DE19923408C1 - CDMA-Empfangsverfahren und CDMA-Empfangseinrichtung für Mobilfunkanwendungen - Google Patents

Abstract

Bei einem CDMA-Empfangsverfahren für Mobilfunkanwendungen werden mit CDMA-Codes teilnehmerspezifisch spreizcodierte Datensignale empfangen. Diese werden bezüglich eines vorgegebenen CDMA-Codes spreizdecodiert, um ein bestimmtes Teilnehmerdatensignal zu ermitteln. Anschließend wird mittels eines adaptiven Datendetektors (DD) und eines in Rückkopplung (R) mit dem adaptiven Datendetektor (DD) geschalteten Kanaldecodierers (KDECOD) eine iterative Entzerrung des bestimmten Teilnehmerdatensignals vorgenommen.

Description

Die Erfindung betrifft ein CDMA-Empfangsverfahren und eine CDMA-Empfangseinrichtung zum Einsatz in Mobilfunksystemen.

In einem Mobilfunksystem greifen zahlreiche Teilnehmer zur gleichen Zeit und im gleichen Raumbereich auf einen gemeinsa­ men Mobilfunkkanal zu. Um einen geordneten Zugriff und eine Teilnehmerseparierung zu ermöglichen, werden Vielfachzu­ griffsverfahren eingesetzt. Neben "traditionellen" Vielfach­ zugriffsverfahren wie beispielsweise FDMA (Frequency Division Multiple Access) und TDMA (Time Division Multiple Access), die z. B. beim GSM (Global System for Mobile Communication) Standard eingesetzt werden, werden für zukünftige Mobilfunk­ systeme zunehmend auch CDMA (Code Division Multiple Access) Verfahren in Betracht gezogen.

Bei einem CDMA-Vielfachzugriffsverfahren wird weder die Ge­ samtübertragungsbandbreite (wie bei FDMA) noch die Gesamt­ übertragungsdauer (wie bei TDMA) eingeteilt. Statt dessen wird jedes Teilnehmerdatensignal durch Aufprägen eines indi­ viduellen, teilnehmerspezifischen CDMA-Codes unverwechselbar gemacht. Das Aufprägen des CDMA-Codes wird auch als "Band­ spreizung" oder einfach als "Spreizung" des Teilnehmerdaten­ signals bezeichnet.

Als Teilnehmerdatensignal wird im folgenden ein durch Band­ spreizung einem bestimmten Teilnehmer zugeordnetes, d. h. "Teilnehmer-individualisiertes" Datensignal verstanden. Das Teilnehmerdatensignal kann von einem bestimmten Teilnehmer stammen (d. h. von einer bestimmten Mobilstation über die so­ genannte Aufwärtsstrecke zu einer Basisstation gesendet wer­ den) oder für einen bestimmten Teilnehmer vorgesehen sein (d. h. von einer Basisstation über die sogenannte Abwärts­ strecke zu einer bestimmten Mobilstation gesendet werden).

In dem Artikel "Combined Turbo Equalization and Turbo Deco­ ding" von D. Raphaeli und Y. Zarai, IEEE Communications Let­ ters, Bd. 2, Nr. 4, 1998, Seiten 107 bis 109 ist eine itera­ tive Empfängerstruktur beschrieben, die zur adaptiven Kanal­ schätzung einen MAP-(Maximum a-posteriori) Symbolschätzer und zur Decodierung einen nachgeschalteten Turbo-Decodierer ver­ wendet. Der MAP-Symbolschätzer und der Turbo-Decodierer sind in einer Rückkoppelschleife angeordnet und führen eine itera­ tive Entzerrung durch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein leistungsfähi­ ges CDMA-Empfangsverfahren sowie eine leistungsfähige CDMA- Empfangseinrichtung zu schaffen. Insbesondere soll eine hohe Teilnehmerzahl erreichbar sein.

Zur Lösung der Aufgabe sind die Merkmale der Ansprüche 1 und 7 vorgesehen.

Durch die Kombination einer iterativen Entzerrung mit dem CDMA-Vielfachzugriffsprinzip wird ein CDMA-Empfangsverfahren bzw. ein CDMA-Empfänger mit einer erhöhten Störfestigkeit ge­ schaffen. Dies ermöglicht - unter der Annahme einer gleich­ bleibenden Systemlast - eine Erhöhung der Empfangsqualität (Dienstqualität). Darüber hinaus eröffnet die erhöhte Stör­ festigkeit des Empfängers in Verbindung mit dem CDMA-Ver­ fahren aber auch die Möglichkeit, sowohl die Teilnehmerzahl (d. h. die Systemkapazität) als auch die Zellfläche und damit die Wirtschaftlichkeit des das erfindungsgemäße Verfahren einsetzenden CDMA-Mobilfunksystems zu erhöhen.

Die letztgenannten Aspekte sind in der Praxis von großem In­ teresse. Sie beruhen darauf, daß bei dem CDMA-Verfahren die Teilnehmerzahl softwaretechnisch - durch Vergabe von Teilneh­ mercodes (CDMA-Codes) - verändert werden kann. Diese Flexi­ bilität ermöglicht, daß bei störfesteren Empfängern mehr Teilnehmer zugelassen bzw. zusätzliche Teilnehmer aufgenommen werden können. Mit anderen Worten kann der durch den Einsatz störfesterer Empfänger erzielte "Gewinn" statt zur Verbesse­ rung der Dienstqualität auch zur Erhöhung der Teilnehmerzahl bzw. zur Vergrößerung der Zellfläche verwendet werden.

