eine Vielzahl von Basisband-Korrelatoren verwendet, um individuell eine Vielzahl von Mehrweg-Signal-Komponenten zu verarbeiten. Mehrweg bedeutet im Zusammenhang mit UMTS bzw. CDMA (Code Division Multiple Access)-Systemen die Fähigkeit, Signale zu nutzen, welche in den Empfängern mit unterschiedlicher Zeitverzögerung eintreffen. Im Gegensatz zu UMTS bzw. CDMA-Systemen können FDMA (Frequency Division Multiple Access)- und TDMA (Time Division Multiple Access)-Systeme als schmalbandige Systeme nicht zwischen Mehrweg-Empfängern unterscheiden und auf Entzerrung zurückgreifen, um die negativen Effekte der Mehrweg-Ausbreitung zu umgehen. Aufgrund ihrer großen Bandbreite und den eingesetzten Rake-Empfänger, können bei UMTS- bzw. CDMA-Systemen die Mehrweg-Signale benutzt und kombiniert werden, um bei den Empfängern ein noch stärkeres Signal zu erhalten. Bei Rake-Empfängern handelt es sich im Wesentlichen um mehrere Empfänger. Einer der Empfänger, ein sogenannter Finger, sucht kontinuierlich nach verschiedenen Mehrweg-Signalen und leitet die Informationen zu den anderen Fingern weiter. Jeder Finger demoduliert anschließend die Signale und die Ergebnisse werden danach kombiniert, um ein stärkeres Signal zu erhalten. Dadurch wird eine verbesserte Kommunikations-Stabilität und Leistung erreicht.

In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung, ist der Rake-Empfänger geeignet, für empfangene Signale drahtloser Funk-Standards, insbesondere dem IEEE 802.11-Standard, als Entspreizungs-Korrelator zu arbeiten.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Rake-Empfänger geeignet, für empfangene Signale, welche auf Positionsbestimmungs-Standards, insbesondere dem GPS-Standard, basieren, als Entspreizungs-Korrelator zu arbeiten.

Das Positionsbestimmungs-System GPS und der drahtlose Funkstandard IEEE 802.11 benutzen bevorzugt Spreiz-Spektrum-Technologie mit Korrelationslängen von 1023 bzw. 11. Der Rake-Empfänger arbeitet in diesen Ausführungsformen somit nicht nur als normaler Rake-Empfänger für einen Mobilfunkstandard der dritten Generation, insbesondere UMTS, sondern wird zusätzlich als Entspreizungs-Korrelator eingesetzt. Dies hat den großen Vorteil, dass ein schon in einem Mobilfunk-Endgerät eingesetzter Rake-Empfänger zusätzliche Funktionen als Entspreizungs-Korrelator übernehmen kann.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Korrelier-Einheit geeignet, dessen Eingangssignal bitweise zu filtern.

In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Maximal-Verhältnis-Übersetzungs-Einheit MRC geeignet, dessen Eingangssignal Gewichtungen hinzuzufügen.

In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist der als digitaler Filter arbeitende Rake-Empfänger geeignet, ein Filterergebnis

zu liefern. Dabei handelt es sich bei d um abgetastete Daten, bei c_i um Filterkoeffizienten, bei c_ij um ein Bit j des Koeffizienten c_i, bei bis = –2 c_ij + 1, bei L um die Filterlänge und bei B um die Bits/Koeffizienten.

Für den digitalen Filter bestehen die Koeffizienten aus binären Wörtern, d.h. einer Serie von Potenzen von 2 mit (neuen) Koeffizienten 0 oder 1. Dabei ist es möglich, diese in eine Serie von Potenzen von 2 mit Koeffizienten –1 oder +1 zu transformieren. Eine solche digitale Filteroperation kann mit einem Rake-Empfänger ausgeführt werden, wenn die Bits des Filters neu angeordnet und sie als Code-Sequenz zum Korrelieren verwendet werden. Dies setzt voraus, dass die Code-Sequenz, d.h. die Filter-Koeffizienten programmiert werden können, eine beliebige Korrelationslänge aufweisen, die MRC (Maximal Ratio Combining)-Koeffizienten programmierbar sind und die MRC-Akkugröße ausreichend lang ist. Eine ausreichende Länge bedeutet n Daten-Bits + m MRC-Koeffizienten-Bits + 2 bis 3 Überlauf-Bits. Nachdem die entspreizten komplexen Symbole generiert wurden, werden Sie in einer MRC-Einheit kombiniert. Eine MRC-Einheit liefert eine gewichtete Symbol-Summe der entsprechenden Symbole eines jeden aktiven Fingers. Im Falle von auf Spreizverfahren basierenden Übertragungsverfahren, beispielsweise UMTS, bzw. WLAN oder GPS sind die gewichteten Faktoren dabei die abgeschätzten Signal-Rausch-Verhältnisse (SNR) des Symbols für jeden Finger. Im Falle digitaler Filterung sind die Gewichtungen die Zweier-Potenzen, welche zu den Filterkoeffizienten gehören.

