DE60019469T2

DE60019469T2 - Effizienter spreizer für spreizspektrum-übertragungssysteme

Info

Publication number: DE60019469T2
Application number: DE60019469T
Authority: DE
Inventors: Mani Raj MISRA; Gregory S. Teal
Original assignee: InterDigital Technology Corp
Current assignee: InterDigital Technology Corp
Priority date: 2000-03-23
Filing date: 2000-12-14
Publication date: 2006-01-26
Anticipated expiration: 2020-12-15
Also published as: ES2280068T3; CN1248421C; KR100696232B1; MXPA02009295A; TWI275256B; KR100528605B1; ATE355656T1; EP1269645A1; ATE293309T1; ES2236013T3; TWI239157B; US7103088B2; TW200620854A; AU2001220988B2; KR100793675B1; US6885692B2; NO20024530D0; CA2401896A1; DE60019469D1; DE60033705T2

Description

Hintergrund der Erfindung
Fachgebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein digitale Kommunikationssysteme. Insbesondere betrifft die Erfindung ein System und ein Verfahren zum Spreizen eines Datensignals für Spreizspektrum-Kommunikationen.
Beschreibung der verwandten Technik
Ein Kommunikationssystem überträgt typischerweise Informationen oder Daten unter Verwendung eines zusammenhängenden Frequenzträgers mit Modulationsverfahren, die seine Amplitude, Frequenz oder Phase verändern. Die zu übertragende Information wird auf eine vorbestimmte Konstellation, die Symbole definiert, abgebildet und wird über ein Kommunikationsmedium gesendet. Das Kommunikationsmedium kann geführt oder ungeführt sein (aus Kupfer, Lichtwellenleiter oder Luft bestehen) und wird allgemein als der Kommunikationskanal bezeichnet.
Eingesetzte Kommunikationssysteme sind selten Einfachzugriffsysteme. Ein Vielfachzugriff-Kommunikationssystem nach bisherigem Stand der Technik ist in 1 gezeigt. Protokolle, wie etwa Zeitvielfachzugriff (TDMA), Vielfachzugriff mit Leitungsüberwachung (CSMA), Kodemultiplex-Vielfachzugriff (CDMA) und frequenzbezogene Protokolle, wie etwa Frequenzvielfachzugriff (FDMA) und orthogonales Frequenzmultiplexen (OFDM), ermöglichen, daß viele Benutzer auf das gleiche Kommunikationsmedium zugreifen, um Informationen zu senden oder zu empfangen. Diese Verfahren können miteinander gemischt werden, was hybride Varianten von Vielfachzugriff-Kommunikationsmodellen, wie etwa Zeitteilungsduplex (TDD), erzeugt. Das von einem Kommunikationssystem festgelegte Zugriffsprotokoll wird typischerweise ausgeführt, nachdem die Daten der Modulation unterzogen wurden.
Verfahren nach bisherigem Stand der Technik, die in Verwendung sind, sind Frequenzmodulation (FM), Frequenzumtastung (FSK), Phasenumtastung (PSK), binäre Phasenumtastung (BPSK) und Phasendifferenzmodulation (DPSK). Die am häufigsten verwendeten Hochgeschwindigkeitsverfahren für die Datenmodulation sind Quadratur-Amplitudenmodulation (QAM) und Quadratur-Phasenumtastung (QPSK). Diese Verfahren verändern eine vordefinierte Trägerfrequenzamplitude und Phase entsprechend einem Eingangssignal, um viele Bits pro Baud zu übertragen, wodurch die verfügbare Bandbreite effizienter genutzt wird.
Um den möglichen Bereich von Datensignalwerten zu erweitern, weist die Quadratur-Modulation ein Symbol zu, um mehr als zwei Binärwerte darzustellen. Die Verwendung eines Symbols ermöglicht eine größere Menge gesendeter Informationen, weil der Bitgehalt jedes Symbols eine eindeutige Impulsform vorschreibt. Symbole, die aus x Bit pro Abtastwert bestehen, können eine quantisierte Version eines analogen Abtastwerts oder digitaler Daten darstellen. Abhängig von der Zahl verwendeter Symbole gibt es eine entsprechende Anzahl von eindeutigen Impulsformen oder Wellenformen. Die Anzahl von Datenbits bestimmt die Kombinationen aus Amplitude und Phase, die ein Konstellationsmuster definieren.
Die Quadratur-Modulation basiert auf zwei verschiedenen Wellenformen, die orthogonal aufeinander sind. Wenn zwei Wellenform gleichzeitig übertragen werden und gegenseitig nicht interferieren, sind sie orthogonal. Die Quadratur-Modulation moduliert zwei verschiedene Signale in die gleiche Bandbreite, wobei, wie in 2 gezeigt, ein zweidimensionaler Signalraum erzeugt wird. Zwei im allgemeinen für die Quadratur-Modulation verwendete Wellenformen sind Sinus- und Cosinuswellenformen mit der gleichen Frequenz. Die Wellenformen sind definiert als: s1(t) = Acos(2πfct) (1) und s2(t) = Asin(2πfct) (2)wobei f_c die Trägerfrequenz des modulierten Signals ist und A die auf beide Signale angewendete Amplitude ist. Per Konvention wird der Cosinusträger gleichphasig (I), Realkomponente des Signals, genannt, und der Sinusträger ist die Quadratur- (Q–), Imaginärkomponente, des Signals. Linearkombinationen der Form a₁cos(2πf_ct) + a₂sin(2πf_ct), wobei a₁ und a₂ reale Zahlen sind, die aus den zwei elementaren Wellenformen erzeugt werden, definieren Symbole in dem Modulationsalphabet. Die Symbole können als komplexe Zahlen a₁ + ja₂ dargestellt werden, wobei j als j = √–1 definiert ist.
