DE19937507C2 - Empfänger für ein Nachrichtenübertragungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Empfänger, der für zwei ver­ schiedene Nachrichtenübertragungssysteme einsetzbar ist, von denen eines ein Spreizbandverfahren verwendet. Ein Beispiel für ein solches System ist das in Entwicklung befindliche UMTS-System. Ein UMTS-Sender kann für eine Mehrzahl verschie­ dener Empfänger bestimmte Signale gleichzeitig in einem ein­ zigen Frequenzband übertragen, indem er jedes Symbol mit ei­ ner Folge von Werten eines sogenannten Spreizcodes multipli­ ziert, wodurch für jedes Symbol SF sogenannte Chips erhalten werden, wobei SF die Zahl der Elemente des Spreizcodes bezie­ hungsweise den Spreizfaktor bezeichnet. Die für verschiedene Finger bestimmten Chips werden addiert und ausgestrahlt.

Jeder Empfänger rekonstruiert aus den übertragenen Chips den für ihn bestimmten Anteil durch Bilden des Skalarprodukts der empfangenen Chipfolge mit dem ihm zugeordneten Spreizcode. Diese Rekonstruktion ist möglich, weil die verwendeten Spreizcodes orthogonal sind, das heißt, das Skalarprodukt zweier Spreizcodes, aufgefaßt als Vektoren in einem SF-dimen­ sionalen Vektorraum, ist Null.

Um den Gebrauchswert eines Endgeräts für ein Spreizband-Nach­ richtenübertragungssystem, wie etwa das UMTS-System, zu verbes­ sern, ist es wünschenswert, wenn der Empfänger eines solchen Endgeräts nicht nur in der Lage ist, nach dem Standard des Spreizband-Nachrichtenübertragungssystems codierte Nachrich­ ten zu empfangen und zu verarbeiten, sondern wenn dies auch für nach anderen Systemen codierte Nachrichtensignale möglich ist.

Aus der DE 195 32 069 A1 ist ein Mobiltelefon für den Multi- Mode-Betrieb, beispielsweise DECT/GSM-Betrieb, bekannt, das mindestens eine Systemschnittstelle aufweist. Die Systemschnittstelle verfügt über eine Sprachübertragungsschnitt­ stelle, eine Steuerungsschnittstelle und eine gemeinsame Stromversorgung. Zur Messung einer aktuellen Empfangsfeld­ stärke in unterschiedlichen Betriebsarten ist eine Feldstär­ kemesseinheit mit der Systemschnittstelle verbunden. Die er­ mittelten Messdaten werden zu einer zentralen Recheneinheit übertragen, die einen Komparator zur Ermittlung einer höchs­ ten Empfangsfeldstärke aufweist und die die aktuelle Be­ triebsart aktiviert.

Aus der DE 196 15 257 A1 ist ein CDMA-Rake-Empfänger bekannt, der zum Einsatz in einem Direkte-Folge-Codemultiplex-Mehr­ fachzugriffs-Übertragungssystem eine Kanalschätzeinrichtung aufweist, die Mehrwege-Komponenten auflösen bzw. trennen kann, die mehr als ein Intervall eines Chips beieinander lie­ gen. Die Schätzeinrichtung wendet eine beschränkte, iterative Faltungstechnik an, die eine Projektion auf konvexe Mengen benutzt. Ein auf diese Weise aufgebauter Rake-Empfänger kann Signale detektieren, die sich über Mehrwege-Kanäle ausgebrei­ tet haben und Wegekomponenten aufweisen, die einen geringeren Abstand als die Dauer eines Chips der Signalfolge aufweisen.

Aus der EP 0 825 727 A1 ist ein Rake-Empfänger bekannt, der eine Decoderschaltung zum Rückgewinnen einer Symbolfolge aus einem Empfangssignal aufweist, wobei die Rückgewinnung durch Bilden eines Skalarproduktes des Empfangssignals mit einem in einem Codegenerator erzeugten Spreizcode stattfindet.

Aus der DE 198 07 960 A1 ist ein Telekommunikationssystem zur drahtlosen Mobiltelekommunikation im TDD-Modus bekannt, das insbesondere als ein im ungepaarten Frequenzband arbeitendes Universal-Mobil-Telekommunikationssystem (UMTS) ausgebildet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Empfänger für ein solches Endgerät anzugeben, der die Verarbeitung solcher in anderer Weise codierter Nachrichtensignale mit geringem Schaltungs­ aufwand ermöglicht.

