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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen in oder im
Zusammenhang mit Mobiltelekommunikationssystemen, und sie betrifft
insbesondere solche Systeme, die im Codezeitmultiplex-Mehrfachzugangverfahren
arbeiten.
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Das
Zeitmultiplex-Duplexsystem (TDD – time division duplex system)
des terrestrischen Funkzugangs für
UMTS (UTRA) beruht auf einer Kombination aus einem Codemultiplex-Mehrfachzugangsverfahren
(CDMA – code
division multiple access) und einem hybriden Zeitmultiplex-Mehrfachzugangsverfahren
(TDMA – hybrid time
division multiple access), was von Fachleuten mit Codezeitmultiplex-Mehrfachzugangsverfahren
(CTDMA – code-time
division multiple access) bezeichnet wird. (UMTS ist ein Akronym
für „Universal
Mobile Telecommunication System" – Universelles
Mobiltelekommunikationssystem, das bei den Fachleuten ebenfalls bestens
bekannt ist.)
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Beim
Zeitmultiplex-Mehrfachzugangsverfahren (TDMA) wird die Zeitachse
in eine Vielzahl von Zeitschlitzen unterteilt, und die Benutzer
dürfen
in einigen bestimmten dieser Zeitschlitze senden. Das Codemultiplex-Mehrfachzugangsverfahren
(CDMA) verwendet andererseits das Frequenzspreizverfahren für die drahtlose
Datenübertragung
(DSSS – Direct
Sequence Spread Spectrum), bei dem ein Datenelement vor dem Senden
mit einem Spreizfaktor (Q) multipliziert wird, um das Datenelement
zu codieren.
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Derzeit
gebräuchliche
Mobiltelekommunikationssysteme umfassen eine Vielzahl von Telekommunikationszellen,
von denen jede mindestens eine Basisstation und mindestens ein mobiles
Endgerät
hat. Sowohl die Basisstation als auch das mobile Endgerät können als
Sender und als Empfänger
von Funksignalen (HF-Signalen) arbeiten.
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In
einem CTDMA-System dürfen
eine Anzahl von Benutzern Datensätze
während
des gleichen Zeitschlitzes senden. Jeder Datensatz in einem gegebenen
Zeitschlitz wird durch Codemultiplexing getrennt.
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Um
die Übertragungen
in jedem Zeitschlitz zu empfangen, muss der Empfänger in der Lage sein, die Eigenschaften
des Übertragungskanals
zwischen Sender und Empfänger
zu ermitteln. Bei mobilen Telekommunikationsanwendungen können Mehrfachpfadverzerrungen
auftreten, und Lernsequenzen oder ein bekannter Dateninhalt ist
erforderlich, um die Kanalermittlung im Empfänger zu bewerkstelligen. Die
zum Ermitteln der Kanaleigenschaften erforderlichen Daten sind in
der Impulsantwort des Kanals enthalten, ein Begriff, der in der
Technik durchaus bekannt ist. Die Lernsequenz kann als Trainings-Code,
Midamble-Code oder
Pilot-Code bezeichnet werden. Alle diese Begriffe sind in der Technik
bestens bekannt. Zum Zwecke der folgenden Erläuterung des Standes der Technik
und zur Beschreibung der vorliegenden Erfindung wird der Begriff Trainings-Code
verwendet, wenn von der oben definierten Lernsequenz die Rede ist.
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Der
Trainings-Code wird sowohl bei der Aufwärtsübertragung (uplink) vom mobilen
Endgerät
zur Basisstation als auch bei der Abwärtsübertragung (downlink) von der
Basisstation zum mobilen Endgerät
benötigt,
damit jeder Übertragungspfad
zum und vom Benutzer ermittelt werden kann.
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Ein
getrennter und sich vom Trainings-Code unterscheidender Code ist
der Kanalisations-Code. Die Kanalisations-Codes sind orthogonale
Codes aus einer Gruppe von Walsh-Codes. Auch diese Bezeichnung ist
in der Technik bestens bekannt. Der Kanalisations-Code enthält eine
Indexnummer und einen Spreizfaktor, die beide der Codierung der
Daten vor der Übertragung
dienen. Der Kanalisations-Code ist also sowohl während der Aufwärts- als
auch während
der Abwärtsübertragung
erforderlich, um die Benutzerdaten zu interpretieren.