Ein QAM-Symbol besteht aus mindestens einem Abtastwert sowohl von den gleichphasigen I– als auch von den Quadratur-Signalen (Q-Signalen). Die Signalamplitude wird durch den Abstand vom Ursprung, die Phase durch den Winkelabstand um den Einheitskreis angezeigt. Nachdem die Daten als Symbole zusammengesetzt sind, werden die Symbole gemäß eines für das Kommunikationssystem ausgewählten Zugriffsprotokolls verarbeitet.
Ein CDMA-Kommunikationssystem nach bisherigem Stand der Technik ist in 3 gezeigt. CDMA ist ein Kommunikationsverfahren, bei dem Daten mit einem verbreiterten Band (Spreizspektrum) übertragen werden, indem die zu übertragenden Daten mit einer Pseudo-Rauschfolge moduliert werden. Das zu übertragende Datensignal kann eine Bandbreite von nur einigen tausend Hertz haben, die über ein Frequenzband verteilt sind, das mehrere Millionen Hertz haben kann. Der Kommunikationskanal wird von k unabhängigen Teilkanälen gleichzeitig verwendet. Für jeden Teilkanal k erscheinen alle anderen Teilkanäle als Interferenz.
Wie gezeigt, wird ein einzelner Teilkanal mit einer gegebenen Bandbreite mit einem eindeutigen Spreizkode gemischt, der ein vorbestimmtes Muster wiederholt, das von einem breitbandigen Pseudo-Rauschfolgen-Generator (pn-Folgen- Generator) erzeugt wird. Diese eindeutigen Benutzer-Spreizkodes sind typischerweise pseudo-orthogonal zueinander, so daß die Kreuzkorrelation zwischen den Spreizkodes nahezu null ist. Die Spreizkodes in einem CDMA-System werden derart gewählt, daß die Interferenz zwischen einem gewünschten Teilkanal und allen anderen Teilkanälen minimiert wird. Ein Datensignal wird mit der pn-Folge multipliziert, um das Datensignal zu spreizen und ein digitales Spreizspektrumsignal zu erzeugen. Ein Trägersignal wird mit dem digitalen Spreizspektrumsignal moduliert und auf dem Kommunikationskanal übertragen. Ein Empfänger demoduliert die Sendung, um das digitale Spreizspektrumsignal zu extrahieren. Die gesendeten Daten werden nach der Korrelation mit der passenden pn-Folge wiedergegeben. Wenn die Spreizkodes orthogonal zueinander sind, kann das empfangene Signal mit einem bestimmten Benutzersignal, das auf einen bestimmten Spreizkode bezogen ist, korreliert werden, so daß nur das auf den bestimmten Spreizkode bezogene gewünschte Benutzersignal verstärkt wird, während die anderen Signale für alle anderen Benutzer nicht verstärkt werden.
Jedes Element des Spreizkodes ist als ein Chip bekannt und gehört zu dem Satz {1, –1}. Die Chipfrequenz oder Rate ist die gleiche oder schneller als die Datenrate. Das Verhältnis zwischen der Chiprate und der Teilkanaldatenrate wird als der Spreizfaktor bezeichnet und ist gleich der Anzahl von Chips, die verwendet werden, um ein Symbol von Benutzerdaten zu spreizen. Die Chipanzahl ist durch den größten zulässigen Spreizfaktor teilbar. Je größer der Spreizfaktor, desto widerstandsfähiger ist ein Symbol gegen Rauschen und Interferenz. Für den Fall des synchronen CDMA kann ein Symbol von dem Benutzer mit dem größten Spreizfaktor einen ganzen Datenblock bilden.
CDMA ist ein Zugriffsprotokoll, das in den vorgeschlagenen drahtlosen Kommunikationsstandards der dritten Generation gefordert wird. In 4 ist eine Systemarchitektur eines CDMA-Spreizers gezeigt, der unterschiedliche Spreizfaktoren nutzt. Unterschiedliche Spreizfaktoren ermög lichen einem Sender, die Verarbeitungsverstärkung des Gesamtsystems feinabzustimmen. Benutzern mit höherer Datenrate werden auf Kosten verringerter Verarbeitungsverstärkung Spreizkodes mit einem niedrigeren Spreizfaktor zugewiesen. Benutzern mit niedrigerer Datenrate werden Spreizkodes mit einem höheren Spreizfaktor zugewiesen. Daher wird die Gesamtbandbreite des Spreizsignals aller Benutzer als gleichbleibend erhalten.
Um die Gesamtzahl von Spreizkodes für jeden Benutzer in einem gegebenen Kommunikationssystem zu verringern, werden zur Zellentrennung und zur Benutzertrennung verschiedene Spreizkodes verwendet, was zu einem zweiteiligen Spreizbetrieb für jeden Teilkanal führt. Kanalteilungskodes werden zur Benutzertrennung und Scramblingkodes zur Zellentrennung verwendet. Obwohl ein zweiteiliger Spreizbetrieb für zellulare CDMA-Systeme kennzeichnend ist, kann in anderen Anwendungen ein einziger Spreizbetrieb verwendet werden. Hier werden die Kanalteilungs- und die Scramblingkodes durch einen einzigen Kode ersetzt, der jeden Benutzer trennt.
Um den Spreizbetrieb von Nutzern des Teilkanals k in einem physikalischen System zu bewirken, werden lineare Spreizverfahren als feste Gate-Arrays, Mikroprozessoren, digitale Signalprozessoren (DSPs), anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs) und ähnliche ausgeführt. Feste Logiksysteme ermöglichen eine größere Systemgeschwindigkeit, während Mikroprozessor-gesteuerte Systeme Programmierungsflexibilität bieten. Jede der beiden Implementierungen, die dafür verantwortlich ist, die Spreizungsfunktionen durchzuführen, führt eine Folge von mathematischen Operationen aus. Für die Zwecke von Vektoroperationen, die folgen, werden alle Vektoren als Spaltenvektoren definiert. Die folgenden Variablen definieren typischerweise die Struktur und den Betrieb eines Spreizers: c = der reale ganzzahlige Kanalteilungs-Spreizkode, der als ein Vektor für den Teilkanal k dargestellt ist, der einem gegebenen Spreizfaktor SF entspricht. Die Länge des Kanalteilungskodes c ändert sich mit verschiedenen Spreizfaktoren SF.
d = die in einem Teilkanal k gesendeten Daten.
d = die Daten in einem Teilkanal k nach der Modulation. Die Daten werden in Form eines Vektors dargestellt, wobei ein Vektor eine Datenmatrix ist, die durch eine einzige Indexvariable indiziert wird.
k = ein Teilkanal (k = 1, 2, 3, ... K).