Würde demgegenüber das Konzept der iterativen Entzerrung bei­ spielsweise bei dem bekannten GSM-Mobilfunkstandard (der kei­ ne CDMA-Komponente verwendet) eingesetzt werden, wäre zwar auch eine Verbesserung der Dienstqualität erreichbar. Die maximale Teilnehmerzahl pro Zelle sowie die Zellfläche (so­ fern diese durch die Auslastung begrenzt ist) wären jedoch auf diese Weise nicht zu beeinflussen, da diese Größen durch das von GSM verwendete FDMA/TDMA-Zugriffsverfahren (8 TDMA- Zeitschlitze und 124 FDMA-Teilnehmerkanäle, ergibt etwa 1000 Teilnehmer pro Funkzelle) fest vorgegeben sind.

Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäß ermöglichten Erhöhung der Teilnehmerzahl wirkt sich günstig aus, daß CDMA-Systeme in der Regel eine sogenannte weiche Degradation ("Soft Degra­ dation" oder "Graceful Degradation") zeigen, was bedeutet, daß bei Zunahme der Vielfachzugriffsinterferenz (d. h. der Störungen durch andere Teilnehmer) die Funktionstüchtigkeit des Mobilfunksystems nur allmählich und nicht schlagartig verloren geht. Das erfindungsgemäß geschaffene zusätzliche Teilnehmerpotential kann somit gut ausgeschöpft werden, weil das das erfindungsgemäße Verfahren einsetzende CDMA-Mobil­ funksystem noch nahe seiner Kapazitätsgrenze relativ stabil betrieben werden kann.

Die hier verwendeten Begriffe CDMA-Empfangsverfahren und CDMA-Empfangseinrichtung schließen den Fall hybrider Viel­ fachzugriffsverfahren mit einer obligatorischen CDMA-Kom­ ponente und - gegebenenfalls mehreren - fakultativen anderen Vielfachzugriffskomponenten (wie z. B. TDMA/FDMA) ein.

Vorzugsweise wird bei der iterativen Entzerrung eine kohären­ te Datendetektion durchgeführt. Durch eine kohärente Daten­ detektion wird die mit dem erfindungsgemäßen Empfangsverfah­ ren erreichbare Störfestigkeit (bzw. die Störfestigkeit der erfindungsgemäßen CDMA-Empfangseinrichtung) weiter erhöht.

Eine weitere bevorzugte Maßnahme kennzeichnet sich dadurch, daß durch Spreizdecodieren mit einem weiteren CDMA-Code zu­ mindest ein weiteres Teilnehmerdatensignal ermittelt wird, daß auch das weitere Teilnehmerdatensignal iterativ entzerrt wird und daß durch Berücksichtigung des iterativ entzerrten weiteren Teilnehmerdatensignals eine Rauschverminderung des bestimmten Teilnehmerdatensignals erzielt wird. Durch diese auch als "gemeinsame Detektion" ("Joint Detection") oder Mehrteilnehmerdetektion bezeichnete Technik wird ebenfalls eine verbesserte Störungsunterdrückung erreicht. Ihre Wir­ kung beruht darauf, daß ein Teil der Störungen des interes­ sierenden, bestimmten Teilnehmerdatensignals durch andere Teilnehmerdatensignale hervorgerufen wird (Mehrteilnehmerin­ terferenz). Dieser Störungsanteil ist deterministisch und läßt sich durch eine Detektion dieser weiteren Teilnehmerda­ tensignale ermitteln und sodann gezielt eliminieren.

Vorzugsweise ist der vorgegebene CDMA-Code aus einer Mehrzahl von empfängerseitig verfügbaren CDMA-Codes auswählbar. Dies ermöglicht, daß vor der Gesprächsaufnahme zwischen der Sende­ einrichtung und dem Empfänger ein geeigneter, noch freier CDMA-Code vereinbart wird. Dadurch wird die Möglichkeit ei­ ner flexiblen Vergabe von CDMA-Codes beispielsweise in Abhän­ gigkeit von der Systemauslastung (d. h. den momentan gerade genutzten Codes) geschaffen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert; in die­ ser zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Luftschnittstelle eines Mobilfunksystems;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer möglichen Struktur eines CDMA-Datenblocks;

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Empfangs­ einrichtung; und

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines iterativen Mehrteilnehmer- Entzerrers mit vorgeschalteten Spreizcode-Decodierern, der in der in Fig. 3 gezeigten Empfangseinrichtung zum Einsatz kommen kann.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung die Luftschnitt­ stelle eines zellularen CDMA-Mobilfunksystems. Zwischen drei jeweils einzelnen Teilnehmern zugeordneten Mobilstationen MS1, MS2, MS3 und einer gemeinsamen Basisstation BS können bidirektionale Kommunikationsverbindungen aufgebaut werden. Das jeweilige Übertragungsverhalten der Luftschnittstelle wird durch die drei Funkkanäle K1, K2, K3 beschrieben.

