DE19950021A1

DE19950021A1 - Datenübertragungsverfahren

Info

Publication number: DE19950021A1
Application number: DE1999150021
Authority: DE
Inventors: Frank Kowalewski; Peter Mangold
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Ipcom GmbH and Co KG
Priority date: 1999-10-09
Filing date: 1999-10-09
Publication date: 2001-11-08

Abstract

Die Erfindung schafft ein Datenübertragungsverfahren, bei dem ein codiertes Datensignal in Form eines Datenstroms von Datenbursts zwischen einem Sender und einem Empfänger übertragen wird. In Abhängigkeit von mindestens einem Datenübertragungsparameter wird entschieden, ob eine Interferenzbehandlung des zu übertragenden Datensignals im Sender oder im Empfänger vorgenommen wird.

Description

STAND DER TECHNIK

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Datenübertragungver fahren, bei dem ein Datensignal in Form eines Datenstroms von Datenbursts zwischen einem Sender und einem Empfänger übertragen wird, sowie eine entsprechende Datenübertra gungsvorrichtung.

Obwohl prinzipiell auf beliebige Datenübertragungen anwend bar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zu Grunde liegende Problematik in Bezug auf ein zellulares CDMA-Datenübertragungssystem (CDMA = Code Division Multiple Access) erläutert.

Insbesondere lassen sich durch Code-Vielfachzugriff (CDMA = Code Division Multiple Access) mehrere Datenströme gleich zeitig über ein gemeinsames Frequenzband übertragen, wie z. B. aus K. D. Kammeyer, Nachrichtenübertragung, 2. Aufl., Reihe Informationstechnik, Teubner, Stuttgart, 1996 be kannt.

Beim Code-Vielfachzugriff erfolgt eine gleichzeitige Über tragung mehrerer Daten durch Kodierung der Daten mit möglichst unkorrelierten Codes und Überlagerung der kodier ten Signale.

Bei der Übertragung von Daten stören sich i. a. aufeinander folgend oder gleichzeitig versendete Daten gegenseitig, d. h. bei der Übertragung treten üblicherweise störende In terferenzen auf, insbesondere eine Intersymbolinterferenz (ISI) durch Mehrwegeübertragung und eine Mehrfachnutzer interferenz (MAI = multiple access interference) durch kor relierte Codes.

Zur Interferenzbehandlung sind folgende Verfahren bekannt:

- eine im Empfänger befindliche Rake-Empfangseinrichtung zur Behandlung der ISI, wie aus John G. Proakis: "Digital Communications", 3. Aufl., McGraw-Hill, New York usw., 1995 bekannt;
- eine gemeinsame Erfassung (JD = Joint Detection) im Empfänger zur Behandlung der ISI und MAI, wie aus A. Klein, G. K. Kaleh und P. W. Baier: Zero Forcing and Minimum Mean- Square-Error Equalization for Multiuser Detection in Code-Division Multiple Access Channels, IEEE Trans. Vehic. Tech., Bd. 45 (1996), 276-287 bekannt;
- ein Pre-Rake-Combining im Sender zur Behandlung der ISI, wie aus R. Esmailzadeh und M. Nakagawa: "Pre-Rake Di versity Combination for Direct Sequence Spread Spectrum Mo bile Communications Systems", IEICE Trans. Comm., Bd. E76-B (1993), 1008-1015
- eine gemeinsame Vorentzerrung im Sender zur Behandlung von ISI und MAI.

Eine wichtige Interferenzbehandlung bei dieser Art der Datenübertragung ist die Vorentzerrung im Sender. Eine ge meinsame Vorentzerrung von zu sendenden Datensignalen im Sender ermöglicht einfache Datendetektoren. Bei schnell veränderlichen Übertragungskanälen führt die Vorentzerrung im Sender allerdings zu höheren Fehlerraten als bei Inter ferenzbehandlungstechniken im Empfänger, Der Sender muß zur Vorentzerrung die Impulsantwort des zu verwendenden Über tragungskanals kennen. Das TDD(Time Division Duplex)- Verfahren ermöglicht die Verschaffung dieser Kenntnis. Der Kanal wird also vor der Datensendung geschätzt.

Als Nachteile des Standes der Technik haben sich heraus gestellt:

- die Rake-Empfangseinrichtung eliminiert nicht die MAI;
- die JD ist sehr aufwendig;
- die gemeinsame Vorentzerrung ist nur für langsam veränderliche Kanäle brauchbar.