Die Aufgabe wird bei einem Empfänger für ein Spreizband-Nach­ richtenübertragungssystem, der ein Empfangsteil, das in einem ersten Betriebszustand des Empfängers auf ein Spreizband- Funksignal abstimmbar ist, zum Umwandeln des Funksignals in ein elektronisches Empfangssignal, eine Decodierschaltung zum Rückgewinnen einer Symbolfolge aus dem Empfangssignal, wobei dem ersten Betriebszustand die Rückgewinnung durch Bilden ei­ nes Skalarprodukts des Empfangsignals mit einem Spreizcode stattfindet, und einen Codegenerator zum Erzeugen des Spreizcodes umfaßt, dadurch gelöst, daß das Empfangssignal in einem zweiten Betriebszustand auf ein Funksignal eines zwei­ ten, nicht bandbreiten, gespreizten Nachrichtenübertragungssy­ stems abstimmbar ist, um dieses Funksignal in das elektroni­ sche Empfangssignal umzusetzen, daß der Codegenerator in der Lage ist, im zweiten Betriebszustand einen im Mittel von 0 verschiedenen, zweiten Code zu erzeugen, und daß die Decoder­ schaltung im zweiten Betriebszustand das Skalarprodukt des Empfangssignals mit dem zweiten Code bildet.

Die Erfindung beruht auf der Einsicht, daß ein elektronisches Empfangssignal, das aus dem nicht bandbreitengespreizten Funksignal des zweiten Nachrichtenübertragungssystems erhal­ ten wird, sich nicht wesentlich von einem hypothetischen Si­ gnal unterscheidet, das von dem Spreizband-Nachrichtenüber­ tragungssystem unter Verwendung eines Spreizcodes übertragen worden sein könnte, dessen Chips sämtlich den gleichen Wert haben, und daß dieses Empfangssignal daher mit den gleichen Schaltungselementen verarbeitet werden kann, wie ein von ei­ nem Spreizband-Nachrichtensignal abgeleitetes Empfangssignal.

Um das Skalarprodukt des aus dem nicht bandbreitengespreizten Funksignal erhaltenen Empfangssignals mit dem zweiten Code zu erzeugen, muß das Empfangssignal pro Symbolperiode so oft ab­ getastet werden, wie der zweite Code Chips enthält. Die Elemente des zweiten Codes könnten dabei sämtlich 1 sein; es ist allerdings vorteilhaft, wenn wenigstens ein Element mit Wert 0 darunter ist, um Abtastwerte aus der Auswertung ausblenden zu können, die sich in der Nähe der Grenze zwischen zwei Sym­ bolen des Empfangssignals befinden, und deren Zugehörigkeit zum einen oder anderen Symbol möglicherweise zweifelhaft ist.

Eine besonders einfache Lösung ist die Verwendung eines zwei­ ten Codes, der einen Chip mit dem Wert 1 und sonst Chips mit dem Wert 0 enthält. Hier genügt es für die Bildung des Ska­ larprodukts, das Empfangssignal einmal pro Symbolperiode ab­ zutasten; der erhaltene Abtastwert entspricht dem Symbol. Ei­ ne einfache, zeitliche Steuerung des Empfängers ergibt sich dann, wenn der vom Codegenerator erzeugte, zweite Code eine Chipfrequenz gleich einem ganzzahligen Vielfachen der Symbol­ frequenz des zweiten Empfangssignals hat. Wenn dies nicht der Fall ist, kann es notwendig sein, in einzelne Symbolperioden zusätzliche Chips mit Wert 0 einzufügen, um zu verhindern, daß die Lage von Chips mit Wert 1 relativ zur Symbolperiode über Symbolgrenzen hinaus driftet und dazu führt, daß Einzel­ symbole unberücksichtigt bleiben oder zweimal ausgewertet werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Figuren.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Empfängers,

Fig. 2 ein Zeitdiagramm, das die zeitliche Entwicklung ein­ zelner Signale bei der Verarbeitung eines bandbreitenge­ spreizten Empfangssignals darstellt,

Fig. 3 ein Zeitdiagramm, das die Entwicklung von Signalen bei der Verarbeitung eines nicht bandbreitengespreizten Si­ gnals darstellt, und

Fig. 4 die Verarbeitung eines nicht bandbreitengespreizten Empfangssignals, dessen Symbolperiode kein ganzzahliges Viel­ faches der Chipperiode des Empfängers ist.