Die Kommunikationsverbindungen zwischen der an ein Fernkommu­ nikationsnetz angeschlossenen Basisstation BS und den Mobil­ stationen MS1, MS2, MS3 unterliegen einer Mehrwegeausbrei­ tung, die durch Reflexionen beispielsweise an Gebäuden oder Bepflanzungen zusätzlich zum direkten Ausbreitungsweg hervor­ gerufen wird. Geht man von einer Bewegung der Mobilstationen MS1, MS2, MS3 (relativ zu der ortsfesten Basisstation BS) aus, dann führt die Mehrwegeausbreitung zusammen mit weiteren Störungen dazu, daß sich bei der empfangenden Station MS1, MS2, MS3 bzw. BS die Signalkomponenten der verschiedenen Aus­ breitungswege eines Teilnehmerdatensignals zeitabhängig über­ lagern. Dies hat zur Folge, daß sich die Übertragungseigen­ schaften der Funkkanäle K1, K2, K3 fortwährend ändern.

Darüber hinaus tritt sowohl in der Aufwärts- als auch in der Abwärtsstrecke eine Überlagerung von mehreren Teilnehmerda­ tensignalen (d. h. Funksignalen von oder für unterschiedliche Teilnehmer) ein. Die in den Empfangseinrichtungen der Mobil­ stationen MS1, MS2, MS3 bzw. der Basisstation BS vorgenommene Teilnehmerseparierung erfolgt durch eines der bekannten CDMA- Verfahren, beispielsweise FH-(Frequency Hopping: Frequenz­ sprung-)CDMA, MC-(Multicarrier Code: Multiträger-)CDMA oder DS-(Direct Sequencing-)CDMA.

Fig. 2 dient der Erläuterung des CDMA-Prinzips zur Teilneh­ merseparierung und zeigt zu diesem Zweck am Beispiel von DS- CDMA einen möglichen Aufbau eines Datenblocks eines von einer bestimmten Mobilstation MSX (d. h. MS1, MS2, . . .) zu der Ba­ sisstation BS oder von der Basisstation BS zu einer bestimm­ ten Mobilstation MSX gesendeten Teilnehmerdatensignals.

Der Datenblock besteht aus einer ersten Sequenz S1 von NS nachrichtentragenden Datensymbolen d, einer Trainingssequenz TR aus einer Folge von empfängerseitig bekannten Datensymbo­ len z (welche zum Zwecke der Kanalschätzung vorgesehen sind), einer zweiten Sequenz S2 von NS nachrichtentragenden Daten­ symbolen d und einer den Datenblock beendenden Schutzsequenz GP.

Das CDMA-Verfahren beruht darauf, daß jedes einzelne Daten­ symbol d mit einem teilnehmerspezifischen Spreizcode beste­ hend aus einer Folge von Q Chips c(i), i = 1, 2, . ., Q ge­ spreizt wird, wie dies im linken unteren Teil der Fig. 2 ver­ anschaulicht ist. Beim DS-CDMA wird das gespreizte Datensym­ bol d durch direktes, sequentielles Multiplizieren des Daten­ symbolwertes mit den Werten c(i) (z. B. c(i) = -1 oder 1) der Q Chips c(i) der Spreizcodefolge C gewonnen.

Die Datensymbole z der Trainingssequenz TR sind ebenfalls spreizcodiert. In der Aufwärtsstrecke (von MSX zu BS) wird die bei den nachrichtentragenden Datensymbolen verwendete teilnehmerspezifische Spreizcodierung verwendet, in der Ab­ wärtsstrecke (von BS zu MSX) kann eine allein für die Basis­ station BS charakteristische, teilnehmerunspezifische Spreizcodierung der Datensymbole z der Trainingssequenz TR eingesetzt werden.

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Emp­ fangseinrichtung E. Die Empfangseinrichtung E kann sich so­ wohl in der Mobilstation MSX als auch in der Basisstation BS befinden. Im folgenden wird (sofern nichts anderes angegeben ist) angenommen, daß sie sich in der Mobilstation MSX befin­ det. Die Empfangseinrichtung E enthält eine Hochfrequenz- Empfangsstufe HFE, Steuermittel SEE mit einer Speicherein­ richtung SPE, Demodulationsmittel DMOD mit einem Datendetek­ tor DD und mit einem Kanaldecodierer KDECOD, wobei der Daten­ detektor DD einen Kanalschätzer KS und einen Spreizcode- Decodierer SDC umfaßt, sowie einen dem Demodulatormittel DMOD nachgeschalteten Quellendecodierer QDECOD.

Die Hochfrequenz-Empfangsstufe HFE nimmt über eine Antenne eine Funkwelle entgegen, die das für die Mobilstation MSX be­ stimmte Teilnehmerdatensignal und weitere, für andere Mobil­ stationen bestimmte Teilnehmerdatensignale enthält. Diese Signale werden in der Hochfrequenz-Empfangsstufe HFE in übli­ cher Weise durch Heruntermischen in ein analoges Basisband- Empfangssignal umgewandelt.

