DE10341546A1

DE10341546A1 - Verfahren und Kommunikationsvorrichtung zum Übertragen von Daten zu einer Empfangseinrichtung

Info

Publication number: DE10341546A1
Application number: DE2003141546
Authority: DE
Inventors: Elena Dr. Costa; Egon Dr. Schulz; Martin Weckerle; Guixia Kang
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-09-09
Filing date: 2003-09-09
Publication date: 2005-01-05

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Übertragen von Daten (d1, d2) einer Verbindung von einer Sendeeinrichtung (MT1) zu einer Empfangseinrichtung (AP) über eine Funk-Schnittstelle (V) eines Kommunikationssystems (G3) und entsprechende Kommunikationsvorrichtungen, wobei bei dem Verfahren senderseitig für die Übertragung ein Code (c1) als Pilotsequenz (t1) bereitgestellt und über die Funk-Schnittstelle (V) übertragen wird, als der Code (c1, c9) ein CAZAC-Code verwendet wird und empfängerseitig der Code (c1) für eine Kanalschätzung (JCE) verwendet wird. Vorteilhafterweise wird als das Kommunikationssystem ein Mehr-Teilnehmer-System oder ein Mehr-Antennen-System verwendet, wobei der Code verbindungsindividuell festgelegt wird. Gemäß der besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Code (c1) senderseitig vor der Übertragung über die Funk-Schnittstelle im Frequenzbereich bereitgestellt und in den Zeitbereich transformiert (IDFT).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Übertragen von Daten einer Verbindung von einer Sendeeinrichtung zu einer Empfangseinrichtung über eine Funk-Schnittstelle eines Kommunikationssystems mit den oberbegrifflichen Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. auf eine Kommunikationsvorrichtung mit den oberbegrifflichen Merkmalen des Patentanspruchs 12 bzw. 15.

Kommunikationssysteme mit einer Funk-Schnittstelle sollen zukünftig vermehrt Multimediadienstleistungen mit hohen Datenraten über Breitbandkanäle übertragen, wobei diese insbesondere mit Blick auf mobile Funksysteme der Standards der dritten Generation und höherer zukünftiger Standards empfindlich bezüglich hoch dispersiver, Frequenz-selektiver Ausblendungen (fading) und Doppler-Effekte sind. Bekannt ist eine Systemstruktur, die auf Versorgungsbereichen (service-areas) basiert, wobei eine Vielzahl mobiler Stationen als kombinierte Sende- und Empfangseinrichtungen über Zugriffspunkte (access points) mit einer zentralen Einrichtung (central unit) kommunizieren. Als Übertragungsschema wird das synchrone orthogonale Frequenzaufteilungs-Multiplexing (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) bevorzugt. Für Übertragungen in Aufwärtsrichtung, d. h. von den mobilen Stationen zu den Zugriffspunkten, werden Daten simultan, d.h. gleichzeitig im gleichen Frequenzbereich, durch die verschiedenen Stationen übertragen und mittels einer gemeinsamen Erfassung, die als Joint Detection (JD) aus S. Verdu, Multiuser Detection, Cambridge University Press, Cambrige, 1998 [2] bekannt ist, erfasst. In der umgekehrten Abwärtsrichtung zu verschiedenen mobilen Stationen werden simultan übertragene Signale mittels eines gemeinsamen Übertragungsverfahrens, der sogenannten Joint Transmission (JT), welche aus M. Meuer, P. W. Baier, T. Weber, Y. Liu, A. Papathanassion, „Joint transmission: advantageous DL concept for CDMA mobile radio systems using time division duplexing", IEE Electronics Letter, Band 11, Seiten 900–901, 2000 bekannt ist [3] erzeugt und übertragen.

Die Kenntnis bestehender Kanalübertragungsfunktionen zwischen den mobilen Stationen und den Zugriffspunkten, welche für Joint Detection und Joint Transmission erforderlich ist, wird durch eine sogenannte „Joint Channel Estimation" (JCE), d. h. eine gemeinsame Kanalabschätzung bei der Übertragung in Aufwärtsrichtung bestimmt, was aus A. Sklavos, I. Maniatis. T. Weber, P. W. Baier „Joint channel estimation in multi-user OFDM systems" in Proc.6th International OFDM Workshop (InOWo'01), Seiten 3-1–3-4, September, 2001, Hamburg [4] und I. Maniatis, T. Weber, A. Sklavos, Y. Liu, Pilots for joint channel estimation in multi-user OFDM mobile radio systems in Proc. IEEE 7 th International Symposium on Spread Spectrum Techniques & Applications (ISSSTA'02), Band 1, Seiten 44-48, September 2002, Prag [5] bekannt ist. Aufgrund der Anwendung des Zeitaufteilungs-Duplex-Verfahrens (TDD: Time Division Duplexing) in einem sogenannten Joint transmission and detection integrated network (JOINT), welches aus T. Weber, I. Maniatis, A. Sklavos, Y. Liu, „Joint transmission and detection integrated network (JOINT), a general proposal for beyond 3G systems", in Proc. 2002 Int. Conf. Telecommunications (ICT'2002), pp. 479–483, Juni 2002, Bejing, China [1] bekannt ist, kann diese Kenntnis aus dem Aufwärtsverbindungs-Kanal auch für Übertragungen in Abwärtsrichtungen verwendet werden.

JCE ist eine pilot-unterstützte Mehr-Teilnehmer-Kanalabschätzungs-Verfahrensweise, wobei die Kanalübertragungsfunktionen aller mobiler Stationen bzw. Sendeeinrichtungen simultan innerhalb eines Versorgungsbereichs bei der Empfangseinrichtung gemeinsam geschätzt werden [1]. Bei einem OFDM-System übertragen dabei alle aktiven Teilnehmer mittels derer Sendeeinrichtungen deren zugeordnete Pilotsymbole über die gesamte Bandbreite innerhalb vorgegebener OFDM-Symbolperioden. Möglich ist auch, dass für die Übertragung der Pilotsymbole nicht die gesamte Bandbreite verwendet wird.

Das Ziel der JCE besteht darin, durch die Schätzung der Kanalübertragungsfunktionen jeder Sendeeinrichtung das Eliminieren der Mehrfach-Zugriffs-Interferenz in dem Mehr-Teilnehmer-OFDM-System zu ermöglichen. Beim Senden in Abwärtsrichtung von einer Vielzahl von Zugriffspunkten bzw. Antennen soll das Gesamtsendesignal bei den einzelnen Orten der Empfangseinrichtung eine minimale Interferenz erzeugen.

Dieser Schätzungsprozess führt jedoch üblicherweise zu einer Rauschverstärkung. Bekannt ist [4] die Verschlechterung des Signal-Rausch-Leistungsverhältnisses am Ausgang der Schätzungseinrichtung für die gemeinsame Kanalschätzung als Kriterium für die Bestimmung der Leistungsfähigkeit der JCE beim Vorliegen von Rauschen einzuführen. Dies wird als das Leistungsverhältnis zwischen dem Signal-Rausch-Leistungsverhältnis am Ausgang der Schätzungseinrichtung im Einzel-Teilnehmer-Fall, bei dem die Sendeeinrichtung exklusiv die ganze Bandbreite zum Übertragen der Pilot-Symbole innerhalb des vorgegebenen OFDM-Symbols verwenden kann, und dem Signal-Rausch-Verhältnis definiert, welches am Ausgang der Schätzungseinrichtung im Fall mehrerer Sendeeinrichtungen erzielt wird. Erzielt werden soll eine JCE ohne eine Rauschverstärkung gegenüber dem Einzel-Teilnehmer-Szenario bzw. eine entsprechende Verschlechterung des Signal-Rausch-Leistungsverhältnisses gleich 0-dB.

Ein anderes Problem bei Mehr-Teilnehmer-OFDM-Systemen besteht im Spitzenwert-zu-Durchschnittswert-Leistungsverhältnis (PAPR: Peak-to-Average Power Ratio). Da ein OFDM-Signal aus einer Anzahl unabhängig modulierter Subträger besteht, kann, wenn diese kohärent aufaddiert werden, ein großes Spitzenwert-zu-Durchschnittswert-Leistungsverhältnis entstehen. Dies führt zu Nachteilen, wie einer erhöhten Komplexität der er forderlichen Analog- Digital- und Digital- Analog-Umsetzungseinrichtung bzw. -Wandler und reduziert die Effizienz von Funksequenz-Leistungsverstärkern.

