DE19713175C2

DE19713175C2 - Verfahren und Anordnung zur Übertragung von Daten

Info

Publication number: DE19713175C2
Application number: DE1997113175
Authority: DE
Inventors: Paul Walter Prof Dr Ing Baier; Markus Dr Ing Nashan
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1997-03-27
Filing date: 1997-03-27
Publication date: 1999-01-14
Anticipated expiration: 2017-03-28
Also published as: DE19713175A1; WO1998044691A1; AU6917898A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Übertragung von Daten, sowie auf eine Anordnung zur Durchführung des Ver fahrens. Der Begriff "Daten" bezieht sich im Rahmen dieser Anmeldung auch auf Sprachdaten. Der Begriff "Übertragung" um faßt die Vorgänge des Sendens und Empfangens.

Kommunikationsgeräte, die zur Übertragung von Daten verwendet werden benützen in der Regel Verstärker, um die zu sendenden bzw. die empfangenen Signale zu verstärken. Voraussetzung für die Verwendung kostengünstiger, nichtlinearer Verstärker in Kommunikationsgeräten ist ein möglichst konstanter Betrag des Sendesignals |s(t)| da es ansonsten unter Umständen zu einem erheblichen Leistungsanstieg außerhalb des gewählten Fre quenzbandes kommen kann. Daher werden zur Übertragung von Da ten bevorzugt GMSK-Signalformen verwendet, die eine konstante Einhüllende bzw. einen konstanten Betrag des Sendesignals aufweisen. Auch beim paneuropäische Mobilfunksystem GSM wer den diese Signalformen verwendet.

Mit einem reellen GMSK-Grundimpuls C₀(t) können GMSK- Signalformen im äquivalenten Tiefpaßbereich näherungsweise durch

dargestellt werden [1]. In Gleichung (1) bezeichnet K die Menge der komplexen Zahlen und arg{.} das Argument einer kom plexen Zahl. Das Signal s(t) nach (1) wird im folgenden als GMSK-Signalform bezeichnet. Die GMSK-Signalform s(t) nach (1) besteht aus einer Folge von GMSK-Grundimpulsen C₀(t), die mit q _I gewichtet und jeweils um die Chipdauer T_c zeitlich ge geneinander verschoben sind. Die Gewichte q _I in (1) hängen von den zu übertragenden Datensymbolen ab und bei CDMA- Übertragungsverfahren außerdem von den verwendeten CDMA- Codes.

Die Erfindung bezieht sich auf alle Signalformen, die durch Gleichung (1) dargestellt werden können, insbesondere auf li nearisiertes GMSK wie in Dokument [1] beschrieben.

Es sind einem Fachmann auch eine Reihe anderer Grundimpulse bekannt, die bei Verwendung in Gleichung (1) zumindest nahezu einen konstanten Betrag des Sendesignals zur Folge haben. Die vorliegende Erfindung kann auch leicht auf diese Signalformen angewendet werden.

Dadurch, daß die Gewichte q _I bzw. q _I-1 in (1) die Bedingung

erfüllen, ergibt sich näherungsweise ein konstanter Betrag |s(t)| der GMSK-Signalform s(t). Wenn beispielsweise q _I ∈ {± 1, ± j}, so werden anschaulich betrachtet durch das Er füllen von (2) abwechselnd GMSK-Grundimpulse im Real- bzw. im Imaginärteil von s(t) "übertragen". Der Betrag des Sendesi gnals |C₀(t) ± j C₀(t - T_c)| von zwei sich überlagernden Grun dimpulsen C₀(t), für deren Gewichte Gleichung (2) erfüllt ist, weist in diesem Fall im Überlappungsbereich näherungs weise einen konstanten Wert auf.