Das analoge Basisband-Empfangssignal wird in nicht darge­ stellter Weise von einem Analog/Digital-Umsetzer mit einer ausreichend hohen, mindestens der Chiprate entsprechenden Ab­ tastrate digitalisiert und mittels eines nachgeschalteten di­ gitalen Filters (nicht dargestellt) Bandbreiten-begrenzt.

Das auf diese Weise erhaltene digitale Signal wird dem Daten­ detektor DD des Demodulatormittels DMOD zugeführt.

Der Datendetektor DD führt mit Hilfe des Kanalschätzers KS eine adaptive, d. h. an den momentanen Zustand des Übertra­ gungskanals angepaßte Datendetektion durch. Die Teilnehmer­ separierung wird mittels des Spreizcode-Decodierers SDC er­ reicht.

Im einzelnen geschieht dies folgendermaßen: Dem Kanalschät­ zer KS sind die Datensymbole z der (ungestörten, gesendeten) Trainingssequenz TR sowie der ihnen aufgeprägte Spreizcode (letzterer ist wie bereits erwähnt in dem hier betrachteten Beispiel einer Übertragung auf der Abwärtsstrecke teilnehmer­ unspezifisch) bekannt. Durch Korrelation dieser bekannten, spreizcodierten Datensymbole mit den entsprechenden empfange­ nen (gestörten) spreizcodierten Datensymbolen (in Fig. 3 mit bezeichnet) berechnet der Kanalschätzer KS bezüglich jeder Trainingssequenz TR (d. h. für jeden Block) die aktuellen Kanalparameter desjenigen Mobilfunkkanals, über den die Trai­ ningssequenz TR übertragen wurde (auf der Abwärtsstrecke ist dies für alle Teilnehmerdatensignale der Kanal zwischen BS und MSX).

Die Kanalparameter beschreiben den momentanen Übertragungszu­ stand des betreffenden Mobilfunkkanals. Sie können bei­ spielsweise in Form eines Parametersatzes vorliegen, der den funktionalen Verlauf der Kanalimpulsantwort h parametrisiert. Die Kanalimpulsantwort h ist die Antwort des Mobilfunkkanals zur Zeit t auf einen zur Zeit t - τ in den Kanal eingespeisten Dirac-Impuls.

Nach jeder Kanalschätzung werden die neu ermittelten Kanalpa­ rameter dem Datendetektor DD mitgeteilt. Dieser führt dann durch eine Faltung der empfangenen gestörten (spreizcodier­ ten) Versionen (siehe Fig. 3) der ausgesendeten Datensym­ bole d mit der aktuellen Kanalimpulsantwort h (parametrisiert durch die Kanalparameter) die Detektion der nachrichtentra­ genden Datensymbole d durch.

Vorzugsweise wird eine kohärente Datendetektion eingesetzt. Kohärent bedeutet, daß die zeitdiskreten Kanalimpulsantworten h bei der adaptiven Datendetektion nach Betrag und Phase be­ rücksichtigt werden. Dies setzt voraus, daß der Kanalschät­ zer KS geeignete Kanalparameter, die entsprechende Betrags- und Phaseninformation enthalten, generiert, und daß der Da­ tendetektor DD diese Informationen (Betrag und Phase) bei der anschließenden Datendetektion auch nutzt.

Die kohärente, adaptive Datendetektion ist bevorzugt, da sie im Vergleich zu einer nicht-kohärenten, adaptiven Datendetek­ tion ein Erhöhung des Signal-Stör-Verhältnisses ermöglicht.

Die Teilnehmerseparierung kann im Rahmen der Datendetektion durchgeführt werden. Der Spreizcode-Decodierer SDC separiert das für die betrachtete Mobilstation MSX bestimmte Teilneh­ merdatensignal von den anderen Teilnehmerdatensignalen, was sowohl die Kenntnis der senderseitig verwendeten Spreiz­ codefolge C als auch eine Synchronisierung mit dem sendersei­ tig eingesetzten Spreizcode-Codierer voraussetzt. Die sen­ derseitig verwendete Spreizcodefolge C (d. h. der teilnehmer­ spezifische CDMA-Code) ist in der Speichereinrichtung SPE ab­ gelegt. Sie ist entweder fest vorgegeben oder kann bei einer Gesprächsaufnahme zwischen der Basisstation BS und der Mobil­ station MSX vereinbart, d. h. unter der Steuerung durch das Steuermittel SEE aus mehreren in der Speichereinrichtung SPE gespeicherten Spreizcodefolgen C ausgewählt werden.

Der Spreizcode-Decodierer SDC kann bei Verwendung von DS-CDMA mit dem sendeseitigen Spreizcode-Codierer identisch sein, d. h. ebenfalls aus einem Multiplizierer bestehen, der das de­ tektierte digitale Signal mit der zugehörigen Spreizcodefolge C multipliziert.

Bei der Datendetektion ist ferner die Blockstruktur (siehe Fig. 2) zu berücksichtigen, d. h. es ist zu unterscheiden, welche der detektierten Datensymbole nachrichtentragende Da­ tensymbole (gemäß Fig. 2: Rekonstruktionen der gesendeten Da­ tensignale d der Sequenzen S1 und S2) sind und welche der de­ tektierten Datensymbole andere, Zusatzinformation-tragende Datensymbole (beispielsweise für Steuerinformation und der­ gleichen) sind. Zu diesem Zweck sind in dem Speichermittel SPE entsprechende Informationen über die verwendete Block­ struktur (unter anderem die Sequenzlänge NS) gespeichert und werden dem Demodulator DMOD mitgeteilt.