Sowohl das Problem der Rauschverstärkung als auch das Problem der Spitzenwert-zu-Durchschnittswert-Leistungsverhältnisse bei der Anwendung von JCE in einem Mehrträgersystem, insbesondere Mehr-Teilnehmer-OFDM-System, in dem mehrere Teilnehmer gleichzeitig im gleichen Frequenzband, d.h. unter Verwendung der gleichen Sub-Träger, übertragen, kann durch das geeignete Entwerfen von Pilot-/Trainings-Sequenzen für mehrere Teilnehmer bzw. mehrere Stationen in dem betrachten Versorgungsbereich behandelt werden, so dass eine genaue Kanalschätzung für jede Sendeeinrichtung durch das JCE-Verfahren ermöglicht wird. Bekannt sind [5] drei Arten von Pilot-Sequenzen, sogenannte Random-Pilot-Sequenzen, Pilot-Sequenzen, welche auf disjunkten Sub-Trägern übertragen werden, und Pilotsignale, die auf Walsh-Codes beruhen. Die beiden letztgenannten Pilot-Sequenzen ermöglichen ein Signal-Rausch-Verschlechterungsverhältnis von 0-dB, führen somit zu keiner Rauscherhöhung. Diese Pilotsignale führen jedoch zu einer schlechten Leistungsfähigkeit mit Blick auf das Spitzenwert-zu-Durschnittswert-Leistungsverhältnis, welches hoch wird. Bei der Erstellung eines Walsh-Codes wird eine Walsh-Hadamard-Matrix aufgebaut, deren erste Spalte unabhängig von der Matrixgröße durchgehend aus „1"-Werten besteht. Wenn ein solcher Walsh-Code als Pilot-Sequenz für eine Sendeeinrichtung in einem OFDM-Symbol verwendet wird, dann führt eine Summation über alle Subträger, welche durch eine inverse Fouriertransformation in der Symbolperiode durchgeführt wird, zu einem im Zeitbereich modulierten Signal mit einem extrem großen Spitzenwert-zu-Durchschnittswert-Leistungsverhältnis. Die bekannten Pilot-Sequenzen können daher nicht sowohl das Problem der Rausch-Vergrößerung als auch das Problem eines hohen Spitzenwert-zu-Durchschnittswert-Leistungsverhältnisses zugleich lösen.

Aus B. Steiner, P. Jung, „Optimum and sub optimum channel estimation for the uplink of CDMA mobile radio systems with Joint detection", Eur. Trans. Telecommun. Related Techniques, Band 15, Nr. 1, Seiten 39–50, 1994 [7] sind allgemeine Überlegungen zu JCE bekannt.

Bekannt sind aus R. C. Heimiller, „Phase Shift Pulse Codes with Good Periodic Correlation Properties", IRE Trans. Information Theory, pp. 254–257, Oktober 1961 [6] sogenannte CAZAC-Code (Constant-Amplituden-Nullwert-Autokorrelations-Code), welche als Merkmal eine nullphasige Auto-Korrelation mit konstanter Amplitude aufweisen und deren Einsatz im Bereich der Radartechnik vorgeschlagen wird. Als Merkmal weist der Code somit eine konstante Amplitude und eine Autokorrelationsfunktion auf, die mit Ausnahme der Korrelationsspitze den Wert Null hat. Dies bedingt, dass der Wert an der Korrelationsspitze reell und damit nullphasig ist. Gleiches gilt für den Rest der Autokorrelation. Angegeben wird auch die theoretische Möglichkeit des Einsatzes bei einem Verfahren zum Synchronisieren eines Impulsecode-basierten Kommunikationssystems. Sequenzen, die auf einem CAZAC-Code beruhen, weisen nach dem Durchführen einer inversen diskreten Fourier-Transformation im Zeitbereich eine konstante Amplitude auf. Das vorgeschlagene Verfahren zum Erzeugen eines CAZAC-Codes beruht auf der Auswahl einer Primzahl größer als 1, zu der eine entsprechende Anzahl von Wurzeln auf dem komplexen Einheitskreis, d.h. Wurzeln der Form e^–j(2π ^k/p) mit 0 < k < p – 1 bestehen, wobei p der gewählten Primzahl und k einem Laufindex entsprechen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Übertragen von Daten bzw. eine Kommunikationsvorrichtung zum Übertragen von Daten einer Verbindung über eine Funk-Schnittstelle bereit zu stellen, welche eine geringe oder nicht vorhandene Rauschsteigerung und ein gutes Spitzenwertzu-Durchschnittswert-Leistungsverhältnis ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Übertragen von Daten einer Verbindung von einer Sendeeinrichtung zu einer Empfangseinrichtung über eine Funk-Schnittstelle eines Kommunikationssystems mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. eine Kommunikationsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 bzw. 15 gelöst. Die Kommunikationsvorrichtung weist insbesondere Vorrichtungsmerkmale zum Umsetzen der bevorzugten Verfahrensschritte auf.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden bei einem Verfahren zum Übertragen von Daten über zumindest zwei Sendesignale über eine Funk-Schnittstelle eines Kommunikationssystems, bei dem über die Sendesignale jeweils eine individuelle Pilotsequenz für eine Kanalschätzung über die Funk-Schnittstelle übertragen wird, als die Pilot-Sequenzen CAZAC-Codes verwendet.

Vorrichtungsgemäß weist eine entsprechend bevorzugte Kommunikationsvorrichtung als Sendeeinrichtung zum Übertragen von Daten über zumindest zwei Sendesignale über eine Funk-Schnittstelle eines Kommunikationssystems vorzugsweise eine Codeeinrichtung zum Bereitstellen jeweils einer individuellen Pilotsequenz für über die Sendesignale für eine Kanalschätzung auf, wobei die Codeeinrichtung zum Ausgeben von CAZAC-Codes als Pilotsequenzen ausgebildet ist. Eine Kommunikationsvorrichtung als Empfangseinrichtung zum Empfangen von einer individuellen Pilotsequenz und von Daten von einer Sendeeinrichtung über eine Funk-Schnittstelle eines Kommunikationssystems weist vorzugsweise ein Empfangsmodul zum Empfangen der Pilotsequenz und der Daten und zumindest eine Schätzungseinrichtung zum Durchführen einer Kanalschätzung anhand der empfangenen Pilotsequenz zum Rekonstruieren der ursprünglichen Daten aus den empfangenen Daten unter Berücksichtigung eines Ergebnisses der Kanalschätzung auf, wobei die Kommunikationsvorrichtung als Empfangseinrichtung für ein Mehr-Teilnehmer-Kommunikationssystem oder als Empfangseinrichtung eines Mehr-Antennen-Kommunikationssystems ausgebildet ist und wobei die Schätzungseinrichtung zum Verwenden von CAZAC-Codes als Pilotsequenzen zum Durchführen der Kanalschätzung ausgebildet ist. Die Kommunikationsvorrichtung weist außerdem eine Transformationseinrichtung zum Durchführen einer Transformation, insbesondere Fourier-Transformation über die empfangenen Pilotsequenzen vom Zeit- in den Frequenzbereich auf.

Verfahrens- und vorrichtungsgemäß werden somit als Pilotsequenzen spezielle CAZAC-Codes verwendet, um eine Kanalschätzung in einem Funk-Kommunikationssystem mit gemeinsamer Kanalschätzung für eine Vielzahl von Sendesignalen durchzuführen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.

Ausgehend von einem allgemeinen Verfahren zum Übertragen von Daten einer Verbindung mittels Sendesignalen von einer Sendeeinrichtung zu einer Empfangseinrichtung über eine Funk-Schnittstelle eines Kommunikationssystems, bei dem senderseitig bei der Übertragung ein Code als Pilotsequenz bereit gestellt und über die Schnittstelle übertragen wird, wobei der Code empfängerseitig für eine Kanalschätzung verwendet wird, wird als der Code ein CAZAC-Code für eine bevorzugte Anwendung in einem Mehr-Teilnehmer-System und/oder Mehr-Antennen-System als dem Kommunikationssystem verwendet, wobei der Code verbindungsindividuell festgelegt wird. Der Code wird dabei somit einer Verbindung zwischen einer bestimmten Sendeeinrichtung und einer bestimmten Empfangseinrichtung des Mehr-Teilnehmer-Systems zugeordnet. Weiteren Verbindungen werden eigene Codes zugeordnet. Dabei können weitere Verbindungen darin bestehen, dass eine oder mehrere Sendeeinrichtungen im Sinne eines Mehr-Antennen-Systems über mehrere Sendeantennen verfügen, die gleichzeitig im gleichen Frequenzband unterschiedliche Datenströme übertragen. Weitere Verbindungen können über mehrere Sendeeinrichtungen mit je einer Sendeantenne aufgebaut werden, die gleichzeitig im gleichen Frequenzband unterschiedliche Datenströme übertragen.

