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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Apparat zur Spreizung (Spreading) der Informationssignale in einen CDMA-System (Code Division Multiple Access, Vielfachzugriff durch Codetrennung), der verschiedene Informationsraten unterstützt, und insbesondere auf einen Apparat zur Auswahl eines Kanaltrennungs- und eines PN-(Pseudo-random Noise, pseudozufälliges Rauschen)-Spreizverfahrens entsprechend der Rate der zu spreizenden Zeichen.
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In DS-CDMA-(Direct sequence CDMA, CDMA mit Direktsequenz)-Systemen gibt es zwei unterschiedliche Kanalspreizverfahren, von denen eines das Trennen der Signale mit voneinander unterschiedlichen Codes und das andere die Verwendung eines langen PN-Codes mit unterschiedlichen Zeitversätzen ist. Die konventionellen CDMA-Systeme haben eines dieser Verfahren und ihre Kombinationen verwendet.
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Das konventionelle CDMA-System, wie es durch QUALCOMM Incorporated entwickelt wurde, hat das erste Verfahren verwendet, um die Vorwärtskanäle in derselben Zelle oder demselben Sektor zu trennen. Mit anderen Worten: der Sync-Kanal, der Aufrufkanal und die Verkehrskanäle der Vorwärtsverbindung werden gespreizt und getrennt durch orthogonale Walsh-Funktionen mit unterschiedlichen Indizes. Im Fall eines idealen, einpfadigen Kanals und einer einzelligen Umgebung tritt Interferenz zwischen den Kanälen wegen der orthogonalen Eigenschaft der Walsh-Funktionen nicht auf.
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Im realen Mobilfunkkanal tritt Vielfachzugriffsinterferenz (multiple access interference, MAI) zwischen den Kanälen auf, selbst wenn die orthogonalen Sequenzen verwendet werden, weil die Mehrwege-Fading-Charakteristik des Kanals zur Verzerrung des Signals führt. Jedoch ist die MAI, die durch die Fading-Wirkung des Kanals verursacht wird, immer noch niedriger als die im Fall der Kanaltrennung mit nicht-orthogonalen Sequenzen.
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In den konventionellen CDMA-Systemen wurde das zweite der obigen Verfahren verwendet, um einen Vorwärts-CDMA-Kanal von den angrenzenden Zellen oder Sektoren zu identifizieren. Alle CDMA-Signale in dem System haben ein Quadratur-Paar von PN-Codes gemeinsam. Die Signale von unterschiedlichen Zellen oder Sektoren unterscheiden sich im Zeitversatz vom Basiscode. Dies beruht auf der Eigenschaft der PN-Codes, daß die Autokorrelation für alle Zeitversätze größer als eine einzelne Codechipzeit durchschnittlich zu Null werden.
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Die konventionellen CDMA-Systeme, die sprachbasierte Dienste vorsehen, haben eine kleine Anzahl von Datenraten, so daß es natürlich ist, die Kanäle unter Verwendung von orthogonalen Sequenzen orthogonal zu machen. Die Kanaltrennung und PN-Spreizung der Verkehrskanäle in dem konventionellen CDMA-System wird in 1 gezeigt. Verkehrsinformation wird bitweise in einen Verkehrskanal eingegeben und durchläuft nacheinander einen Kanalcodierer, wie etwa einen Faltungscodierer 11, einen Zeichenwiederholer 12 und einen Blockverschachteler 13 in dieser Reihenfolge. Danach werden die Ausgabezeichen von dem Verschachteler 13 in einem orthogonalen Spreizer 14 durch eine Walsh-Funktion mit einem Index gespreizt, der in der Verbindungsaufbauprozedur dem Kanal zugewiesen wurde, und die Ausgabe des orthogonalen Spreizers 14 wird auf die Pilot-PN-Spreizer 15 und 16 (I-Kanal bzw. Q-Kanal) durch die Pilotcodes mit einem Zeitversatz verteilt, der der korrespondierenden Zelle oder Sektor zugewiesen wurde. Alle Vorwärtskanäle innerhalb einer Zelle oder eines Sektors haben ein Paar von Pilot-PN-Codes mit demselben Zeitversatz gemeinsam.