Am Ausgang des Datendetektors DD steht das (rekonstruierte) digitale Teilnehmerdatensignal für den bestimmten Teilnehmer, nämlich die hier betrachtete Mobilstation MSX, bereit. (So­ fern der Empfänger E in der Basisstation BS untergebracht ist, steht ein (rekonstruiertes) digitales Teilnehmerdaten­ signal von der bestimmten Mobilstation MSX bereit). Dieses detektierte digitale Teilnehmerdatensignal ist die empfänger­ seitige Rekonstruktion des gesendeten Teilnehmersignals. Die detektierten nachrichtentragenden Datensymbole werden im fol­ genden auch als bezeichnet. Statt einzelner Datensymbole können auch Folgen von Datensymbolen detektiert werden.

Die durch die adaptive, kohärente Datendetektion gewonnenen nachrichtentragenden Datensymbole (oder Folgen derselben) werden dem Kanaldecodierer KDECOD zugeführt.

Durch den schleifenförmigen Pfeil X ist angedeutet, daß die Verbindung zwischen dem Datendetektor DD und dem Kanaldeco­ dierer KDECOD rekursiv ist. Dies ermöglicht einen als itera­ tive Entzerrung bezeichneten Prozeß, bei dem die klassische Unterscheidung zwischen Datendetektion und Kanaldecodierung aufgehoben ist, weil durch die Rekursion nach der erstmaligen Kanaldecodierung eine oder mehrere nochmalige Datendetektio­ nen erfolgen.

Die mit einer strichpunktierten Linie umrandete Struktur aus Datendetektor DD mit Kanalschätzer KS, Spreizcode-Decodierer SDC und Kanaldecodierer KDECOD wird als iterativer CDMA- Entzerrer IE bezeichnet. Die iterative Entzerrung wird in Fig. 4 näher erläutert.

Das von dem iterativen CDMA-Entzerrer IE ausgegebene Daten­ signal (in Fig. 4 auch mit bezeichnet) wird nach einer Blockentschachtelung (nicht dargestellt) einem optionalen Quellendecodierer QDECOD zugeführt. Dieser macht eine ggf. sendeseitig erfolgte Quellencodierung rückgängig. Der Quel­ lendecodierer QDECOD gibt ein Datensignal aus, das eine Re­ konstruktionen des ursprünglichen Quellendatensignals, d. h. ein digitalisiertes Sprachsignal, Bildsignal oder dergleichen ist.

Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild eines iterativen Mehrteil­ nehmer-CDMA-Entzerrers, der sich von dem in Fig. 3 gezeigten CDMA-Entzerrer IE dadurch unterscheidet, daß er das bereits erläuterte Prinzip der gemeinsamen Detektion ("JD") zur Erhö­ hung seiner Störfestigkeit nutzt. Er wird deshalb im folgen­ den als JD-IE bezeichnet wird. Ein weiterer (optionaler) Un­ terschied besteht darin, daß mehrere Signaleingänge E1, E2, . . ., EK vorgesehen sind, die jeweils unterschiedlichen Emp­ fangssensoren (in der Regel Antennen) zugeordnet sind. Dies wird später erläutert; zunächst wird angenommen, daß nur ein Eingang E1 vorhanden sei, an dem das von der Hochfrequenz- Empfangsstufe HFE ausgegebene Basisbandsignal anliegt.

Der iterative Mehrteilnehmer-CDMA-Entzerrer JD-IE kann an­ stelle des iterativen CDMA-Entzerrers IE in der erfindungsge­ mäßen CDMA-Empfangseinrichtung E der Fig. 3 zum Einsatz kom­ men.

JD-IE umfaßt einen Mehrteilnehmer-Datendetektor JD-DD mit ei­ nem Mehrteilnehmer-Kanalschätzer JD-KS und einem Mehrteilneh­ mer-Spreizcode-Decodierer JD-SDC sowie einen Mehrteilnehmer- Kanaldecodierer JD-KDECOD. Zwischen dem Mehrteilnehmer-Da­ tendetektor JD-DD und dem Mehrteilnehmer-Kanaldecodierer JD- KDECOD kann in optionaler Weise ein Symbol-Codebit-Umsetzer SCM mit nachgeschaltetem Entschachteler DIL eingesetzt wer­ den, wobei dann in einer Rückkoppelverbindung R von dem Mehr­ teilnehmer-Kanaldecodierer JD-KDECOD zu dem Mehrteilnehmer- Datendetektor JD-DD ein Codebit-Symbol-Umsetzer CSM mit nach­ geschaltetem Verschachteler IL vorzusehen ist.

Die Arbeitsweise des iterativen Mehrteilnehmer-CDMA-Entzer­ rers JD-IE ist wie folgt:

Der Mehrteilnehmer-Datendetektor JD-DD weist neben dem Ein­ gang E1 einen Eingang EAP zur Entgegennahme einer extrinsi­ schen Information z_x auf, die ihm bei der Datendetektion als a-priori-Wissen zur Verfügung steht. Datendetektoren, die bei der Datendetektion a-priori-Wissen über die zu detektie­ renden Datensymbole (oder über eine endliche Folge von zu de­ tektierenden Datensymbolen) verwenden, werden in der Technik auch als APRI-Detektoren bezeichnet.