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Damit
mehrere Spreizfaktoren auf unterschiedliche Benutzerdaten innerhalb
desselben Zeitschlitzes angewandt werden können, werden die Kanalisations-Codes
in einer besonderen Art und Weise zugewiesen. Das bevorzugte und
in der Technik bestens bekannte Verfahren des Zuweisens von Kanalisations-Codes
ist das Inbeziehungsetzen zum orthogonalen variablen Spreizfaktor
(OVSF – Orthogonal
Variable Spreading Factor), was in der Baumstruktur in 1 dargestellt
wird.
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Während der
Abwärtsübertragung
wird derzeit ein einziger Trainings-Code gemeinsam mit allen Datensätzen der
Benutzer in einem bestimmten Zeitschlitz übertragen. Der Empfänger erkennt
alle diese Daten sowie den einzigen Trainingscode. Dies ist in der
Technik als gemeinsame Erkennung (joint detection) bekannt, und
diese gemeinsame Erkennung erhöht
die Wahrscheinlichkeit der Erkennung von Datensätzen, die für einen bestimmten Benutzer
eines mobilen Endgerätes
von Interesse sind. Wenn der Empfänger alle Datensätze empfangen
hat, muss er alle aktiven Kanalisations-Codes kennen, um sicherzustellen,
dass er in der Lage ist, alle interessierenden Datensätze zu interpretieren.
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Ein
Problem beim derzeitigen Verfahren besteht darin, dass die Systemleistung
absinkt, wenn der Empfänger
so konfiguriert ist, dass er 8 Kanalisations-Codes erkennt, aber
nur 2 Datensätze
aktiv sind. Desgleichen nimmt die Systemleistung auch ab, wenn der
Empfänger
so konfiguriert ist, dass er 2 Kanalisations-Codes erkennt, aber
6 Datensätze
aktiv sind.
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Derzeit
kennt die Basisstation bei der Aufwärtsübertragung eines fest zugewiesenen
Kanals sowohl den Kanalisations-Code als auch den Trainings-Code,
da sie diese zuweist. Die Basisstation teilt diese Codes in der
vorherigen Abwärtsübertragung
dem mobilen Endgerät
mit.
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Bei
der Aufwärtsübertragung
von Kanälen,
die nicht fest zugewiesen sind, z.B. wenn das mobile Endgerät das erste
Mal eingeschaltet wird, ist jedoch oftmals kein Signalisierungsmechanismus
vorhanden, um die Kanalisations-Codes zuzuweisen, und das mobile
Endgerät
wählt für die Übertragung
einen Kanalisations-Code nach dem Zufallsprinzip aus. Unter diesen
Umständen
muss zwischen dem Trainings- und dem Kanalisations-Code eine feste
Beziehung hergestellt werden.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren
bereitzustellen, das in einem mobilen Telekommunikationssystem einem
Kanalisations-Code einen Trainings-Code dergestalt zuordnet, dass
bei der Erkennung des Trainings-Codes auch der Kanalisations-Code
bekannt ist.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren der Kommunikation in einem Aufwärtsübertragungsmodus
in einem mobilen Kommunikationssystem bereitgestellt, das eine Basisstation
und ein mobiles Endgerät
umfasst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Auswählen eines
Kanalisations-Codes (Sk,Q) aus einer Vielzahl
von Kanalisations-Codes nach dem Zufallsprinzip; Auswählen eines
Trainings-Codes (mj); Codieren von Daten
gemäß dem Kanalisations-Code
mit einem einzigen Spreizfaktor (Q), der dem ausgewählten Kanalisations-Code
zugehörig
ist; Übertragen
des Trainings-Codes mit den Daten; Erkennen des Trainings-Codes
und der Daten; Anwenden eines Satzes von Regeln auf den Trainingscode
und den Spreizfaktor, wobei der Kanalisations-Code und der Trainings-Code
für den
einzigen Spreizfaktor eine bekannte Zuordnungen haben, so dass der
Kanalisations-Code ermittelt wird und die Daten decodiert werden.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren der
Kommunikation in einem Abwärtsübertragungsmodus
in einem mobilen Kommunikationssystem bereitgestellt, das eine Basisstation
und ein mobiles Endgerät
umfasst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Auswählen eines
Kanalisations-Codes (Sk,Q), Auswählen eines
Trainings-Codes (mj) gemäß einer vorgegebenen Zuweisungssequenz;
Codieren der Daten gemäß dem Kanalisations-Code
mit einem Spreizfaktor (Q), der von der vorgegebenen Zuweisungssequenz
abhängt; Übertragen
des Trainings-Codes mit den Daten; Erkennen des Trainings-Codes
und der Daten; Ermitteln der Trainings-Codesequenz durch das mobile
Endgerät
und Anwenden eines Satzes von Regeln auf den Trainings-Code und den Spreizfaktor,
wobei dem mobilen Endgerät
und der Basisstation die Zuordnung zwischen Trainings-Code und Kanalisations-Code
bekannt sind und das mobile Endgerät den für die Codierung der Daten verwendeten
Spreizfaktor aus der Empfangsreihenfolge der Trainings-Codesequenz
kennt; dadurch kann der Kanalisations-Code also ermittelt werden;
und Decodieren der Daten.
