DE60033892T2

DE60033892T2 - Vorrichtung zur Spreizspektrumdatenübertragung mit einem Datenempfänger

Info

Publication number: DE60033892T2
Application number: DE60033892T
Authority: DE
Inventors: Abdelwaheb Marzouki
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: NXP BV
Priority date: 1999-07-30
Filing date: 2000-07-21
Publication date: 2007-12-13
Anticipated expiration: 2020-07-22
Also published as: US6700924B1; DE60033892D1; CN100423462C; CN1283010A; KR100711129B1; EP1073210A9; KR20010039773A; JP4719840B2; JP2001077727A; EP1073210B1; EP1073210A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Spreizspektrumdatenübertragung mit einem Datenempfänger, um Daten zu empfangen, die in Symbolen der Dauer T_S organisiert sind und durch einen Spreizcode der Dauer T_C gespreizt werden, bevor sie einen Übertragungskanal benutzen, der L Hauptausbreitungswege aufweist, die alle Verzögerungen verursachen, wobei der Empfänger umfasst:

– eine Empfangsschaltung, Rake-Schaltung genannt, die aus "L" Zweigen geformt ist, um Daten in Bezug auf eine Wegverzögerung zu verarbeiten, um Symbole für eine Entscheidung auszugeben,
– eine Schätzschaltung für die empfangenen Symbole, um geschätzte Symbole an den Benutzer auszugeben.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Verarbeitung von Daten, die ein Spreizspektrum aufweisen.
Solche Vorrichtungen sind wohlbekannt und finden insbesondere auf dem Gebiet der Mobiltelefonie zahlreiche Anwendungen. Diesbezüglich sei auf die europäische Patentanmeldung EP 0 851 600 verwiesen. Diese bekannte Vorrichtung umfasst einen Empfänger, der Signale kombiniert, die um eine Symboldauer oder mehr verzögert wurden, um den Einfluss der Interferenzen zu verringern, die über Zeitperioden hinweg auftreten, die diese Symboldauer übersteigen.
Vom Dokument D1: „Iterative weighted interference cancellation for CDMA system with RAKE reception" von NAMBIAR et al. (16.–26. Mai 1999; SS. 1232–1236, vol. 2, XP002132863 1999, Piscataway ? NJ, USA, IEEE USA ISBN: 0-7803-5565-2, ist eine Vorrichtung der obigen Typs bekannt, die hauptsächlich die Beiträge der Daten berücksichtigt, die von anderen Benutzern als dem der betreffenden Vorrichtung stammen.
Auch das Dokument D2: „Symbol-by-symbol based adaptive interference canceller for asynchronous DS/CMDA systems in multipath fading channels" von KO J.H. et al., Electronic Letters, GB, IEE Stevenage, vol. 33, n°24, 20. November 1997, S. 2023– 2024, verwendet den Beitrag der anderen Benutzer, der für die Daten unterdrückt werden muss, die an den Benutzer der betreffenden Vorrichtung ausgegeben werden sollen.
All diese Vorrichtungen sind nicht wirksam, um Interferenzen zu beseitigen, die auf eine Laufzeit zurückzuführen sind, welche die Dauer eines Symbols mehrmals übersteigt.
Die vorliegende Erfindung schlägt vor, die Interferenzen zu beseitigen, die über Dauern hinweg erzeugt werden, die diese Symboldauer mehrmals übersteigen, aber unter Verwendung anderer Verfahren.
Zu diesem Zweck ist ein solcher Empfänger dadurch gekennzeichnet, „dass er außerdem eine Schaltung zur Beseitigung von Interferenzen (25) mit langer Dauer umfasst, die über mehrere T_S hinweg anhalten, umfassend Mittel zum Speichern der geschätzten Symbole und Berechnungsmittel zum Schätzen der Interferenzen und eine Subtraktionsschaltung, um von den zu schätzenden Symbolen den Beitrag der Interferenzen zu beseitigen."
Die folgende Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen auf nicht einschränkende und beispielhafte Weise erfolgt, macht verständlich, wie die Erfindung realisiert werden kann.
1 zeigt einen erfindungsgemäßen Empfänger.
2 ist ein Zeitablaufdiagramm, das die Symboldauern und die Dauer des Spreizelements erläutert.
3 zeigt auf detailliertere Weise den erfindungsgemäßen Empfänger.