Der Eingang EAP steht über die Rückkoppelverbindung R mit dem die extrinsische Information z_x liefernden Mehrteilnehmer-Ka­ naldecodierer JD-KDECOD in Verbindung.

Der Mehrteilnehmer-Datendetektor JD-DD ist so ausgelegt, daß er eine kohärente Detektion nicht nur von dem für den Empfän­ ger bestimmten, interessierenden Teilnehmerdatensignal son­ dern von weiteren empfangenen Teilnehmerdatensignalen gleich­ zeitig vornimmt. Zunächst wird wiederum die Kanalschätzung durchgeführt. Befindet sich der Empfänger in der Basisstati­ on BS, müssen Kanalparameter bzw. Kanalimpulsantworten h1, h2, . . . von mehreren detektierten Teilnehmerdatensignalen nach Betrag und Phase von dem Mehrteilnehmer-Kanalschätzer JD-KS anhand der empfangenen Trainingssequenzen geschätzt werden. Sofern sich der Empfänger in der bestimmten Mobil­ station MSX befindet, reicht es in der Regel aus, nur einen Kanal (nämlich von der Basisstation BS zu der bestimmten Mo­ bilstation MSX) auszuwerten.

Der Mehrteilnehmer-Datendetektor JD-DD ermittelt dann mit Hilfe der Kanalimpulsantwort(en) h, (h1, h2, . . .) die Rekon­ struktionen d der für die diversen Teilnehmer (bzw. von den diversen Teilnehmern) gesendeten Datensymbole d, wobei die Teilnehmerseparation mittels des Mehrteilnehmer-Spreizcode- Decodierers JD-SDC durchgeführt wird, dem dafür die Spreiz­ codes aller empfangenen Teilnehmerdatensignale bekannt sein müssen.

Ferner berechnet der Mehrteilnehmer-Datendetektor JD-DD für jedes Detektionsergebnis eine zugehörige Zuverlässig­ keitsinformation Λ_d. Die Datenfolge und die zugehörige Folge von Zuverlässigkeitsinformation Λ_d werden an einem Aus­ gang des Mehrteilnehmer-Datendetektors JD-DD bereitgestellt.

Bei der Datendetektion verwendet der Mehrteilnehmer-Daten­ detektor JD-DD bezüglich aller empfangenen Teilnehmerdaten­ signale die extrinsischen Information z_x (sofern eine solche bereits vorliegt) als a-priori-Wissen über die gesendeten Da­ tensymbole. Zumindest bei der Detektion der Datensymbole des interessierenden Teilnehmers wendet er ferner das JD-Prinzip an, d. h. er vermindert das Rauschen dieses Teilnehmerdaten­ signals durch Eliminierung von "Rauschanteilen", die auf Stö­ rungen durch (die detektierten) Signale der anderen Teilneh­ mer zurückzuführen sind (Mehrteilnehmerinterferenz).

Beide Datenfolgen und Λ_d werden dem kombinierten Symbol- Codebit-Umsetzer SCM/Entschachteler DIL zugeführt und in eine Folge von binären Daten und eine Folge von Zuverlässig­ keitsinformation Λ_c betreffend der binären Daten umge­ setzt. Der kombinierte Symbol-Codebit-Umsetzer SCM/Ent­ schachteler DIL ist optional und wird nur dann benötigt, wenn auch sendeseitig entsprechende binäre Daten eingesetzt wur­ den.

Sowohl den Folgen und Λ_d als auch den Folgen und Λ_c lie­ gen die von sämtlichen empfangenen Teilnehmerdatensignalen detektierten Datensymbole zugrunde. Beispielsweise kann die Folge so aufgebaut sein, daß sie die Detektionsergebnisse aller detektierten Teilnehmer in serieller Form alternierend aneinanderreiht.

Der Mehrteilnehmer-Kanaldecodierer JD-KDECOD verarbeitet die genannten Folgen und Λ_c dergestalt, daß zunächst eine Schätzung der entsprechenden sendeseitigen, (Kanal-)un­ codierten Datenfolge und gegebenenfalls zusätzlich eine zuge­ hörige Folge Λ_u von Zuverlässigkeitsinformation ausgegeben werden.

Bei dieser Schätzung kann der Mehrteilnehmer-Kanaldecodierer JD-KDECOD extrinsische Information z_c heranziehen, die ihm als Resultat einer geeigneten Signalverarbeitung von dem nachgeschalteten Quellendecodierer QDECOD (siehe Fig. 3) zur Verfügung gestellt wird.

Der Mehrteilnehmer-Kanaldecodierer JD-KDECOD ermittelt ferner eine Folge von Zuverlässigkeitsinformation Λ_e, deren Elemente im wesentlichen Schätzungen der Treffer- bzw. Erfolgsquote der vorausgegangenen Datendetektionen (d. h. der Wahrschein­ lichkeit c = ) repräsentieren. Die Zuverlässigkeitsinfor­ mation Λ_e wird in dem kombinierten Codebit-Symbol-Umsetzer CSM/Verschachteler IL in die Folge z_x umgesetzt.