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Einer der typischen Vielfachzugriffe, der bei den Mobilfunkkommunikationssystemen verwendet wird, ist das CDMA-Kommunikationssystem. In der IS-95, einer gemeinsamen Ausbreitungsschnittstelle für CDMA (CAI, common air interface), die in den U. S. A. als ein zellularer und Personenkommunikationsdienst-(PCS, personal communications service)-Standard angenommen wurde, werden die Vorwärtskanäle in einer Zelle oder Sektor durch die Walsh-Funktionen als kanaltrennende, orthogonale Codes und ein Paar von PN-Sequenzen der Periode 215 mit einem gegebenen Zeitversatz als Pilot-PN-Codes gespreizt. Deshalb gibt es wenig Interzellinterferenz in einer Mobilstation, weil alle Vorwärtskanäle mit orthogonalen Sequenzen gespreizt und synchron übertragen werden können.
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Jedoch ist es in den Systemen, die die Walsh-Funktionen verwenden, schwierig, wegen der Beziehung zwischen der Zeichenrate am Eingang des orthogonalen Spreizers und der Chiprate am Ausgang des PN-Spreizers Informationsdaten mit unterschiedlichen Raten zu übertragen. D. h., ein Zeichen am Eingang des orthogonalen Spreizers sollte mit einer oder mehreren Perioden der Walsh-Sequenz gespreizt werden, um Orthogonalität im Demodulator des mobilen Empfängers zu garantieren.
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Ein Spreizverfahren, das die langen Codes nur zur Kanaltrennung ohne orthogonale Verteilung verwendet, unterstützt eine Vielfalt von Raten der Benutzerinformation. Dieses Verfahren bietet eine Menge Flexibilität im Systementwurf, aber es gibt keine Orthogonalität zwischen den Kanälen, nicht einmal zwischen den Kanälen, die die obige Walsh-Bedingung erfüllen, was die Bitfehlerleistung erniedrigt.
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WO 95/22210 A2 offenbart ein System und ein Verfahren zum dynamischen Ändern der Verkehrskanalsektorisierung in einem Spreizspektrum-Kommunikationssystem. Das System sendet Informationen zu wenigstens einem angegebenen Benutzer in einem Spreizspektrum-Kommunikationssystem und enthält einen Pseudo-Zufallscodegenerator zum Erzeugen eines Pseudozufallsrauschsignals eines vorbestimmten PN-Codes bei einer vorbestimmten Chiprate.
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US 5,442,625 offenbart ein Multicode-CDMA-System, das einem Benutzer an einer Funksendeeinheit gestattet, die Quellendatenbitrate dynamisch zu ändern. In Erwiderung auf eine Benutzereingabe, die eine Quellenbitrate aus der Vielzahl auswählt, spreizt ein justierbarer Codierschaltkreis im Sender den digitalen Bitstrom und sendet diesen bei einer Kanalbitrate, die wenigstens der höchsten Bitrate der Vielzahl von Quellenbitraten gleicht. Die Vielzahl von Quellenbitraten enthält eine Basisbitrate und wenigstens eine Bitrate, die ein Vielfaches der Basisbitrate ist.
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US 5,414,728 offenbart ein System und ein Verfahren zur Übertragung von Informationen über I- und Q-Kanäle in einem Spreizspektrum-Kommunikationssystem. Die beschriebene Technik soll die Verkehrskanalkapazität ohne entsprechende Abnahme der Bitrate erhöhen. PNI- und PNQ-Signale vorbestimmter PN-Codes werden verwendet, um erste bzw. zweite Informationssignale zu spreizen. Die Signale werden jeweils mit den ersten oder zweiten Informationssignalen und einem orthogonalen Funktionssignal kombiniert, um I- und Q-Kanalmodulationssignale zu erzeugen. Die I- und Q-Modulationssignale werden zur Modulation der I- und Q-Trägersignale verwendet.
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US 4,644,523 offenbart ein System, mit dem das Signal-zu-Rausch-Verhältnis in einem DS-Spreizspektrum-Signalempfänger verbessert werden kann. Eine Vielzahl von Sendern, die auf einen gemeinsamen Takt synchronisiert sind, senden jeweils ein Datensignal, das mit einem gemeinsamen bipolaren Pseudozufallscode gespreizt wird, der eine unterschiedliche zugewiesene Codesequenzverschiebung aufweist.