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Das
Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung kann in einem mobilen Telekommunikationssystem mit Codemultiplex-Mehrfachzugriff verwendet
werden.
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Alternativ
kann das Verfahren in einem mobilen Telekommunikationssystem mit
Codezeitmultiplex-Mehrfachzugriff verwendet werden.
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Alternativ
kann das Verfahren in einem mobilen Telekommunikationssystem mit
Zeitmultiplexduplex verwendet werden.
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Alternativ
kann das Verfahren in einem mobilen UTMS-Telekommunikationssystem verwendet werden.
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Vorteilhafterweise
wird durch die vorliegende Erfindung die explizite Übertragung
des Trainings-Codes während
des Betriebs eines mobilen Telekommunikationssystems mit fest zugewiesenen
Kanälen
im Aufwärtsübertragungsmodus
entbehrlich.
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Darüber hinaus
ist in Systemen mit nicht fest zugewiesenen Kanälen, in denen das mobile Endgerät den Kanalisations-Code
nach dem Zufallsprinzip auswählt,
die Zuordnung zwischen Kanalisations-Code zum Trainings-Code unveränderlich,
wodurch die Erkennung von Daten möglich wird.
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Vorteilhafterweise
verbessert die vorliegende Erfindung die Leistung eines mobilen
Telekommunikationssystems dadurch, dass der Empfänger die Anzahl der in einem
gegebenen Zeitschlitz aktiven Kanalisations-Codes kennt.
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Die
grundlegenden Vorteile und Eigenschaften der Erfindung wurden zwar
oben beschrieben, ein besseres Verständnis und eine bessere Beurteilung
der Erfindung können
jedoch durch die Bezugnahme auf die Zeichnungen und eine ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform erhalten werden,
die nur beispielgebend dargestellt werden, in denen:
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1 eine
Darstellung der bekannten Beziehung zwischen dem variablen Spreizfaktor
und den orthogonalen Kanalisationscodes ist,
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2 gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Darstellung der Zuordnung zwischen Kanalisations-Codes
und Trainings-Code für
eine Übertragung
im Aufwärtsmodus
ist,
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3 gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Darstellung der Zuordnung zwischen Kanalisations-Codes
und Trainings-Code für
eine Übertragung
im Abwärtsmodus
ist.
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In 1 wird
ein bekanntes Verfahren der Darstellung von Kanalisations-Codes
mit unterschiedlichen Spreizfaktoren in der Baumstruktur (10)
gezeigt. Die verfügbaren
Kanalisationscodes werden mit Sk,Q bezeichnet,
wobei k die Indexnummer und Q der Spreizfaktor ist. Um den Kanalisations-Code
zuzuweisen, können
gemäß diesem
bekannten Verfahren keine anderen Codes mit einem höheren oder
niedrigeren Spreizfaktor längs
desselben Baumzweiges, auf dem der Code liegt, bereits zugewiesen
sein.
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Wenn
z.B. S0,4 der zuzuweisende Code ist, können S0,8, S1,8, S0,2 und S0,1 nicht
bereits zugewiesen sein.
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Wie
oben bereits festgestellt wurde, muss sowohl beim Sender also auch
beim Empfänger
bekannt sein, welcher Trainings-Code und welcher Kanalisations-Code
zu verwenden sind. Die Komplexität
der Beziehung zwischen dem Trainings-Code und dem Kanalisations-Code
hängt davon
ab, ob das Telekommunikationssystem im Abwärtsübertragungsmodus (Basisstation
zum mobilen Endgerät)
oder im Aufwärtsübertragungsmodus
(mobiles Endgerät
an Basisstation) arbeitet, und daher werden die beiden Betriebsarten
getrennt behandelt.