Vorrichtungsgemäß umfasst die bevorzugte Ausführungsform eine Kommunikationsvorrichtung zum Übertragen von Daten einer Verbindung mittels Sendesignalen zu einer Empfangseinrichtung über eine Funk-Schnittstelle eines Kommunikationssystems mit einer Datenquelle zum Bereitstellen der Daten und einer Code-Einrichtung zum Zuführen des Codes zum Übertragen des Codes über die Funk-Schnittstelle, wobei die Code-Einrichtung zum Bereitstellen des Codes als ein CAZAC-Code ausgebildet oder gesteuert ist und die Kommunikationsvorrichtung als Sendeeinrichtung für ein Mehr-Teilnehmer- und/oder Mehr-Antennen-Kommunikationssystem ausgebildet ist, wobei die Code-Einrichtung außerdem den Code verbindungsindividuell bereitstellt.

Gemäß besonders bevorzugter Ausführungsform wird der Code verfahrensgemäß senderseitig vor der Übertragung über die Funk-Schnittstelle im Frequenzbereich bereit gestellt und in den Zeitbereich transformiert, was durch die Verwendung eines CAZAC-Codes zum Bereitstellen einer Pilotsequenz mit dem für sich bekannten Verhalten beim Durchführen einer Fouriertransformation vorteilhafterweise sowohl eine Signal-Rausch-Verhältnis-Verschlechterung von 0 dB, insbesondere bei einer gemeinsamen Kanalschätzung (JCE) am Empfänger als auch ein vorteilhaftes Spitzenwert-zu-Durchschnittswert-Leistungsverhältnis in einem Mehrträgersystem mit mehreren Teilnehmern bzw. mehreren Sendeeinrichtungen ermöglicht.

Vorrichtungsgemäß weist die Kommunikationsvorrichtung entsprechend eine Transformationseinrichtung, insbesondere Fouriertransformationseinrichtung zum Durchführen einer Transformation vom Frequenz- in den Zeitbereich auf, welcher von der Code-Einrichtung der Code zugeführt wird, so dass der Code der Transformation unterzogen wird. Vorrichtungsgemäß ist eine Umsetzung durch eine Vielzahl einzelner Bauelemente mög lich. Möglich ist aber auch der Einsatz komplexer Vorrichtungsstrukturen mit einer entsprechenden Steuerung, beispielsweise bei Einsatz einer integrierten Schaltungsanordnung bzw. eines entsprechend gesteuerten Prozessors.

Derartige Verfahren bzw. Kommunikationsvorrichtungen ermöglichen insbesondere einen Einsatz des für sich bekannten OFDM-Verfahrens für die Übertragung.

Die Bereitstellung von derartigen Codes erfolgt vorteilhafterweise durch den Aufbau einer Codematrix aus einer vektoriellen CAZAC-Sequenz, welche einen solchen Code ausbildet, aus einer Spalte oder Zeile und der entsprechend positionsversetzten Anordnung der selben Sequenz als weitere Spalten bzw. Zeilen. Eine Vielzahl von Codes kann durch das Bilden von Sub-Matrizen aus der Codematrix bereitgestellt werden, wobei vorteilhafterweise auf eine möglichst große Distanz zwischen den einzelnen Codes beim Bilden der Sub-Matrizen geachtet wird.

Bei einer Untergliederung einer Region in Versorgungsbereiche, welche bei für sich bekannten Kommunikationssystemen auch als Funkzellen oder Servicebereiche bekannt sind, werden den Sendeeinrichtungen innerhalb eines Versorgungsbereichs Codes jeweils einer solchen Sub-Matrix zugeordnet. Um eine solche Zuordnung zu ermöglichen wird beim Aufbau der Code-Matrix jeder der Sub-Matrizen eine Anzahl von Codes entsprechend der Anzahl der Sendeeinrichtungen in dem Versorgungsbereich zugeordnet. Benachbarten und sich gegebenenfalls überschneidenden Versorgungsbereichen wird jeweils eine andere der Sub-Matrizen mit entsprechenden Codes aus der Code-Matrix zugewiesen.

Die Bereitstellung der Codes, Sub-Matrizen und Code-Matrix erfolgt vorteilhafterweise durch eine übergeordnete zentrale Steuereinrichtung des Kommunikationssystems, wobei die Sub-Matrizen und/oder Codes Empfangseinrichtungen und Sendeein richtungen innerhalb entsprechender Versorgungsbereiche zugeordnet bzw. übergeben werden. Dabei ist insbesondere auch eine einmalige Festlegung möglich, um gemäß einer Standardeinstellung Sendeeinrichtungen und Empfangseinrichtungen mit einem Basissatz von Codes bei deren Bereitstellung unabhängig von dem aktuellen Versorgungsbereich auszustatten.

Empfängerseitig wird entsprechend vorzugsweise ein Verfahren angewendet, bei dem der empfangene und gegebenenfalls durch die Übertragung über die Funkschnittstelle veränderte Code nach der Übertragung über die Funk-Schnittstelle im Zeitbereich bereitgestellt und vor dem Durchführen der Kanalschätzung in den Frequenzbereich transformiert wird. Eine entsprechende Kommunikationsvorrichtung weist vorzugsweise ein Empfangsmodul zum Empfangen eines Codes und von Daten, die gegebenenfalls bei der Übertragung über die Funk-Schnittstelle verändert wurden, und eine Schätzungseinrichtung zum Durchführen einer Kanalschätzung anhand des empfangenen Codes sowie einer Einrichtung zum Rekonstruieren der ursprünglichen Daten auf, die auf die geschätzten Kanäle zurückgreift, wobei die Kommunikationsvorrichtung vorteilhafterweise als Empfangseinrichtung für ein als Mehr-Teilnehmer-System oder Mehr-Antennen-System ausgelegtes Kommunikationssystem ausgebildet ist, der Code ein CAZAC-Code ist, der verbindungsindividuell zugeordnet ist, und wobei die Kommunikationsvorrichtung eine Transformationseinrichtung zum Durchführen einer Transformation des empfangenen Codes vom Zeit- in den Frequenzbereich aufweist oder steuert.

Vorteilhafterweise wird für eine Kommunikationseinrichtung zum Übertragen von Daten eine Kanalschätzeinrichtung bereit gestellt, die in der Lage ist die Übertragungsfunktionen der unterschiedlichen Kanäle über die simultan unterschiedliche Daten übertragen werden, zu schätzen, ohne dass bei dem Schätzvorgang eine Rauscherhöhung stattfindet. Zudem wird bei der Anwendung auf OFDM basierte Systeme ein gutes Spitzenwert-zu-Durchschnittswert-Leistungsverhältnis ermöglicht.

Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

1 ein beispielhaftes Kommunikationssystem mit zwei mobilen Stationen als Sende-/Empfangseinrichtungen, einer Basisstation als Zugriffspunkt in einem Versorgungsbereich sowie einer übergeordneten zentralen Steuereinrichtung, wobei die zentrale Steuereinrichtung auch zur Steuerung eines weiteren skizzierten Versorgungsbereichs zuständig ist; und

2 eine beispielhafte Vorrichtungsanordnung zum Erzeugen eines CAZAC-Codes.

Wie aus 1 ersichtlich, ist zur Veranschaulichung der Verwendung des für sich bekannten CAZAC-Codes als Pilotsequenz ein Mehrträger-Kommunikationssystem gemäß beispielsweise dem Standard G3 einsetzbar. Eine Übertragung auf andere derzeitige oder zukünftige Kommunikationssysteme ist prinzipiell möglich. Die dargestellten Vorrichtungen, Einrichtungen und die beschriebenen Verfahrensschritte sind somit rein beispielhaft erläutert. Während bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Übertragung von Daten und Codes in Aufwärtsrichtung (Uplink) dargestellt ist, ist prinzipiell auch eine Übertragung in umgekehrter Richtung, d. h. Abwärtsrichtung (Downlink) von einer netzseitigen Basis- bzw. Zugriffsstation AP zu teilnehmerseitigen Stationen MT1, MT2 möglich. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel dienen die teilnehmerseitigen, insbesondere mobilen Stationen entsprechend als Sendeeinrichtungen MT1, MT2 und der Zugriffspunkt AP als Empfangseinrichtung.

Ein Versorgungsbereich (service area) SA weist somit mindestens einen Zugriffspunkt AP zum Aufbauen einer Funk-Schnittstelle V für die Kommunikation mit den teilnehmerseitigen Station MT1, MT2 auf. Der Zugriffspunkt AP ist als netzseitige Station mit einer Antenne dargestellt. Einsetzbar ist auch eine Vielzahl von einzelnen Zugriffspunkten an einer oder mehreren Stationen bei einem Mehr-Antennen-System. Für zukünftige Systeme sind auch Versorgungsbereiche mit mehreren Zugriffspunkten innerhalb eines einzelnen Versorgungsbereiches geplant. Der dargestellte Zugriffspunkt AP steht mit einer zentralen Einrichtung CU, insbesondere Steuereinrichtung als übergeordneter Vorrichtung des Kommunikationssystems G3 in Verbindung. Die zentrale Einrichtung CU kann zentrale Aufgaben übernehmen, eine Kommunikation mit anderen und benachbarten Kommunikationssystemen und eine Koordinierung von verfügbaren Codes c1, c2 ..., c16 sowie die entsprechende Zuordnung der Codes c1, c9 zu den jeweiligen Zugriffspunkten AP bzw. zu den jeweiligen, diesen zugeordneten Sendesignalen und teilnehmerseitigen Stationen MT1, MT2 organisieren. Dargestellt ist auch ein weiterer Versorgungsbereich SAx als ein dem Versorgungsbereich SA benachbarter Versorgungsbereich SAx, mit ebenfalls zumindest einem Zugriffspunkt APx, welcher mit der zentralen Einrichtung CU in Verbindung steht.