N = die Anzahl von Datensymbolen in einer Gruppe des k-ten Teilkanals (N = SF_max/SF). Für den Fall synchroner CDMA kann ein Symbol von dem Benutzer mit dem größten Spreizfaktor einen ganzen Datenblock bilden. Jeder Teilkanal k hat seine eigene Gruppengröße N, wobei N gleich 1 (für SF = SF_max) bis SF_max/SF_min sein kann.
i = das i-te Symbol der Daten d (i = 1, 2, 3, ... N).
n = der Elementbezug eines Vektors, ([n)].
SF = der Spreizfaktor des Teilkanals k.
SF_min = der minimale Spreizfaktor des Kommunikationssystems.
SF_max = der maximale Spreizfaktor des Kommunikationssystems.
ν = der reale ganzzahlige Teil des Scramblingkodes.

= der komplexe Scramblingkode, dargestellt als ein Vektor der Länge SF_max. ν ~[n] = j·ν[n], wobei n = 1 ... SF_max. Es ist zu beachten, daß ν[n] und ν ~[n] sich auf das n-te Element der Vektoren ν und
beziehen. Somit definiert νν ~[[n] = jⁿ·ν[n] die Regel zur Ableitung des n-ten Elements von
aus dem n-ten Element von ν.
z _i = die endgültige Spreizchipfolge, die sich aus der Anwendung der Kanalteilungs- und Scramblingkodes auf das i-te Symbol des Teilkanals k ergibt. z _i[n] = d_i·c[n]·j^SF(i-1)+n·ν[SF(i + 1) + n], wobei n = 1 ... SF. z _i ist SF Chips lang; der Spreizfaktor wird für diesen bestimmten Teilkanal k gewählt. N derartige z _i mit der Länge SF bilden z mit der Länge SF_max.
Um die folgende Beschreibung zu vereinfachen, wird ein zweiteiliger Spreizer nach bisherigem Stand der Technik für einen k-ten Teilkanal diskutiert. Ein Fachmann auf dem Gebiet versteht, daß, wie in 4 gezeigt, mehrere der k gespreizten Teilkanäle summiert werden können. Nachdem Daten moduliert wurden, wobei die Daten d des Teilkanals k als Symbole zusammengesetzt werden, welche eine vorbestimmte Konstellation definieren, wird eine Folge komplexer Datensymbole d in Gruppen unterteilt, die jeweils N Symbole enthalten, die definiert sind durch:
Jedes komplexe Datensymbol d innerhalb einer Gruppe von N Symbolen wird durch einen realen ganzzahligen Kanalteilungskode c mit der Länge von SF Chip gespreizt. Der Kanalteilungskode ist für einen Benutzer k eindeutig. Alle N mit dem Kanalteilungskode c gespreizten Symbole d der Gruppe N werden verkettet.
Die sich ergebende SF_max Chip lange gespreizte Symbolfolge wird mit einem komplexen Scramblingkode
der Länge SF_max multipliziert, um eine endgültige Chipfolge z der Länge SF_max zu erzeugen. Der Scramblingkode
wird aus einem realen ganzzahligen Scramblingkode ν abgeleitet, der mit einem komplexen Operator jⁿ multipliziert wird. Die Beziehung ist. ν ~[n] = jn·ν[n] (4),wobei n = 1 ... SF_max.
Das Ergebnis des zweiteiligen Spreizverfahrens ist ein Vektor z mit der Länge SF_max Chip. Dieser Vektor z kann als eine Verkettung von N Teilvektoren z _i dargestellt werden, wobei i = 1, 2, 2, ... N, wobei z _i als der Abschnitt der Länge SF Chip innerhalb von z definiert ist, welcher den Beitrag des i-ten gespreizten Symbols d_i des Teilkanals k in der Gruppe darstellt. Das n-te Element von z _i ist gegeben durch: z i[n] = di·c[n]·jSF(i-1)+n·ν[SF(i + 1) + n] (5),wobei n = 1, ... SF und i = 1, 2, 3, ... ν[SF(i + 1) + n], wobei n = 1, ... SF einen anderen Satz von SF Elementen von ν definiert, der abhängig von i mit dem (SF(i – 1) + 1)-ten Element beginnt.
Die Implementierung des durch Gleichung 5 definierten Zwei-Kode-Spreizbetriebs würde 8(N)(SF) Multiplikationen von ganzen Zahlen erfordern, um eine Symbolfolge d mit der Länge von N Symbolen für einen Teilkanal k zu spreizen. 2(SF) Multiplikationen werden für das d_i·c[n]-Produkt (für ein Symbol) benötigt (wobei n = 1, ... SF), und 2(SF) Multiplikationen werden für das j^SF(i-1)+n·ν[n]-Produkt (für ein Symbol) benötigt (wobei n = 1, ... SF), da d_i und jⁿ komplexe Zahlen sind, die mit realen Zahlen multipliziert werden. Da beide Zwischenprodukte komplex sind, erfordert die Teilproduktmultiplikation vier Operationen pro Symbol, was eine Gesamtmenge von 8(N)/(SF) Multiplikationen ergibt.
Um Leistung für den Betrieb in einem mobilen/tragbaren Kommunikationssystem zu erhalten, während der Datendurchsatz erhöht wird, wird ein effizientes Verfahren benötigt, um Mehrkode-Spreizverfahren zu implementieren.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist ein Spreizsystem und ein Verfahren für CDMA-Anwendungen, die weniger Multiplikationen von ganzen Zahlen erfordern, wie in Anspruch 1 bzw. 8 beschrieben. Benutzerdaten werden unter Verwendung von realen oder komplexen auf ganzen Zahlen basierenden Spreizkodes der Länge SF bis SF_max Chip gespreizt. Mindestens einer der Kodes hat die Form jⁿ·ν[n], wobei ν[n] ein Spreizkode ist. Die Erfindung stellt eine verbesserte Benutzertrennung unter Verwendung mehrerer Spreizkodes zur Verfügung.