4 zeigt im Detail die Struktur der Interferenzbeseitigungsschaltung, die im Empfänger von 3 enthalten ist.
In 1 ist ein Sendegerät 1 dargestellt, das mit einer Basisstation 2 zusammenwirkt, die unter Verwendung der QPSK (Quadrature Phase Shift Key)-Modulation dem CDMA-Verfahren entsprechend Daten in komplexer Form sendet. Dieses Gerät besteht aus einem Datensender 3 und einem Datenempfänger 4, die gemeinsam eine Antenne 8 benutzen.
Der Empfänger 4 umfasst insbesondere einen Demodulator 12, der nach der Verarbeitung die Daten demoduliert, die von der Antenne 8 empfangen werden, und ein Datenverarbeitungsorgan 14, das eine Rake-Empfangsschaltung einschließt, die mit dem Bezugszeichen 15 angegeben ist. Diese Schaltung ermöglicht es, den Empfang bei Funkverbindungen zu verbessern, die auf verschiedenen Wegen Pth1, Pth2, ... Pthn erfolgen, so dass die Daten d_-k, die am Anschluss 20 vorliegen, die bestmögliche Qualität aufweisen.
Erfindungsgemäß wurde in diesem Empfänger außerdem eine Interferenzbeseitigungsschaltung vorgesehen, die das Bezugszeichen 25 trägt.
In 2 zeigt die Leitung A ein zu sendendes Signal, das der Einfachheit halber in zwei Zuständen dargestellt wurde. T_S ist die Dauer dieses Symbols. Dieses Symbol wird einer Modulation durch einen Spreizspektrumscode unterzogen, dessen Elemente je eine Dauer T_C aufweisen. Das Verhältnis T_S/T_C ergibt den Spreizfaktor des Spektrums. Dieser Spreizcode besteht tatsächlich aus einem ersten Code C_SP, der benutzerspezifisch ist, und einem zweiten Code C_SC, der sich auf die Basisstation bezieht, die ihn sendet. Daher erlaubt dieser zusammengesetzte Spreizcode anhand von Korrelationen die Wiederauffindung der Symbole, die vom Sender aus gesendet wurden.
3 zeigt den erfindungsgemäßen Sender auf detailliertere Weise. Es besteht aus einer Rake-Empfangsschaltung 15, die ein komplexes Signal y(t) empfängt, das aus vier Zweigen geformt ist, zum Beispiel BR1 bis BR4, um die Signale zu verarbeiten, die von verschiedenen Wegen kommen, die jeweils Verzögerungen τ₁ bis τ₄ zur Folge haben. Diese Zweige umfassen jeweils einen Abtaster ER1 bis ER4, der den Realteil des Empfangssignals
bei der Frequenz 1/T_C abtastet, und einen anderen Abtaster EI1 bis EI4 für den Imaginärteil
dieses Signals. Die Abtastzeit dieser verschiedenen Abtaster ist für jeden der Zweige um die Perioden τ₁ bis τ₄ verschoben. Ein Korrelator CR1 bis CR4 führt die Korrelation des Realteils des Signals, das von den verschiedenen Abtastern ER1 bis ER4 abgetastet wurde, mit dem Spreizspektrumscode durch, der aus den lokal gewonnenen Teilen C_SP und C_SC geformt wurde. Ein Korrelator CI1 bis CI4 führt diese gleichen Korrelationen für die Imaginärteile dieses Empfangssignals durch. Das Signal am Ausgang dieser Korrelatoren wird durch die Schätzung des verwendeten Kanals korrigiert. Diese Schätzung, die auf der Verarbeitung des Impulsantwortverhaltens des Kanals basiert, wird von einem Kanalschätzer 50 durchgeführt. Dieser Typ von Schätzer gehört dem Stand der Technik an und eine Beschreibung davon ist im Artikel von R. PRICE und P.E. GREEN zu finden, mit dem Titel: „A Communication Technique for Multipath Channels", erschienen in Proceedings of IRE, vol. 46, März 1958. Diese Schätzung wird insbesondere auf der Basis eines Kanals gewonnen, der BCCH-Kanal genannt wird (siehe UMTS-Normen). Verschiedene Multiplikatoren M11, M12, M13, M14 und M15 (dieser letztere ergibt durch seiner Multiplikation mit –1 den konjugierten Teil des Ausgangssignals des Korrelatorsatzes CR1 und CI1) erlauben es, die Amplitude und die Phase der Ausgangssignale der Korrelatoren CR1 und CI1 zu modifizieren; das gleiche gilt für die anderen Zweige. Die Addierer A11 und A12 erzeugen schließlich das korrigierte Signal. Die Addierer ARF und AIF erzeugen die Kombination der Signale, die von den verschiedenen Zweigen der Schaltung verarbeitet wurden.
Erfindungsgemäß wird der Beitrag der Interferenzen, die von der Interferenzbeseitigungsschaltung 25 bewertet werden, von den Addierern ARI und AII subtrahiert, bevor diese Signale an die Entscheidungsschaltungen SR und SI angelegt werden.
Diese Schaltung 25 umfasst einen Abschnitt 25a, der sich eher auf Berechnungen bezieht, und einen Abschnitt 25b, der dazu bestimmt ist, die verschiedenen von den Entscheidungsschaltungen SR und SI geschätzten Daten zu speichern, die auf diese Weise eine Schätzschaltung für Symbole formen, die empfangen und am Anschluss 20 verfügbar gemacht werden. Die Berechnungsschaltungen verwenden demnach diese verschiedenen gespeicherten Daten und auch verschiedene Kanalschätzungswerte, die vom Schätzer 50 erzeugt wurden.
4 zeigt die Struktur der Beseitigungsschaltung 25. Diese Schaltung ist aus K Interkorrelationsblöcken IntC1 bis IntCK geformt, wobei K die Zeit definiert, während welcher die Interferenzen unterdrückt werden können. Diese Blöcke empfangen Signale Epth1 bis Epth4, die den Beitrag der Zweige BR1 bis BR4, die den Wegen Pth1 bis Pth4 zugeordnet sind, validieren oder nicht. Verschiedene Multiplikatoren N11 bis N15 für den Block IntC1 führen zusammenwirkend mit den Addierern PR1 und PI1 ähnliche Operationen wie die obigen Operationen durch, doch in Bezug auf die entschiedenen Daten d_-1, bis hin zu d_-k für den Block IntCK. Zwei Addierer FRI und FII kombinieren den Beitrag aller Blöcke, um die berechneten Interferenzsignale
zu erzeugen.
Die verschiedenen Berechnungen, die von diesen Blöcken durchgeführt werden, werden anhand der folgenden Überlegungen erläutert:
Bei Datenübertragungen, die Funkübertragung verwenden, teilt sich der Übertragungskanal in L Wege auf, die jeder einerseits eine Verzögerung τ₁ und andrerseits eine Phasendrehung φ₁ und eine Amplitudendämpfung β₁ mit sich bringen, so dass das Empfangssignal y(t), das von einem Sendesignal s(t) kommt, diese verschiedenen Störungen und auch das Rauschen n(t) berücksichtigt und sich daher wie folgt schreibt:
Das Signal s(t) stellt Daten d_k dar, die einer Spreizung unterzogen werden, die durch einen Spreizcode C(t-k.T_s) definiert wird, wobei T_s die Dauer des gesendeten Symbols darstellt. Dieser Code ist aus Werten C_j geformt, so dass also geschrieben werden kann:
wobei T_c die Dauer des Spreizcodeelements und K die Zahl dieser Spreizcodeelemente darstellt. Es kann auch geschrieben werden: T_s = KT_c. Das Signal x(t) kann dann wie folgt geschrieben werden:
Jeder Zweig des Rake-Empfängers führt eine Korrelation durch, das Ausgangssignal r(τ₁) dieser Zweige schreibt sich dann als:
w(τ₁ + kT_s) ist das Impulsantwortverhalten des Kanals an dem Zeitpunkt, der in Klammern angegeben ist. Dieses Signal wird in zwei Teile zerlegt: ein Nutzsignal r_us und ein angehängtes Signal r_ps, was wie folgt geschrieben werden kann:
Da die Verzögerungen τ₁ innerhalb des Zeitintervalls [0, T_s] gewählt werden, was folglich impliziert, dass nur die vorherigen Symbole berücksichtigt werden, wird die Gleichung (6) umgeschrieben zu:
K wird dann so gewählt, dass KT_c ≤ τ_L
τ_L stellt die längste Zeit dar, die tatsächlich nicht feststeht, da sie von der physikalischen Umgebung abhängig ist. Es lässt sich nur sagen, dass sie von einem Bruchteil eines Symbols bis zu mehreren Symbolen variieren kann.
Gewissen Normen (insbesondere UMTS) entsprechend wird angenommen, dass τ_L gleich 256 T_C, ist, von daher der Faktor K:
SF ist der Spreizfaktor, der aus einem Bereich von 4 bis 256 genommen werden kann. Es ist anzumerken, dass die Dauer eines Symbols T_s für die Information, die nicht von vornherein bekannt ist, von 4 bis 256 SF variieren kann, und dass die Dauer eines Symbols eines Steuerkanals, der verwendet wird, um die wegbedingten Verzögerungen zu schätzen, feststeht (sie beträgt 256 im Fall von UMTS und 128 im Fall von IS95).
Ausgehend von der Formel (9) kann der Teil r'(t) ermittelt werden, der von den Interferenzen befreit ist, die von bereits übertragenen Daten verursacht wurden.
d₀ ist das Symbol, welches geschätzt werden soll, und d_-1, d_-2, ..., d_-k sind frühere Symbole, die bereits geschätzt wurden.
Das Signal Z am Ausgang der Addierer ARI und AII, das sich aus der Kombination der verschiedenen Zweige des Rake-Empfängers und der Schaltung 25 ergibt, schreibt sich:
Die Blöcke IntCK führen die Berechnungen durch, die durch diese Formel (14) angegeben werden.
Die verschiedenen Multiplikatoren N11, ..., N15 bis hin zu NK1, ..., NK5 führen die Operationen durch, die auf das Minus-Vorzeichen der Gleichung (11) folgen.
Diese Formel (14) zeigt, dass eine Interkorrelation des auf [0,T_S] begrenzten Impulsantwortverhaltens des Kanals und des außerhalb dieses Intervalls [0,T_S] liegenden Impulsantwortverhaltens durchgeführt wird.

Claims

Vorrichtung zur Spreizspektrumdatenübertragung mit einem Datenempfänger, um Daten zu empfangen, die in Symbolen der Dauer T_S organisiert sind und durch einen Spreizcode der Dauer T_C gespreizt werden, bevor sie einen Übertragungskanal benutzen, der L Hauptausbreitungswege aufweist, die alle Verzögerungen bewirken, wobei der Empfänger umfasst: – eine Empfangsschaltung, Rake-Schaltung genannt (15), die aus "L" Zweigen geformt ist, um Daten in Bezug auf eine Wegverzögerung zu verarbeiten, um Symbole für eine Entscheidung auszugeben, – eine Schätzschaltung (SR, SI), für die empfangenen Symbole, um geschätzte Symbole an den Benutzer auszugeben, dadurch gekennzeichnet, dass er außerdem eine Schaltung zur Beseitigung von Interferenzen (25) mit langer Dauer umfasst, die über mehrere T_S hinweg anhalten, umfassend Mittel zum Speichern von geschätzten Symbolen, Berechnungsmittel zum Schätzen der Interferenzen und eine Subtraktionsschaltung, um von den zu schätzenden Symbolen den Beitrag der Interferenzen abzuziehen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung zur Interferenzbeseitigung (25) Eingänge umfasst, um zu empfangen: – die Zahl "L", – den Spreizfaktor T_S/T_C – die Schätzkoeffizienten des Übertragungskanals w(...), die von einem Kanalschätzer ausgegeben werden, – "K" Symbole, die bereits geschätzt wurden, und einen Ausgang, um die am Eingang der Schätzschaltung geschätzten Interferenzen zu beseitigen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung zur Interferenzbeseitigung die folgenden Operationen durchführt:
wobei w(..) die Kanalschätzung und w*(..) ihr Konjugat darstellt, d_-k die bereits geschätzten Symbole sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanalschätzer Informationen verarbeitet, die von einem sogenannten BCCH-Kanal kommen.
Verfahren, das in einem Empfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 4 implementiert wird, wobei in diesem Verfahren durchgeführt wird: – ein Empfang der Signale mit Hilfe eines Rake-Empfängers, – eine Schätzung des Ausbreitungskanals, – eine Entscheidung, um entschiedene Symbole zu erhalten, und dadurch gekennzeichnet, dass durchgeführt wird: – eine Speicherung der geschätzten Symbole, – eine Beseitigung der Interferenzen über eine Dauer hinweg, die die Symboldauern übersteigen kann, wobei die Interferenzen anhand von Interkorrelationen berechnet werden, die in Bezug auf die Kanalschätzung und auf die entschiedenen Symbole hergestellt wurden.