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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kommunikationsverfahren und
-vorrichtungen und insbesondere auf Spreizband-Kommunikationsverfahren
und -vorrichtungen.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Drahtloskommunikationssysteme
werden gewöhnlich
verwendet, um Teilnehmern Sprach- und Datenkommmunikation zur Verfügung zu
stellen. Beispielsweise werden analoge zellulare Mobilfunksysteme
wie jene, die als AMPS, ETACS, NMT-450 und NMT-900 bezeichnet werden,
seit langem weltweit erfolgreich eingesetzt. Digitale zellulare
Mobilfunksysteme wie jene, die dem US-amerikanischen Standard IS-54
sowie dem europäischen
Standard GSM entsprechen, sind seit Beginn der '90-er Jahre im Dienst. In jüngerer Zeit
wurden eine breite Vielzahl von pauschal als PCS (Personal Communications Services
bzw. persönliche
Kommunikationsdienste) bezeichneten digitalen Drahtlosdiensten eingeführt, einschließlich fortgeschrittener
digitaler zellularer Systeme, die Standards wie IS-136 und IS-95
entsprechen, Systeme geringerer Leistung wie DECT (Digital Enhanced
Cordless Telephone bzw. erweiterte digitale schnurlose Telekommunikation)
und Datenkommunikationsdienste wie CDPD (Cellular Digital Packet
Data bzw. paketvermittelte digitale zellulare Datenübertragung).
Diese und andere Systeme sind in The Mobile Communications Handbook,
herausgegeben von Gibson und veröffentlicht
von CRC Press (1996), beschrieben.
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1 zeigt
ein herkömmliches
terrestrisches zellulares Mobilfunkkommunikationssystem 20.
Das zellulare Mobilfunkkommunikationssystem 20 kann ein
oder mehrere Funktelefone (Engeräte) 22 umfassen,
die mit einer Vielzahl von Zellen 24 kommunizieren, welche
von Basisstationen 26 und einer Mobiltelefonvermittlungsstelle
(MTSO bzw. mobile telephone switching office) 28 bedient
werden. Obwohl in 1 nur drei Zellen 24 gezeigt
sind, kann ein typisches zellulares Netzwerk Hunderte von Zellen
und mehr als eine MTSO umfassen und es kann Tausende von Funktelefonen
bedienen.
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Die
Zellen 24 dienen im allgemeinen als Knoten in dem Kommunikationssystem 20,
von denen Verbindungen zwischen Funktelefonen 22 und der MTSO 28 anhand
der die Zellen 24 bedienenden Basisstationen 26 aufgebaut
werden. Jeder Zelle 24 werden ein oder mehrere zugeordnete
Steuerkanäle sowie
ein oder mehrere Verkehrskanäle
zugewiesen. Ein Steuerkanal ist ein zugeordneter Kanal, der zur Übertragung
von Zellenidentifikationsinformation und Paging- bzw. Funkrufinformation
verwendet wird. Die Verkehrskanäle
tragen die Sprach- und Dateninformation. Durch das zellulare Netzwerk 20 kann
eine Duplex-Funkkommunikationsverbindung zwischen zwei mobilen Endgeräten 22 oder
zwischen einem mobilen Endgerät 22 und
einem Festnetztelefonnutzer 32 durch ein öffentlich
vermitteltes Telefonnetz (PSTN bzw. Public Switched Telephone Network) 34 bewirkt
werden. Die Funktion einer Basisstation 26 besteht darin,
Funkkommunikation zwischen einer Zelle 24 und mobilen Endgeräten 22 abzuwickeln.
In dieser Eigenschaft funktioniert eine Basisstation 26 als
eine Relaisstation für
Daten- und Sprachsignale.
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Wie
in 2 dargestellt, kann ein Satellit 42 zum
Ausführen ähnlicher
Funktionen verwendet werden wie den von einer herkömmlichen
terrestrischen Basisstation ausgeführten, beispielsweise um dünn besiedelte
Gebiete oder Gebiete mit einer gebirgigen Topographie zu bedienen,
die herkömmliche
Festnetzinfrastruktur oder terrestrische Mobiltelefoninfrastruktur
tendenziell technisch oder wirtschaftlich impraktikabel werden lässt. Ein
Satellitenfunktelefonsystem 40 umfasst typischerweise einen
oder mehrere Satelliten 42, die als Relais oder Transponder
zwischen einer oder mehreren Erdstationen 44 und Endgeräten 23 dienen.
Der Satellit übermittelt
Funktelefonkommunikationsvorgänge über Duplex-Verbindungen 46 an
Endgeräte 23 und
eine Erdstation 44. Die Erdstation 44 wiederum
kann mit dem PSTN 34 verbunden sein und auf diese Weise
Kommunikationsvorgänge
zwischen Satellitenfunktelefonen und Kommunikationsvorgänge zwischen
Satellitenfunktelefonen und herkömmlichen
terrestrischen Mobilfunktelefonen oder Festnetztelefonen erlauben.