Das Filterergebnis e_k wird wie folgt berechnet:

mit dem Koeffizienten

ergibt

Die Eingangs gestellte Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum parallelen Empfangen von Funksignalen unterschiedlicher Funk-Standards gelöst. Das Verfahren weist die Verfahrensschritte Entspreizen und Durchführen von Kanal-Korrekturen von in einem Rake-Empfänger empfangenen Funksignalen, insbesondere Mobilfunksignalen von Mobilfunksystemen der dritten Generation auf, wobei der Rake-Empfänger für empfangene Signale, welche auf Funk-Standards, insbesondere DAB und/oder DECT basieren, als digitaler Filter arbeitet.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die dort dargestellten Merkmale und auch die bereits oben beschriebenen Merkmale können nicht nur in der genannten Kombination, sondern auch einzeln oder in anderen Kombinationen erfindungswesentlich sein. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Rake-Empfängers;
2 ein Ausführungsbeispiel eines Multi-Mode-Terminals für UMTS und weitere Funk-Standards gemäß der vorliegenden Erfindung; und
3 eine bekannte Multi-Mode-Vorrichtung für UMTS und weitere Funk-Standards
1 zeigt eine schematische Darstellung einer möglichen Ausführungsform eines Rake-Empfängers. Der Rake-Empfänger 1 umfasst eine Korrelier-Einheit K und eine Maximal-Verhältnis-Übersetzungs-Einheit MRC (Maximal Ratio Combining). Die Korrelier-Einheit K umfasst einen Block 2, in welchem die Daten d0 bis dn eingeschrieben werden. In einem Block 3 sind die Code-Daten, d.h. Code-Bits mit Werten +1 oder –1, eingeschrieben. Ein Zeiger 4 bestimmt die jeweils zu multiplizierenden Daten der Blöcke 2 und 3. Die Korrelier-Einheit K kann entsprechend auch eine Vielzahl von Zeigern und Korrelatoren enthalten. Der Rake-Empfänger führt das Entspreizen und die Kanal-Korrektur der empfangenen Digitalsignale durch. Dazu wird das empfangene Signal in der Korrelier-Einheit K mit einer Bit-Sequenz, d.h. Code-Bits mit den Werten +1 oder –1, korreliert. Anschließend wird in der Maximal-Verhältnis-Übersetzungs-Einheit MRC eine Gewichtung mit den jeweiligen Koeffizienten hinzugefügt. Korrelationen mit Code-Bit-Sequenzen sind einfache Additions- oder Subtraktionsoperationen. Die Korrelationslänge ist eine Potenz von 2, von 2⁴ = 16 bis 2⁹ = 512. In der Maximal-Verhältnis-Übersetzungs-Einheit MRC wird das Signal zuerst in einen FIFO (first in first out)-Speicher 5 eingeschrieben und anschließend mit einem jeweiligen Koeffizienten 6 gewichtet. Das Signal durchläuft anschließend einen Akku 7 und wird wiederum in einen FIFO-Speicher 8 eingeschrieben.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei der Multi-Mode-Vorrichtung 10 durchläuft ein empfangenes Signal eine Schalteinheit 11, anschließend den Rake-Empfänger 12 und danach die Schalteinheit 16. Je nach dem, zu welchem Standard das empfangene Signal gehört, arbeitet der Rake-Empfänger 12 entsprechend als Rake-Empfänger, digitaler Filter oder Entspreizungs-Korrelator. Beispielsweise arbeitet der Rake-Empfänger für UMTS-Signale als normaler Rake-Empfänger. Für DAB- oder DECT-Signale arbeitet er als digitaler Filter und für Signale nach IEEE 802.11 und GPS-Signale als Entspreizungs-Korrelator. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die in diesem Ausführungsbeispiel angegebenen Funksignale beschränkt.
Damit GPS- und WLAN-Signale in einem UMTS-Rake-Empfänger verarbeitbar sind, sollte die Korrelations-Länge nicht auf Po tenzen von 2 beschränkt werden, sondern zumindest auf 1023 und 11 erweitert werden.
Bei Standards, welche besonders hohe Bitbreiten benötigen, können die Daten segmentiert werden. Folgende Implementierung ist beispielhaft denkbar:
Bei 8 Bit-Daten wird eine hohe Akku-Breite und ein normaler Schnittstellendurchsatz erwartet.
Bei 6 Bit-Daten, d.h. zwei Daten pro Abtastung, wird ein 2facher Schnittstellendurchsatz erwartet: d = dLSB + 2n·dMSB (5) ek = d·c = (dLSB + 2n·dMSB)·c = dLSB·c + 2n·dMSB·c (6)
Durch den Einsatz der Rake-Hardware für UMTS und weiterer Standards werden digitale Filter bzw. zusätzliche Vorverarbeitungseinheiten, welche für diese Standards benötigt werden, eingespart. Somit wird durch die vorliegende Erfindung weniger Hardware benötigt, was eine Volumen-Verkleinerung von Endgeräten ermöglicht und auch zu einer Kostenreduzierung führt.