In realen Mobilfunksystemen wie GSM oder in zukünftigen Mo bilfunksystemen kann, beispielsweise wenn komplexen Datensym bolen im Rahmen einer CDMA-Übertragung komplexe Spreizfolgen aufmoduliert werden, der Fall auftreten, daß für einzelne Paare {q _I, q _I-1} die Gleichung (2) nicht erfüllt ist, sondern folgendes gilt

arg{q _I} - arg{q _I-1} = 0 (3)

Im folgenden werden Signalformen nach (1), bei denen auch Be dingung (3) auftreten kann, GMSK-ähnliche Signalformen ge nannt.

Gilt (3) für ein einzelnes Paar {q _I, q _I-1}, dann hat der Be trag |s(t)| des GMSK-ähnlichen Signals s(t) im Überlappungs bereich der beiden entsprechenden Grundimpulse eine Überhö hung, da zwei aufeinanderfolgende Grundimpulse dann entweder beide im Realteil oder beide im Imaginärteil übertragen wer den. Insbesondere diese Überhöhungen erschweren eine Verwen dung nichtlinearer Verstärker.

Beispielsweise ist für das Paar {q _I, q _I-1} = {1, 1} im Überlap pungsbereich die Summe C₀(t) + C₀(t - T_c) und damit auch der Betrag |C₀(t) + C₀(t - T_c)| der Summe C₀(t) + C₀(t - T_c) der Grundimpulse C₀(t) und C₀(t - T_c) deutlich größer als in der angrenzenden Umgebung.

Überhöhungen des Betrags |s(t)| des Signals s(t) führen wie oben erwähnt bei nichtlinearen Verstärkern unter Umständen zu einem erheblichen Anstieg der Leistung außerhalb des Fre quenzbandes infolge von Intermodulationsprodukten. Nichtli neare, kostengünstige Verstärker können deshalb nur zum Ein satz kommen, wenn der Betrag |s(t)| des Signals s(t) nähe rungsweise konstant ist oder zumindest keine Überhöhungen aufweisen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, mit denen GMSK-ähnliche Signalformen nicht nur unter Bedin gung (2) sondern auch unter Bedingung (3) mit einem möglichst konstanten Betrag des Sendesignals |s(t)| übertragen werden können.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit Merkmalen nach An spruch 1 gelöst. Dabei werden im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren nicht immer die gleichen Grundimpulse C₀(t), son dern unterschiedliche, teilweise modifizierte Grundimpulse verwendet. Je nach zu übertragender Datensymbolfolge werden die passenden Grundimpulse so ausgewählt und so verwendet, daß der Betrag des Sendesignals |s(t)| möglichst konstant ist. Dabei können die unterschiedlichen Grundimpulse nach vorgegebenen Regeln aus einer vorgegebenen Menge unterschied licher Grundimpulse entnommen werden. Die Form dieser Grun dimpulse kann dabei im voraus so bestimmt werden, daß eine angepaßte Verwendung dieser Grundimpulse bei dem verwendeten Übertragungsverfahren zu einem möglichst konstanten Betrag des Sendesignals |s(t)| führt. Es werden also zur Vermeidung von Überhöhungen im Betrag des Sendesignals einer GMSK- ähnlichen Signalform unterschiedliche Grundimpulse verwendet.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wer den zumindest drei unterschiedliche Grundimpulse verwendet. Je nachdem welche der beiden Bedingungen (2) oder (3) erfüllt ist, werden unterschiedliche Grundimpulse C₀(t) oder C₀'(t) bzw. C₀"(t) verwendet. Dabei ist C₀(t) ein GMSK-Grundimpuls, C₀'(t) ein modifizierter GMSK-Grundimpuls, der im Zeitbereich schneller mit der Zeit abklingt als C₀(t) und C₀"(t) ein mo difizierter GMSK-Grundimpuls, der im Zeitbereich später mit der Zeit ansteigt als C₀(t). Die unterschiedlichen Grundim pulse werden dabei wie folgt verwendet:

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß C₀' und C₀" derart angepaßt werden, daß sie innerhalb des Zeit- Leistungs-Koordinatensystems durch Spiegelung an der Lei stungsachse und Verschiebung im Zeitbereich aufeinander abge bildet werden können. Diese spezielle Form der Grundimpulse stellte sich bei aufwendigen Simulationen mit eigens für die sen Zweck hergestellten Simulationsverfahren als besonders vorteilhaft heraus.