Für die Übertragung von Daten und Codes mittels entsprechender Sendesignale über die Funk-Schnittstelle V dient als Träger ein Frequenzband mit einer Vielzahl von Frequenzkanälen als Subträgern. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel stehen beispielhaft N_F = 16 Subträger pro Versorgungsbereich SA, SAx zur Verfügung. Bei einem Joint Detection/Transmission System entspricht dies auch N_F Codes. Weiterhin wird davon ausgegangen, dass beim vorliegenden Ausführungsbeispiel maximal eine Anzahl von K = 2 teilnehmerseitigen Stationen als Sendeeinrichtungen MT1, MT2 innerhalb des Versorgungsbereichs SA zugleich mit dem Zugriffspunkt AP kommunizieren. Jeder Sendeeinrichtung MT1, MT2 könnten somit insgesamt W = 8 Subträger oder Codes für die Übertragung in Aufwärtsrichtung zur Verfügung gestellt werden.

Die zentrale Einrichtung CU kann einen Codegenerator GEN aufweisen, welcher eine Vielzahl N_F von Codes c1, c2... c16 be reitstellt, insbesondere je nach Bedarf erzeugt. Die Codes c1, ... werden als CAZAC-Sequenzen bereitgestellt, wobei dem Versorgungsbereich SA bzw. den in diesem verwendeten Sendesignalen von der zentralen Einrichtung CU bei dem Beispiel mit zwei Sendeeinrichtungen MT1, MT2 zwei Codes c1, c9 in Form einer ersten Sub-Matrix P1(c1, c9) bereitgestellt werden. Dem weiteren Versorgungsbereich bzw. den darin verwendeten Sendesignalen wird ein anderes Code-Paar c5, c16 in Form einer zweiten Sub-Matrix P5 (c5, c13) bereitgestellt.

Alternative Ausführungsformen können auch vorsehen, dass die Code-Erzeugung und/oder Code-Bereitstellung in anderen Einrichtungen, beispielsweise den Zugriffspunkten selber erfolgt oder für das Kommunikationssystem feste Codes und Code-Folgen bereitgestellt werden. Insbesondere in letzterem Fall können diese dann direkt bei Fertigung der Sendeeinrichtungen und Empfangseinrichtungen in diesen fest eingespeichert werden. Weiterhin sind Kombinationslösungen möglich, bei denen einzelne Sende- und Empfangseinrichtungen sowohl Standard-Codes eingespeichert bekommen als auch zusätzliche und versorgungsbereich-individuelle Codes zugeteilt bekommen können.

Eine weitere alternative Ausführungsform könnte vorsehen, dass mehrere Zugriffspunkte AP, beispielsweise die Zugriffspunkte AP1 und AP2, die in einem Versorgungsbereich SA verwendet werden, einer zentralen Einheit CU zugeordnet sind. In diesem Fall könnte die Datenverarbeitung und/oder Kanalschätzung in die zentrale Einheit CU verlagert werden. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass eine gemeinsame Datenschätzung aller Teilnehmersignale, die an allen der zentralen Einheit CU zugeordneten Zugriffspunkten AP empfangen werden, gemeinsam in der zentralen Einheit CU durchgeführt werden kann. Die Komplexität der Zugriffspunkte AP wird dadurch verringert und in der gemeinsamen Kanal- und Datenschätzung können zusätzlich räumliche Signalausbreitungseigenschaften gewinnbringend ausgenutzt werden. Die gemeinsame Kanalschätzung JCE für alle teilnehmenden Signale MT1, MT2 kann dabei sepa rat für jeden Zugriffspunkt AP1, AP2, wenn keine zusätzliche Information über die räumlichen Eigenschaften der Kanäle und/oder der Interferenz aus benachbarten Versorgungsgebieten ausgenutzt werden kann, oder auch gemeinsam über alle Zugriffspunkte durchgeführt werden, indem zusätzlich Informationen über die räumlichen Eigenschaften der Kanäle und/oder der Interferenz aus benachbarten Versorgungsgebieten ausgenutzt werden.

Beim Senden über die Zugriffspunkte zu den teilnehmerseitigen Stationen MT1, MT2 kann in der zentralen Einheit CU ein gemeinsames Sendesignal im Sinne von Joint Transmission erzeugt werden.

Beim anhand der Zeichnung erläuterten Ausführungsbeispiel wird die Sub-Matrix P1 von der zentralen Einrichtung CU zum Zugriffspunkt AP über eine entsprechende Verbindung und Schnittstelle I zwischen diesen beiden übertragen. Der Zugriffspunkt AP speichert die Sub-Matrix P1 in seiner Speichereinrichtung M, um zu einem späteren Zeitpunkt bei einer durchzuführenden Kanalschätzung nach dem Empfang von Codes über die Funk-Schnittstelle V auf die abgespeicherten Codes c1, c9 der Sub-Matrix P1 als Referenz-Codes zurückgreifen zu können. Außerdem wird jeder der teilnehmerseitigen Stationen bzw. im vorliegenden Ausführungsbeispiel Sendeeinrichtungen MT1, MT2 jeweils entweder die Sub-Matrix P1 und/oder der entsprechend zugeordnete Code c1 bzw. c9 übermittelt. Die Sendeeinrichtungen MT1, MT2 speichern den empfangenen Code c1 bzw. c9 und/oder die Sub-Matrix P1 in ihrem Speicher M, um bei der Vorbereitung einer Datenübertragung zu einem späteren Zeitpunkt auf den zugeordneten Code c1 bzw. c9 zugreifen zu können.

Zur Übertragung der Sub-Matrix P1 und/oder des Codes c1 bzw. c9 in Abwärtsrichtung über die Funk-Schnittstelle V weist der Zugriffspunkt AP ein Sendemodul TX auf und die beiden teilnehmerseitigen Stationen MT1, MT2 weisen jeweils ein Empfangsmodul RX auf, wobei diese Module denen für übliche Ab wärtsübertragungen entsprechen. Für die Übertragung in Aufwärtsrichtung weisen die beiden teilnehmerseitigen Stationen bzw. Sendeeinrichtungen MT1, MT2 jeweils ein Sendemodul TX und der Zugriffspunkt AP ein Empfangsmodul RX auf. Weiterhin weisen diese Einrichtungen AP, MT1, MT2 jeweils eine Steuereinrichtung C-AP bzw. C auf, welche zur Steuerung der Einrichtung sowie gegebenenfalls auch zur Datenverarbeitung dienen. Neben den aufgeführten Einrichtungen und Elementen sowie den genannten Verfahrensschritten werden üblicherweise weitere solche Einrichtungen, Elemente und Verfahrensschritte vorgesehen, wobei vorliegend im Wesentlichen nur Aspekte aufgeführt werden, welche für das Grundverständnis des vorliegenden Verfahrens sowie der Vorrichtungen erforderlich sind.

Nachfolgend wird die Übertragung von Daten d1, d2 der ersten Station MT1 als Sendeeinrichtung MT1 zum Zugriffspunkt AP betrachtet. Die Daten d1, d2 sind beispielsweise digitalisierte Sprachdaten eines Mobilfunkgerätes oder von einem Computer bereit gestellte Daten, welcher die Station MT1 als Sendeeinrichtung MT1 verwendet. Die Daten d1, d2 werden beispielsweise von der Steuereinrichtung C der Station MT1 bereit gestellt.

Die Daten d1, d2 werden nach einer entsprechenden Vorverarbeitung einer Seriell/Parallel-Umsetzungseinrichtung S/P zugeführt und auf eine Vielzahl NF von parallelen Leitungen umgesetzt. Die Vielzahl NF der Leitungen entspricht dabei der Anzahl von Subträgern im Kommunikationssystem. Die zugeführten Daten d1, d2 werden von der Seriell/Parallel-Umsetzungseinrichtung S/P entsprechend der Reihenfolge ihres Eintreffens auf die Leitungen gesetzt oder, sofern die Daten d_i vektoriell geordnet sind, jeweils nacheinander auf die Leitungen gesetzt, wobei jede Leitung eine der vektoriellen Datenkomponenten d_i = (d_i,1, ..., d_i,NF) eines d_i-ten Datenvektors bzw. einer entsprechenden Datenfolge zugewiesen bekommt.