Entsprechend ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein weniger komplexes System und ein Verfahren zum Spreizen eines Datensignals unter Verwendung von mehr als einem Spreizkode zur Verfügung zu stellen.
Andere Aufgaben und Vorteile des Systems und des Verfahrens werden für Fachleute auf dem Gebiet nach dem Lesen einer detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform deutlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Mehrfachzugriffs-Kommunikationssystems nach bisherigem Stand der Technik.
2 ist eine graphische Darstellung eines Quadratur-Signalraums.
3 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild eines CDMA-Kommunikationssystems nach bisherigem Stand der Technik.
4 ist eine Systemarchitektur eines zweiteiligen Spreizers nach bisherigem Stand der Technik.
5 ist eine Systemarchitektur der vorliegenden Erfindung.
6a–d sind Steuerungsablaufdiagramme des Verfahrens der vorliegenden Erfindung.
7a–d ist ein Datenflußdiagramm der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezug auf die gezeichneten Figuren beschrieben, wobei gleiche Ziffern durchweg gleiche Elemente darstellen.
In 5 ist ein Systemdiagramm des Spreizers 17 der vorliegenden Erfindung für die Verwendung in Kommunikationssystemen, die CDMA verwenden, gezeigt. Der Spreizer 17 weist mehrere Prozessoren mit zusätzlichen Speichern auf, die verschiedene Vektor- und Matrixoperationen durchführen. Alternative physikalische Ausführungsformen der Erfindung umfassen feste Gate-Arrays, ASICs, DSPs und ähnliche, welche die äquivalenten Funktionen der verschiedenen Prozessoren ausführen. Wie ein Fachmann auf dem Gebiet erkennt, können auf jede physikalische Ausführungsform zugeschnittene Optimierungsverfahren sich ändern, wenn der Spreizer 17 implementiert wird. Der Spreizer 17 weist auch mehrere Dateneingänge d⁽¹⁾ ... d^(k) zum Eingeben modulierter Benutzerdaten d des Teilkanals k und einen Ausgang z ^(Σ) zum Ausgeben eines kombinierten Spreizspektrumsignals in der Form eines Ausgangsvektors auf.
Um die folgende Erklärung der vorliegenden Erfindung zu vereinfachen, wird nur ein Spreizarbeitsgang für den Teilkanal k beschrieben, wodurch durchweg die Notwendigkeit einer eindeutigen Teilkanalidentifizierung beseitigt wird. Jeder Dateneingang d⁽¹⁾ ... d^(k) kann abhängig von dem Grad der Benutzer- und Zellentrennung einen bis mehrere Kanalteilungskodes und einen bis mehrere Scramblingkodes zugewiesen haben. Die Begriffe Kanalteilung und Scrambling sind frei wählbar und stellen mehrere Spreizkodes da, deren Länge sich abhängig von dem zugewiesenen Spreizfaktor SF eines Teilkanals k und den Anforderungen eines Kommunikationssystems ändert. Mindestens ein zugewiesener Spreizkode für jeden Teilkanal k muß für alle anderen Kodes in dem Kommunikationssystem ausgeschlossen sein, um die Teilkanaltrennung für jeden Benutzer aufrechtzuerhalten.
Jeder zugewiesene Kode muß entweder als eine periodische Kurzkodezusammensetzung oder ein Kode mit der Länge des maximalen Spreizfaktors SF_max die gleiche Länge haben. Alternative Ausführungsformen des Spreizers 17 ergeben sich aus der Anzahl von Kodes, die für einen Teilkanal k zugewiesen werden. In Sendern für ein Kommunikationssystem können mehrere Spreizer 17 eingesetzt werden.
Der Spreizer 17 spreizt die Datensymbole des Teilkanals k unter Verwendung mehrerer Kanalteilungs- und Scramb lingkodes. Diese Kodes können alle real, alle komplex oder einige können real sein, während andere komplex sein können. Der Spreizer 17 weist einen Zwischenkodegenerator 21, einen Prozessor 19 für die Gruppe N, einen Phasenregler 23, einen Phasendreher 25, zwei Multiplizierer 27r und 27i und ein Summierglied 29 auf.
Erinnern wird uns, daß die Länge eines Kodes gleich seinem Spreizfaktor SF ist. Der Zwischenkodegenerator 21 verkettet N Perioden jedes realen Kodes des Spreizfaktors SF. Er verkettet auch N Perioden des Realteils jedes komplexen Kodes des Spreizfaktors SF. Auf diese Weise ergibt jeder Kode des Spreizfaktors SF einen Langkode mit der Länge SF_max. Er multipliziert dann alle diese Langkodes mittels einer elementweisen Multiplikation des sich ergebenden Vektors mit allen realen Kodes des Spreizfaktors SF_max und dem Realteil aller komplexen Kodes der Länge SF_max. Dies ergibt die endgültige Ausgabe des Zwischenkodegenerators 21, die ein einziger realer Kode mit der Länge SF_max ist.
Der Prozessor 19 für die Gruppe N bestimmt die Gruppengröße N als das Verhältnis von SF_max und SF und setzt dann eine Gruppe von N Symbolen zusammen. Der Spreizer 17 spreizt gleichzeitig eine derartige Gruppe.
Der Phasenregler 23 verleiht jedem der N Symbole in der von dem Prozessor 19 für die Gruppe N zusammengesetzten Gruppe eine Phase. Die einem Symbol verliehene Phase ist eine Funktion der Position des Symbols innerhalb seiner Gruppe. Somit ist die Ausgabe des Phasenreglers 23 eine Gruppe von N Symbolen, wobei jedem Symbol eine spezifische Phasendrehung gegeben wurde.