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In 2 wird
gemäß der vorliegenden
Erfindung die Zuordnung zwischen Kanalisations-Codes und Trainings-Code
für einen
Betrieb im Aufwärtsübertragungsmodus
in einer baumähnlichen
Struktur (20) gezeigt. Die verfügbaren Kanalisationscodes werden
wie in 1 mit Sk,Q bezeichnet,
wobei k die Indexzahl und Q der Spreizfaktor ist. Die verfügbaren Trainings-Codes
werden mit mj bezeichnet, wobei j eine ganze
Zahl ist, die die maximale Anzahl von Trainings-Codes angibt, die
für einen
gegebenen Zeitschlitz verfügbar
sind. Dem Fachmann ist klar, dass eine Vielzahl von Trainings-Codes
und eine Vielzahl von Kanalisations-Codes zur Verfügung stehen
können.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird die Zuordnung zwischen Kanalisationscodes und Trainingscodes
beim Betrieb im Aufwärtsübertragungsmodus
wie in 2 gezeigt mit Bezug auf das folgende Beispiel erklärt.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird stets ein einziger Spreizfaktor
verwendet. In dem folgenden Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird stets ein Spreizfaktor von 16 verwendet.
Dem Fachmann ist klar, dass andere Spreizfaktoren verwendet werden
können,
ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Wenn ein
Benutzer das mobile Endgerät
das erste Mal einschaltet, findet ein Betrieb im Aufwärtsübertragungsmodus
auf einem nicht fest zugewiesenen Kanal statt. Das mobile Endgerät wählt einen
Kanalisations-Code nach dem Zufallsprinzip mit einem Spreizfaktor 16
aus, der während
der ersten Übertragung
zur Basisstation verwendet wird. Sowohl die Basisstation als auch
das mobile Endgerät
kennen die Zuordnung der Codes, wie es in 2 gezeigt
wird. Sobald also der Kanalisations-Code mit dem Spreizfaktor von
16 nach dem Zufallsprinzip ausgewählt wurde, muss der Trainings-Code derjenige sein,
der ihm gemäß 2 zugehörig ist.
Wenn beispielsweise der Kanalisationscode S6,16 gewählt wurde,
muss der Trainings-Code m6 verwendet werden.
Die Daten werden entsprechend dem Kanalisations-Code S6,16 codiert
und zusammen mit dem Trainings-Code m6 übertragen.
In der Basisstation wird dann eine Operation ausgeführt, um
die Daten und den Trainings-Code zu erkennen. Wenn die Basisstation
erkannt hat, welcher Trainings-Code
verwendet wurde, ist sie in der Lage zu ermitteln, welcher Kanalisations-Code
auf der Grundlage der Zuordnung der in 2 gezeigten
Codes zu verwenden ist. Danach ist die Basisstation in der Lage,
die Daten zu interpretieren.
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Während des
Betriebs im Abwärtsübertragungsmodus
sind die Anforderungen an die Zuordnungen der Codes etwas komplizierter.
Wenn das mobile Endgerät
eine gemeinsame Erkennung (Joint Detection) ausführen soll, muss es die aktiven
und die nichtaktiven Kanalisations-Codes kennen. Wegen des dafür erforderlichen
Aufwands ist es nicht wünschenswert,
diese Information durch Rundsenden an alle Benutzer einzuholen.
Wenn jedem Kanalisations-Code ein unterschiedlicher Trainings-Code
zugewiesen ist, kann ein Benutzer vielmehr durch eine Korrelierung
mit dem bekannten Trainings-Code auf einfache Weise erkennen, welches die
aktiven Codes sind, anstatt die Brauchbarkeit aller möglichen
Codes zu prüfen.
Allerdings bedeuten die mehreren Spreizfaktoren, dass eine Viele-zu-eins-Beziehung zwischen
dem Kanalisations-Code und dem Trainings-Code existiert. Würde der
Benutzer eine Eins-zu-eins-Beziehung annehmen, müsste er eine Korrelation mit
mehreren Trainings-Codes durchführen.
Wenn jedoch die in 3 gezeigte Beziehung zusammen mit
zusätzlichen,
die Zuweisung der Kanalisations-Codes bestimmenden Regeln angenommen
wird, kann das mobile Endgerät
Zweideutigkeiten zwischen dem Trainings-Code und dem Kanalisations-Code
feststellen.
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In 3 wird
gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung die Zuordnung zwischen Trainings-Codes
und Kanalisations-Code für
einen Betrieb im Abwärtsübertragungsmodus
in einer baumähnlichen
Struktur (30) gezeigt. Die in 3 verwendeten
Notationen sind dieselben wie in 1 und 2.
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In
Verbindung mit den Regeln des in 1 gezeigten
OVSF-Baums wird eine Zuweisungssequenz dergestalt benutzt, dass
für einen
zu verwendenden Kanalisations-Code kein anderer Code mit einem Spreizfaktor
größer oder
kleiner als der zuzuweisende Kanalisations-Code längs des
gleichen Baumzweigs ebenfalls zugewiesen werden kann.
