DE60034769T2

DE60034769T2 - Verfahren und anordnung in einem funkempfängersystem mit mehreren standards

Info

Publication number: DE60034769T2
Application number: DE60034769T
Authority: DE
Inventors: Anders Wedin; Richard Hellberg
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1999-02-26
Filing date: 2000-02-25
Publication date: 2008-01-17
Anticipated expiration: 2020-02-26
Also published as: EP1155581B1; SE516182C2; US6798850B1; WO2000051376A1; CN1354955A; TW498643B; JP2002538692A; KR20010103024A; AU3340400A; EP1155581A1; SE9900719L; DE60034769D1; CN1130937C; KR100751169B1; SE9900719D0

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und Anordnungen in einem Funkempfängersystem mit mehreren Standards. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und Anordnungen zum gleichzeitigen Empfangen von Signalen mit mehreren Signalformatstandards wie verschiedene CDMA-, TDMA- und FDMA-Standards in einem Funkempfängersystem. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Rake-Empfänger zur Verwendung in derartigen Systemen.
BESCHREIBUNG DES EINSCHLÄGIGEN STANDS DER TECHNIK
Es gibt verschiedene Kanalzugriffsverfahren zum Senden und Empfangen von digitalen Signalen. Beim TDMA, Zeitmultiplexvielfachzugriff, besteht ein Kanal aus einem Zeitschlitz in einer periodischen Folge von Zeitintervallen über dieselbe Frequenz. Beim FDMA, Frequenzmultiplexvielfachzugriff, ist ein Kommunikationskanal ein einzelnes Funkfrequenzband. Interferenzen mit angrenzenden Kanälen werden durch Verwendung von Bandpassfiltern begrenzt, die nur Signalenergie innerhalb des spezifizierten Frequenzbands passieren lassen. Dagegen gestattet Codemultiplexvielfachzugriff, CDMA, die Überlappung von Signalen sowohl in der Zeit als auch in der Frequenz. Folglich können mehrere CDMA-Signale dasselbe Frequenzband gemeinsam nutzen, aber der CDMA-Empfänger kann auch in mehreren Frequenzbändern operieren.
Bei der CDMA-Technik können gleichzeitige Verbindungen daher ein gemeinsames Frequenzband nutzen. Die Auswahl, d. h. Unterscheidung, zwischen dem gewünschten Signal und anderen Signalen wird durch geeignete Signalverarbeitung ausgeführt, die darauf beruht, dass das gewünschte Signal codiert ist. Alle gleichzeitigen Verbindungen haben verschiedene Codes.
Im CDMA-System wird ein Funkfrequenzsignal von einer Antenneneinheit empfangen und wird im analogen Teil des Funkgeräts in einer oder mehreren Stufen zu einer Zwischenfrequenz abwärts umgesetzt. Das Zwischensignal wird von einem A/D-Umsetzer abgetastet und digitalisiert und in einem Channelizer gefiltert, um jeden Kanal ausreichend gut herauszufiltern, so dass Signale anderer Frequenzen nicht stören. Das Ergebnis ist ein bandbegrenztes Signal, das einer Basisbandverarbeitung zugeführt werden kann, um den gesendeten digitalen Datenstrom durch eine Demodulationseinheit, die beispielsweise eine Bandspreiztechnik verwendet, zu reproduzieren.
Bei der Bandspreizung werden Funksignale durch Erweiterung der Bandbreite des Informationssignals mittels eines unabhängigen Codesignals übertragen. Die häufigste Art von Bandspreizung ist Direktsequenz, anders ausgedrückt, direkte Modulation der Trägerwelle mit einer Code- oder Signatursequenz, auch als Pseudo-Noise-Sequenz oder PN-Sequenz bezeichnet. Die Signatursequenz umfasst gewöhnlich N Bits, die als Chips bezeichnet werden. Die gesamte N-Chip-Sequenz wird als ein übertragenes Symbol bezeichnet.
Beim traditionellen CDMA mit Direktspreizung wird die Bandspreizung so durchgeführt, dass jedes zugeführte Informationsbit durch eine Codesequenz ersetzt wird, die aus N Chips besteht, und ein Spreizspektrum wird gebildet.
Eine Vielzahl von codierten Informationssignalen moduliert einen Funkfrequenzträger und wird gemeinsam als ein zusammengesetztes Signal an einem Empfänger empfangen. Wenn der Empfänger autorisiert ist und über ein synchrones Codesignal verfügt, wird das zusammengesetzte Signal mit einem der eindeutigen Codes korreliert, und das korrespondierende Informationssignal kann durch die jeweilige Decodiertechnik isoliert und demoduliert werden.