Der Phasendreher 25 berücksichtigt die komplexen Kodes, indem er eine Folge mit der Länge SF bildet, die jedem dieser Symbole in der Gruppe von N Symbolen entspricht, die von der Ausgabe des Phasenreglers 23 erhalten werden. Er erledigt dies, indem er jedes phasengeregelte Symbol SF mal dreht, wobei der Drehungsgrad eine Funktion der Gesamtanzahl von komplexen Kodes in dem System ist. Dann werden die N derartigen komplexen Folgen, die jedem der N Symbole in der Gruppe entsprechen, verkettet, um eine einzige komplexe Folge der Länge N·SF = SF_max zu bilden, welche die endgültige Ausgabe des Phasendrehers 25 bildet.
Die von dem Phasendreher 25 ausgegebene komplexe Folge wird elementweise mit der Ausgabe des Zwischenkodegenerators 21 multipliziert. Diese Multiplikation wird durch die Multiplizierer 27r und 27i erledigt. Die Multiplizierer 27r und 27i multiplizieren den realen Zwischenkode jeweils mit den Real- und Imaginärteilen, der komplexen Folge, die von dem Phasendreher 25 ausgegeben wird.
Die Ausgabe der Multiplizierer 27r und 27i ist die endgültige Spreizfolge der Gruppe von N Symbolen eines Teilkanals. Das Summierglied 29 addiert die endgültige Spreizfolge aller Teilkanäle, um eine einzige Folge zu bilden, die von dem Spreizer 17 ausgegeben wird.
Da Kanalteilungskodes zur Benutzertrennung verwendet werden und Scramblingkodes zur Zellentrennung verwendet werden, sind der Kanalteilungskode und der Scramblingkode entsprechend dem Zellenort im voraus bekannt und werden von einer Zellenbasisstation über eine Trainingssendung an einen jeweiligen Benutzer gesendet. Die Trainingssendung ist außerhalb des Schutzbereichs dieser Offenbarung. M Kanalteilungskodes sind für die Verwendung verfügbar,
von denen die ersten M1 komplex sind und die restlichen real sind. Das n-te Element des i-ten komplexen Kanalteilungskodes ist definiert als:
wobei n = 1, ... SF, und c _i real ist.
Der Teilkanal k kann auch P Scramblingkodes
...
, ν _P1+1 ... ν _P, von denen die ersten P₁ komplex sind und die restlichen real sind, verwenden. Das n-te Element des i-ten komplexen Scramblingkodes ist definiert als: ν ~[n] = jn·ν[n] (7),wobei n = 1 ... SF_max und ν _i real ist.
Bezug nehmend auf das Flußdiagramm des Verfahrens 97 der vorliegenden Erfindung, das in 6a–d gezeigt ist, werden Daten d, welche der Modulation unterzogen wurden und eine Reihe von Datensymbolen aufweisen, in den Spreizer 17 eingegeben. Eine Symbolgruppengröße N für den Teilkanal k wird durch den Prozessor 19 für die Gruppe N unter Verwendung der Gleichung 3 bestimmt (Schritt 99). Da verschiedene Kanalteilungskodes c aufgrund ihrer verschiedenen Spreizfaktoren SF verschiedene Längen haben, werden N Perioden der jeweiligen Kanalteilungskodes c verkettet (Schritt 101), um einen periodischen Langkode c _p zu bilden, dessen Länge gleich dem maximalen Spreizfaktor SF_max des Kommunikationssystems ist. Die Verkettung ist nicht erforderlich, wenn N gleich eins (SF = SF_max) ist.
Um die Erklärung des Verfahrens 97 zu vereinfachen, stellt c das Produkt aller realen Kanalteilungskodes dar, die verkettet wurden c _p. In c enthalten sind die realen Kodes, aus denen die komplexen Kanalteilungskodes abgeleitet werden. Das n-te Element von c ist definiert als: c[n] = c1[n]·c2[n] ... cM[n] (8),wobei n = 1, ... SF.
Außerdem stellt ν das Produkt aller realen Scramblingkodes dar. In ν enthalten sind die realen Kodes, aus denen die komplexen Scramblingkodes abgeleitet werden. Das n-te Element von ν ist definiert als: ν[n] = ν1[n]·ν2[n] ... νp[n] (9),wobei n = 1, ... SF_max.
Ein realer Zwischenkode s wird aus jeder verketteten Kanalteilungskodefolge c _p und dem realen Scramblingkode ν berechnet (Schritt 103), indem eine elementweise Multiplikation der zwei Vektoren in dem Zwischenkode- s– Generator 21 durchgeführt wird. Die Multiplikation ist erlaubt, weil beide Vektoren die gleiche Länge haben. Das n-te Element des Zwischenkodes s ist definiert durch: s[n] = c p[n]·ν[n] (10),wobei n = 1, ... SF_max. wobei c _p ein Produkt der periodischen Erweiterungen der Kanalteilungskodes c des Teilkanals k ist, das N Perioden von c enthält, die dem Spreizfaktor SF entsprechen. Der reale Zwischenkode s der Länge SF_max wird unter Verwendung von ν und c berechnet (Schritt 103) und besteht aus M + P realen Kodes.
Der Zwischenkode s wird für einen gegebenen (k-ten) Teilkanal einmal berechnet. Es wird Wirkungsgrad gewonnen, weil die Berechnung zur Sendung des Teilkanals k einmal für die ganze Datenfolge durchgeführt wird. Der Zähler der Gruppe N (Schritt 105) wird initialisiert, und ein Vektor d, der N Symbole aufweist, wird in dem Prozessor 19 für die Gruppe N zusammengesetzt (Schritt 107). Die Zählung des Symbols d_i wird initialisiert (Schritt 109).