Der in Fig. 1 dargestellte Empfänger umfaßt ein Empfangsteil 1, das über eine Antenne empfangene, elektromagnetische Nach­ richtensignale in ein elektronisches Empfangssignal umsetzt. Der Ausgang des Empfangsteils 1 ist an einen Rake-Empfänger angeschlossen, der eine Mehrzahl von parallelen Fingern 2a, 2b, . . . aufweist, die das Empfangssignal a direkt oder durch Verzögerungsglieder 3 verzögert aufnehmen. Eine Stufe jedes Fingers ist ein Multiplizierer 4, der Abtastwerte des Emp­ fangssignals in einem durch einen Codegenerator 5 vorgegebe­ nen Takt mit von dem Codegenerator 5 gelieferten Werten eines Spreizcodes b multipliziert. Ein weiterer Multiplizierer 6 ist für die Multiplikation mit einem jedem Finger zugeordne­ ten Gewichtungsfaktor vorgesehen. Ein weiterer Multiplizierer (nicht dargestellt) für eine Entscrambling-Operation kann vorgesehen sein. Ein Addierer 7 ist hinter den Multiplizie­ rern 4, 6 angeschlossen und addiert die erhaltenen Produkte zum Inhalt einer Speicherzelle 8. Der Inhalt dieser Speicher­ zelle 8 wird zu Beginn jeder Symbolperiode gelöscht, und das nach dem Addieren über sämtliche Chips der Symbolperiode er­ haltene Ergebnis wird ausgegeben. Ein an die Ausgänge sämtli­ cher Speicherzellen 8 der einzelnen Finger angeschlossener Kombinierer 9 entscheidet anhand der empfangenen Additionser­ gebnisse über den Wert des empfangenen Symbols.

Fig. 2 zeigt den zeitlichen Verlauf des Empfangssignals a im Falle eines Empfangssignals, das durch Spreizen der Symbole 1, 0, -1 mit einem Spreizcode erhalten worden ist, der vier Chips umfaßt, die jeweils abwechselnd die Werte 1 und -1 ha­ ben. Der Codegenerator 5 des Empfängers reproduziert diesen Spreizcode b. Das am Ausgang des Multiplizierers 4 erhaltene Produktsignal c hat viermal den Wert 1, dann viermal den Wert 0 und schließlich viermal den Wert -1. Durch Addition dieser Wertefolge in der Speicherzelle 8 werden nacheinander Werte 4, 0, -4 erhalten, die, durch die Zahl 4 der Chips des Spreizcodes dividiert, an den Kombinierer 9 ausgegeben werden und den ursprünglich gesendeten Werten 1, 0, -1 entsprechen.

Im Falle der Fig. 3 ist angenommen, daß das Empfangsteil 1 ein Nachrichtensignal eines nicht bandbreitengespreizten Nachrichtenübertragungssystems empfängt, dessen Symbolperiode exakt das Vierfache der Chipfrequenz des in Fig. 2 darge­ stellten, bandbreitengespreizten Empfangssignals a ist. In­ folgedessen hat das Empfangssignal in Fig. 3 über eine Zeit­ spanne entsprechend vier Chips die Werte 1, 0 beziehungsweise -1. Für die Auswertung dieses Empfangssignals wird der Emp­ fänger aus Fig. 1 in einen zweiten Betriebszustand umge­ schaltet, in dem der Codegenerator 5 den in Fig. 3 darge­ stellten, modifizierten Spreizcode b erzeugt. Dieser Spreiz­ code hat ebenfalls vier Chips, darunter ein Chip mit Wert 1 und drei Chips mit Wert 0. Das durch Multiplizieren dieses Empfangssignals mit dem Spreizcode b des zweiten Betriebszu­ stands erhaltene Produktsignal c ist ebenfalls in Fig. 3 ge­ zeigt. Die Addition der Werte des Signals c in der Speicher­ zelle 8 ergibt für die drei betrachteten Symbolperioden nach­ einander die Werte 1, 0, -1. Da in jeder Symbolperiode je­ weils nur ein Chip mit Wert 1 vom Codegenerator 5 erzeugt wird, ist in diesem Falle eine Division durch 4 am Ausgang der Speicherzelle 8 nicht erforderlich, um das korrekte Er­ gebnis zu erhalten.

Selbstverständlich könnten anstatt des Codes b aus Fig. 3, der für jedes Symbol nacheinander die Chips 1,0,0,0 enthält, auch andere Codes verwendet werden, zum Beispiel ein Code der Form 0,1,0,0, der den zusätzlichen Vorteil hätte, daß eine geringfügige Verzögerung des Empfangssignals a relativ zum Spreizcode b nicht dazu führen kann, daß ein Abtastwert unbeabsichtigt von einem früheren Symbol des Empfangssignals ge­ wonnen wird.