Das Satellitenfunktelefonsystem 40 kann einen einzelnen Antennenstrahl
verwenden, der den gesamten von dem System bedienten Bereich abdeckt,
oder der Satellit kann, wie gezeigt, so gestaltet sein, dass er mehrere
minimal überlappende
Strahlen 48 erzeugt, die jeweils einzelne geographische
Versorgungsbereiche 50 in dem Dienstebereich des Systems
bedienen. Die Versorgungsbereiche 50 dienen einer ähnlichen
Funktion wie die Zellen 24 des terrestrischen Zellularsystems 20 der 1.
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Mehrere
Arten von Zugangstechniken werden herkömmlicherweise verwendet, um
Nutzern von Drahtlossystemen wie jenen, die in den 1 und 2 dargestellt
sind, Drahtlosdienste zur Verfügung
zu stellen. Herkömmliche
analoge Zellularsysteme verwenden zum Erzeugen von Kommunikationskanälen im allgemeinen
ein System, das als Frequenzmultiplexverfahren (FDMA bzw. Frequency
Division Multiple Access) bezeichnet wird, wobei einzelne Frequenzbänder als
Kanäle
dienen, über
die zellulare Endgeräte
mit zellularen Basisstationen kommunizieren. Typischerweise werden
diese Bänder
in geographisch getrennten Zellen wiederverwendet, um die Systemkapazität zu erhöhen.
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Moderne
digitale Drahtlossysteme verwenden typischerweise verschiedene Vielfachzugriffstechniken
wie Zeitmultiplex (TDMA bzw. Time Division Multiple Access) und/oder Codemultiplex
(CDMA bzw. Code Division Multiple Access) zum Bereitstellen einer
erhöhten
Spektraleffizienz. Bei TDMA-Systemen,
wie jenen, die dem GSM- oder dem IS-136-Standard entsprechen, werden
Trägersignale in
aufeinanderfolgende Zeitschlitze unterteilt, die mehreren Kanälen zugewiesen
sind, so dass eine Vielzahl von Kanälen auf einem einzigen Trägersignal
gemultiplext werden können.
CDMA-Systeme wie jene, die dem IS-95-Standard entsprechen, erreichen eine
erhöhte
Kanalkapazität
durch Verwenden von "Spreizband-"Techniken, bei denen ein Kanal definiert
wird durch Modulieren eines datenmodulierten Trägersignals anhand eines eigenen
Spreizcodes, d.h. eines Codes, der ein ursprüngliches datenmoduliertes Trägersignal über einen
breiten Abschnitt des Frequenzspektrums spreizt, in dem das Kommunikationssystem
arbeitet.
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Herkömmliche
Spreizband-CMDA-Kommunikationssysteme verwenden gewöhnlich die
sogenannte "Direktsequenz"(DS)-Spreizbandmodulation. Bei
der Direktsequenzmodulation wird ein datenmoduliertes Trägersignal
unmittelbar durch einen Spreizcode oder eine Spreizsequenz moduliert,
bevor es durch einen Leistungsverstärker verstärkt und über ein Kommunikationsmedium,
z.B. eine Luftschnittstelle, übertragen
wird. Der Spreizcode beinhaltet typischerweise eine Sequenz von "Chips", die mit einer Chip-Rate
auftreten, die typischerweise viel höher ist als die Bitrate der übertragenen
Daten.
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Typische Übertragungsvorgänge eines
derartigen Systems sind in 3 dargestellt.
Datenströme
von unterschiedlichen Benutzern werden verschiedenen Signalverarbeitungsschritten,
wie Fehlerkorrekturkodierung oder -verschachtelung, sowie einer
Spreizung unter Verwendung einer Kombination eines benutzerspezifischen
Spreizcodes und eines gruppenspezifischen Verwürfelungscodes (engl. scrambling
code) unterzogen. Die kodierten Datenströme von den Benutzern werden
dann kombiniert, einer Trägermodulation
unterzogen und als ein zusammengesetztes Signal in einem Kommunikationsmedium übertragen.
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Die
Schrift
EP 0 930 723
A beschreibt ein DS-CDMA-System, in dem Zellen durch einen
spezifischen langen Code unterschieden werden und der Synchronisationszeitpunkt
des langen Codes unter Verwendung eines gewöhnlichen kurzen Codes ermittelt
wird.
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Eine
sogenannte Rake-Empfängerstruktur wird
gewöhnlich
zum Wiedererlangen von Information verwendet, die einem der Benutzerdatenströme entspricht.
In einem typischen Rake-Empfänger wird ein
empfangenes zusammengesetztes Signal typischerweise mit einer bestimmten,
dem Empfänger zugewiesenen
Spreizsequenz korreliert, um eine Vielzahl von zeitversetzten Korrelationen
zu erzeugen, von denen eine jeweilige einem Echo eines übertragenen
gespreizten Signals (engl. spread spectrum signal) entspricht. Die
Korrelationen werden dann auf eine gewichtete Art und Weise kombiniert,
d.h. jeweilige Korrelationen werden mit jeweiligen Gewichtungsfaktoren
multipliziert und dann summiert, um eine Entscheidungsstatistik
zu erzeugen. Die Korrelationen werden im allgemeinen in einer Vielzahl
von korrelierenden Fingern in dem Rake-Empfänger durchgeführt, wobei
jeder Finger mit einem Kanalpfad synchronisiert ist. Die Ausgangsgröße aller
Finger wird kombiniert, um eine Verbesserung des gesamten Signal-Rausch-Verhältnisses des
empfangenen Signals zu erlauben. Die Konstruktion und der Betrieb
von Rake-Empfängern sind dem
Fachmann wohlbekannt und brauchen hier nicht weiter beschrieben
zu werden.