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US 5,450,395 beschreibt ein Code-Positionsmodulationssystem und ein zugehöriges Verfahren für Mehrbenutzer-Satellitenkommunikation. Das Kommunikationssystem für mehrere Benutzer hat dieselbe Maximallängencodierung (MLC) in einer Mehrfachzugriffsumgebung. Ein 1023 Chips langer Code wird bezogen auf eine Zeitdauer gesendet, die sich wiederholt, nachdem 1023 Chips gesendet worden sind. Alle Sender und Empfänger haben eine koordinierte Zeitquelle.
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EP 0 758 823 A2 offenbart ein Spreizspektrum-Kommunikationssystem, das die Abnahme der Kommunikationsperformance verhindern kann und Hochgeschwindigkeitskommunikationsmultiplexierung realisiert. Parallele Signale werden mit einem Spreizcode von einem PN-Generator multipliziert und die Ergebnisse durch Verzögerungselemente verzögert und multiplexiert. Zeitdifferenzen zwischen den Verzögerungszeiten sind auf willkürliche Zeitperioden von wenigstens einem Chip aufeinander bezogen eingestellt. Somit können die Fehlerrateneigenschaften verbessert und die Degradation von korrilierten Ausgaben unterdrückt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Spreizung der Informationssignale vorzusehen, die in der Lage ist, verschiedene Informationsraten zu unterstützen und die Interferenzen bei einer spezifischen Rate in einem CDMA-System zu verringern.
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Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen definierte Erfindung gelöst.
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Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die Erfindung wird aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen offensichtlich werden, in denen:
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1 ein Blockdiagramm ist, das ein konventionelles Spread-Spektrumsystem in einem CDMA-Mobilkommunikationssystem veranschaulicht;
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2 ein Blockdiagramm ist, das das Spreizverfahren in einem CDMA-System nach der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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3 ein Blockdiagramm ist, das die Spreizerbank in einem CDMA-System nach der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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4 ein Blockdiagramm ist, das ein Ausführungsbeispiel des Spreizers von 3 veranschaulicht; und
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5 ein Blockdiagramm ist, das ein anderes Ausführungsbeispiel des Verteilers von 3 veranschaulicht.
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Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung im Detail unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
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Zuerst ist 2 ein Blockdiagramm, das das Spreizverfahren in einem CDMA-System nach der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, in dem das Bezugszeichen 21 einen Faltungscodierer, das Bezugszeichen 22 einen Zeichenwiederholer, das Bezugszeichen 24 einen ersten Schalter, das Bezugszeichen 25 einen orthogonalen Spreizer, das Bezugszeichen 26 einen zweiten Schalter, die Bezugszeichen 27 und 28 Lang-PN-Spreizer und das Bezugszeichen 29 eine Schaltersteuerung bezeichnet.
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Der Sender für den Vorwärtsverkehrskanal des CDMA-Systems wird in 2 gezeigt. Die Verkehrsdaten auf dem Verkehrskanal durchlaufen einen Kanalcodierer, wie etwa den Faltungscodierer 21, den Zeichenwiederholer (oder Scrambler) 22 und den Blockverschachteler 23, in dieser Reihenfolge.
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Als nächstes empfängt die Schaltungssteuerung 29 von einem externen Schaltkreis eine digitale Bit-Rate, die Länge eines orthogonalen Codes und eine Chip-Rate. Falls dazu das Produkt der digitalen Bit-Rate und der Länge des orthogonalen Codes gleich der Chip-Rate ist, steuert die Schaltersteuerung 29 die ersten und zweiten Schalter 24 bzw. 26 und spreizt die Verkehrsdaten über einen I-Kanal bzw. einen Q-Kanal in den Lang-PN-Spreizer 27 bzw. 28, nachdem er die Verkehrsdaten in dem orthogonalen Spreizer 25 unter Benutzung der Walsh-Funktion mit einem in der Verbindungsaufbauprozedur zugewiesenen Index gespreizt hat. In diesem Fall wird die PN-Spreizung durch die langen Codes mit einem festen Zeitversatz ausgeführt, die der korrespondierenden Zelle oder Sektor zugewiesen wurde.