Bevor die Daten d1, d2 der Seriell/Parallel-Umsetzungseinrichtung S/P zugeführt werden, wird der Seriell/Parallel-Umsetzungseinrichtung S/P der Code c1 zugeführt, welcher der Sendeeinrichtung MT1 für die Übertragung über die Funk-Schnittstelle V zugewiesen ist. Der Code c1 ist ebenfalls vektoriell aufgebaut mit allgemeinen Vektorelementen c_i = (c_i,1, ..., C_i,NF) , wobei i als Index des Codes für die entsprechende Sendeeinrichtung MT1 zugewiesen wird.

Die Ausgangsleitungen der Seriell/Parallel-Umsetzungseinrichtung S/P führen in eine Transformationseinrichtung IDFT zum Durchführen einer Transformation vom Frequenzbereich in den Zeitbereich. Bei der Transformationseinrichtung IDFT handelt es sich vorzugsweise um eine Einrichtung zum Durchführen einer inversen diskreten Fouriertransformation oder einer schnellen Fouriertransformation. Entsprechend weist die Transformationseinrichtung IDFT eine Vielzahl N_F von Ausgangsleitungen auf, welche einer Parallel/Seriell-Umsetzungseinrichtung P/S zugeführt werden. Die Parallel-Seriell-Umsetzungseinrichtung P/S setzt die über die Vielzahl N_F von Leitungen eintreffenden Daten aufeinanderfolgend auf eine einzelne Leitung um, welche direkt zum Sendemodul TX oder vorzugsweise zu einer Einrichtung ACP zum Addieren eines zyklischen Prefix ACP führt. Ein zyklischer Prefix wird an jedes OFDM-Symbol angehängt, um eine mögliche Zwischen-Symbol-Interferenz (ISI: Inter-Symbol Interference) zu vermeiden. Von der Einrichtung zum Addieren des zyklischen Prefix ACP, welche beispielsweise für den Einsatz eines Kommunikationssystem gemäß dem Standard G3 bevorzugt eingesetzt wird, führt eine weitere Leitung zum Sendemodul TX.

Die Sendeeinrichtung MT1 stellt somit eine Abfolge aus einem Code c1 und nachfolgend Daten d1, d2 im Frequenzbereich nacheinander bereit, transformiert diese jeweils in den Zeitbereich, woraufhin eine zeitliche Werteabfolge t_i = (t_i,1, ..., t_i,NF) erzeugt wird, welche dann dem Sendemodul TX zur Übertragung über die Funk-Schnittstelle V zugeführt wird.

Beim Zugriffspunkt AP empfängt das Empfangsmodul RX diese zeitlich aufeinanderfolgenden Werte t1 – t3 = (t_1,1, t_1,2, ... t_1,NF, t_2,1, ...) und führt diese einer Verarbeitungseinrichtung für empfangende Daten innerhalb des Zugriffspunkts AP oder ggf. innerhalb der zentralen Einheit CU zu.

In dem Zugriffspunkt AP werden die in zeitlicher Abfolge eintreffenden Werte t1-t3 einer Seriell/Parallel-Umsetzungseinrichtung S/P zugeführt, welche wiederum eine Umsetzung der eintreffenden seriellen Daten bzw. Werte auf eine Vielzahl N_F von parallelen Datenleitungen vornimmt. Diese Vielzahl N_F von Datenleitungen leitet die Daten zu einer Transformationseinrichtung DFT zum Durchführen einer Transformation vom Zeitbereich in den Frequenzbereich zu. Die Transformationseinrichtung DFT wird vorzugsweise durch eine Einrichtung zum Ausführen einer diskreten Fourier-Transformation oder einer schnellen Fourier-Transformation ausgebildet. Aus der Transformationseinrichtung DFT führt eine entsprechende Vielzahl N_F von Ausgangsleitungen zu einer weiteren Datenverarbeitungseinrichtung in Form einer Schätzungseinrichtung JCE zum Durchführen einer gemeinsamen Kanalschätzung (Joint Channel Estimation). Die von der Transformationseinrichtung DFT ausgegebenen transformierten Daten h bilden zu einem ersten Zeitpunkt auf der Vielzahl N_F von Leitungen den rücktransformierten Code c1 ab, der noch durch Übertragungsstörungen gestört sein kann. Nach der Ausgabe der vektoriellen Datengröße h mit den skalaren Unterkomponenten entsprechend der Vielzahl N_F von Leitungen werden aufeinanderfolgend jeweils die rekonstruierten und in den Frequenzbereich transformierten Kanalkoeffizienten als vektorielle Größen über die N_F Leitungen verteilt ausgegeben. Die Leitungen führen optional direkt zu der Schätzungseinrichtung JCE, die eine für sich bekannte Joint Channel Estimation als gemeinsame Schätzung unter Berücksichtigung des empfangenen und bei der Übertragung über die Funk-Schnittstelle V gegebenenfalls durch Störeinflüsse veränderten Codes h im Vergleich zu dem ursprünglichen Code c1 durchführt. Der ursprüngliche Code c1 wird beispielsweise aus der Speichereinrichtung M des Zugriffspunktes AP bereit gestellt.

Bei der dargestellten, üblichen Ausführungsform führen die leitungen vom Ausgang der Transformationseinrichtung DFT über einen Demultiplexer DEMUX zu einerseits der Schätzungseinrichtung JCE für die Kanalschätzung und andererseits einer üblicherweise separaten Datenschätzungseinrichtung DS zur Datenschätzung, in der die empfangenen und in den Frequenzbereich transformierten Daten d₁*, d₂* verarbeitet werden, um auf einer Ausgangsleitung von der Datenschätzungseinrichtung im Idealfall unter Berücksichtigung der Ausgabe der Kanalschätzeinrichtung JCE vollständig rekonstruierte ursprüngliche Daten d1, d2 auszugeben. Diese werden dann einer weiteren Verarbeitung beispielsweise in der Steuereinrichtung C-AP des Zugriffspunkt AP zugeführt. Die Erkenntnisse der Kanalschätzung werden insbesondere auch zum Konstruieren eines Sendesignals in Abwärtsrichtung verwendet.

Wie beschrieben, werden verfahrensgemäß sogenannte CAZAC-Codes verwendet, welche beispielsweise in für sich bekannter Art und Weise [6] hergeleitet werden können. Insbesondere vorteilhaft ist ein Verfahren zum Bereitstellen von Pilot-Sequenzen auf Basis eines CAZAC-Codes, wobei die Pilot-Sequenzen gemäß der bevorzugten Ausführungsform für eine gemeinsame Kanalschätzung JCE in einem Mehr-Teilnehmer-OFDM-System verwendet werden. Wie bei für diesen Zweck bekannten Pilot-Sequenzen, welche auf Walsh-Codes beruhen, bieten auch die Pilot-Sequenzen, welche auf einem CAZAC-Code beruhen, eine sehr gute bzw. optimale Umsetzung der gemeinsamen Kanalschätzung JCE mit Blick auf eine 0-dB-Signal-Rausch-Verhältnis-Verschlechterung bei Mehr-Teilnehmer-Anwendungen. Zusätzlich bieten die Pilot-Sequenzen, die auf einem CAZAC-Code beruhen, auch Zeitbereich-Pilot-Signale, welche nach Durchführung einer Transformation aus dem Frequenzbereich eine konstante Amplitude bieten, was im Vergleich zu Pilot- Sequenzen, welche auf Walsh-Codes beruhen, das Problem der hohen Spitzenwert-zu-Durchschnittswert-Leistungsverhältnisse löst.

Bei dem bevorzugten Mehr-Teilnehmer-OFDM-System und/oder einem Mehr-Antennen-System findet die Kanalschätzung in Form einer gemeinsamen Schätzung JCE im Frequenzbereich statt. Da eine Umkehrbarkeit zwischen der Zeitbereichs-Kanalschätzung und der Frequenzbereichs-Kanalschätzung besteht, kann die Konstruktion von Pilot-Sequenzen, welche auf einem CAZAC-Code beruhen, auch auf die Zeitbereichs-Kanalschätzung angewendet werden.

Mehr-Teilnehmer-Szenarien und Mehr-Antennen-Szenarien sind bei der Signalverarbeitung als äquivalente Szenarien zu betrachten. Daher können die beschriebenen Pilot-Sequenzen auf beliebige Mehr-Teilnehmer oder Mehr-Antennen-Systeme angewendet werden und zwar unabhängig, ob diese auf einem OFDM-System beruhen oder nicht. Während beim vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Sendeeinrichtungen MT1, MT2 stellvertretend für zwei Teilnehmer bei einem Mehr-Teilnehmer-System stehen, würden bei einem Mehr-Antennen-System die beiden Sendeeinrichtungen stellvertretend für eine Mehr-Antennenanordnung stehen, womit das Ausführungsbeispiel entsprechend zu modifizieren ist.