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Damit
die Finger des Rake-Empfängers
mit ihren jeweiligen Kanalpfaden synchronisiert bleiben, kann zum
Unterstützen
des Rake-Empfängers
ein Verzögerungssucher
verwendet werden. Der Verzögerungssucher
(engl. delay searcher) kann kontinuierlich nach neuen Kanalpfaden
suchen und deren Verzögerungen
schätzen.
Diese Verzögerungen
werden dann Rake-Fingern zugewiesen. Ein Verzögerungssucher wird hier auch
als "Sucher" bezeichnet. Auch
ein Verzögerungsverfolger
(engl. delay tracker) kann zum kontinuierlichen Verfolgen der den
Rake-Fingern zugewiesenen Verzögerungen
verwendet werden, um dadurch eine verbesserte Genauigkeit der von
dem Verzögerungssucher
vorgenommenen Verzögerungsschätzungen
zu erlauben.
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Eine
Ausführungsform
eines Verzögerungssuchers
ist in der US-Patentanmeldung
US 6 157 820-A von
Sourour et al., mit der Bezeichnung Pilot Strength Measurement and
Multipath Delay Searcher for CDMA Receiver, veröffentlicht am 5. Dezember 2000
und der Inhaberin der vorliegenden Anmeldung zugewiesen, sowie in
der Patentanmeldung GB 2 318 952-A von Vilmer, mit der Bezeichnung
Fast Pilot Channel Acquisition Using Matched Filter in a CDMA Radiotelephone,
veröffentlicht
am 6. Mai 1998 und der Inhaberin der vorliegenden Anmeldung zugewiesen,
beschrieben. Eine Ausführungsform
eines Verzögerungsverfolgers
ist in der Anmeldung WO 9935763-A von Sourour et al., mit der Bezeichnung Method
and Apparatus for Multipath Delay Estimation in Direct Sequence
Spread Spectrum Communication Systems, veröffentlicht am 15. Juli 1999
und der Inhaberin der vorliegenden Anmeldung zugewiesen, beschrieben.
Schließlich
ist die Interaktion zwischen einem Verzögerungssucher und Verzögerungsverfolgern
in der US-Anmeldung
US 6 560 273 von Sourour
et al., mit der Bezeichnung Delay Searcher and Delay Tracker Interaction
for New Delays Assignment to RAKE Fingers, veröffentlicht am 6. Mai 2003 und
der Inhaberin der vorliegenden Anmeldung zugewiesen, beschrieben.
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Ein
Verzögerungssucher
durchsucht im allgemeinen ein breites Suchfenster möglicher
Kanalverzögerungen.
Für jede
Verzögerung
in dem Suchfenster wird im allgemeinen eine lange Korrelation durchgeführt. Genauer
gesagt kann ein typischer schwundbehafteter Mehrpfadkanal drei oder
vier Kanalpfade umfassen. Ein herkömmlicher CDMA-Sucher, der dem Mobilfunkstandard
TIA/EIA-IS-95 mit dem Titel Mobilstation-Basisstation-Kompatibilitätsstandard
für ein
Dualmodus-Spreizband-Zellularsystem
entspricht, kann über
ein breites Verzögerungsfenster
um die Verzögerung
des zuerst eintreffenden Pfads in dem Kanal herum nach Kanalpfaden
suchen. Dieses Fenster von Verzögerungen
kann als Suchfenster bezeichnet werden.
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Gemäß dem oben
erwähnten TIA/EIA/IS-95-Standard überträgt eine
Basisstation einen Pilotkanal, der einen festen, von dem Pilotcode modulierten
Datenwert umfasst. Der Pilotcode enthält eine pseudo-zufällige Chip-Sequenz.
Für jede Verzögerungsposition
in dem Suchfenster führt
der Sucher im allgemeinen eine Korrelation zwischen dem empfangenen
Signal und dem Pilotcode durch. Nachdem die Korrelationen für alle Verzögerungen abgeschlossen
sind, können
die Verzögerungen
mit der höchsten
Korrelationsmagnitude bzw. dem höchsten
Korrelationsbetrag als diejenigen Korrelationen ausgewählt werden,
die den mehreren Pfaden in den Kanälen entsprechen. Diese Verzögerungen werden
dann an den Rake-Empfänger
geliefert. Der Suchvorgang kann dann kontinuierlich wiederholt werden,
zum Erfassen neuer Kanalpfade und/oder zum Abweisen verschwindender
Kanalpfade. Siehe beispielsweise die oben genannte Anmeldung
US 6 157 820-A von
Sonour et al.