Es gibt Spezifikationen für die Verbindung zwischen zwei Einheiten in Bezug auf die mechanische Verbindung, die elektrischen und logischen Eigenschaften der Signale und der Regeln für die Signalsequenzen. Die logische oder physikalische Grenze zwischen zwei Funktionen wird als Schnittstelle bezeichnet.
In einem Mobilfunksystem kann es vorkommen, dass die Existenz von Signal reflektierenden Oberflächen wie Wänden, Gebäudestrukturen, Hügeln, Bergen usw. bewirkt, dass der Empfänger eines Funksignals die Signale als in der Zeit verteilt wahrnimmt, wodurch Signale, die die gleichen Informationen tragen, mit verschiedenen zeitlichen Verzögerungen am Empfänger eintreffen.
Um die übertragenen Symbole optimal zu erfassen, müssen die empfangenen Strahlen kombiniert werden, wodurch das Signal Diversity-verstärkt wird. Diversity-Verstärkung kann bei fortgeschrittener Signalverarbeitung erreicht werden, beispielsweise mit einem Rake-Empfänger, in dem mehrere Signalkomponenten verwendet werden können.
Ein Rake-Empfänger ist ein Funkempfänger, der dieses Merkmal von zeitlich verteilten Signalen nutzt. Der Rake-Empfänger enthält eine Vielzahl von unabhängigen Empfängereinheiten, so genannte Rake-Taps oder -Finger, von denen jeder einen jeweiligen Strahl empfängt und verfolgt oder lokalisiert. Der Rake-Empfänger enthält außerdem Mittel zum Kombinieren der empfangenen Signale und Mittel zum Verzögern dieser Signale derart, dass sie phasengleich gemacht werden, bevor die Signale kombiniert werden. Der Rake-Empfänger kann gewöhnlich Komponenten mit einer Separation von mehr als einer oder gleich einer Chip-Periode kombinieren. Die Rake-Finger oder Rake-Taps eines Rake-Empfängers in einem CDMA-System sind entsprechend der Eintreffzeit des Signals angepasst.
Eine ideale Abtastung wird am stärksten Ort des Signals durchgeführt. Wenn eine Abtastung nur einmal während einer Chip-Dauer genommen wird oder nicht genommen wird, wo das Signal am stärksten ist, wird die Abtastung nicht optimal in jedem Chip oder Symbol genommen, so dass nicht optimale Detektion das Ergebnis ist und ein systematischer Fehler erhalten wird.
Die Wahrscheinlichkeit für richtige Abtastung wird durch Überabtastung erhöht, wobei mehrere Abtastungen für jede Chip-Periode genommen werden und die beste Abtastung, eine Entscheidungsabtastung, für jedes Chip ausgewählt werden kann, die eine Anfangszeit hat, die die Phase des Signals angibt.
Das Überabtastungsverhältnis ist definiert als das Verhältnis der Abtastrate des Signals zur Symbol- oder Chip-Rate. Bei Bandbegrenzung bedeutet dies, dass, je mehr das Signal bandbegrenzt ist, desto mehr Abtastungen für jedes Chip vorhanden sind, und folglich das Überabtastungsverhältnis mit abnehmender Bandbreite zunimmt.
Der systematische Fehler, der mit der Abtastung jedes Chips verbunden ist, wird mit zunehmendem Überabtastungsverhältnis kleiner, aber andererseits sollte das Überabtastungsverhältnis aus dem Channelizer so niedrig wie möglich sein, damit das Empfängersystem keine komplizierte Hardware erfordert. Je niedriger das Überabtastungsverhältnis ist, desto weiter entfernt man sich von der optimalen Platzierung, mit abnehmender Empfindlichkeit als Konsequenz. Diese Empfindlichkeitsreduzierung wird als „Detektorverlust" bezeichnet. Folglich ist der systematische Fehler auch von der Datenrate und der Ausrüstungsleistung des Systems abhängig.
Der Abtaster, d. h. der A/D-Umsetzer, hat eine vorbestimmte Abtastungsperiode, die in Bezug auf die Symbol- oder Chip-Rate des Funkempfängers in einer einfachen Weise angepasst wird. Die Anpassungsrate ist gewöhnlich ein kleines ganzzahliges Vielfaches der Symbol-Rate, f-symbol, oder im Fall eines Direktsequenz-CDMA-Systems ein kleines ganzzahliges Vielfaches der Chip-Rate, f-chip.
Mit einem Neuabtaster ist es möglich, von einer Abtastrate, die keine ganze Zahl mal der Chip-Rate ist, zu einer geeigneten Abtastrate neu abzutasten.