Der Aufbau der Mehr-Teilnehmer-Pilot-Sequenzen auf Basis des CAZAC-Codes wird vorteilhafterweise ausgeführt wie folgt. Unter der Annahme, dass N_F, K, W die Vielzahl der Subträger, die bei dem Übertragungsschema verwendet werden, die Anzahl der Teilnehmer bzw. derer Sendeeinrichtungen MT1, MT2 in dem Versorgungsbereich SA bzw. die Anzahl der diesen zugeordneten Subträger oder Codes c bzw. sogenannter Channel Taps ist, wird eine Matrix A _C aufgebaut. Dazu wird eine Original-CAZAC-Folge als vektorieller Code c ₁ mit einer Codelänge N_F verwendet, welcher in für sich bekannter Art und Weise [6] oder gemäß anderer Verfahren bereit gestellt wird. Auf dieser Se quenz c ₁ wird die Matrix A _C aus n_F = 1, ..., N_f Spalten c _nF = (c _nF,1 ..., C _nF,NF) aufgebaut . Der Aufbau erfolgt durch Einsetzen der Original-CAZAC-Sequenz c1 in die erste Spalte der Matrix A _c sowie durch Einsetzen in die weiteren Spalten, wobei für jede weitere Spalte eine zyklische Verschiebung der einzelnen Vektorkomponenten der Original-CAZAC-Sequenz c _nF um jeweils einen Wert vorgenommen wird. Es findet somit von Spalte zu Spalte der Matrix A _C eine zyklische Verschiebung von n_F – 1 Symbolen von der ursprünglichen originalen CAZAC-Sequenz c ₁ statt, wodurch die nachfolgende CAZAC-Matrix ausgebildet wird:

Bei einem voll ausgelasteten System gilt für die Vielzahl N_F der insgesamt verfügbaren Subträger N_F = KW.

Aus der Matrix

werden nachfolgend W Sub-Matrizen P₁, P₂, ... P_W konstruiert, wobei jede der Sub-Matrizen P_i, i = 1, ..., W eine Anzahl K von Spalten entsprechend der erforderlichen Pilot-Sequenzen für die Anzahl K der Teilnehmer bzw. Sendeeinrichtungen MT1, MT2 in einem Versorgungsbereich SA aufweist. Jede Spalte bzw. Position in einer der Sub-Matrizen P_i entspricht der Pilot-Sequenz für einen Teilnehmer bzw. eine Sendeeinrichtung MT1 bzw. MT2, so dass die K Spalten bzw. Positionen den einzelnen Pilot-Sequenzen der Anzahl K der Sendeeinrichtungen in dem Versorgungsbereich SA entsprechen. Vorteilhafterweise erfolgt die Auswahl der Elemente der einzelnen Sub-Matrizen P_i in der nachfolgenden Art und Weise mit einer vorzugsweise maximalen Distanz zwischen den einzelnen Elementen der einzelnen Sub-Matrizen, um für die Anzahl K der Sendeeinrichtungen MT1, MT2 stets eine 0-dB-Signal-zu-Rausch-Verhältnis-Verschlechterung zu erzielen:

Falls die Anzahl K der Sequenzen in einer der Sub-Matrizen P_i die Pilot-Sequenz bzw. das Pilot-Signal einer Gruppe von K Sendeeinrichtungen MT1, MT2 in dem einen Versorgungsbereich SA repräsentieren, dann können die Sequenzen in den anderen Sub-Matrizen für Sendeeinrichtungen bzw. Gruppen aus Sendeeinrichtungen in anderen, vorzugsweise benachbarten Versorgungsbereichen SAx verwendet werden. Da die zyklische Verschiebung eines CAZAC-Codes c auch wieder einen CAZAC-Code ergibt, bilden die Pilot-Sequenzen in allen Gruppen der Sub-Matrizen P_i wiederum eine auf einem CAZAC-Code basierende Pilot-Sequenz.

Da eine besondere Eigenschaft eines solchen CAZAC-Codes darin besteht, dass dieser eine impuls-ähnliche Auto-Korrelation aufweist, bildet die Durchführung einer Transformation zwischen Frequenz- und Zeitbereich eines CAZAC-Codes ein Signal bzw. eine Wertefolge mit konstanter Amplitude. Wenn auf einem CAZAC-Code basierende Pilot-Sequenzen als die Mehr-Teilnehmer-Pilot-Sequenzen in OFDM-Systemen verwendet werden, dann weist jedes Pilot-Signal nach der inversen Fourier-Transformation in der Sendeeinrichtung MT1 eine konstante Amplitude auf, womit das Spitzenwert-zu-Durchschnittswert-Leistungsverhältnis gleich 0-dB wird. Folglich wird das Problem eines hohen Spitzenwert-zu-Durchschnittswert-Leistungsverhältnisses vermieden.

Nachfolgend werden einfache Beispiele von Pilot-Sequenzen dargestellt, welche auf einem CAZAC-Code c ₁ bei einer Vielzahl N_F von sechzehn verfügbaren Subträgern beruhen. Bei den nachfolgenden Beispielen variiert die Anzahl K der Teilnehmer bzw. Sendeeinrichtungen MT1 und die Anzahl W der Subkanäle bzw. Kanalabgriffe (Channel Taps), welche entsprechend der Teilnehmeranzahl angepasst werden. Bei den Beispielen wird eine Vollauslastung des Systems angenommen, d. h. sämtliche Subträger werden den Teilnehmerstationen und Sub-Matrizen zugeordnet. Ausgegangen wird beim Aufbau der Matrix A_C gemäß der nachfolgenden Formeln (4)–(7) von der Original-CAZAC-Sequenz mit dem Code c ₁ mit der Codelänge von sechzehn Elementen entsprechend der Vielzahl N_F der verfügbaren Subträger mit

Deutlich zu erkennen ist der zyklische Aufbau der Code-Matrix A_C. Gemäß der ersten dargestellten Formel (4) wird von einem System mit nur einer Sendeeinrichtung, d. h. K = 1, und folglich insgesamt einer Anzahl W von sechzehn verfügbaren Sub-Matrizen mit je einem Code ausgegangen.

Dem Versorgungsbereich SA bzw. der darin befinlichen Sendeeinrichtung wird beispielsweise die erste Sub-Matrix P₁ zugewiesen. Diese besteht aus lediglich dem ersten Element der ersten Zeile und zugleich dem ersten Element der ersten Spalte der Matrix A _C. Prinzipiell kann aber jede beliebige Spalte der Matrix A _C als die Pilot-Sequenz für den einzigen Teilnehmer bzw. die einzige Sendeeinrichtung in dem berücksichtigten Versorgungsbereich SA gewählt werden. Beispielsweise wird die erste Spalte der Matrix A _C als die Pilot-Sequenz bzw. der Code für die Station ausgewählt.

Bei einem zweiten Beispiel wird wiederum von der gleichen Matrix A _C ausgegangen, wie auch bei den weiteren nachfolgenden Beispielen. Dargestellt wird ein System mit einer Anzahl K von 2 Sendeeinrichtungen MT1, MT2, wie dies beispielsweise auch in 1 veranschaulicht ist. Entsprechend verringert sich die Anzahl W der zugeordneten Subträger, welche verschiedenen Versorgungsbereichen SA, SAx zugeordnet werden können, zu 8.

Wie aus Formel (5) ersichtlich, wird eine Untergliederung der Matrix A _C in zwei Blöcke mit jeweils acht Spalten vorgenommen, wobei die erste und die achte Spalte, die einem ersten Code c₁ bzw. einem neunten Code c₉ entsprechen, der ersten Sub-Matrix P₁ = P₁(c₁, c₉) zugeordnet werden. Die jeweils nachfolgende Spalte wird der zweiten Sub-Matrix P₂ = P₂(c₂, c₁₀) zugeordnet usw. bis schließlich der achten Sub-Matrix P₈ = P₈(c₈, c₁₆) der achte und der sechzehnte Code c₈ bzw. c₁₆ zugeordnet werden. Die Sub-Matrizen P₁–P₈ werden vorzugsweise verschiedenen benachbarten Versorgungsbereichen SA, SAx zugeordnet. Prinzipiell können auch andere Zuordnungen der einzelnen Codes zu den verschiedenen Sub-Matrizen zugeordnet werden, die dargestellte Zuordnungsweise ermöglicht jedoch vorteilhafterweise eine größtmögliche Distanzierung der innerhalb einer Sub-Matrix verwendeten Codes.