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Wie
oben beschrieben, durchsucht der Verzögerungssucher ein breites Suchfenster
möglicher Kanalverzögerungen.
Für jede
Verzögerung
in dem Suchfenster führt
der Sucher im allgemeinen eine lange Korrelation durch. Leider verbraucht
der Korrelationsprozess u.U. übermäßig viel
Energie bei dem Empfänger.
Ist der Empfänger
ein tragbares Funktelefon oder ein anderes tragbares Endgerät, so kann ein übermäßiger Energieverbrauch
die Betriebszeit und/oder die Bereitschaftszeit des Funktelefons
oder anderen tragbaren Endgeräts
ungebührlich
verkürzen.
Der Korrelationsvorgang kann beim Empfänger auch übermäßig viel Zeit verbrauchen,
was dessen Betriebseffizienz verringern kann.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Vorrichtungen
und Verfahren zum Bestimmen von Kanalverzögerungen in einem gespreizten Signal
bereitzustellen, das in einem Kommunikationsmedium gemäß einer
Spreizsequenz übertragen wird.
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Es
ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, verbesserte
Verzögerungssuchverfahren und
-vorrichtungen bereitzustellen, die Korrelationen über ein
breites Suchfenster möglicher
Kanalverzögerungen
durchführen.
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Es
ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verzögerungssuchverfahren
und -vorrichtungen bereitzustellen, die imstande sind, den Energieverbrauch
beim Durchführen
der Korrelationen zu senken.
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Diese
sowie andere Aufgaben lassen sich gemäß der vorliegenden Erfindung
dadurch bereitstellen, dass ein ein gespreiztes Signal enthaltendes, zusammengesetztes
Signal aus einem Kommunikationsmedium mit einer lokalen Spreizsequenz
korreliert wird. Die Korrelation wird für eine erste Menge von Zeitversätzen zwischen
dem empfangenen zusammengesetzten Signal und der lokalen Spreizsequenz
gemäß einer
ersten Korrelationslänge
durchgeführt.
Weitere Korrelationen für
abnehmend kleinere Untermengen werden gemäß zunehmend längerer Korrelationslängen durchgeführt, zum
Erzeugen einer letzten Untermenge mindestens eines Zeitversatzes
des zusammengesetzten Signals mit der lokalen Spreizsequenz.
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Die
vorliegende Erfindung rührt
von der Erkenntnis her, dass das letztendliche Ziel des Suchers darin
besteht, durch Auswählen
einer kleinen Anzahl der größten Korrelationsbeträge in dem
Suchfenster eine kleine Anzahl, wie drei oder vier, Kanalverzögerungen
ausfindig zu machen. Die verbleibenden Korrelationen werden verworfen.
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Herkömmliche
Sucher führen
jedoch typischerweise Korrelationen zwischen dem empfangenen Spreizband-Pilotcode
und den lokalen Replikaten des Pilotcodes für alle Verzögerungen im Suchfenster mit
gleicher Korrelationslänge
aus. So kann das Suchfenster, beispielsweise ein typisches Suchfenster
mit 60 Chips, wie in Abschnitt 6.5.2 des TIA/EIA/IS-95-Standards
definiert (Empfohlene Mindestleistungsstandards für Dualmodus-Spreizband-Zellular- und PCS-Mobilfunkstationen),
und einer Suchgenauigkeit von zwei Verzögerungspositionen pro Chip,
120 Korrelationen durchführen,
von denen schließlich
drei oder vier ausgewählt
werden. Eine beträchtliche
Menge Energie kann beim Durchführen
vollständiger
Korrelationen für
Verzögerungskandidaten
verbraucht werden, die schließlich
verworfen werden. Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann die Korrelationslänge
für Verzögerungen,
die nicht als qualifizierte Kandidaten erscheinen, verkürzt werden.
Dies kann den Zeitaufwand und/oder den Energieverbrauch der Suche
beträchtlich
verringern.
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Genauer
gesagt kann die vorliegende Erfindung Kanalverzögerungen bestimmen, wenn ein
gespreiztes Signal durch ein Mehrpfad-Kommunikationsmedium übertragen
wird. Das zusammengesetzte Signal wird mit der Spreizsequenz gemäß einer ersten
Korrelationslänge
korreliert, zum Erzeugen einer Vielzahl von Korrelationen, die einer
ersten Menge von Zeitversätzen
entsprechen. Ausgewählte
Korrelationen der Vielzahl erster Korrelationen werden mit der Spreizsequenz
weiterkorreliert gemäß einer zweiten
Korrelationslänge,
die länger
sein kann als die erste Korrelationslänge, zum Erzeugen einer Vielzahl
zweiter Korrelationen, die einer zweiten Menge von Zeitversätzen entsprechen,
die eine Untermenge der ersten Menge darstellt. Wenigstens eine
der Vielzahl von zweiten zeitversetzten Korrelationen kann ausgewählt werden.