Claims

Vorrichtung zum parallelen Empfang von Funksignalen unterschiedlicher Funk-Standards, aufweisend einen Rake-Empfänger (1; 10) mit einer Korrelier-Einheit (K) und einer Maximal-Verhältnis-Übersetzungs-Einheit (MRC), wobei der Rake-Empfänger geeignet ist, empfangene Funksignale, insbesondere Mobilfunksignale von Mobilfunksystemen der dritten Generation, zu entspreizen und Kanal-Korrekturen durchzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass der Rake-Empfänger geeignet ist, für empfangene Signale, welche auf Funk-Standards, insbesondere DAB und/oder DECT, basieren, als digitaler Filter zu arbeiten.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rake-Empfänger geeignet ist, für empfangene Signale drahtloser Funk-Standards, insbesondere dem IEEE 802.11 Standard, als Entspreizungs-Korrelator zu arbeiten.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rake-Empfänger geeignet ist, für empfangene Signale, welche auf Positionsbestimmungs-Standards, insbesondere dem GPS-Standard, basieren, als Entspreizungs-Korrelator zu arbeiten.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrelier-Einheit (K) geeignet ist, dessen Eingangssignal bitweise zu filtern.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maximal-Verhältnis-Übersetzungs-Einheit (MRC) geeignet ist, dessen Einganssignal Gewichtungen hinzuzufügen.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der als digitaler Filter arbeitende Rake-Empfänger geeignet ist, ein Filterergebnis
zu liefern, wobei d: abgetastete Daten;
c_ij: Bit j des Koeffizienten c_i; b_ij = –2 C_ij + 1; L: Filterlänge; B: Bits/Koeffizienten.
Verfahren zum parallelen Empfangen von Funksignalen unterschiedlicher Funk-Standards, aufweisend die Verfahrensschritte Entspreizen und Durchführen von Kanal-Korrekturen von in einem Rake-Empfänger (1; 10) empfangenen Funksignalen, insbesondere Mobilfunksignalen von Mobilfunksystemen der dritten Generation, dadurch gekennzeichnet, dass der Rake-Empfänger für empfangene Signale, welche auf Funk-Standards, insbesondere DAB und/oder DECT, basieren, als digitaler Filter arbeitet.
Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rake-Empfänger für empfangene Signale drahtloser Funk-Standards, insbesondere dem IEEE 802.11 Standard, als Entspreizungs-Korrelator arbeitet.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rake-Empfänger für empfangene Signale, welche auf Positionsbestimmungs-Standards, insbesondere dem GPS-Standard, basieren, als Entspreizungs-Korrelator arbeitet.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Korrelier-Einheit (K) in dem Rake-Empfänger (1) dessen Eingangssignal bitweise filtert.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Maximal-Verhältnis-Übersetzungs-Einheit (MRC) in dem Rake-Empfänger (1) dem Einganssignal der Maximal-Verhältnis-Übersetzungs-Einheit Gewichtungen hinzufügt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der als digitaler Filter arbeitende Rake-Empfänger ein Filterergebnis
liefert, wobei d: abgetastete Daten;
c_ij: Bit j des Koeffizienten c_i; b_ij = –2 C_ij + 1; L: Filterlänge; B: Bits/Koeffizienten.
Endgerät, insbesondere Mobilfunk-Endgerät, aufweisend eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Endgerät, insbesondere Mobilfunk-Endgerät, welches geeignet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12 zu verwenden.