Formel (6) zeigt ein Beispiel mit einer Anzahl K von 4 Sendeeinrichtungen und entsprechend einer Anzahl W von 4 Sub-Matrizen P₁, P₂, P₃, P₄, welche verschiedenen Versorgungsbereichen SA, SAx zugeordnet werden können. Die erste Sub-Matrix P₁ weist bei bevorzugter maximaler Distanzierung zwischen den einzelnen Codes die Codes c₁, c₅, c₉ und c₁₃ auf . Die zweite Sub-Matrix P₂ weist entsprechend die Code c₂, c₆, c₁₀ und c₁₄ auf, die dritte Sub-Matrix P₃ die Codes c₃, c₇, c₁₁ und c₁₅ auf und die vierte Sub-Matrix P₄ die Codes c₄, c₈, c₁₂ und c₁₆ auf . In diesem Fall können prinzipiell wiederum auch beliebige vier Spalten der Matrix A_C mit jeweils vier verschiedenen Spalten als die Pilot-Sequenzen für vier Sendeeinrichtungen in dem jeweiligen zugeordneten Versorgungsbereich SA zugeordnet werden.

Formel (7) zeigt ein Beispiel mit einer Anzahl K von sechzehn Sendeeinrichtungen und entsprechend nur einer verfügbaren Sub-Matrix, welche sämtliche Codes c1, c2 ... c16 aufweist. Bei dieser Situation werden somit sämtliche verfügbare Subträger bzw. Codes einem einzigen Versorgungsbereich SA zugewiesen.

2 stellt eine beispielhafte Schaltungsanordnung zum Durchführen eines bevorzugten Verfahrens zur Bestimmung einer Sub-Matrix P_K dar, welche für den aktuellen Versorgungsbereich SA zu verwenden ist. Entsprechend sind auch die Sub-Matrizen für die weiteren Versorgungsbereiche SAx bereitstellbar. Eingegeben wird in die Generierungseinrichtung als Codegenerator GEN ein Original-CAZAC-Code c ₁, wobei der CAZAC-Code c ₁ beispielsweise aus einem Direkt-Zugriffsspeicher RAM 1 abgerufen werden kann. Der Direkt-Zugriffsspeicher RAM 1 weist vorzugsweise einen matrixförmigen Speicherbereich mit einer Vielzahl N_F Spalten sowie einer Anzahl n Zeilen auf, wobei den einzelnen n Zeilen eine entsprechende Vielzahl Ausgangsleitungen zum Ausgeben eines n-Bit-Wortes zugeordnet ist. Üblicherweise sind einige Symbole des CAZAC-Codes Gleitkoma-Zahlenwerte, welche digital durch die n-Bit ausgedrückt werden können.

Zwischen der Speichereinrichtung RAM 1 und einem ersten n-Bit-Schieberegister SR1 befindet sich ein Schalter SW1, welcher die Eingangsdaten für das erste N_F-Schieberegister SR1 in der ausgebildeten ersten Registergruppe RG1 auswählt. Zu Beginn ist der Schalter SW1 mit der Speichereinrichtung RAM 1 verbunden. Dadurch werden die Symbole des ursprünglichen Original-CAZAC-Codes Symbol für Symbol unter Steuerung eines ersten Taktes TAKT 1 in die Registergruppe 1 RG1 geführt. Mit jedem Taktzyklus wird ein n-Bit-Symbol des CAZAC-Codes in das erste n-Bit-Schieberegister in der Registergruppe RG1 geführt. Nach N_F Taktzyklen sind alle Schieberegister SR1,..., SRNF in die ersten Registergruppe RG1 geladen, d. h. wie N_F Symbole des Original-CAZAC-Codes sind in der ersten Registergruppe RG1 gespeichert. Dann wird der Schalter SW1 mit einer Rückkopplungsleitung der ersten Registergruppe RG1 verbunden, wobei die Rückkopplungsleitung die Ausgangsdaten des letzten Schiebregisters SRNF bzw. der letzten Schieberegisterbank in den Eingang des ersten Schieberegisters SR1 führt. Diese Schaltungsverbindung ermöglicht die zyklische Verschiebung der Original-CAZAC-Sequenz, wie dies für die Erstellung der Matrix A _C in dem geeigneten Rhythmus erforderlich ist. Die erste Registergruppe RG1 weist somit eine Abfolge von Schieberegistern SR1, ..., SRNF auf, wobei jeweils der Ausgang eines der Schiebregister mit dem Eingang des nächsten Schieberegisters über eine n-Bit-Datenleitung verbunden ist.

Der Ausgang jedes Schieberegisters SR1, ..., SRNF ist außerdem mit einer Vielzahl von Registern R1, ..., RNF verbunden, deren Ausgangsleitung durch einen zweiten Takt TAKT 2 gesteuert wird. Während der ersten N_F – 1 Taktzyklen des ersten Taktes gibt es auf den Ausgangsleitungen der eine zweite Registergruppe RG2 bildenden Register R1,..., RNF keine Ausgabewerte zu einer zweiten Speichereinrichtung RAM 2, da der zweite Takt die Ausgänge der Register R1,..., RNF in der zweiten Registergruppe RG2 deaktiviert. Nach N_F Taktzyklen, d. h. wenn alle Symbole des Original-CAZAC-Code in die erste Registergruppe RG1 hineingeführt wurden, wechselt der Zustand des zweiten Taktes, woraufhin die Symbole, die in der zweiten Registergruppe RG2 gespeichert werden, zur zweiten Speichereinrichtung RAM 2 ausgegeben werden. Diese Symbole bilden die Pilot-Sequenz für den ersten Teilnehmer bzw. die erste Sendeeinrichtung MT1.

Das nächste Daten freigebende Taktsignal des zweiten Taktes von folgt W Taktzyklen später, wobei die ausgegebenen Daten bzw. Symbole die Pilot-Sequenz für den zweiten Teilnehmer bzw. die zweite Sendeeinrichtung MT2 bilden. Nachfolgend werden alle weiteren W Taktzyklen Symbole, die zwischenzeitlich in der zweiten Registergruppe RG2 eingespeichert wurden, aus der zweiten Registergruppe ausgegeben, bis die Pilot-Sequenzen P1, ..., PK für die Anzahl K der Teilnehmer bzw. Sendeeinrichtungen MT1, MT2 derart konstruiert wurden.

Die Generierungseinrichtung GEN für die Pilot-Sequenzen für die Anzahl K von Sendeeinrichtungen MT1, MT2 in einem Versorgungsbereich SA kann beispielsweise in einer Steuerung in der höheren Ebene zum Beispiel der zentralen Steuereinrichtung CU des Versorgungsbereichs SA ausgebildet sein. Die Generierungseinrichtung GEN ermöglicht die Generation optimaler Pilot-Sequenzen für die Anzahl K von Sendeeinrichtungen auf Basis eines CAZAC-Codes, so dass auch für eine gemeinsame Kanalschätzung JCE in Mehr-Teilnehmer-OFDM-Systemen eine 0-dB- Signal-zu-Rausch-Verhältnis-Verschlechterung erzielt werden kann und gleichzeitig das Spitzenwert-zu-Durchschnittswert-Leistungsverhältnis verbessert werden kann.

Die Generierungseinrichtung bzw. Codeerzeugungseinrichtung GEN auf Basis des CAZAC-Codes ist in zweierlei Hinsicht verschieden gegenüber den bekannten Generierungseinrichtungen für eine Pilot-Sequenz auf Basis eines Walsh-Codes. Erstens unterscheidet sich das Steuersignal des zweiten Taktes. Bei der Generierungseinrichtung GEN auf Basis eines CAZAC-Codes wird nach den anfänglichen N_F Taktzyklen alle W Taktzyklen des Freigabesignals des zweiten Taktes eine Pilot-Sequenz ausgegeben. Dahingegen würden bei einem auf einem Walsh-Code basierenden Pilot-Sequenz-Generator nach den anfänglichen N_F Taktzyklen die nächsten Freigabesignale des zweiten Taktes jeden Taktzyklus des ersten Taktes erzeugt. Dieser Unterschied beruht auf den verschiedenen Konstruktionsverfahren von Pilot-Sequenzen, welche auf einem CAZAC-Code bzw. einem Walsh-Code beruhen. Zweitens ist die Größe der Schieberegister und Register in der ersten Registergruppe RG1 und der zweiten Registergruppe RG2 zwischen einer Generierungseinrichtung GEN für eine CAZAC-Code-basierte Pilot-Sequenz und die auf einem Walsh-Code-beruhende Pilot-Sequenz verschieden. Bei der Generierungseinrichtung für Pilot-Sequenzen auf Basis des CAZAC-Codes gemäß 2 werden n-Bit-Schieberegister SR1, ..., SRNF und Register R1, ..., RNF zum Sichern der Pilot-Symbole verwendet. Dahingegen werden in einer Erzeugungseinrichtung für Pilot-Sequenzen auf Basis eines Walsh-Codes nur 1-Bit-Schieberegister und Register benötigt. Der Unterschied beruht auf den verschiedenen Symbolelementen von CAZAC-Codes gegenüber Walsh-Codes. Walsh-Codes bestehen aus {+1, –1}-Symbolen, d. h. 1-Bit-Binärsymbolen. Dahingegen setzen sich CAZAC-Codes üblicherweise aus Gleitkomma-Symbolen zusammen, welche durch eine n-Bit-Binärzahl repräsentierbar sind. Im einfachsten Fall kann n natürlich auch gleich 1 sein, wie beispielsweise im Fall der Formel (7), was bedeutet, dass die Generierungseinrichtung GEN zum Generieren ei ner Pilot-Sequenz auf Basis des CAZAC-Codes flexibler und allgemeiner bei der Symboldarstellung ist.