Der Spreizer 17 verbessert die Verarbeitungsgeschwindigkeit, indem er erkennt, daß die Erzeugung jeder Teilfolge z _i (Gleichung 5) die komplexe Folge j^SF(i-1)+n umfaßt, wobei n = 1, ... SF. Diese Folge tritt auf, weil jeder komplexe Kode
,
durch Multiplikation mit der komplexen Folge jⁿ (Gleichung 4) aus einem realen Scramblingkode c, ν abgeleitet wird. Bezug nehmend auf Gleichung 5 und unter Verwendung der Kommutativeigenschaft der Multiplikation ist das Produkt aus den realen Kanalteilungskodes c _p und den realen Scramblingkodes ν über die Zwischenkodes s erhältlich (Schritt 103). Die Gleichung 5, die das n-te Element von z_i darstellt (wobei z _i der Abschnitt von SF Chip innerhalb von z ist, der den Beitrag des i-ten gespreizten Symbols des Teilkanals k, d_i in der Gruppe, darstellt), wird zu: z i[n] = di·c[n]·ν[SF(i + 1) + n]·jP1SF(i-1)+n·j(P1+M1)n (11)wobei n = 1 ... SF und i = 1, 2, ... N.
Um das Spreizverfahren für eine Gruppe zu vollenden, ist eine Multiplikation des Zwischenkodes s mit einer Ver kettung aller Symbole in der Gruppe erforderlich. Der Spreizer 17 der vorliegenden Erfindung vermeidet mehrere Multiplikationen, indem er erkennt, daß jede Multiplikation mit dem komplexen Operator j äquivalent zu einer Drehung des Multiplikanden gegen den Uhrzeigersinn ist, welche sich in der Anzahl von Graden ändert. Die Drehung bringt einen Austausch der Real- und Imaginärteile mit einem Vorzeichenwechsel mit sich. Das n-te Element von
wird aus einer Multiplikation seines (n – 1)-ten Elements mit dem komplexen Operator j^(P1+M1) erhalten und ist definiert als:
wobei das 0-te Element von
initialisiert wird als:
Die Gleichung 13 initialisiert
[0], indem ihm eine Anfangsphase d_i gegeben wird, die eine Funktion des Spreizfaktors SF ist, wobei die Position i innerhalb der Gruppe von Symbolen gespreizt ist und die Anzahl komplexer Scramblingkodes P₁ ist. Der Schritt 111 führt den ersten Schritt dieser Initialisierung aus.
Wenn man sich auf die Äquivalenz zwischen einer Multiplikation mit einem komplexen Operator j und einer Drehung des Multiplikanden um 90 Grad gegen den Uhrzeigersinn beruft, werden die realen und imaginären Komponenten des n-ten Elements von
jeweils aus den imaginären und realen Komponenten seines (n – 1)-ten Elements abgeleitet. Da eine Gruppe von N Symbolen mit N Perioden des Kanalteilungsspreizkodes (Spreizfaktor SF, Teilkanals k) gespreizt wird, nehmen die Kanalteilungskodes c _i den Wert von i = 1, ... N an.
Nachdem ein Symbolzähler i initialisiert ist (Schritt 109), wird eine Gruppe von N Symbolen verarbeitet, und d_i[0] wird initialisiert (Schritt 111). Wenn der Spreizfaktor SF das Folgende erfüllt: SFP1 = 4p für jede ganze Zahl p (14) reduziert sich die Gleichung 12 auf
[0] = d_i, da für jede ganze Zahl j^4q = 1. Für den Fall, wenn SF die Bedingung von Gleichung 14 nicht erfüllt (Schritt 113), wird d ~_i[0] erhalten, indem dem Symbol d_i eine Anfangsphase von
[0] = j^SF(i-1)P1d ~_i[0] verliehen wird (Schritt 115).
Das Verfahren 97 fährt mit vier Tests fort, um den Betrag der Symboldrehung zu bestimmen, der abhängig von der Anzahl verwendeter komplexer Spreizkodes erforderlich ist. Für den Fall, wenn M₁ + P₁ = 4p (Schritt 117), wobei p jede beliebige ganze Zahl ist, werden die realen und imaginären Komponenten des n-ten Elements von d ~_i aus den realen und imaginären Komponenten abgeleitet, wobei der komplexe Operator j^(P1+M1) = 1 und sein (n – 1)-tes Element in Schritt 119 wie durch die Gleichungen 15 und 16 gezeigt ist. Der Phasendreher 25 dreht das (n – 1)-te Element von d ~_i um 0 Grad, um sein n-tes Element zu erhalten.
Für den Fall, wenn M₁ + P₁ = 4p + 1 (Schritt 135), wobei p jede beliebige ganze Zahl ist, werden die Real- und Imaginärteile des n-ten Elements von d ~_i aus den Imaginär- und Realteilen abgeleitet, wobei der komplexe Operator j^(P1+M1) = j und sein (n – 1)-tes Element in Schritt 123 wie durch die Gleichungen 17 und 18 gezeigt ist. Der Phasendreher 25 dreht das (n – 1)-te Element von d ~_i um 90 Grad gegen den Uhrzeigersinn, um sein n-tes Element zu erhalten.
Für den Fall, wenn M₁ + P₁ = 4p + 2 (Schritt 125), wobei p jede beliebige ganze Zahl ist, werden die Real- und Imaginärteile des n-ten Elements von d ~_i aus den Real- und Imaginärteilen abgeleitet, wobei der komplexe Operator j^(P1+M1) = –1 und sein (n – 1)-tes Element in Schritt 127 wie durch die Gleichungen 19 und 20 gezeigt ist. Der Phasendreher 25 dreht das (n – 1)-te Element von d _i um 180 Grad gegen den Uhrzeigersinn, um sein n-tes Element zu erhalten.
Für den übrigen Fall, wenn M₁ + P₁ = 4p + 3 (Schritt 129), wobei p jede beliebige ganze Zahl ist, werden die Real- und Imaginärteile des n-ten Elements von d ~_i aus den Real- und Imaginärteilen abgeleitet, wobei der komplexe Operator j^(P1+M1) = –j und sein (n – 1)-tes Element in Schritt 131 wie durch die Gleichungen 21 und 22 gezeigt ist. Der Phasendreher 25 dreht das (n – 1)-te Element von d ~_i um 270 Grad gegen den Uhrzeigersinn, um sein n-tes Element zu erhalten.