Selbstverständlich können auch mehrere Chips des Spreizcodes vom Codegenerator 5 von 0 verschieden sein, wobei dann aller­ dings, wie im Falle der Fig. 2, eine Division am Ausgang der Speicherzelle 8 durch die Summe der Werte der von 0 verschie­ denen Chips erforderlich ist, um einen korrekten Ausgabewert für das übertragene Symbol zu erhalten.

Fig. 4 veranschaulicht die Arbeitsweise des Systems für den Fall, daß die Symbolperiode des zweiten, nicht bandbreitenge­ spreizten Nachrichtensignals kein ganzzahliges Vielfaches der Chipfrequenz des bandbreitengespreizten Nachrichtensignals ist. Das zweite Nachrichtensignal, dargestellt durch die Kästchen 10, enthält beim dargestellten Beispiel die Werte­ folge 1, 0, -1, 0, -1. Die Chipfrequenz des Codegenerators 5 beträgt knapp das Fünffache der Symbolfrequenz des zweiten Nachrichtensignals. Zum Abtasten der ersten 15 Chips bezie­ hungsweise der ersten 3 Symbole wird ein Code der Form 0,0,0,1,0 verwendet, bei dem die Chips 3, 8, 13 mit Wert 1 jeweils in einen Bereich fallen, in dem sich das vom zweiten Nachrichtensignal dargestellte Symbol nicht ändert. Das Ende des 18. Chips fällt jedoch auf einen Zeitpunkt, wo das zweite Nachrichtensignal vom Wert 0 auf -1 wechselt. Um Abtastfehler zu vermeiden, wird deshalb eins der Chips mit Wert 0 des Spreizcodes fortgelassen, und das 17. Chip erhält den Wert 1, wie durch das schraffierte Kästchen dargestellt. Auf diese Weise kann durch Weglassen (oder gegebenenfalls Hinzufügen) von Chips mit Wert 0 in dem im zweiten Betriebszustand vom Codegenerator 5 verwendeten Spreizcode der Empfänger auch für den Empfang von Nachrichtensignalen nutzbar gemacht werden, deren Symbolperiode kein ganzzahliges Vielfaches der Chippe­ riode ist.

Claims (5)

1. Empfänger für ein Spreizband-Nachrichtenübertragungssy­ stem, mit:
einem Empfangsteil (1), das in einem ersten Betriebszustand des Empfängers auf ein Spreizband-Funksignal abstimmbar ist, zum Umwandeln des Funksignals in ein Empfangssignal (a),
einer Decoderschaltung (2a, 2b) zum Rückgewinnen einer Sym­ bolfolge aus dem Empfangssignal, wobei in dem ersten Be­ triebszustand die Rückgewinnung durch Bilden eines Skalarpro­ dukts des Empfangssignals mit einem Spreizcode (b) stattfin­ det, und
einem Codegenerator (5) zum Erzeugen des Spreizcodes (b),
dadurch gekennzeichnet,
daß das Empfangsteil (1) in einem zweiten Betriebszustand auf ein zweites Funksignal ei­ nes zweiten, nicht bandbreitengespreizten Nachrichtenüber­ tragungssystems abstimmbar ist, um dieses zweite Funksignal in das elektronische Empfangssignal (a) umzusetzen,
daß der Codegenerator (5) in der Lage ist, im zweiten Betriebszustand einen im Mittel von 0 verschiedenen, zweiten Code zu erzeugen, und
daß die Decoderschaltung (2a, 2b) im zweiten Betriebszu­ stand das Skalarprodukt des Empfangssignals (a) mit dem zwei­ ten Code (b) bildet.

2. Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Decoderschaltung (2a, 2b) ein Rake-Empfänger ist.

3. Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der zweite Code innerhalb einer Symbolperiode des zweiten Nachrichtenübertragungssy­ stems wenigstens einen Chip mit dem Wert 0 enthält.

4. Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der zweite Code innerhalb einer Symbolperiode des zweiten Nachrichtenübertragungssystems einen Chip mit dem Wert 1 und sonst Chips mit Wert 0 ent­ hält.

5. Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Chipfrequenz des zwei­ ten Codes ein ganzzahliges Vielfaches der Symbolfrequenz des zweiten Funksignals ist.