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Eine
bevorzugte Zuweisungssequenz für
die Zuordnung zwischen Trainings-Code und Kanalisations-Code wird
nachfolgend gezeigt:
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Dem
Fachmann ist klar, dass alternative Zuweisungssequenzen verwendet
werden können,
ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Zuweisungen
zu einem bestimmten Spreizfaktor werden in den obigen Sequenzen
von links nach rechts vorgenommen. Wenn der erste Kanalisations-Code
den Trainings-Code ml verwendet, bedeutet folglich die darauffolgende
Verwendung des Trainings-Codes m0, dass
er mit einem Spreizfaktor von 16 verbunden werden muss, bis der
Trainings-Code ml freigegeben ist. Gleichermaßen bedeutet die Verwendung
des Trainings-Codes m0 vor dem Trainings-Code
ml, dass der Spreizfaktor 2 ist. Die obige Zuweisungsreihenfolge
zusammen mit den Regeln des OVSF-Baumes bedeutet, dass der Kanalisations-Code ermittelt werden
kann, vorausgesetzt, das Vorhandensein des Trainings-Codes kann
zuverlässig
erkannt werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird die Zuordnung zwischen den Trainingscodes und den
Kanalisationscodes beim Betrieb im Abwärtsübertragungsmodus wie in 3 gezeigt
mit Bezug auf die folgenden Beispiele erklärt.
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Nachdem
der Benutzer sein mobiles Endgerät
eingeschaltet und einen Kontakt mit der Basisstation hergestellt
hat, weist die Basisstation diesem Benutzer einen Kanalisations-Code
und eine Trainings-Code zu. Dem Fachmann ist jedoch klar, dass in
einem CDMA- oder einem CTDMA-System mehrere Benutzer denselben Zeitschlitz
in Anspruch nehmen können,
wobei jeder Benutzer über
seinen eigenen eindeutigen, von der Basisstation zugewiesenen Kanalisations-Code
und Trainings-Code verfügt.
Die Basisstation sendet gleichzeitig alle Daten der Benutzer, die
einen gegebenen Zeitschlitz in Anspruch nehmen. Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung sendet die Basisstation mit jedem
Benutzer-Datenelement nur einen einzigen Trainings-Code. Außerdem weist
die Basisstation Trainings-Codes ausschließlich entsprechend der oben
angegebenen Zuweisungssequenz zu. Sowohl der Basisstation als auch
dem mobilen Endgerät
sind die Zuordnungen der Codes gemäß 3 und die
Zuweisungssequenz bekannt. Das mit gemeinsamer Erkennung arbeitende
mobile Endgerät
erkennt alle von der Basisstation gesendeten Daten und Trainings-Codes. Auf der Grundlage
der Reihenfolge, in der Trainings-Codes empfangen werden, weiß das mobile
Endgerät,
welcher Spreizfaktor für
die Codierung der Daten verwendet wurde. Wenn der Trainings-Code und der Spreizfaktor dem
mobilen Endgerät
bekannt sind, kann es die aktiven Kanalisierungs-Codes durch Bezugnahme
auf die in 3 gezeigten Code-Zuordnungen
ermitteln.
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Wenn
vom mobilen Endgerät
beispielsweise die Trainings-Codes m6, m2, m4 und m0 erkannt werden, ist dem mobilen Endgerät auf der
Grundlage der oben genannten Zuweisungssequenz bekannt, dass der Spreizfaktor
8 ist. Im Hinblick auf die in 3 gezeigten
Zuordnungen weiß das
mobile Endgerät,
dass die Kanalisations-Codes
S3,8, S2,8, S1,8 und S0,8 in dem
Zeitschlitz aktiv sind, und es sucht folglich nach 4 Datensätzen.
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Wie
in der Technik bestens bekannt ist, ist der Trainings-Code leichter
zu erkennen, da er eine feste Sequenz aufweist.
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Wie
oben festgestellt wurde, wird die Systemleistung verbessert, wenn
dem Empfänger
bekannt ist, welche Kanalisations-Codes in einem gegebenen Zeitschlitz
aktiv sind. Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren bereit,
damit dies der Fall ist.
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Dem
Fachmann ist klar, dass das Verfahren der Code-Zuordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung bei einem in CDMA oder CTDMA arbeitenden mobilen Telekommunikationssystem
verwendet werden kann.
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Darüber hinaus
kann das Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung in UMTS verwendet werden.
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Dem
Fachmann ist klar, dass zahlreiche Abänderungen an der hier beschriebenen
Ausführungsform vorgenommen
werden können,
ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.