VORTEILE DER ERFINDUNG

Eine der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Idee besteht darin, daß eine Kombination gemeinsamer Vorentzer rung im Sender und Interferenzbehandlung im Empfänger durchgeführt wird. Die zu sendenden Signale werden gemein sam also so vorentzerrt, daß für einige der zu übertragen den Daten Interferenzen im Sender eliminiert werden und die Interferenzen der anderen Daten im Empfänger behandelt wer den können.

Dies bringt den besonderen Vorteil, daß sie eine gemeinsame Vorentzerrung und Interferenzbehandlung im Empfänger in einem System ermöglichen. Dadurch ist ein einfacher Emp fänger bei langsam veränderlichem Kanal möglich, und gleichzeitig ist eine Übertragung bei schnell veränderli chem Kanal möglich.

Eine weitere der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Idee besteht darin, daß bei Interferenzbehandlung im Sender die zur Vorentzerrung nötige Kanalschätzung aus mehreren zeitlich zurückliegenden Kanalschätzungen vorhergesagt wird.

Dies bringt den besonderen Vorteil, daß die Kanalschätzung dem Kanal zum Sendezeitpunkt besser entspricht. Dies ver bessert die Übertragung bei schnell veränderlichem Übertra gungskanal.

Eine weitere der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Idee besteht darin, daß eine Schätzung der vom Sender be nutzten Kanalimpulsantwort durch den Empfänger durchgeführt wird und die Daten unter Verwendung dieser Kanalschätzung detektiert werden.

Dies bringt ebenfalls den besonderen Vorteil, daß die Über tragung bei schnell veränderlichem Übertragungskanal ver bessert ist.

In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbil dungen und Verbesserungen des jeweiligen Gegenstandes der Erfindung.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird die Interferenz behandlung hinsichtlich mindestens eines Codes im Sender vorgenommen und wird die Interferenzbehandlung der zu über tragenden Daten hinsichtlich mindestens eines weiteren Codes im Empfänger vorgenommen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird das Da tensignal CDMA-codiert.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden die Codes des zu übertragenden Datensignals gemeinsam vorent zerrt, wobei für einige Codes der Dirac-Stoß als Kanal schätzung verwendet wird.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden die Daten mit als Dirac-Stoß vorgenommener Kanalschätzung beim Empfänger durch eine Rake-Empfangseinrichtung detektiert.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird bei In terferenzbehandlung im Sender die zur Vorentzerrung nötige Kanalschätzung aus mehreren zeitlich zurückliegenden Kanal schätzungen vorhergesagt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die vorherzusagende Kanalschätzung durch lineare Extrapolation aus den zurückliegenden Kanalschätzungen berechnet.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird eine Schätzung der vom Sender benutzten Kanalimpulsantwort durch den Empfänger durchgeführt und werden die Daten unter Ver wendung dieser Kanalschätzung detektiert.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird das empfangene Signal entsprechend der geschätzten Impulsant wort gefiltert und werden anschließend die Daten mittels einer Rake-Empfangseinrichtung detektiert.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die ge schätzte Impulsantwort zur Pseudoinversen-Detektion verwen det.

ZEICHNUNGEN

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der folgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung einer Sendevorrichtung zur Erläuterung einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine Darstellung einer Sendevorrichtung zur Erläuterung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 eine Darstellung einer Empfangsvorrichtung zur Erläuterung einer dritten Ausführungs form der Erfindung; und

Fig. 4 eine Darstellung einer Schätzungsprozedur der zur Signalsendung verwendeten Kanal schätzung durch die Empfangsvorrichtung nach Fig. 3.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten.

Fig. 1 ist eine Darstellung einer Sendevorrichtung zur Er läuterung einer ersten Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 1 bezeichnen 1 einen Sender; D zu übertragende Da ten; 10 einen Modulator; 20 einen Vorentzerrer; 30 einen Switch bzw. Schaltet; 40 eine Kanalschätzeinrichtung; δ Di rac-Stöße; 50 eine Antenne und 100 eine TDD-Funkverbindung.

Bei dieser ersten Ausführungsform findet eine Kombination von gemeinsamer Vorentzerrung und Rake-Empfang Anwendung.

Es wird durch eine Entscheidungseinrichtung im Sender in Abhängigkeit von mindestens einem Datenübertragungsparame ter entschieden, ob eine Interferenzbehandlung des zu über tragenden Datensignals im Sender 1 oder im Empfänger vorge nommen wird. Der Datenübertragungsparameter kann z. B. die Änderungsgeschwindigkeit des Datenkanals sein oder ein Maß dafür.

