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Hintergrund
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf drahtlose digitale Kommunikationssysteme.
Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Codemultiplex-Vielfachzugrifts(Code
Division Multiple Access / CDMA)-Kommunikationssysteme,
bei denen eine Teilnehmereinheit und eine Basisstation unter der
Verwendung unterschiedlicher Bandbreiten miteinander kommunizieren.
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Bei
CDMA-Systemen wird die begrenzte Bandbreite des HF-Spektrums effizient
genutzt, wodurch eine große
Anzahl von Informationsübertragungen
mit weniger Signalverzerrung ermöglicht wird,
als das bei Kommunikationssystemen möglich ist, die andere Verfahren
einsetzen, wie zum Beispiel Zeitmultiplex-Vielfachzugriff(Time Division
Multiple Access) und Frequenzmultiplex-Vielfachzugriff(Frequency
Division Multiple Access).
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Bei
einem CDMA-Kommunikationssystem wird ein Informationssignal beim
Sender mit einem Pseudozufalls-Spreizcode gemischt, der die Information über die
gesamte vom System eingesetzte Bandbreite spreizt. Das gespreizte
Signal wird zur Übertragung
auf ein HF-Signal aufwärts
gemischt. Ein Empfänger,
der durch den selben Pseudozufallscode identifiziert wird, mischt
das übertragene
Spreizspektrumssignal abwärts
und mischt das abwärts
gemischte Signal mit dem selben Pseudozufallscode, der zum Spreizen
des ursprünglichen
Informationssignals verwendet wurde, um das ursprüngliche
Informationssignal wieder herzustellen.
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In 1 ist
ein bekanntes CDMA-Kommunikationssystem gezeigt. Das Kommunikationssystem hat
mehrere Basisstationen 201 , 202 , ... 20n ,
die über Landleitungen über ein örtliches öffentliches
Telefonwählnetz
(Public Switched Telephone Network / PSTN) oder über eine drahtlose Verbindung
miteinander verbunden sind. Jede Basisstation 201 , 202 , ... 20n kommuniziert
unter der Verwendung von Spreizspektrums-CDMA-Übertragungen mit mobilen und stationären Teilnehmereinheitsstationen 221 , 222 ,
... 22n , die sich in seinem zellularen
Bereich befinden.
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Bei
einem typischen bekannten CDMA-System ist die Abwärtsstrecken-Bandbreite, die durch die
Basisstation zum Senden an die Teilnehmereinheit verwendet wird,
die gleiche wie die Aufwärtsstrecken-Bandbreite,
die von der Teilnehmereinheit zum Senden an die Basisstation verwendet
wird. Eine symmetrische Zuweisung von Bandbreite ist dann geeignet,
wo die Datenvolumina der Aufwärts-
und der Abwärtsstrecke
ungefähr
gleich sind, wie das bei der Sprachkommunikation der Fall ist. In
manchen Kommunikationsszenarien ist jedoch eine gleiche Bandbreitenzuweisung
auf die Aufwärts-
und Abwärtsstreckenübertragung
eine ineffiziente Nutzung des eingeschränkten HF-Spektrums, das einem drahtlosen
Kommunikationsdienstanbieter zur Verfügung steht. Zum Beispiel sendet
ein Internetbenutzer allgemein eine begrenzte Menge an Daten, die
zum Beispiel aus Internetadressen, Suchbegriffen und eingegebenen
Antworten auf Anfragen bestehen. Im Gegensatz dazu reagiert ein
Internetserver allgemein auf die Anforderung eines Benutzers, und
der Benutzer empfängt
große
Mengen Text, Grafiken und andere Datenformen. In diesem Fall erlaubt
das Vorsehen einer größeren Abwärtsstreckenbandbreite
für die Übertragungsverbindung
von der Basisstation zum Teilnehmer und einer kleineren Aufwärtsstreckenbandbreite
für die Übertragungsstrecke
vom Teilnehmer zur Basisstation eine effizientere Nutzung der dem
Kommunikationsanbieter insgesamt zugewiesenen Bandbreite. Auch wenn
bei einer Kommunikation mit asymmetrischer Bandbreite die gleiche Bandbreite
insgesamt verwendet wird, wie bei dem Fall, wo die Aufwärts- und
Abwärtsstreckenbandbreite
die gleiche ist, kann bei einer asymmetrischen Kommunikation der
stärker
genutzte Abwärtsstreckenkanal
Daten schneller senden, indem er eine größere Bandbreite besetzt, ohne
dass das zu Lasten der Leistung des Aufwärtsstreckenkanals geht, der
seine kleinere Datenmenge mit einer geringeren Rate sendet.
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Die
WO 99/00911 ist ein Beispiel eines CDMA-Systems, das eine asymmetrische
Bandbreitenzuweisung für
die Aufwärts-
und Abwärtsstreckenübertragung
unterstützt.
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Bei
einem typischen bekannten CDMA-System erzeugt eine Teilnehmereinheit
eine Pseudozufalls-Spreizsequenz, die alle 29.877.120 Taktzyklen wiederholt
wird. Eine volle Sequenz wird auf diesem Gebiet als eine Epoche
bezeichnet. Ein bekanntes System 200 zum Erzeugen einer Pseudozufallssequenz
ist in 2 gezeigt. Ein Datentakt 202 wird in einen
ersten Codegenerator 204 eingespeist, der eine Pseudozufallssequenz
von 233.415 Chips erzeugt, sowie an einen zweiten Codegenerator 206, der
eine Pseudozufallssequenz von 128 Chips erzeugt. Die Ausgaben dieser
beiden Generatoren werden zum Erzeugen einer Pseudozufallssequenz von
233.415 × 128
kombiniert, was einer Chiplänge von
29.877.120 entspricht. Am Ende der Sequenz starten die Codegeneratoren 204, 206 den
Code von Beginn der Sequenz an neu.
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Wenn
eine Teilnehmereinheit neu mit dem Senden beginnt, läuft ihre
Pseudozufallssequenz frei. Ihre Epoche ist nicht mit der Epoche
der Pseudozufallssequenz synchronisiert, die bei der Basisstation
erzeugt wird. Demnach muss die Basisstation nach dem Anfang des
Pseudozufallscodes der Teilnehmereinheit suchen, was ein zeitraubender
Vorgang ist.
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In
einem bekannten System bedeutet, wie beschrieben, die Verwendung
unterschiedlicher Bandbreiten, dass die Pseudozufalls-Spreizsequenz mit
unterschiedlichen Raten für
die Aufwärts-
und die Abwärtsstrecke
getaktet ist. 3 zeigt den Epochenstartpunkt
für eine
Aufwärtsstrecke 120 und
eine Abwärtsstrecke 100,
wobei die Abwärtsstrecken-Taktrate
doppelt so groß ist
wie die für
die Aufwärtsstrecke.
Wie gezeigt, sind die Startpunkte für die Aufwärtsstreckenepoche 122 und 124 mit
jedem zweiten Abwärtsstreckenepochen-Startpunkt 102 und 106 ausgerichtet.
Dies erzeugt eine Zweideutigkeit dahingehend, dass die Teilnehmereinheit,
die versucht, Abwärtsstreckendaten
zu decodieren, den Start der Abwärtsstreckenepoche
nicht kennt. Für
eine Abwärtsstreckenübertragung,
die in der Aufwärtsstreckenepoche
beginnt, die ihren Start bei 122 hat, könnte der Abwärtsstreckenstartpunkt
entweder 102 oder 104 sein. Diese Zweideutigkeit
führt dazu,
dass die Teilnehmereinheit die gesamte Sequenz absuchen muss, um
den Startpunkt zu finden. Dieser Vorgang verbraucht eine inakzeptabel
lange Zeit, wodurch die Verwendung asymmetrischer Bandbreiten ihre
Praktikabilität
verliert.
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Es
besteht daher ein Bedarf nach einem CDMA-System, bei dem die Pseudozufalls-Spreizcodes der
Aufwärts-
und der Abwärtsstrecke
synchron bleiben, wenn sich die Aufwärtsstreckenbandbreite von der
Abwärtsstreckenbandbreite
unterscheidet.
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Zusammenfassung
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Die
vorliegende Erfindung ermöglicht
eine CDMA-Kommunikation, bei der die Aufwärts- und Abwärtsstrecken-Übertragungsbandbreiten
ungleich sind. Eine asymmetrische Zuweisung von Übertragungsbandbreite ist dann
vorteilhaft, wo zwischen dem Aufwärts- und den Abwärtsstreckenkanal
ein großer
Unterschied bei der Übertragung
von Information besteht. Bei dem vorliegenden System muss die größere Bandbreite
eine ganzzahlige Vielfache der niedrigeren Bandbreite sein. Das
System weist eine Basisstation und eine Teilnehmereinheit auf, die
beide zwei Pseudozufallscodegeneratoren haben, die getrennt getaktet
werden können,
zwei unabhängige Datentaktgeber
und eine Modemschnittstelle, die zum Lesen und Schreiben von Daten
mit unterschiedlichen Raten fähig
ist. Durch ein Beschneiden der Codesequenz für die Verbindung mit der niedrigeren
Geschwindigkeit am Ende einer vollständigen Codesequenz für die Verbindung
mit der höheren Geschwindigkeit
wird eine Ausrichtung der Aufwärtsstrecken-
und Abwärtsstrecken-Pseudozufallsspreizcodes
erreicht.
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Aufgaben
und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nach der Lektüre der detaillierten
Beschreibung der derzeit bevorzugten Ausführungsform ersichtlich.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Darstellung eines bekannten CDMA-Systems.
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2 ist
ein Blockdiagramm eines bekannten Pseudozufalls-Codesequenz-Generators.
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3 ist
ein Diagramm von Spreizcodeepochen für eine Aufwärtsstrecke und eine Abwärtsstrecke
mit unterschiedlichen Bandbreiten in einem System des Standes der
Technik.
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4 ist
ein Diagramm von Spreizcodeepochen für eine Aufwärtsstrecke und eine Abwärtsstrecke
mit unterschiedlichen Bandbreiten in einem System des Standes der
Technik.
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5 ist
ein Blockdiagramm eines Pseudozufallscodes-Sequenzgenerators, der erfindungsgemäß hergestellt
wurde.
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6 ist
ein Blockdiagramm einer Basisstation, die erfindungsgemäß hergestellt
wurde.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen)
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Die
bevorzugten Ausführungsformen
werden anhand der Zeichnungen beschrieben, bei denen die gleichen
Bezugszeichen durchwegs die gleichen Elemente repräsentieren.
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Die
vorliegende Erfindung ermöglicht
eine Kommunikation in einem CDMA-System, bei dem die Bandbreiten
für die
Aufwärts-
und die Abwärtsstrecke unterschiedlich
und ganzzahlige Vielfache voneinander sind. Das Problem ist in 3 dargestellt,
bei dem eine Epochen-Startpunkt- Zweideutigkeit
besteht, wenn die Pseudozufallscodesequenzepoche einer Seite der
Kommunikation, zum Beispiel der Abwärtsstrecke 100, kürzer als
die der anderen Seite der Kommunikation ist, zum Beispiel der Aufwärtsstrecke 120.
Dieses Problem wird dadurch gelöst, dass
die Pseudozufallssequenz der Seite der Kommunikation mit der kleineren
Bandbreite am Ende der Epoche der Seite mit der größeren Bandbreite
beschnitten wird.
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4 zeigt
Epochenstartpunkte für
eine Aufwärtsstrecke 420 und
eine Abwärtsstrecke 400,
wobei die Abwärtsstrecken-Taktrate
und -Bandbreite jeweils doppelt so groß sind wie für die Aufwärtsstrecke.
Wie gezeigt, sind die Startpunkte 422 und 424 für eine vollständige Aufwärtsstrecken-Pseudozufallssequenz 430 auf
jeden zweiten Startpunkt 402 und 406 für eine vollständige Abwärtsstrecken-Pseudozufallssequenz 410 ausgerichtet.
Um eine Ausrichtung zwischen den Startpunkten einer jeden Pseudozufallssequenz
zu erhalten, schneidet die vorliegende Erfindung die Pseudozufallssequenz
für das
Signal mit der kleineren Bandbreite an dem Punkt ab, wo die Abwärtsstreckensequenz
mit der höheren
Wiederholungsrate erneut beginnt 426. Daher erzeugt bei
der vorliegenden Erfindung die Kommunikationsseite mit der kleineren
Bandbreite und der niedrigeren Datenrate eine beschnittene Pseudozufallssequenz 428,
die einen Bruchteil der Anzahl der Chips enthält, die in der vollen Pseudozufalls-Codesequenz 430 zu
finden ist. Bei dem in 4 gezeigten Beispiel ist das
Verhältnis
von Abwärtsstrecken-
zu Aufwärtsstreckenbandbreite
2:1. Daher enthält
die Pseudozufallssequenz für
die Aufwärtsstrecke 428 exakt
die Hälfte
der Anzahl von Chips, die in der vollständigeren Sequenz 430 sind. Wo
das Bandbreitenverhältnis
3:1 beträgt,
hat die Sequenz mit der niedrigeren Bandbreite dann ein Drittel
der vollen Sequenz und so weiter für andere Bandbreitenverhältnisse.
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In 5 ist
ein Pseudozufallssequenzgenerator 500 gezeigt, der eine
beschnittene Sequenz gemäß der verliegenden
Erfindung erzeugen kann. Der Pseudozufallssequenzgenerator 500 enthält einen Datentaktgeber 502,
einen Zähler 508,
eine Rücksetzvorrichtung 510 und
zwei Pseudozufallscodegeneratoren 504, 506. Wie
für den
Fachmann auf diesem Gebiet ohne weiteres einzusehen, hängt die
erforderliche Anzahl von Taktzyklen von der Kommunikationsseite
mit der größeren Bandbreite
ab. Demnach wird diese Zählung über eine
Zählungs-Eingabeleitung 512 in
den Zähler 508 eingegeben.
Der Zähler 508 wird
zum Zählen
der Anzahl von Taktzyklen geladen, die durch den Datentaktgeber 502 ausgegeben
werden. Wenn die erforderliche Anzahl von Taktzyklen vergangen ist,
signalisiert der Zähler 508 eine
Rücksetzvorrichtung 510,
welche die beiden Codegeneratoren 504, 506 zurücksetzt.
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Die
vom Generator 504 erzeugte Pseudozufallssequenz enthält 223.415
Chips. Diese Sequenz ist durch 3, 5, 7, 9, 13 und 19 glatt teilbar.
Die durch den Generator 506 erzeugte Pseudozufallssequenz enthält 128 Chips.
Diese Sequenz ist durch Vielfache von 2 bis 128, teilbar. Daher
ist die vollständige
Pseudozufallssequenz von 29.877.120 Chips durch 2, 3, 4, 5 und andere
Kombinationen der Faktoren von 128 und 223.415 glatt teilbar. Für Aufwärtsstrecken/Abwärtsstrecken-Bandbreitenverhältnisse,
die mit diesen Faktoren übereinstimmen,
ist eine präzise
Beschneidung der vollständigen
Sequenz möglich.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht
es der Kommunikationsseite mit der geringeren Bandbreite, ihre beschnittene
Pseudozufallsepoche zur gleichen Zeit abzuschließen, zu der die Seite mit der
großen
Bandbreite ihre Epoche abschließt.
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Eine
Basisstation 300, die erfindungsgemäß hergestellt wurde, ist in 6 gezeigt.
Die Basisstation 300 enthält einen Empfängerabschnitt 302,
einen Senderabschnitt 304 und eine Modemschnittstelleneinheit 318.
Die Modemschnittstelleneinheit 318 bildet eine Schnittstelle
zwischen dem Empfänger-
und Senderabschnitt 302, 304 der Basisstation 300 und
dem Benutzer. Die Modemschnittstelleneinheit 318 hat eine
Architektur und Taktung, die es ermöglichen, Daten mit unterschiedlichen
Raten zu lesen und zu schreiben. Dies wird durch die Verwendung
unterschiedlicher und einstellbarer Taktgeschwindigkeiten ermöglicht.
Einzelheiten solcher Konstruktionen sind dem Fachmann auf diesem
Gebiet bekannt.
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Eine
Antenne 306 empfängt
ein Signal von der Teilnehmereinheit, das durch ein Bandpassfilter 308 gefiltert
wird. Die Ausgabe des Filters 308 wird durch einen Mischer 310 unter
der Verwendung eines lokalen Oszillators mit einer konstanten Frequenz (Fc)
auf ein Basisbandsignal abwärts
gemischt. Die Ausgabe des Mischers 310 wird dann beim jeweiligen
Modem durch die Anwendung einer Pseudozufallssequenz auf einen Mischer 312 innerhalb
des Pseudozufalls-Rx-Sequenzgenerators 314 spreizspektrumsdecodiert.
Die Ausgabe des Mischers 312 wird dann an die Modemschnittstelleneinheit 318 weitergeleitet.
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Zum
Senden wird das Basisbandsignal von der Modemschnittstelleneinheit 318 empfangen.
Vorzugsweise wird ein ADPCM-Signal
mit 32 kb/s verwendet. Das ADPCM- oder PCM-Signal wird an einen
Mischer 322 im Pseudozufalls-Tx-Sequenzgenerator 324 angelegt.
Der Mischer 322 multipliziert das ADPCM- oder PCM-Datensignal
mit einer Pseudozufalls-Tx-Sequenz.
Die Ausgabe des Mischers 322 wird an ein Tiefpassfilter 326 angelegt.
Die Ausgabe des Filters 326 wird dann an einen Mischer 328 angelegt
und in geeigneter Weise aufwärts
gemischt. Das aufwärts
gemischte Signal wird dann durch ein Bandpassfilter 330 und
an einen Breitband-HF-Verstärker 332 geleitet,
der eine Antenne 334 ansteuert. Auch wenn zwei Antennen 306, 334 gezeigt
sind, enthält
die bevorzugte Ausführungsform
einen Diplexer und nur eine Antenne zum Senden und Empfangen.
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Der
digitale Signalprozessor (DSP) 336 steuert den Akquisitionsvorgang
sowie die Pseudozufalls-Rx- und -Tx-Sequenzgeneratoren 314, 324.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden die Pseudozufalls-Rx- und -Tx-Sequenzgeneratoren 314, 324 durch
den DSP 336 getrennt und unabhängig voneinander getaktet.
Demnach sind die (nicht gezeigten) Datentaktgeber für die Pseudozufalls-Rx-
und -Tx-Sequenzgeneratoren 314, 324 getrennt und
voneinander unabhängig.
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Damit
eine Verbindung hergestellt werden kann, müssen sowohl die Basisstation 300 als
auch die Teilnehmereinheit wissen, welche Chipraten für die Aufwärtsstrecke 120 und
die Abwärtsstrecke 100 verwendet
werden. Diese Information kann zwischen der Basisstation 300 und
der Teilnehmereinheit ausgetauscht werden, indem diese Information
enthaltende Nachrichten jedes Mal dann ausgetauscht werden, wenn
ein Anruf eingerichtet wird. Oder alternativ dazu kann diese Information,
die die Chipraten enthält,
die für Übertragungen über die
Aufwärtsstrecke 120 und
die Abwärtsstrecke 100 verwendet
werden, ein Systemparameter sein, der in die Teilnehmereinheit und
die Basisstation 300 einprogrammiert ist.
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Auch
wenn die Erfindung teilweise unter detaillierter Bezugnahme auf
bestimmte spezifische Ausführungsformen
beschrieben wurde, sollen diese Einzelheiten unterrichtend und nicht
einschränkend verstanden
werden. Der Fachmann wird einsehen, dass im Aufbau und in der Betriebsweise
viele Variationen möglich
sind, ohne dass dadurch vom Umfang der Erfindung abgewichen wird,
wie er hier gelehrt wird.