Durch Einbringen der Erfindung in das Systemkonzept eines CDMA Mobilfunksystems, beispielsweise eines JD-CDMA Mobil funksystems bei dem komplexwertigen Datensymbolen vor der Übertragung eine GMSK- oder linearisierte GMSK-Signalform aufmoduliert wird und somit in bestimmten Fällen die Bedin gung (3) gültig ist, ergeben sich erhebliche Vorteile durch die Verwendung des neuen erfindungsgemäßen Verfahrens.

Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens sind in den An sprüchen 5 und 6 angegeben.

Zur Erläuterung von Ausführungsformen der Erfindung dienen die nachstehend aufgelisteten Figuren.

Es zeigen:

Fig. 1 den Ablauf einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung.

Fig. 2 Skizze einer möglichen Realisierung der unterschiedli chen Grundimpulse.

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Erzeugung des analo gen Sendesignals im äquivalenten Tiefpaßbereich.

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform ei ner erfindungsgemäßen Vorrichtung

Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausfüh rungsbeispiele und mit Hilfe der Figuren näher beschrieben.

Dabei wird im Zusammenhang mit dem CDMA-Verfahren im folgen den auch die Begriffe "Chipimpuls", "Chipimpulsfilter" oder "Chip" anstatt des Begriffs "Grundimpuls" verwendet.

In zukünftigen Mobilfunksystemen werden voraussichtlich die Daten unter Verwendung eines hybriden Vielfachzugriffsverfah rens übertragen, wobei neben eventuellen FDMA- bzw. TDMA- Komponenten auch eine CDMA (Code Division Multiple Access)- Komponente verwendet wird. Dabei werden den Verbindungen je weils ein CDMA-Kanal zugeordnet, wobei die unterschiedlichen CDMA-Kanäle auf unterschiedlichen Spreizfolgen, den CDMA- Codes basieren. Das bedeutet, daß den Datensymbolen einer Da tenfolge eine, für die Datenfolge spezifische, Spreizfolge aufmoduliert wird. Diese Spreizfolgen werden dabei vorzugs weise durch obengenannte GMSK-Signalformen realisiert.

Die dadurch entstehende Signalform ist eine GMSK-ähnliche Si gnalform, bei der nicht in allen Fällen Bedingung (2) erfüllt ist, sondern in bestimmten Fällen Bedingung (3) erfüllt ist.

Wird beispielsweise bei einer Übertragung komplexer Datensym bole, die einem mindestens vierwertigen Symbolvorrat (z. B. QPSK, 8PSK, ...) entnommen werden, das oben beschriebenen CDMA-Verfahren verwendet, so kann nicht vermieden werden, daß Bedingung (3) auftritt, d. h. es ist nicht mehr möglich in al len Fällen eine resultierende GMSK-Signalform zu erreichen, die Bedingung (2) erfüllt. Insbesondere ist in 50% der Fälle zwischen letztem Grundimpuls (Chip) des vergangenen Datensym bols und dem ersten Grundimpuls (Chip) des aktuellen Daten symbols Bedingung (2) verletzt. Unter Umständen kann die Ver letzung von Bedingung (2) auch innerhalb eines gesendeten Bursts zwischen einem Datenblock und einer Mittambel, die teilnehmerspezifische Testsignale enthält, auftreten.