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Falls andererseits das Produkt der digitalen Bit-Rate und der Länge des orthogonalen Codes nicht gleich der Chip-Rate ist, steuert die Schaltersteuerung 29 die ersten und zweiten Schalter 24 bzw. 26 so, daß die Verkehrsdaten über einen I-Kanal bzw. einen Q-Kanal in den Lang-PN-Spreizer 27 bzw. 28 gespreizt werden. Jedoch wird die Spreizung der Verkehrsdaten nicht in dem orthogonalen Spreizer 25 durchgeführt. In diesem Fall wird die Spreizung der Verkehrsdaten durch den Lang-PN-Code mit den jedem Kanal zugewiesenen, unterschiedlichen Codeversätzen ausgeführt.
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Wie oben ausgeführt, wird jeder der Kanäle bei der Übertragung der Daten durch einen von zwei Modes gespreizt und getrennt. D. h., in dem ersten Mode werden die Verkehrsdaten durch die der korrespondierenden Zelle oder Sektor zugewiesenen, langen PN-Codes mit einem festen Zeitversatz gespreizt, nachdem sie unter Benutzung der dem Kanal zugewiesenen Walsh-Sequenz orthogonal gespreizt wurden. In dem zweiten Mode werden die Verkehrsdaten durch die jedem Kanal zugewiesenen, langen Codes mit unterschiedlichen Zeitversätzen gespreizt, ohne orthogonale Spreizung durch den orthogonalen Spreizer 25.
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Die Auswahl der Modi kann durch die Verkehrsdatenrate bestimmt werden, und eine Basisstation teilt einer Mobilstation den in der Verkehrskanalübertragung zu benutzenden, ausgewählten Mode mit. Ferner wird im Fall des ersten Modes der Index der Walsh-Funktion und der feste (derselbe) Codeversatz des langen PN-Codes auch der Mobilstation durch die Basisstation zusammen mit dem zu benutzenden Mode mitgeteilt, und im zweiten Mode werden die verschiedenen Codeversätze des langen PN-Codes auch der Mobilstation durch die Basisstation zusammen mit dem zu benutzenden Mode mitgeteilt.
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Die langen PN-Codes der vorliegenden Erfindung werden als Kanaltrennungs- und/oder PN-Spreizcodes benutzt, aber gerade nicht die Pilotcodes der Zelle oder des Sektors wie in den konventionellen Systemen. Die Polynome für diese Codes sind alle die gleichen innerhalb des Systems. Als Spreizcodes des Pilotkanals und des Sync-Kanals können Codes mit kurzer Periode, wie etwa Gold- und Kasami-Codes jeder der Zellen oder Sektoren zugewiesen werden. Die Kanäle, die sowohl den orthogonalen Spreizer als auch den Lang-Code-Spreizer durchlaufen, werden durch die von einander unterschiedlichen, orthogonalen Codes kanalgetrennt und erneut durch lange Codes mit einem festen Zeitversatz gespreizt. Die Kanäle, die nur den Lang-Code-Spreizer durchlaufen, werden durch die langen Codes mit unterschiedlichen Zeitversätzen gespreizt.
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3 ist ein Blockdiagramm, das eine Spreizerbank in einem CDMA-System nach der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Wie in 3 gezeigt, empfängt eine Vermittlungssteuerung 34 von einem externen Schaltkreis eine digitale Bit-Rate, die Länge eines orthogonalen Codes und eine Chip-Rate. Falls das Produkt der digitalen Bit-Rate und der Länge des orthogonalen Codes gleich der Chip-Rate ist, übergibt die Vermittlungssteuerung die Benutzerdaten an eine orthogonale Spreizergruppe 31 durch Steuerung einer Vermittlung 32. Nach Ausführung der Spreizung unter Benutzung des orthogonalen Codes in der orthogonalen Spreizergruppe 31 steuert die Vermittlungssteuerung 34 die Vermittlung 32, so daß die Ausgabe von der orthogonalen Spreizergruppe 31 zu einer Lang-PN-Spreizergruppe 33 geführt wird. Die Lang-PN-Spreizergruppe 33 führt die Spreizung unter Verwendung des langen Codes mit dem festen Codeversatz durch und gibt das Ergebnis der Spreizung aus.