Im folgenden wird ein Durchlauf der Iterationsschleife bei der iterativen Entzerrung beschrieben.

Bei dem ersten Iterationsschritt liegt noch keine Folge z_x vor. Daher arbeitet der Mehrteilnehmer-Datendetektor JD-DD zunächst (d. h. beim Erhalt der Teilnehmerdatensignale an dem Eingang E1) ohne Berücksichtigung von a-priori-Wissen. Die Detektionsergebnisse und Λ_d werden wie bereits beschrieben in die Folgen und Λ_c umgesetzt. Der Mehrteilnehmer-Kanal­ decodierer JD-KDECOD, dem ebenfalls noch kein a-priori-Wissen (Folge z_c) vorliegt, bestimmt in einer ersten Schätzung Werte für , Λ_u und Λ_e. Die Folgen , Λ_u werden dem Quellendeco­ dierer QDECOD (siehe Fig. 3) und die Folge Λ_e wird (nach Umsetzung in CSM/IL in die Symbolfolge z_x) dem Mehr­ teilnehmer-Datendetektor JD-DD zugeführt.

Der Quellendecodierer QDECOD ermittelt auf der Basis der er­ haltenen Folgen , Λ_u die Zuverlässigkeitsinformation z_c, und gleichzeitig ermittelt der Mehrteilnehmer-Datendetektor JD-DD aus der bereits an dem Eingang E1 vorhandenen Folge und der nunmehr vorliegenden extrinsischen Information z_x eine ver­ besserte Version der Folgen und Λ_d. Diese wiederum werden in SCM/DIL in verbesserte Versionen der Folgen und Λ_c um­ gesetzt. Der Mehrteilnehmer-Kanaldecodierer JD-KDECOD verar­ beitet diese verbesserten Versionen zusammen mit dem nun ebenfalls vorliegenden a-priori-Wissen z_c zu den verbesserten Versionen der Folgen , Λ_u und Λ_e.

Entsprechend der beschriebenen Vorgehensweise können weitere Iterationsschritte durchgeführt werden. Es sei erwähnt, daß die Berücksichtigung der von dem Quellendecodierer bereitge­ stellten extrinsischen Information z_c optional ist, d. h. bei­ spielsweise bei späteren oder auch bei allen Iterations­ schritten unterbleiben kann.

Eine weitere Maßnahme zur Verbesserung der Empfangsqualität besteht darin, Signale von mehreren (K) Antennen zu nutzen.

Dabei kann es sich um omnidirektionale Antennen oder um An­ tennen mit Richtempfangscharakteristik handeln. Bei einer Mobilstation MSX können beispielsweise zwei im wesentlichen omnidirektionale Antennen in Form der üblichen Stabantenne und einer an der Gehäuserückwand angebrachten Planarantenne vorhanden sein. Bei Basisstationen BS werden häufig (auch) Antennen mit einer Richtempfangscharakteristik verwendet.

Die von den K Antennen stammenden Basisbandsignale liegen an den Eingängen E1, E2, . . ., EK an. Aufgrund der Raumdiversi­ tät ist jeder Antenne ein eigener Übertragungskanal mit einem eigenen Übertragungsverhalten zugeordnet. Der Mehrteilneh­ mer-Kanalschätzer JD-KS muß in diesem Fall für jeden Eingang E1, E2, . . ., EK und gegebenenfalls (bei einer Basisstation) für jeden Teilnehmer eine Kanalschätzung durchführen. Der Detektionsgewinn bei dieser "Mehrantennen-Detektion" beruht auf der verbesserten Statistik bei Berücksichtigung von K un­ abhängigen Kanälen und steigt mit zunehmendem K.

Es sind vielfältige Modifikationen der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Empfangseinrichtung E und der iterativen CDMA- Entzerrer IE bzw. JD-IE möglich.

Als Kanaldecodierer KDECOD bzw. JD-KDECOD kann - sofern aus­ reichend Rechenkapazität vorhanden ist - ein Turbo-Decodierer eingesetzt werden. Ein Turbo-Decodierer besteht aus zwei einzelnen Decodierern, die rekursiv verschaltet sind und auf diese Weise eine iterative Kanaldecodierung vornehmen. Bei Verwendung eines Turbo-Decodierers wird die iterative Kanal­ decodierung als Unterprozeß der vorstehend beschriebenen ite­ rativen Entzerrung ausgeführt.

Zur Schätzung der Kanalparameter (d. h. der Kanalimpulsant­ wort(en) h bzw. h1, h2, . . .) können eine Vielzahl unter­ schiedlicher Algorithmen und insbesondere die in dem Buch "Analyse und Entwurf digitaler Mobilfunksysteme", von P. Jung, Stuttgart, B. G. Teubner, 1997 im Kapitel 5.2.3 auf den Seiten 201-206 beschriebenen Algorithmen eingesetzt werden. Diese Algorithmen werden durch Bezugnahme Gegenstand der vor­ liegenden Anmeldung. Es handelt sich dabei um die Algorith­ men für die signalangepaßte Filterung, die Gauß-Schätzung, die ML-Schätzung und die MAP-Schätzung.