Die sich ergebende SF Chip lange Zwischenchipfolge d ~_i wird für das i-te Symbol in der Gruppe von N Symbolen berechnet, indem, wie durch die Gleichungen 15–22 beschrieben, SF Drehungen verwendet werden. Die eigentliche Multiplikation wird durch den Phasendreher 25 ersetzt, der in den 7a–d gezeigte Verschiebungsoperationen durchführt, die jeweils den vorher erwähnten 0 Grad-, 90 Grad-, 180 Grad- und 270 Grad-Drehungen entsprechen, um den SF Chip langen Vektor d ~_i zu berechnen.
Wie in den 7a–d gezeigt, wird das 0-te Element von d ~_i bei dem i-ten Symbolintervall gemäß Gleichung 13 mit dem neuen komplexen Datensymbol d _i initialisiert. Wenn der bestimmte Betrag der Drehung 90 Grad, 180 Grad oder 270 Grad ist, werden die realen und imaginären Komponenten von d ~_i[0] in ein Register geladen, das die realen d ~_i,real[n] und imaginären d ~_i,imag[n] Komponenten von d ~_i[n] hält. Die realen und imaginären Komponenten von d ~_i[n] werden in dem Register mit der Chiprate verschoben. Das Register hat zwei Speicherelemente, die zusammen mit einem Rückkopplungsweg die Ableitung der realen und imaginären Komponenten des n-ten Elements von d ~_i jeweils aus den imaginären und realen Komponenten seines (n – 1)-ten Elements (Gleichungen 17–22) vollbringen (Gleichungen 17–22). Die Multiplikation mit –1 berücksichtigt erforderliche Vorzeichenwechsel. Der Phasendreher 25 gibt z_real, z_imag aus, die an dem n-ten Chip-Intervall als
[n] und
[n] abgegriffen werden. Auf diese Weise gibt der Phasendreher über n = 1, ... SF Chipintervalle aus, um den SF Chip langen Vektor
, d.h. das Pro dukt des Datensymbols d_i mit j^SF(i-1)+n, n = 1, ... SF, darzustellen.
Wie ein Fachmann auf dem Gebiet erkennen sollte, gibt eine durch den in 7a gezeigten Phasendreher 25 implementierte Phasendrehung von 0 Grad auf der komplexen Ebene (2) die gleichen realen d_i,real[n] und imaginären d_i,imag[n] Komponentenwerte wie den Datensymboleingang aus. Das Symbol erfährt keine Phasenänderung. Eine Phasendrehung von 90 Grad, die durch den in 7b gezeigten Phasendreher 25 implementiert ist, gibt als die imaginäre Symbolkomponente d_i,imag[n] die eingegebene reale Datensymbolkomponente aus und gibt als die reale Symbolkomponente d_i,real[n] die eingegebene imaginäre Symbolkomponente zusammen mit einem Vorzeichenwechsel aus. Eine Phasendrehung von 180 Grad, die durch den in 7c gezeigten Phasendreher 25 implementiert ist, gibt als die imaginäre Symbolkomponente d_i,imag[n] die eingegebene imaginäre Datensymbolkomponente zusammen mit einem Vorzeichenwechsel aus und gibt als die reale Symbolkomponente d_i,real[n] die eingegebene reale Symbolkomponente zusammen mit einem Vorzeichenwechsel aus. Eine Phasendrehung von 270 Grad, die durch den Phasendreher 25 in 7d implementiert ist, gibt als die imaginäre Symbolkomponente d_i,imag[n] die eingegebene imaginäre Datensymbolkomponente aus und gibt als die reale Symbolkomponente d_i,real[n] die eingegebene reale Symbolkomponente zusammen mit einem Vorzeichenwechsel aus.
Bezug nehmend auf 6d werden, nachdem alle restlichen Symbole in der Gruppe ebenso verarbeitet sind (Schritt 133), ihre d ~_i, i = 1, ... N, verkettet, um das SF_max lange d ~_i zu bilden, und dann mit dem Zwischenkode s multipliziert, um zu der endgültigen Spreizfolge z der Gruppe zu kommen (Schritt 135). Das Verfahren wird für restliche Gruppen wiederholt (Schritt 137) und der Gruppenindex wird, falls notwendig, inkrementiert (Schritt 139).
Alternative Ausführungsformen des Spreizers 17 können realisiert werden, wenn eine bestimmte Anzahl von Kodes verwendet wird und diese nicht verändert wird. Wenn der Spreizer 17 zum Beispiel in Sendern für ein Kommunikationssystem eingesetzt wurde, das nur zwei Kodes, einen realen und einen komplexen, zur Trennung benötigt, ist die Gesamtzahl komplexer Kodes gleich eins, was den Test M₁ + P₁ = 4p + 1 (j^{(Zahl komplexer Kodes)Modulo 4}) erfüllt (Schritt 121), was nur eine 90 Grad-Drehung erfordert. Die übrigen Tests für 0, 180 und 270 Grad-Drehungen (Schritte 117, 125, 129) und ihre zugehörigen Drehungen (Schritte 119, 127 und 131) werden vermieden. Jede Anzahl von Kodes kann kombiniert werden, um die in dem Prozessor 19 für die Gruppe N zusammengesetzten Daten zu spreizen.
Während die vorliegende Erfindung in Form der bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, werden für Fachleute auf dem Gebiet andere Variationen, die innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung, wie in den Patentansprüchen weiter unten definiert, liegen, offensichtlich.

Claims

Kommunikationssystem mit einem Spreizer (17) zum Spreizen eines Datensignals (d), das zumindest mehrere Datensymbole (d _i) aufweist; wobei das System mindestens einen von mehreren Spreizkodes ((
...
, c _M1+1 ... c _M) und (
...