In Fig. 1 ist ein möglicher Verfahrensablauf dargestellt, mit dem der Betrag |s(t)| des Signals s(t) annähernd konstant gehalten werden kann, auch wenn das Paar {q _I, q _I-1} die Glei chung (3) erfüllt. Bei bestimmten Kombinationen von gesende ten Datensymbolfolgen (DS) und verwendeten CDMA-Codes (CC) kann, Bedingung (3) (B3) erfüllt sein. Wenn Bedingung (3) er füllt ist, werden zur Übertragung angepaßte, modifizierte GMSK-Grundimpulse angepaßt so verwendet (ACF), daß der Betrag |s(t)| des Signals s(t) der resultierenden GMSK-ähnlichen Si gnalform (GMSK) nahezu konstant ist. Dies kann dadurch reali siert werden, daß für q _I und q _I-1 zwei im Zeitbereich veränder te Grundimpulse C₀'(t) bzw. C₀"(t) in die Summe von Glei chung (1) eingefügt werden, falls Bedingung (3) erfüllt ist.

Wenn beispielsweise gilt

arg{q _I} - arg{q _I-1} = 0

dann wird für q _I in die Summe von Gleichung (1) ein verän derter Grundimpuls C₀'(t) eingefügt, der im Vergleich zum GMSK-Grundimpuls C₀(t) schneller mit der Zeit t "abklingt". Für q _I wird in die Summe von Gleichung (1) ein veränderter Grundimpuls C₀"(t) eingefügt, der im Vergleich zum GMSK- Grundimpuls C₀(t) zeitlich später "ansteigt". Formen mögli cher GMSK-Grundimpulse C₀(t) bzw. modifizierter GMSK- Grundimpulse C₀'(t), C₀"(t) sind in Fig. 2 skizziert. Die se unterschiedlichen Formen können durch unterschiedliche Chipimpulsfilter realisiert werden. Es sind auch Grundimpuls formen denkbar, bei denen sich die Steigung beider Flanken der modifizierten Grundimpulse von der Steigung der Flanken des Grundimpulses C₀ unterscheidet oder die Maxima der Grun dimpulse bei der in Fig. 2 gewählten Darstellung aufeinander liegen oder gegeneinender verschoben sind.

Durch aufwendige Simulationen konnte gezeigt werden, daß bei Erfüllen von Bedingung (3) bei der Verwendung derart modifi zierte Grundimpulse der Betrag des Sendesignals, insbesondere im interessierenden Bereich (Überlappungsbereich) nahezu konstant ist.

Durch weitere Simulationen konnten modifizierte Grundimpuls formen entwickelt werden, die für das erfindungsgemäße Ver fahren besonders vorteilhaft sind. Dies sind all jene Grun dimpulsformen, die innerhalb des Zeit-Leistungs- Koordinatensystems durch Spiegelung an der Leistungsachse und Verschiebung im Zeitbereich aufeinander abgebildet werden können.

Eine mögliche Realisierung der Erzeugung eines Sendesignals ist in Fig. 3 dargestellt. Dabei werden, je nach Folge der Gewichte (q _I) aus Gleichung (1), angepaßte Grundimpulse bzw. Chipimpulsfilter angepaßt so verwendet (ACF), daß ein Sende signal mit möglichst konstantem Betrag des Sendesignals |s(t)| entsteht. Nach einer digital/analog-Wandlung (D/A), einer Filterung mit einem analogen Sendefilter (ASF) und der Verstärkung durch einen nichtlinearen Sendeverstärker (SV) werden die Signale schließlich von der Sendeantenne (SA) übertragen.

Fig. 4 zeigt in schematischer Weise, ein Kommunikationsgerät (KG) zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, das über die bekannten Mittel verfügt, mit denen man GMSK-Signale erzeugen und übertragen kann (TM). Außerdem verfügt es über unterschiedliche Chipimpulsfilter (cm), deren Form so ange paßt ist, daß auch GMSK-ähnliche Signale mit möglichst kon stantem Betrag des Sendesignals |s(t)| übertragen werden kön nen. Mit einem programmgesteuerten Prozessor kann die Verwen dung der unterschiedlichen Chipimpulsfilter je nach Folge der q _I geeignet so gesteuert werden, daß der Betrag des Sendesi gnals |s(t)| annähernd konstant ist.