Neuabtasten wird gewöhnlich durch Interpolation zwischen Punkten in der ursprünglichen Datensequenz unter Verwendung verschiedener Techniken durchgeführt. Einige der Techniken verwenden umfangreiche Berechnungen, aber je bandbegrenzter das Signal ist (aus nur relativ niedrigen Frequenzen bestehend), desto einfacher sind die zufrieden stellenden Techniken.
Die einfachsten Interpolationstechniken sind verschiedene „Halte"-Schaltangen, bei denen Halten erster Ordnung die erste Ableitung des Signals verwendet, um zwischen Punkten zu interpolieren, und Halter nullter Ordnung nur die gewünschte Abtastung mit der nächstgelegenen Abtastung im ursprünglichen Datenstrom annähert. Halten nullter Ordnung ist natürlich einfacher, erfordert aber ein stärker bandbegrenztes Signal, um nicht zu hohen Näherungsfehlern zu führen. Andere Neuabtastungstechniken beinhalten häufig Filterung höherer Ordnung oder polynomische Interpolation.
Neuabtaster wurden vorher in beispielsweise US-5598439 und US-5513209 für Demodulation von digital modulierten Signalen in Kommunikationssystemen beschrieben. CDMA- und Rake-Empfänger wurden in beispielsweise US 5640416 und JP-08256084 beschrieben. Eine frühere Lösung für eine Mehrraten-CDMA-Kommunikation wird in EP-814581 dargestellt.
Eine Basisstation, die verschiedene Funkübertragungsstandards unterstützt, ist aus EP-815698 bekannt. Das System dieses Patents kann CDMA- und TDMA-Signale gleichzeitig unter Verwendung von mindestens zwei Digitalkanalvorrichtungen unterstützen. Der Channelizer dieses Patents kann nur mit einer Bandbreite arbeiten und ein eigener Channelizer ist für jeden Standard erforderlich. Ein System mit mehreren Standards, das diese Lösung hat, benötigt recht umfangreiche Hardware, und die Diversity-Verstärkung fehlt.
Die Verwendung eines digitalen Channelizers, der gleichzeitig eine große Vielfalt von Kanalbandbreiten unterstützen kann, kann die Kosten für die Ausrüstung des Funkempfängersystems minimieren. Channelizer dieser Art werden in der schwedischen Patentanmeldung 9802059-7 des Erfinders beschrieben.
In einem konventionellen Ein-Standard-Empfängersystem wird die Abtastrate in Übereinstimmung mit der Chip-Rate in einem ganzzahligen Verhältnis ausgewählt. Bei mehreren CDMA- und anderen Standards mit gegenseitig verschiedenen Symbol- oder Chip-Raten im System ist es aufgrund von unterschiedlichen Chip-Raten in den Systemen nicht möglich, die Abtastrate so auszuwählen, dass sie in einem ganzzahligen oder anderen einfachen Verhältnis zu allen Chip- und Symbol-Raten steht. Daher ist ein Neuabtaster erforderlich.
WO 96/28946 zeigt eine Basisstation eines drahtlosen Kommunikationssystems, die einen Breitband-Mehrkanal-Digitaltransceiver verwendet. Die Basisstation kann gleichzeitig sowohl CDMA- als auch TDMA-Signale nutzen. In dieser Lösung sind mindestens zwei digitale Channelizer vorhanden, wobei einer zugeteilt ist, um die eingehende HF-Energie in die von TDMA benötigten Kanalbandbreiten zu trennen, und ein anderer Channelizer zugewiesen ist, die Energie in die von CDMA benötigte Bandbreite zu trennen.
EP847169 zeigt einen Einzelkanalempfänger. Der Einzelkanalempfänger kann hinter den Channelizern in einem Mehrkanalempfänger mit jedem Kanal verbunden werden.
Tabelle 1 zeigt die verschiedenen Bandbreiten und Symbol- oder Chip-Raten für verschiedene zellulare System. Wenn mehrere Standards gleichzeitig in derselben Basisstation verwendet würden, ist erkennbar, dass neue Technik erforderlich wäre, um diese verschiedenen Standards gleichzeitig in einer geeigneten Weise und ohne umfangreiche Hardware zu handhaben.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der Erfindung ist, derartige zukünftige Mobilkommunikationssysteme und Basisstationen, in denen mehrere Standards vorhanden sind, zu ermöglichen. In derartigen Systemen können beispielsweise GSM und Breitband-CDMA in Europa nebeneinander bestehen, und in den USA können D-Verstärker mit sowohl Schmalband- und Breitband-IS-95 als auch mit GSM nebeneinander bestehen.