Schließlich wird noch darauf hingewiesen, daß die in der Fig. 2 dargestellte mittambelbasierte Blockstruktur nicht zwingend ist. Beispielsweise kann die Kanalschätzung auch kontinuier­ lich anhand eines eigens zu diesem Zweck von der Basisstation BS ausgestrahlten, kontinuierlichen Pilotsignals durchgeführt werden.

Bezugszeichenliste

MS1/2/3/ Mobilstation
BS Basisstation
K1/2/3 Funkkanal
S1/2 Sequenz
NS Anzahl der Datensymbole
d Datensymbol
TR Trainingssequenz
z Datensymbol
GP Schutzsequenz
Q Anzahl der Chips
c1/2/Q Chip
C Spreizcode
E Empfangseinrichtung
HFE Hochfrequenz-Empfangsstufe
SEE Steuermittel
SPE Speichermittel
DMOD Demodulationsmittel
DD Datendetektor
KS Kanalschätzer
SDC Spreizcode-Decodierer
KDECOD Kanaldecodierer
QDECOD Quellendecodierer
IE Iterativer CDMA-Entzerrer
X Pfeil
JD-IE iterativer Mehrteilnehmer-CDMA-Entzerrer
JD-SDC Mehrteilnehmer-Spreizcode-Decodierer
E1/2/K Eingang
EAP Eingang
JD-DD Mehrteilnehmer-Datendetektor
JD-KS Mehrteilnehmer-Kanalschätzer
JD-KDECOD Kanaldecodierer
SCM Symbol-Codebit-Umsetzer
DIL Entschachteler
CSM Codebit-Symbol-Umsetzer
IL Verschachteler
R Rückkoppelverbindung

Claims (9)

1. CDMA-Empfangsverfahren für Mobilfunkanwendungen, das die Schritte aufweist:

• - Empfangen von mit CDMA-Codes teilnehmerspezifisch spreizco­ dierten Datensignalen; und
• - iteratives Entzerren eines durch Spreizdecodieren der emp­ fangenen Datensignale bezüglich eines vorgegebenen CDMA- Codes (C) bestimmten Teilnehmerdatensignals mittels eines adaptiven Datendetektors (DD; JD-DD) und eines in Rückkopp­ lung (R) mit dem adaptiven Datendetektor (DD; JD-DD) ge­ schalteten Kanaldecodierers (KDECOD; JD-KDECOD).

2. CDMA-Empfangsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der iterativen Entzerrung eine kohärente Datendetek­ tion durchgeführt wird.

3. CDMA-Empfangsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

• - daß durch Spreizdecodieren mit einem weiteren CDMA-Code zu­ mindest ein weiteres Teilnehmerdatensignal ermittelt wird;
• - daß auch das weitere Teilnehmerdatensignal iterativ ent­ zerrt wird; und
• - daß durch Berücksichtigung des iterativ entzerrten weiteren Teilnehmerdatensignals eine Rauschverminderung des bestimm­ ten Teilnehmerdatensignals erzielt wird.

4. CDMA-Empfangsverfahren nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene CDMA-Code (C) aus einer Mehrzahl von emp­ fangsseitig verfügbaren CDMA-Codes auswählbar ist.

5. CDMA-Empfangsverfahren nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Kanaldecodierung eine bei einer Quellendecodie­ rung ermittelte extrinsische Information (20) genutzt wird.

6. CDMA-Empfangsverfahren nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der adaptiven Datendetektion von mehreren räumlich getrennten Empfangssensoren erhaltene Datensignale berück­ sichtigt werden.

7. CDMA-Empfangseinrichtung für Mobilfunkanwendungen,

• - mit einer Hochfrequenzstufe (HFE) zum Empfangen von mit CDMA-Codes teilnehmerspezifisch spreizcodierten Datensigna­ len, und
• - mit einem iterativen CDMA-Entzerrer (IE; JD-IE), der
• - einen Spreizcode-Decodierer (SDC; JD-SDC) zum Spreizdeco­ dieren der empfangenen Datensignale bezüglich eines vorge­ gebenen CDMA-Codes (C) zur Ermittlung eines bestimmten Teilnehmerdatensignals enthält, und der
• - zur Entzerrung des bestimmten Teilnehmerdatensignals einen adaptiven Datendetektor (DD; JD-DD) und einen in Rückkopp­ lung (R) mit dem adaptiven Datendetektor (DD; JD-DD) ge­ schalteten Kanaldecodierer (KDECOD; JD-KDECOD) aufweist.

8. CDMA-Empfangseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der adaptive Datendetektor (DD; JD-DD) eine kohärente Da­ tendetektion durchführt.

9. CDMA-Empfangseinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Spreizcode-Decodierer (JD-SDC) zum Spreizdecodieren zumindest eines weiteren Teilnehmerdatensignals vorgesehen ist,
• - daß der iterative CDMA-Entzerrer (JD-IE) zumindest auch das weitere Teilnehmerdatensignal entzerrt, und
• - daß durch Berücksichtigung des detektierten weiteren Teil­ nehmerdatensignals eine Rauschverminderung des bestimmten Teilnehmerdatensignals erzielt wird.