Im Rahmen dieser Anmeldung wurden folgende Dokumente zitiert:

[1] Jung, P.: Laurent's representation of binary digital con tinuousphase modulated signals with modulation index ½ revi sited. IEEE Transactions an Communications, Vol. 42 (1994), S. 221-224.

Bezugszeichenliste

DSDatensymbolfolge
CCCDMA-Code
B3Bedingung (3)
ACFAngepaßte Verwendung von angepaßten Grundimpulsen bzw. Chipimpulsfiltern
GMSKGMSK-ähnliche Signalform mit nahezu konstantem Be trag des Sendesignals |s

(t)|
tZeitachse
PLeistungsachse
q _I

Komplexwertige Gewichte
D/ADigital/Analog-Wandler
ASFAnaloges Sendefilter
SVSendeverstärker
SASendeantenne
KGKommunikationsgerät
AMMittel zur angepaßten Verwendung von angepaßten Grundimpulsen bzw. Chipimpulsfiltern
CMMittel zur Erzeugung unterschiedlicher angepaßter Grundimpulse bzw. Chipimpulsfilter
TMMittel zur Übertragung von GMSK-Signalformen

Claims

1. Verfahren zur Übertragung von GMSK-ähnlichen Signalformen, die aus einer Folge von Grundimpulsen C₀ bestehen:
dadurch gekennzeichnet, daß unterschiedliche Grundimpulse verwendet werden, die so angepaßt sind und angepaßt so verwendet werden, daß der Betrag des Sendesignals |s(t)| unabhängig von den zu übertragenden Datensymbolen nahezu konstant ist oder zumindest keine Überhöhungen aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest drei unterschiedliche Grundimpulse C₀, C₀' und C₀" wie folgt verwendet werden:
wobei C₀ ein GMSK-Grundimpuls ist, C₀' ein modifizierter GMSK-Grundimpuls ist, der im Zeitbereich schneller mit der Zeit abklingt als C₀ und C₀" ein modifizierter GMSK- Grundimpuls ist, der im Zeitbereich später mit der Zeit ansteigt als C₀.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassung von C₀' und C₀" derart erfolgt, daß sie innerhalb des Zeit-Leistungs-Koordinatensystems durch Spiegelung an der Leistungsachse und Verschiebung im Zeitbereich aufeinander abgebildet werden können.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die GMSK-ähnliche Signalform s(t) aus der Übertragung von komplexwertigen Datensymbolen hervorgeht, wobei jedem der Datensymbole vor der Übertragung eine GMSK- oder GMSK- ähnliche oder linearisierte GMSK-Signalform aufmoduliert wird.

5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit

a) Mitteln zur Übertragung von GMSK-Signalformen die aus einer Folge von Grundimpulsen C₀ bestehen;
b) Mitteln zur Erzeugung unterschiedlicher angepaßter Grundimpulse;
c) Mitteln zur angepaßten Verwendung dieser unterschiedlichen Grundimpulse, so daß der Betrag des Sendesignals |s(t)| unabhängig von den zu übertragenden Datensymbolen nahezu konstant ist oder zumindest keine Überhöhungen aufweist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, mit

a) Mitteln zur Erzeugung von zumindest drei unterschiedlichen Grundimpulsen C₀, C₀' und C₀", wobei C₀ ein GMSK-Grundimpuls ist, C₀' ein modifizierter GMSK-Grundimpuls ist, der im Zeitbereich schneller mit der Zeit abklingt als C₀ und C₀" ein modifizierter GMSK-Grundimpuls ist, der im Zeitbereich später mit der Zeit ansteigt als C₀, und
b) Mitteln zur angepaßten Verwendung dieser unterschiedlichen Grundimpulse wie folgt: