DE60027615T2

DE60027615T2 - Asymmetrische Auf- und Abwärtsübertragungsbandbreite in einem CDMA-System

Info

Publication number: DE60027615T2
Application number: DE2000627615
Authority: DE
Inventors: Fatih Port Washington OZLUTURK
Original assignee: InterDigital Technology Corp
Current assignee: InterDigital Technology Corp
Priority date: 2000-02-10
Filing date: 2000-02-10
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2020-02-11
Also published as: DE60027615D1

Description

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

Claims

Kommunikationssystem, das Spreizcodesequenzen verwendet, wobei das System aufweist: (a) einen ersten Generator (314), der zum Ausgeben einer ersten sich wiederholenden Codesequenz mit einer ersten Datenrate ausgelegt ist; und (b) einen zweiten Generator (324), der zum Ausgeben einer zweiten sich wiederholenden Codesequenz mit einer zweiten Datenrate ausgelegt ist, die höher oder niedriger als die erste Datenrate ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatoren (314, 324) Mittel (508, 510, 512) aufweisen, die dazu ausgelegt sind, dass sie die Codesequenz mit der niedrigeren Datenrate jedes Mal dann abschneiden, wenn die Codesequenz mit der höheren Datenrate abgeschlossen ist.
System nach Anspruch 1, wobei die höhere Datenrate ein ganzzahliges Vielfaches der niedrigeren Datenrate beträgt.
System nach Anspruch 1, wobei das System ein Code-Division-Multiple-Access-(CDMA-)Kommunikationssystem ist.
System nach Anspruch 1, ferner mit: (c) einem Abwärts-Datenpfad in Kommunikation mit dem ersten Generator, wobei dem Abwärts-Datenpfad eine erste Bandbreite zugewiesen ist, um die erste Codesequenz mit der ersten Datenrate zu senden; und (d) einen Aufwärts-Datenpfad in Kommunikation mit dem zweiten Generator, wobei dem Aufwärts-Datenpfad eine zweite Datenrate zugewiesen ist, um die zweite Codesequenz mit der zweiten Datenrate zu senden, wobei die der höheren Datenrate zugeordnete Bandbreite größer als die Bandbreite ist, die der niedrigeren Datenrate zugeordnet ist.
System nach Anspruch 4, wobei die der höheren Datenrate zugeordnete Bandbreite ein ganzzahliges Vielfaches der Bandbreite beträgt, die der niedrigeren Datenrate zugeordnet ist.
System nach Anspruch 1, ferner mit einer Basisstation und einer Teilnehmereinheit in Kommunikation mit der Basisstation.
Kommunikationsverfahren, das Spreizcodesequenzen verwendet, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: (a) Erzeugen einer ersten sich wiederholenden Codesequenz mit einer ersten Datenrate; (b) Erzeugen einer zweiten sich wiederholenden Codesequenz mit einer zweiten Datenrate, die höher oder niedriger als die erste Datenrate ist; und gekennzeichnet durch (c) Abschneiden der Codesequenz mit der niedrigeren Datenrate jedes Mal dann, wenn die Codesequenz mit der höheren Datenrate abgeschlossen ist.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die höhere Datenrate ein ganzzahliges Vielfaches der niedrigeren Datenrate beträgt.