Da für eine gewisse Vielzahl N_F von verfügbaren Subträgern in der Regel mehr als ein einziger CAZAC-Code existiert, ist es möglich, mehr Pilot-Ressourcen zu den Sendeeinrichtungen in verschiedenen Versorgungsbereichen zuzuordnen als dies im Fall von Pilot-Sequenzen auf Basis eines Walsh-Codes möglich wäre.

Die CAZAC-Codes sind komplex-wertige Pseudo-Zufalls-Rausch-Sequenzen (Pseudo-Random Noise Sequences) mit konstanter Amplitude, d. h. mit auf dem Einheitskreis in der komplexen Ebene angenommenen Stützstellenwerten und mit einer Autokorrelationsfunktion gleich Null. Aufgrund dieser Charakteristika werden sie auch als polyphasige Sequenzen bezeichnet.

Anstelle der Anwendung für eine Zeitbereichs-Kanalschätzung über Frequenz-selektiv ausgeblendete Kanäle findet bei der besonders bevorzugten Ausführungsform eine Anwendung auf Mehr-Teilnehmer-OFDM-Systeme statt, bei denen eine gemeinsame Kanalschätzung im Frequenzbereich durchgeführt wird. Die Vorteile bei der Kanalschätzung bei Verwendung von Pilot-Sequenzen auf Basis eines CAZAC-Codes überwiegen den Nachteilen des höheren Hardwareaufwands, der durch die Verwendung von CAZAC-Codes als üblicherweise Gleitkomma- Zahlenwerten gegenüber der bekannten Verwendung von Pilot-Sequenzen aus rein binären Signalen entsteht. Außerdem entstehen Vorteile durch die geringeren Anforderungen hinsichtlich der Implementierungskomplexität der Analog/Digital-Umsetzungseinrichtungen bzw. Digital/Analog-Umsetzungseinrichtungen sowie auch des Leistungsverstärkers aufgrund der verbesserten Spitzenwert-zu-Durchschnittswert-Leistungsverhältnis-Leistungsfähigkeit.

An der Empfangseinrichtung werden bei bevorzugten Ausführungsformen zweckmäßigerweise mehrere Empfangsantennen ver wendet. Eine Kanalschätzung (JCE) wird entweder separat für das Empfangssignal jeder Empfangsantenne oder gemeinsam über alle Empfangssignale, die an allen Empfangsantennen empfangen werden, durchgeführt wird. Bei der gemeinsamen Kanalschätzung (JCE), die alle Empfangssignale an den Empfangsantennen mit einbezieht, werden bevorzugt auch räumliche Signalinformationen bezüglich des Kanals und/oder auch der Interferenz mit in der Kanalschätzung (JCE) berücksichtigt. Mehrere Empfangseinrichtungen, die zu ein und demselben Versorgungsgebiet SA gehören, werden vorteilhafterweise einer zentralen Einheit CU zugeordnet, so dass die Kanalschätzung und die Datenschätzung gemeinsam für alle an den Empfangseinrichtungen empfangenen Signale in der zentralen Einheit durchgeführt werden kann.

Claims

Verfahren zum Übertragen von Daten (d1, d2) über zumindest zwei Sendesignale über eine Funk-Schnittstelle (V) eines Kommunikationssystems, bei dem – über die Sendesignale jeweils eine individuelle Pilotsequenz (t1, t2) für eine Kanalschätzung (JCE) über die Funk-Schnittstelle (V) übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass – für die Pilotsequenzen CAZAC-Codes (c1, c9) verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem jedes der Sendesignale über eine dem Sendesignal zugeordnete Sendeantenne einer Sendeeinrichtung (MT1) mit mehreren Sendeantennen übertragen wird, wobei die Sendesignale gleichzeitig im selben Frequenzband übertragen werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem jedes der Sendesignale über eine dem Sendesignal zugeordnete Sendeantenne verschiedener Sendeeinrichtungen übertragen wird, wobei die Sendesignale gleichzeitig im selben Frequenzband übertragen werden.
Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem der CAZAC-Code (c1) senderseitig vor der Übertragung über die Funk-Schnittstelle im Frequenzbereich bereitgestellt und in den Zeitbereich transformiert wird (IDFT).
Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem ein OFDM-Verfahren für die Übertragung verwendet wird.
Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem – zur Bildung der CAZAC-Codes (c1, c9) eine Codematrix (A _C) aus einer vektoriellen CAZAC-Sequenz als Spalte oder Zeile und deren positionsversetzter Anordnung als weitere Spalten bzw. Zeilen aufgebaut wird und – die CAZAC-Codes (c1, c9) aus einer Sub-Matrix ((P1(c1, c9)) der Codematrix (A _C) gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem beim Aufbauen der Codematrix (A _C) der Sub-Matrix (P1(c1, c9)) aus der Codematrix eine Anzahl von Codes (c1, c9) entsprechend der Anzahl (K) der Sendesignale zugeordnet werden.
Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem empfängerseitig eine gemeinsame Kanalschätzung (JCE) unter Verwendung der empfangenen CAZAC-Codes (c1, c9) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem – das Kommunikationssystem eine Vielzahl von Versorgungsbereichen (SA, SAx) aufweist und für die Bildung der CAZAC-Codes für die Sendesignale in verschiedenen der Versorgungsbereiche unterschiedliche Sub-Matrizen (P1 bzw. P4) der Codematrix (A _C) verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem die CAZAC-Codes ((c1, c2, ... c16) von einer zentralen Steuereinrichtung (CU) des Kommunikationssystem bereitgestellt werden.
Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem einer der CAZAC-Codes empfängerseitig nach der Übertragung über die Funk-Schnittstelle (V) im Zeitbereich bereitgestellt und vor dem Durchführen der Kanalschätzung (JCE) in den Frequenzbereich transformiert wird (DFT).
Kommunikationsvorrichtung (MT1) zum Übertragen von Daten (d1, d2) über zumindest zwei Sendesignale über eine Funk-Schnittstelle (V) eines Kommunikationssystems mit – einer Codeeinrichtung (M, C) zum Bereitstellen jeweils einer individuellen Pilotsequenz (t1, t2) zum Übertragen über die Sendesignale für eine Kanalschätzung (JCE), dadurch gekennzeichnet, dass – die Codeeinrichtung zum Ausgeben von CAZAC-Codes (c1, c9) als Pilotsequenzen ausgebildet ist.
Kommunikationsvorrichtung (MT1) nach Anspruch 12, die als Sendeeinrichtung (MT1) für das Kommunikationssystem mit mehreren Sendeantennen, denen zum Übertragen jeweils eines der Sendesignale zugeordnet ist, und zum gleichzeitigen Übertragen der Sendesignale im selben Frequenzband ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, mit einer Transformationseinrichtung (IDFT) zum Durchführen einer Transformation vom Frequenz- in den Zeitbereich, wobei die Codeeinrichtung (M, C) zum Zuführen des Code (C1) in die Transformationseinrichtung (IDFT) ausgebildet ist.
Kommunikationsvorrichtung (AP) zum Empfangen von einer individuellen Pilotsequenz (t1, t2) und von Daten (d1, d2) von einer Sendeeinrichtung (MT1) über eine Funk-Schnittstelle (V) eines Kommunikationssystems mit – einem Empfangsmodul (RX) zum Empfangen der Pilotsequenz (t1, t2) und der Daten, und – zumindest einer Schätzungseinrichtung (JCE) zum Durchführen einer Kanalschätzung anhand der empfangenen Pilotsequenz (t1) zum Rekonstruieren der ursprünglichen Daten (d1, d2) unter Berücksichtigung eines Ergebnisses der Kanalschätzung, wobei – die Kommunikationsvorrichtung als Empfangseinrichtung (AP) für ein Mehr-Teilnehmer-Kommunikationssystem oder für ein Mehr-Antennen-Kommunikationssystem ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Schätzungseinrichtung (JCE) zum Verwenden von CAZAC-Codes (c1, c9) als Pilotsequenzen zum Durchführen der Kanalschätzung ausgebildet ist und – die Kommunikationsvorrichtung eine Transformationseinrichtung (DFT) zum Durchführen einer Transformation über die empfangenen Pilotsequenzen (c1, c9) vom Zeit- in den Frequenzbereich aufweist.