Genauer ausgedrückt, ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Funkempfängersystem für ein derartiges Mobilkommunikationssystems der obigen Art vorzusehen, wobei Kosten zu reduzieren sind und gemeinsame Hardware für die Handhabung der verschiedenen Standards, die in derselben Basisstation angewandt werden, zu verwenden.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist eine Basisstation mit mehreren Standards, insbesondere CDMA-Standards, die eine höhere Ausrüstungsleistung als frühere Mehrstandard-Funkempfängersysteme hat.
Das Verfahren der Erfindung ist hauptsächlich dadurch gekennzeichnet, dass die demodulierenden Einheiten jeden der modulierten Kanäle individuell detektieren und erforderlichenfalls neu abtasten und korrespondierende demodulierte Kanäle liefern.
Das Mehrstandard-Funkempfängersystem der Erfindung ist hauptsächlich dadurch gekennzeichnet, dass die modulierten Kanäle individuell für jeden Standard mit einem eindeutigen Signalformat demoduliert und erforderlichenfalls neu abgetastet werden.
In der Erfindung wird Neuabtastung für die verschiedenen CDMA- und anderen Signalformatstandards in der Basisstation durchgeführt, um die geeignete Abtastrate für jede Chip- oder Symbol-Rate jedes Standards zu erhalten.
Die A/D-Abtastfrequenz des Systems wird in Übereinstimmung mit einer der Chip- oder Symbol-Raten der verschiedenen Standards im System ausgewählt. In der Erfindung wird Neuabtastung für die anderen Standards ausgeführt.
In der ersten Ausführungsform der Erfindung wird eine geeignete Abtastrate für jeden Standard, die mit der Chip- oder Symbol-Rate in Übereinstimmung ist, in dem Mehrstandard-Funkempfängersystem mit einem separaten Neuabtaster für jeden Standard erreicht. Jeder Standard, für den die Abtastrate entsprechend seiner Chip-Rate oder Symbol-Rate neu abgetastet werden muss, hat seinen eigenen Neuabtaster.
Einige der Demodulationseinheiten in dem Mehrstandard-Funkempfänger können Mittel zum Neuabtasten und Detektieren von mindestens einem TDMA-Signal umfassen, wobei derartige Einheiten eine TDMA-Neuabtastungseinheit und eine TDMA-Demodulator-/Entzerrungseinheit haben, während andere derartige Demodulationseinheiten Mittel zum Neuabtasten und Detektieren von mindestens einem CDMA-Signal haben können, wobei derartige andere Einheiten eine CDMA-Neuabtastungseinheit und eine CDMA-Demodulator-/Rake-Empfänger-Einheit haben. Der Funkempfänger kann außerdem andere Arten von Demodulatoreinheiten und Neuabtaster für diese umfassen.
Der Neuabtaster kann vor der Schnittstelle sein, die mit dem Channelizer ortsgleich angeordnet ist, oder kann sich alternativ hinter der Schnittstelle befinden und ortsgleich mit dem Rake-Empfänger angeordnet sein. Im letzteren Fall ist die Datenrate über die Schnittstelle dieselbe wie die Ausgangsrate des Channelizers, was bedeutet, dass sie niedriger ist als im ersten Fall, weil der Neuabtaster eine hohe Ausgangsrate hat. Infolgedessen ist dies die wirtschaftlichere Alternative. Zwischen dem Neuabtaster und dem Rake-Empfänger ist die Datenrate hoch.
Eines der Systeme mit einem Neuabtaster nach der Erfindung arbeitet derart, dass die Überabtastungsrate aus dem Neuabtaster viel höher ist als die Eingangsrate und damit die richtige Abtastung erhöht.
Zusätzlich zum systematischen Fehler, der in Verbindung mit der Abtastung bestehen kann, ergibt auch die Neuabtastungsoperation einen gewissen Fehler.
Dies bedeutet, dass in den zwei Versionen der ersten Ausführungsform der Erfindung zwei Fehlerquellen im System vorhanden sind, der Neuabtastungsfehler und der systematische Fehler, aufgrund der Versetzung in der Zeit jedes Rake-Taps von der optimalen Position. Der gesamte Fehler ist die Summe des systematischen Fehlers und des Neuabtastungsfehlers.
In der zweiten und bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Neuabtastung und Detektion der modulierten Kanäle in einer gemeinsamen Operation in mindestens einer der Demodulationseinheiten in dem Mehrstandard-Funkempfängersystem ausgeführt. In dieser Ausführungsform ist mindestens eine Demodulationseinheit ein CDMA-Empfänger, der Mittel zum Neuabtasten und Detektieren von mindestens einem CDMA-Signal umfasst und einen Rake-Empfänger mit individuellen Neuabtastern in jedem Rake-Finger hat. Eine Implementierung dieser Art von Rake-Taps unterscheidet sich von der Implementierung eines normalen Rake-Taps dahingehend, dass sie gemeinsame Steuerung von sowohl Neuabtastung als auch Demodulation durchführt.