Wird für bestimmte Datencodes entschieden, daß die Inter ferenzbehandlung im Sender 1 vorgenommen wird, so findet eine gemeinsame Vorentzerrung statt. Dabei werden Kanal schätzungen für Verbindungen mit Interferenzbehandlung im Empfänger als Dirac-Stoß gewählt (Deltafunktion - Impul santwort eines idealen Kanals). Die Detektion der Daten mit Dirac-Stoß-Kanalschätzung erfolgt mittels einer Rake-Emp fangseinrichtung im Empfänger.

Fig. 2 zeigt eine Darstellung einer Sendevorrichtung zur Erläuterung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 2 bezeichnet zusätzlich zu den bereits eingeführten Bezugszeichen 45 einen Extrapolator.

Zur Vorentzerrung der zu versendenden Datensignale muß die Impulsantwort des aktuellen Übertragungskanals im Sender 1 bekannt sei. Der Kanal kann aber nur eine gewisse Zeit vor der Sendung geschätzt werden. Diese Schätzung weicht um so stärker vom aktuellen Kanal ab, je schneller sich der Kanal ändert. Daher wird die Datenübertragung z. B. bei hohen re lativen Geschwindigkeiten zwischen Empfänger und Sender sehr fehlerhaft.

Bei dieser zweiten Ausführungsform wird die Impulsantwort des aktuellen Kanals aus mehreren zeitlich zurückliegenden Kanalschätzungen vorhergesagt bzw. durch den Extrapolator 45 z. B. linear extrapoliert. Dies führt zu einer deutlichen Verbesserung der Übertragung bei schnell veränderlichem Ka nal.

Die Schätzung der Kanal-Impulsantworten durch den vorent zerrenden Sender 1 erfolgt dabei während Zeitabschnitten, in denen diese Station Daten empfängt. Die lineare Extrapo lation der während des Datenempfangs geschätzten Kanal impulsantworten wird auf den Sendezeitraum angelegt. Die Vorentzerrung des Sendesignals erfolgt entsprechend der ex trapolierten Kanalschätzung.

Fig. 3 ist eine Darstellung einer Empfangsvorrichtung zur Erläuterung einer dritten Ausführungsform der Erfindung, und Fig. 4 ist eine Darstellung einer Schätzungsprozedur der zur Signalsendung verwendeten Kanalschätzung durch die Empfangsvorrichtung nach Fig. 3.

In Fig. 3 und 4 bezeichnen zusätzlich zu den bereits einge führten Bezugszeichen 2 einen Empfänger; 60 einen Filter; 70 eine Rake-Empfangseinrichtung; 80 eine Kanalschätzein richtung; 90 eine Einrichtung zur Schätzung der bei der Sendung verwendeten Kanalschätzung; D' empfangene Daten; SZ einen Sendezeitabschnitt; EZ einen Empfangszeitabschnitt; K, K' Kanalschätzungen; M eine Mittelung; KS eine Kanal schätzung für den Sendezeitabschnitt sowie t die Zeit.

Die zur Vorentzerrung verwendete Kanal-Impulsantwort wird bei dieser Ausführungsform im Empfänger 2 geschätzt. Unter Verwendung dieser Schätzung wird die Vorentzerrung im Emp fänger berücksichtigt, und die Daten werden mit Interfer enz behandelnden Methoden detektiert.

Bei einem ersten Beispiel zu dieser Ausführungsform liegt eine Punkt zu Mehrpunkt-Vorentzerrung mit Rake-Empfang vor, wie in Fig. 3 illustriert.

Es findet TDD-Betrieb mit regelmäßig alternierenden Emp fangs- und Sendezeitabschnitten EZ/SZ, mit Code-Vielfach zugriff (CDMA = Code division multiple access) statt.

Dabei wird eine Schätzung der vom Sender (vorentzerrende Station) benutzten Kanalimpulsantwort durch den Empfänger (Rake-Station) durchgeführt. Diese Schätzung des Kanals wird während Zeitabschnitten durchgeführt, die den Zeitabschnitt umschließen, der in der vorentzerrenden Sendestation zur Kanalschätzung verwendet wird (Sen dezeitabschnitt der Rake-Station = Empfangszeitabschnitt der vorentzerrenden Station). Anschließend findet eine Mittelung der beiden Kanalschätzungen statt.

Der Filter 60 wird mit dieser geschätzten Impulsantwort auf das empfangene Signal angewendet.

Schließlich findet eine Datendetektion durch die Rake- Empfangseinrichtung 70 statt.

Bei einem zweiten Beispiel zu dieser Ausführungsform hegt eine Punkt zu Mehrpunkt-Vorentzerrung mit Pseudoin versen-Detektion unter Verwendung der gemittelten Kanal schätzung anstatt der Rake-Detektion vor.

Es sei ein zeitdiskretes CDMA-Übertragungssystem mit block weiser Übertragung vorausgesetzt. Bei d ^(k) (d^(k) ₁, . . ., d^(k) _M), k = 1, . . ., K der Vektor der M zu übertragenden Datensymbo le des k-ten Nutzers. CDMA-Kodierung und Vorentzerrung sind lineare Abbildungen der Datenvektoren d ^(k) auf die zu sendenden Signalvektoren s ^(k). Diese Vektoren werden zum Ge samtsignal s aufsummiert und vom Sender abgestrahlt:

d ^(k)T bezeichnet den transponierten Vektor d ^(k). B^(k) ist die Kodierung und Vorentzerrung enthaltene (M.Q+W-1)×M Abbildungs-Matrix mit dem Spreizungsfaktor Q der CDMA-Codes und der Länge W der bei der Vorentzerrung verwendeten Ka nalschätzungen.

Das Signal s wird über den k-ten Übertragungskanal zum k- ten Nutzer übertragen. Bei h ^(k) = (h_l ^(k), . . ., h_W(k)) die Im pulsantwort dieses Kanals und

die entsprechende Faltungsmatrix. Bei additivem Rauschen n ^(k) des Kanals empfängt der k-te Nutzer dann das Signal

Mit der Empfangsmatrix

gewinnt der Empfänger daraus Schätzungen der gesen deten Daten gemäß

H^(k)H bezeichnet die konjugiert komplexe und transponierte Matrix H^(k).

Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevor zugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie dar auf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifi zierbar.

Die Erfindung kann überall dort angewendet werden, wo zu sendende Signale vorentzerrt werden sollen und gleichzeitig Verbindungen über schnell veränderliche Kanäle benötigt werden, insbesondere in TDD-Funkübertragungssystemen mit Vorentzerrung.

Claims

1. Datenübertragungverfahren, bei dem ein codiertes Da tensignal in Form eines Datenstroms von Datenbursts zwi schen einem Sender und einem Empfänger übertragen wird; dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von mindestens einem Datenübertragungs parameter entschieden wird, ob eine Interferenzbehandlung des zu übertragenden Datensignals im Sender oder im Emp fänger vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Interferenzbehandlung hinsichtlich mindestens eines Codes im Sender vorgenommen wird und die Interferenzbehand lung der zu übertragenden Daten hinsichtlich mindestens eines weiteren Codes im Empfänger vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß das Datensignal CDMA-codiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Codes des zu übertragenden Datensignals gemeinsam vorentzerrt werden, wobei für einige Codes der Dirac-Stoß als Kanalschätzung verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten mit als Dirac-Stoß vorgenommener Kanalschätzung beim Empfänger durch eine Rake-Empfangseinrichtung oder ei ne JD-Empfangseinrichtung detektiert werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß bei Interferenzbehandlung im Sen der die zur Vorentzerrung nötige Kanalschätzung aus mehre ren zeitlich zurückliegenden Kanalschätzungen vorhergesagt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die vorherzusagende Kanalschätzung durch lineare Extrapola tion aus den zurückliegenden Kanalschätzungen berechnet wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß eine Schätzung der vom Sender be nutzten Kanalimpulsantwort durch den Empfänger durchgeführt wird und die Daten unter Verwendung dieser Kanalschätzung detektiert werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das empfangene Signal entsprechend der geschätzten Impulsantwort gefiltert wird und anschließend die Daten mittels einer Rake-Empfangseinrichtung detektiert wer den.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die geschätzte Impulsantwort zur Pseudoinversen- Detektion verwendet wird.

11. Datenübertragungverfahren, bei dem ein codiertes Da tensignal in Form eines Datenstroms von Datenbursts zwi schen einem Sender und einem Empfänger übertragen wird; dadurch gekennzeichnet, daß eine Interferenzbehandlung im Sender vorgenommen wird und die zur Vorentzerrung nötige Kanalschätzung aus mehreren zeitlich zurückliegenden Kanalschätzungen vorhergesagt wird.

12. Datenübertragungverfahren, bei dem ein codiertes Da tensignal in Form eines Datenstroms von Datenbursts zwi schen einem Sender und einem Empfänger übertragen wird; dadurch gekennzeichnet, daß eine Schätzung der vom Sender benutzten Kanalimpulsantwort durch den Empfänger durchgeführt wird und die Daten unter Verwendung dieser Kanalschätzung detektiert werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schätzung des Kanals während Zeitabschnitten durch geführt wird, die den Zeitabschnitt umschließen, der in der vorentzerrenden Sendestation zur Kanalschätzung verwendet wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend eine Mittelung der beiden Kanalschätzungen stattfindet.