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Es
versteht sich, dass die ausgewählten
der Vielzahl von ersten zeitversetzten Korrelationen des zusammengesetzten
Signals basierend auf den höchsten
Korrelationen ausgewählt
werden können oder
basierend auf Korrelationen ausgewählt werden können, die
einen vorbestimmten Schwellwert überschreiten.
Es können
auch andere Auswahlkriterien oder Kombinationen von Kriterien verwendet
werden. Werden Schwellwerte verwendet, so finden vorzugsweise zunehmend
größere Schwellwerte
Anwendung. Es versteht sich auch, dass nach dem oben beschriebenen
Weiterkorrelieren noch weitere Korrelationen durchgeführt werden
können.
Beispielsweise können
ausgewählte
der Vielzahl von zweiten zeitversetzten Korrelationen des zusammengesetzten Signals
mit der Spreizsequenz gemäß einer
dritten Korrelationslänge
korreliert werden, die länger
sein kann als die zweite Korrelationslänge, zum Erzeugen einer Vielzahl
von dritten zeitversetzten Korrelationen eines zusammengesetzten
Signals mit der Spreizsequenz. Es können zusätzliche Korrelationswiederholungen
durchgeführt
werden.
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Erfindungsgemäße Vorrichtungen
(Systeme) zum Bestimmen von Kanalzeitverzögerungen in einem gespreizten
Signal, das in einem Kommunikationsmedium gemäß einer Spreizsequenz übertragen wird,
umfassen bevorzugt einen Empfänger,
der ein das gespreizte Signal von dem Kommunikationsmedium enthaltendes
zusammengesetztes Signal empfängt.
Ein variable-Länge-Akkumulationssucher
korreliert das zusammengesetzte Signal mit der Spreizsequenz gemäß einer
ersten Korrelationslänge,
zum Erzeugen einer Vielzahl von ersten zeitversetzten Korrelationen
des zusammengesetzten Signals mit der Spreizsequenz. Der variable-Länge-Akkumulationssucher
korreliert ferner abnehmend kleinere Untermengen der Vielzahl von
ersten zeitversetzten Korrelationen des zusammengesetzten Signals
mit der Spreizsequenz gemäß zunehmend
längerer
Korrelationslängen,
zum Erzeugen einer letzten Untermenge der mindestens einen zeitversetzten
Korrelation des zusammengesetzten Signals mit der Spreizsequenz.
Während jeder
Korrelation kann der variable-Länge-Akkumulationssucher
die zeitversetzten Korrelationen basierend auf einer höchsten Korrelation,
auf Korrelationen, die einen Schwellwert überschreiten, und/oder basierend
auf anderen Kriterien auswählen.
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Ein
Rake-Empfänger
spricht auf mindestens eine letzte Untermenge von mindestens einer
zeitversetzten Korrelation des zusammengesetzten Signals mit der
Spreizsequenz an, um in dem gespreizten Signal kodierte Information
wiederzuerlangen. Dementsprechend lässt sich durch Bereitstellen
von variable-Länge-Akkumulationssuchern
Energie und/oder Verarbeitungszeit einsparen, durch Durchführen begrenzter
Korrelationen für
jene Verzögerungen,
die nicht als letztendlich auszuwählende qualifizierte Kandidaten
erscheinen. Dadurch lassen sich verbesserte Spreizbandempfänger und
Empfangsverfahren bereitstellen.
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Insbesondere
ist die Erfindung durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 2 definiert. Weitere Ausführungsformen
sind in den abhängigen
Ansprüchen
definiert.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Es
zeigt:
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1 ein
schematisches Diagramm, das ein herkömmliches terrestrisches Zellularkommunikationssystem
darstellt;
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2 ein
schematisches Diagramm, das ein herkömmliches satellitengestütztes Drahtloskommunikationssystem
darstellt;
-
3 ein
schematisches Diagramm, das eine herkömmliche drahtlose Basisstation
darstellt;
-
4 ein
Blockdiagramm von erfindungsgemäßen Direktsequenz-Spreizband-CDMA-Empfängern;
-
5 ein
Blockdiagramm einer Direktsequenz-Spreizband-CDMA-Basisbandverarbeitung unter Verwendung
eines variable-Länge-Akkumulationssuchvorgangs
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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6 ein
Blockdiagramm eines Basisbandkorrelators;
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7 ein
Ablaufdiagramm zum Darstellen eines variable-Länge-Akkumulationssuchvorgangs gemäß der vorliegenden
Erfindung; und
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8A–8C zeigen
Beispiele für
Suchfenster gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
vorliegende Erfindung wird nun nachfolgend vollständiger beschrieben
unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen, in denen bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung gezeigt sind. Diese Erfindung kann jedoch in vielen
verschiedenen Formen ausgeführt
sein und sollte nicht als auf die hier dargelegten Ausführungsformen
beschränkt ausgelegt
werden; diese Ausführungsformen
sind vielmehr zur Vervollständigung
dieser Offenbarung angegeben und werden Fachleuten den Umfang der Erfindung
gänzlich
vermitteln. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich durchwegs auf gleiche
Elemente.