, ν _P1+1 ... ν _P)) zuweist, wobei mindestens einer dieser mehreren Spreizkodes komplex ist, wobei der Spreizer gekennzeichnet ist durch: einen Dateneingang zum Empfangen des Datensymbols; einen Steuerungseingang zum Empfangen eines zugewiesenen Spreizfaktors SF für das Datensignal; einen Prozessor (19) für die Gruppe N zum Definieren einer Gruppe aus N Symbolen (d _i) zum Spreizen auf der Basis des zugewiesenen Spreizfaktors SF; einen Zwischenkodegenerator (21) zum Berechnen eines Spreizkodes auf der Basis des zugewiesenen Spreizfaktors und mindestens eines Kodes von mehreren realen Kodes ((c ₁ ... c _M1, c _M1+1 ... c _M) und (ν ₁ ... ν _P1, ν _P1+1 ... ν _P)), die aus den mehreren zugewiesenen Spreizkodes abgeleitet werden, wobei der Zwischenkodegenerator einen Zwischenkode ausgibt; und einen Phasendreher (25) zum Durchführen einer Phasendrehung jedes Symbols (d _i) in dieser Gruppe, um eine komplexe Größe (
[n],
[n]) zu erzeugen, wobei diese komplexe Größe mit dem Zwischenkode gespreizt und als ein gespreiztes Datensignal (Ẑ) ausgegeben wird.
System nach Anspruch 1, wobei der Prozessor für die Gruppe N derart betreibbar ist, daß er die Gruppe unter Verwendung der Beziehung:
definiert, wobei N die Anzahl von Datensymbolen in der Gruppe bezeichnet, SF_max den maximalen Spreizfaktor des Kommunikationssystems bezeichnet und SF der zugewiesene Spreizfaktor des Datensignals ist.
System nach Anspruch 2, wobei die Größe der von dem Phasendreher durchgeführten Phasendrehung von der Gesamtanzahl der zugewiesenen Spreizkodes abhängt.
System nach Anspruch 2, wobei die mehreren zugewiesenen Spreizkodes ferner sowohl durch Kanalteilungskodes (
...
, c _M1+1 ... c _M) als auch Scramblingkodes (
...
, ν _P1+1 ... ν _P) gekennzeichnet sind.
System nach Anspruch 4, das ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass die Kanalteilungskodes komplexe und reale Kodes umfassen, und dass die Scramblingkodes komplexe und reale Kodes umfassen.
System nach Anspruch 5, wobei die Größe der Phasendrehung durch den Phasendreher von der Gesamtanzahl zugewiesener komplexer Kanalteilungs- und komplexer Scramblingkodes abhängt.
System nach Anspruch 6, wobei die Phasendrehung ferner durch j^{(Gesamtzahl komplexer Kodes)Modulo 4} gekennzeichnet ist, wobei ein Rest von 0 zu 0 Grad Drehung führt, ein Rest von 1 zu 90 Grad Drehung führt, ein Rest von 2 zu 180 Grad Drehung führt und ein Rest von 3 zu 270 Grad Drehung führt.
Verfahren zum Spreizen eines Datensignals (d), das mehrere Datensymbole (d _i) aufweist, für die Übertragung in einem Kommunikationssystem, das mindestens einen von mehreren Spreizkodes ((
...
, c _M1+1 ... c _M) und (
...
, ν _P1+1 ... ν _P)) zuweist, wobei mindestens einer der zugewiesenen Spreizkodes von den mehreren Spreizkodes komplex ist, wobei das Verfahren durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist: (a) Berechnen eines Spreizfaktors SF; (b) Definieren einer Gruppe von Datensymbolen zum Spreizen auf der Basis des Spreizfaktors SF; (c) Erzeugen mehrerer realer Kodes ((c ₁ ... c _M1, c _M1+1 ... c _M) und (ν ₁ ... ν _P1, ν _P1+1 ... ν _P)), die aus den mehreren Spreizkodes abgeleitet werden; (d) Erzeugen eines Zwischenkodes auf der Basis des Spreizfaktors SF und mindestens eines der realen Kodes ((c ₁ ... c _M1, c _M1+1 ... c _M) und (ν ₁ ... ν _P1, ν _P1+1 ... ν _P)); (e) Drehen jedes der Symbole dieser Gruppe, um einen komplexen Spreizkode zu erzeugen; und (f) Mischen des komplexen Spreizkodes mit dem Zwischenkode, um einen Ausgangsspreizkode zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Definitionsschritt ferner durch den Schritt zum Ableiten der Größe der Gruppe unter Verwendung der Formel:
gekennzeichnet ist, wobei N die Anzahl von Datensymbolen in einer Gruppe bezeichnet, SF_max den maximalen Spreizfaktor des Kommunikationssystems bezeichnet und SF der berechnete Spreizfaktor ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Drehungsschritt ferner durch unterschiedliche Drehungsgrade in Abhängigkeit von der Anzahl komplexer Spreizkodes von den zugewiesenen Kodes gekennzeichnet ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Drehungsschritt ferner durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist. (d1) Drehen um 0 Grad, wenn der Rest bei j^{(Gesamtzahl
komplexer Kodes)Modulo 4}1 ist; (d2) Drehen um 90 Grad, wenn der Rest bei j^{(Gesamtzahl komplexer Kodes)Modulo
4} j ist; (d3) Drehen um 180 Grad, wenn der Rest bei j^{(Gesamtzahl komplexer Kodes)Modulo 4} –1 ist; (d4) Drehen um 270 Grad, wenn der Rest bei j^{(Gesamtzahl
komplexer Kodes)Modulo 4} –j ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die mehreren Signalspreizkodes ferner durch Kanalteilungskodes (
...
, c _M1+1 ... c _M) und Scramblingkodes (
...
, ν _P1+1 ... ν _P) gekennzeichnet sind.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Kanalteilungskodes ferner komplexe Kanalteilungskodes umfassen und die Scramblingkodes ferner komplexe Scramblingkodes umfassen.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner durch den Schritt des Summierens der Anzahl komplexer Kanalteilungskodes und komplexer Scramblingkodes aus den zugewiesenen Kodes gekennzeichnet ist.