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Falls andererseits das Produkt der digitalen Bit-Rate und der Länge des orthogonalen Codes nicht gleich der Chip-Rate ist, leitet die Vermittlungssteuerung die Benutzerdaten an die Lang-PN-Spreizergruppe 33. Die Lang-PN-Spreizergruppe 33 führt die Spreizung unter Verwendung des langen Codes mit unterschiedlichen Codeversätzen durch und gibt das Ergebnis der Spreizung aus.
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Wie oben beschrieben kann durch direktes Leiten der Verkehrsdaten an die Lang-PN-Spreizergruppe 33 die Anzahl der erforderlichen orthogonalen Spreizer niedriger als die der Benutzerkanäle sein.
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4 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel eines Spreizers von 3 veranschaulicht. Auch im Fall der BPSK-Datenmodulation (binary phase shift keying, binäre Pulslagenmodulation) und der BPSK-PN-Spreizung zeigt 4 die Verbindung zwischen dem orthogonalen Spreizer und dem Lang-Code-Spreizer. Angenommen, die digitale Bit-Rate ist ”m” bps, die Chip-Rate ist ”n” bps und die Länge des orthogonalen Codes ist ”a”, wobei die Länge des orthogonalen Codes ”a” variabel ist und alle Codewörter solcher variablen Länge untereinander die orthogonale Charakteristik besitzen.
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Mit Bezug auf 4 nimmt eine Schaltersteuerung 46 von einem externen Schaltkreis eine digitale Bit-Rate, die Länge der orthogonalen Codes und eine Chip-Rate auf. Falls das Produkt der digitalen Bit-Rate und der Länge der orthogonalen Codes gleich der Chip-Rate ist, gibt die Schaltersteuerung 46 ein erstes Schaltersteuerungssignal an einen ersten Schalter 41 aus. Falls nicht, gibt die Schaltersteuerung 46 ein zweites Schaltersteuerungssignal an einen zweiten Schalter 43 aus.
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Der erste Schalter 41 wird in Reaktion auf ein erstes Steuerungssignal von der Schaltersteuerung 46 mit dem Verbindungspunkt 1 verbunden, so daß die Benutzerverkehrsdaten in einen orthogonalen Spreizer 42 eingegeben werden. Der orthogonale Spreizer 42, der die Benutzerverkehrsdaten über den ersten Schalter 41 empfängt, führt die Spreizung unter Benutzung des orthogonalen Codes aus und gibt das Ergebnis an den zweiten Schalter 43 aus.
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Wenn ein zweites Steuerungssignal von der Schaltersteuerung 46 nicht empfangen wird, ist der zweite Schalter 43 mit dem Verbindungspunkt 2 verbunden, so daß die Ausgabe von dem orthogonalen Spreizer 42 in ein exklusives ODER-Gatter (EXOR-Gatter) 45 eingegeben wird. Falls das zweite Steuerungssignal von der Schaltersteuerung 46 empfangen wird, ist der zweite Schalter 43 mit dem Verbindungspunkt 3 verbunden, so daß die Benutzerverkehrsdaten in das EXOR-Gatter 45 eingegeben werden.
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Ein Lang-Code-Generator 44 erzeugt den langen Code mit dem festen Codeversatz oder den unterschiedlichen Codeversätzen und gibt den erzeugten, langen Code in das EXOR-Gatter 45 ein. Das EXOR-Gatter 45 führt die Logikoperation zum Exklusiv-Odern der Ausgabe von dem orthogonalen Spreizer 42 und dem langen PN-Code mit dem festen Codeversatz oder zum Exklusiv-Odern der Benutzerverkehrsdaten mit dem langen PN-Code mit den unterschiedlichen Codeversätzen durch.