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Wie
für einen
Fachmann erkennbar, kann die vorliegende Erfindung in Form von Verfahren,
Systemen (Vorrichtungen) und/oder Computerprogrammprodukten ausgeführt sein,
die in einem gespreizten Signal kodierte Information wiedererlangen.
Demgemäß kann die
vorliegende Erfindung in Form einer vollständig aus Hardware bestehenden
Ausführungsform,
einer vollständig
aus Software bestehenden Ausführungsform
oder einer Ausführungsform,
die Software- und Hardwareaspekte kombiniert, vorliegen.
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Verschiedene
Aspekte der vorliegenden Erfindung sind im Detail in den folgenden
Figuren, einschließlich
der Ablaufdiagrammdarstellungen, veranschaulicht. Es versteht sich,
dass jeder Block der Figuren und Kombinationen von Blöcken in
den Figuren durch Hardware und/oder Computerprogramminstruktionen
realisiert werden kann. Diese Computerprogramminstruktionen können einem
Prozessor oder einer anderen programmierbaren Datenverarbeitungseinrichtung
zur Verfügung
gestellt werden, zum Herstellen einer Maschine derart, dass die
in dem Prozessor oder einer anderen programmierbaren Datenverarbeitungseinrichtung
ausgeführten
Instruktionen eine Einrichtung zum Implementieren der in dem Block
oder den Blöcken
spezifizierten Funktionen erzeugen. Diese Computerprogramminstruktionen
können
auch in einem computerlesbaren Speicher gespeichert sein, der imstande
ist, einen Prozessor oder eine andere programmierbare Datenverarbeitungseinrichtung
anzuleiten, auf eine bestimmte Art und Weise zu funktionieren, so
dass die in dem computerlesbaren Speicher gespeicherten Instruktionen
einen Herstellungsgegenstand einschließlich einer Instruktionseinrichtung
erzeugen, die die in dem Block oder den Blöcken spezifizierten Funktionen ausführt.
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Dementsprechend
unterstützen
die Blöcke der
Figuren Kombinationen von Einrichtungen zum Durchführen der
spezifizierten Funktionen, Kombinationen von Schritten zum Durchführen der
spezifizierten Funktionen und Programminstruktionen zum Durchführen der
spezifizierten Funktionen. Es versteht sich auch, dass jeder Block
der Ablaufdiagrammdarstellungen und Kombinationen der Blöcke in den
Ablaufdiagrammdarstellungen durch Spezialhardwarebasierte Computersysteme,
die die spezifizierten Funktionen oder Schritte durchführen, oder durch
Kombinationen von Spezialhardware und Computerinstruktionen realisiert
werden kann bzw, können.
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Nun
wird auf 4 Bezug genommen, in der ein
Blockdiagramm von Direktsequenz-Spreizband(DS-SS)-CDMA-Empfängern dargestellt
ist, die einen variable-Länge-Akkumulationssuchvorgang gemäß der vorliegenden
Erfindung anwenden können.
Wie in 4 gezeigt, wird ein empfangenes Signal im RF-Abschnitt 410 gefiltert
und in das Basisband abwärts
gewandelt. Der Basisbandverarbeitungsabschnitt 411 verarbeitet
das In-Phase-/Quadratur(I/Q)-Basisbandsignal. Wie nachfolgend beschrieben,
umfasst der Basisbandverarbeitungsabschnitt 411 vorzugsweise
einen erfindungsgemäßen variable-Länge-Akkumulationssucher.
Abgesehen von dem variable-Länge-Akkumulationssucher
der vorliegenden Erfindung sind dem Fachmann die Konstruktion und
der Betrieb des RF-Abschnitts 410 und des Basisband-Verarbeitungsabschnitts 411 wohlbekannt
und brauchen hier nicht weiter beschrieben zu werden.
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Nun
wird Bezug genommen auf 5, in der der Basisbandverarbeitungsabschnitt 411 gemäß der vorliegenden
Erfindung einen Abtastblock 520 einschließt, der
das I/Q-Basisbandsignal
abtastet. Das abgetastete Basisbandsignal wird an die Verzögerungsverfolger 522,
den variable-Länge-Akkumulationssucher 523 und
den Rake-Empfänger 521 angelegt.
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Der
variable-Länge-Akkumulationssucher 523
kann einen oder mehrere komplexe Korrelatoren umfassen. Diese Korrelatoren
können
herkömmliche Integrations-
und Schätzwertkorrelatoren
(engl. integrate and dump correlators) sein und/oder gleitende Korrelatoren, ähnlich denen,
die in der Patentanmeldung Wo 9941846-A beschrieben sind, veröffentlicht am
19. August 1999, des vorliegenden Erfinders Sourour et al., mit
der Bezeichnung Flexible Sliding Correlator for Direct Sequence
Spread Spectrum Systems, die dem Inhaber der vorliegenden Anmeldung
zugewiesen ist und deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme übernommen
wird. Andere Arten von Korrelatoren können ebenfalls verwendet werden.