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Dazu ist der Zeitversatz des langen Codes auf den zellen-/sektorspezifischen Zeitversatz festgelegt, und die Kanaltrennung wird durch den orthogonalen Code erreicht. Und in dem Fall, daß die orthogonale Spreizung umgangen wird, wird ein kanalspezifischer Zeitversatz für die Lang-Code-Spreizung verwendet.
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5 ist ein Blockdiagramm eines anderen Beispiels des Spreizers von 3. Wie in 4 veranschaulicht, wird im Fall der BPSK-Datenmodulation und der QPSK-PN-Spreizung die Verbindung zwischen dem orthogonalen Spreizer und dem Lang-Code-Spreizer in 5 gezeigt. In gleicher Weise wird angenommen, daß die digitale Bit-Rate ”m” bps, die Chip-Rate ”n” bps und die Länge des orthogonalen Codes ”a” ist, wobei die Länge des orthogonalen Codes ”a” variabel ist und alle Codeworte solcher variablen Länge die orthogonale Charakteristik unter einander besitzen.
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Falls ein erster Schalter 51 ein erstes Steuerungssignal von der Schaltersteuerung 58 empfängt, wird er mit dem Verbindungspunkt 1 verbunden, so daß die Benutzerverkehrsdaten in einen orthogonalen Spreizer 52 eingegeben werden. Der orthogonale Spreizer 52, der die Benutzerverkehrsdaten über den ersten Schalter 51 empfängt, führt die Spreizung unter Benutzung des orthogonalen Codes aus und gibt das Ergebnis an den zweiten Schalter 53 aus.
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Wenn ein zweites Steuerungssignal von der Schaltersteuerung 58 nicht empfangen wird, ist der zweite Schalter 53 mit dem Verbindungspunkt 2 verbunden, so daß die Ausgabe von dem orthogonalen Spreizer 52 in ein erstes und ein zweites EXOR-Gatter 55 und 57 eingegeben wird. Falls das zweite Steuerungssignal von der Schaltersteuerung 58 empfangen wird, ist der zweite Schalter 53 mit dem Verbindungspunkt 3 verbunden, so daß die Benutzerverkehrsdaten in das erste und in das zweite EXOR-Gatter 55 und 57 eingegeben werden.
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Ein erster Lang-Code-Generator 54 erzeugt den langen Code mit dem festen Codeversatz oder den unterschiedlichen Codeversätzen und gibt den erzeugten, langen Code in das erste EXOR-Gatter 55 ein. In gleicher Weise erzeugt ein zweiter Lang-Code-Generator 56 den langen Code mit dem festen Codeversatz oder den unterschiedlichen Codeversätzen und gibt den erzeugten, langen Code in das zweite EXOR-Gatter 57 ein.
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Das erste EXOR-Gatter 55 führt die Logikoperation zum exklusiven Odern der Ausgabe von dem orthogonalen Spreizer 52 und dem langen PN-Code mit dem festen Codeversatz von dem ersten Langcode-Generator 54 oder zum Exklusiv-Odern der Benutzerverkehrsdaten mit dem langen PN-Code mit den unterschiedlichen Codeversätzen von dem ersten Lang-Code-Generator 54 durch. Die Ausgabe von dem ersten EXOR-Gatter 55 wird über den I-Kanal ausgegeben.
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In gleicher Weise führt das zweite EXOR-Gatter 57 die Logikoperation zum exklusiven Odern der Ausgabe von dem orthogonalen Spreizer 52 und dem langen PN-Code mit dem festen Codeversatz von dem zweiten Lang-Code-Generator 56 oder zum Exklusiv-Odern der Benutzerverkehrsdaten mit dem langen PN-Code mit den unterschiedlichen Codeversätzen von dem zweiten Lang-Code-Generator 56 durch. Die Ausgabe von dem zweiten EXOR-Gatter 57 wird über den Q-Kanal ausgegeben.
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Dazu ist der Zeitversatz des langen Codes (I- und Q-Kanäle) auf den zellen-/sektorspezifischen Zeitversatz festgelegt, und die Kanaltrennung wird durch den orthogonalen Code erreicht. Und in dem Fall, daß die orthogonale Spreizung umgangen wird, wird ein kanalspezifischer Zeitversatz für die Lang-Code-Spreizung verwendet.