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Ungeachtet
dessen, welche Art von Korrelator verwendet wird, wird der Korrelator
vorzugsweise mit einem Replikat des Pilotspreizcodes und mit der Verzögerung der
Korrelation beliefert. Dies ist in 6 gezeigt.
Wie in 6 gezeigt, wird der komplexe Korrelator 630 mit
dem abgetasteten I/Q-Basisbandsignal, einem Pilotcode und der Verzögerung beliefert.
Die Ausgangsgröße des komplexen
Korrelators 60 steht am Ausgangsanschluss 633 als
komplexes Korrelationsergebnis zur Verfügung. Im Block 631 werden
auch die Betragsquadrate der Korrelationsergebnisse berechnet. Diese
Ausgangsgröße steht
an einem Ausgangsanschluss 632 zur Verfügung.
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Wie
bereits geschildert, muss eine herkömmliche Technik zum Erzeugen
eines Suchfensters eine Korrelation der Länge N Chips für jede Verzögerung in
dem Suchfenster durchführen.
Daher wird, falls das Suchfenster W Verzögerungen beinhaltet, eine Korrelation
für jede
Verzögerung
für die gesamte
Länge der
N Chips durchgeführt.
Dies kann einen beträchtlichen
Energieverbrauch und/oder beträchtlich
viel Zeit erfordern.
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Ganz
im Gegensatz hierzu kann die Korrelation gemäß der vorliegenden Erfindung
in aufeinanderfolgenden Schritten durchgeführt werden. In einem ersten
Schritt wird ein Suchfenster mit W1 Verzögerungen
erzeugt. Die Korrelationslänge
für jede Verzögerung in
dem Suchfenster beträgt
N1 und ist kleiner als N. Mit anderen Worten
wird eine kürzere Korrelationslänge verwendet.
Aus diesem Suchfenster kann die Menge von Verzögerungen mit großen Korrelationsergebnissen
ausgewählt
werden. Der Auswahl kann das Sortieren der Korrelationsergebnisse
und das Auswählen
des größten Ergebnisses zugrundegelegt
werden. Alternativ können
jene Verzögerungen
ausgewählt
werden, deren Korrelationsergebnis einen Schwellwert überschreitet.
Die Verwendung anderer Auswahlkriterien ist möglich.
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Diese
neue Menge bildet die Verzögerungselemente
in dem zweiten Suchfenster, das W2 Elemente
umfasst, wobei W2 kleiner ist als W1. Die verbleibenden Verzögerungen werden verworfen,
und für
sie müssen
keine weiteren Korrelationen durchgeführt werden. Der Energieverbrauch
und/oder die Verarbeitungszeit kann daher verringert werden. Dann
kann für
die Verzögerungen
in dem zweiten Suchfenster eine weitere Korrelation durchgeführt werden,
mit der Korrelationslänge
N2, die geringer ist als N. Für jede Verzögerung in
dem neuen Suchfenster können
die Korrelationsergebnisse mit denen der vorangehenden Korrelation
akkumuliert werden. Die Akkumulation kann kohärent durchgeführt werden, durch
Verwenden des komplexen Korrelationsergebnisses am Ausgangsanschluss 633,
oder nichtkohärent,
durch Verwenden des Hüllkurvenquadrats
am Ausgangsanschluss 632. Anders ausgedrückt können für eine kohärente Akkumulation
die Ergebnisse des Ausgangsanschlusses 633 addiert werden,
während
für eine
nichtkohärente
Akkumulation die Ergebnisse des Ausgangsanschlusses 632 addiert
werden können.
Alternativ brauchen die Korrelationsergebnisse nicht akkumuliert
zu werden, sondern sie können
für jeden
neuen Satz von Suchfenstern auf Null gesetzt werden. In noch einer
anderen Alternative können
die Korrelationsergebnisse für
einige Suchfenster akkumuliert und für andere Suchfenster auf Null
gesetzt werden.
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Das
obige Verfahren kann iterativ wiederholt werden, beispielsweise
M mal. Für
jede Wiederholung umfasst das Suchfenster vorzugsweise eine kleinere
Anzahl von Verzögerungen
W
i+1<W
i, i=1,2,, M-1. Nachdem alle M Schritte beendet
worden sind, werden die L Verzögerungen,
die an den Rake-Empfänger
geliefert werden, aus den verbleibenden Verzögerungen in dem Suchfenster
ausgewählt.
Jede dieser verbleibenden Verzögerungen
weist vorzugsweise eine Gesamtkorrelationslänge
Chips auf.
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Nun
wird unter Bezugnahme auf 7 ein detailliertes
Ausführungsbeispiel
von Betriebsvorgängen
von variable-Länge-Akkumulationssuchern 523 angegeben.
Bei Block 700 werden alle Korrelationen auf Null initialisiert,
und eine Ganzzahl i, die die Nummer des Suchschrittes angibt, wird
auf eins initialisiert. Bei Block 705 wird die Menge von
Wi Verzögerungen
gespeichert. Wenn i=1, enthält
die Menge alle zu durchsuchenden Verzögerungen. Dann wird bei Block 710 die
erste Verzögerung
in der Menge von Wi Verzögerungen ausgewählt. bei
Block 720 wird für
diese Verzögerung
eine Korrelation der Länge
Ni Chips durchgeführt.
Wenn i größer ist
als eins, dann wird das Korrelationsergebnis in Block 725 kohärent oder
nicht-kohärent,
wie oben beschrieben, zu der/den vorangegangenen Korrelation(en)
für dieselbe
Verzögerung
addiert.
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In
Block 730 fahren die Betriebsvorgänge, wenn alle Wi Verzögerungen
berücksichtigt
worden sind, bei Block 735 fort. Falls in Block 725 eine
kohärente
Akkumulation verwendet wurde, werden in Block 735 die Betragsquadrate
für alle
Wi Korrelationen berechnet.
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Block 740 prüft, ob alle
Suchschritte beendet sind. Falls nicht, wird die Ganzzahl i erhöht (Block 750),
und bei Block 755 wird eine Menge von Verzögerungen
zum Weiterkorrelieren ausgewählt.
Die Auswahl in Block 755 kann auf den Betragsquadraten
der Korrelationen basieren. Die Auswahl kann erfolgen durch Sortieren
aller Wi-1 Betragsquadrate und Auswählen der
Verzögerungen,
die den größten Wi entsprechen. Alternativ können alle
Wi-1 Betragsquadrate mit einem Schwellwert
verglichen werden und diejenigen Verzögerungen ausgewählt werden,
die den Betragsquadraten entsprechen, welche den Schwellwert überschreiten.
Vorzugsweise erhöht sich
der Schwellwert selbst, wenn sich i erhöht. Es können auch Kombinationen der
obigen Techniken und/oder andere Techniken zum Auswählen in
Block 755 verwendet werden. Die Korrelationsergebnisse für die nicht
ausgewählten
Verzögerungen
müssen nicht
mehr verarbeitet werden und können
beispielsweise auf Null gesetzt werden.
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Wenn
alle M Schritte beendet sind, so schreiten in Block 740 die
Betriebsvorgänge
zu Block 745 fort. Bei Block 745 werden die L
Verzögerungen
ausgewählt,
die den größten L Betragsquadraten
entsprechen. Diese letzten L Verzögerungen können an den Rake-Empfänger 521 der 5 geliefert
werden. Es versteht sich, dass der Suchvorgang periodisch wiederholt
werden kann, um nach neuen Pfaden in dem Kanal zu suchen. Wird die
Suche wiederholt, so kann sie bei Block 700 beginnen. Daher
wird die zu suchende Anzahl von Verzögerungen bevorzugt bei dem
Anfangswert Wi neu gestartet.
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Die 8A–8C veranschaulichen
ein Beispiel der Ausgangsgröße des Blocks 735.
Im Beispiel der 8A–8C ist
M=3, W1=16 (8A), W2=10 (8B), W3=5 (8C) und
L=2. Die Korrelationslängen
Ni sind gleich. Für
die Auswahl in Block 755 wird angenommen, dass sie zum
Identifizieren des größten Wi auf einem Sortiervorgang beruht. In praxisnahen
DS-SS-CDMA-Systemen, die dem TIA/EIA/IS-95-Standard entsprechen,
können
bevorzugte Parameter M=3, W1=60, W2=30, Ni=1024 Chips
und L=3 sein. Bevorzugt wird ein gleitender Korrelator, wie in den
Anmeldungen mit den Anmeldeseriennummern 09/024 120 und 09/096 960
beschrieben, verwendet.
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Das
Verhältnis
des Energieverbrauchs bei Verwendung herkömmlicher Sucher und bei Verwendung
von variable-Länge-Akkumulationssuchern
gemäß der vorliegenden
Erfindung lässt
sich definieren durch:
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Für die oben
beschriebenen bevorzugten Parameter des IS-95-Standards lässt sich durch Verwenden der
variable-Länge-Akkumulationssucher gemäß der vorliegenden
Erfindung der Energieverbrauch um den Faktor 44,4% reduzieren. Es
lässt sich
ebenso eine entsprechende Verringerung der Verarbeitungszeit erzielen.
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Es
versteht sich, dass die vorliegende Erfindung auf einen Pilotkanal,
wie er in CDMA-Systemen verwendet wird, angewendet werden kann.
Die vorliegende Erfindung lässt
sich auch auf Pilotsymbole anwenden, die mit anderen Kanälen gemultiplext werden.
Beispiele für
solche Nicht-Pilotkanalsysteme umfassen
Breitband-CDMA-(WCDMA)-Systeme. Schließlich kann die vorliegende
Erfindung zum Bestimmen der Verzögerungen
für andere
Symbole oder Signale als Pilotsymbole verwendet werden.
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In
den Zeichnungen und der Beschreibung wurden typische bevorzugte
Ausführungsbeispiele der
Erfindung offenbart und obgleich spezifische Begriffe verwendet
werden, werden diese nur in einem generischen und beschreibenden
Sinne und nicht zum Zweck der Beschränkung verwendet, wobei der Umfang
der Erfindung in den folgenden Ansprüchen dargelegt ist.