Die Neuabtastungs-Rake-Taps können verschiedene Neuabtastungstechniken verwenden, die früher in der Anmeldung beschrieben wurden. Wenn die einfachste Haltetechnik nullter Ordnung verwendet wird, verfolgen die Rake-Taps den Zeitablauf der eingehenden Abtastwerte und wählen entsprechend dem Zeitablauf der Chips oder Symbole in der Signatursequenz den Abtastwert aus dem eingehenden Signal aus, der diesem Chip oder Symbol in der Zeit am nächsten ist. In Interpolationstechniken kann der gewünschte Abtastwert beispielsweise zwischen zwei eingehenden Abtastwerten interpoliert werden. Bei Mehrphasenfilterung wird die jeweilige Phase des Filters durch die Distanz zum nächstgelegenen Abtastwert bestimmt. Verschiedene Mehrphasen-Komponenten werden verwendet, die eine gegebene Verzögerung zur Anpassung der Eingangszeit ergeben.
In der zweiten Ausführungsform der Erfindung kann eine niedrige Überabtastungsrate verwendet werden, da der Rake-Empfänger verschiedene Abtastraten empfangne kann. Es gibt nur eine Fehlerquelle in der zweiten Ausführungsform der Erfindung, da die durchschnittliche Versetzung des Rake-Taps von der optimalen Position extrem niedrig gehalten werden kann. Die Distanz zwischen zwei Signalabtastungen, die in einem Rake-Tap zu korrelieren sind, wird schwanken, aber im Durchschnitt wird die Zahl der Abtastungen pro Einheit mit der Chip-Rate des Empfängersystems korrelieren. Anders ausgedrückt, wird die Korrelation zwischen der Codesequenz und dem eingehenden Datenstrom in jedem Rake-Tap an voneinander verschiedenen, nicht gleichförmig abgetasteten Datensätzen durchgeführt. Wenn Abtastungsauswahl an jedem Rake-Tap individuell durchgeführt wird, wird die Demodulation, vorzugsweise durch Synchronisation mit einer PN-Sequenz, für alle Rake-Taps optimal sein. Die einzige Fehlerquelle wird dann der Neuabtastungsfehler sein.
Neuabtasten mit einem Halten nullter Ordnung in einem CDMA-System ergibt bei einem bestimmten Überabtastungsverhältnis einen bestimmten Fehler. Dieser Fehler ist von der gleichen Größenordnung wie der mittlere Versetzungsfehler, der an die Abtastung von jedem Chip in einem Rake-Tap gekoppelt ist. Andere Arten von Neuabtastung ergeben andere Fehlergrößenordnungen.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Verfahren auf Halten höherer Ordnung oder andere Neuabtastungstechniken ausgedehnt. Umfangreichere Berechnungen wie polynomische Interpolation oder Mehrphasenfilterung sind erforderlich, um interpolierte Abtastwerte gemäß der verwendeten Neuabtastungstechnik zu berechnen. Dies kann durch Neuabtastung oder Interpolationsfilter oder polynomische Interpolatoren, die mit der PN-Sequenz synchronisiert sind, erfolgen.
Die Komplexität der Berechnung dieser Neuabtastung oder dieses Interpolationsfilters oder polynomischen Interpolators kann in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung viel niedriger sein als für einen gemeinsamen Neuabtaster vor den Rake-Taps, da der empfangene Signalausgang nicht überabgetastet werden muss. Die gleicht die Kosten dafür aus, individuelle Neuabtastung für jeden Rake-Tap zu haben, zumindest für Systeme mit nur einigen wenigen Kanälen.
Die gesamte Berechnungskomplexität ist für ein System mit Halte-Neuabtastung nullter Ordnung in jedem Rake-Tap wahrscheinlich geringer, die daher in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird.
Da die Neuabtastung individuell in jedem Rake-Tap erfolgt, kann die Art der Neuabtastung individuell für jeden Rake-Tap ausgewählt und auch individuell optimiert werden. Dies kann in Verbindung mit der Schätzung der Kanalimpulsantwort erfolgen, so dass die beste Neuabtastung für den besten „Strahl" in der Mehrweg-Kanalantwort ausgeführt oder in einer anderen Weise optimiert wird, die eine bessere Leistung ergibt, als alle Neuabtastungs-Rake-Taps gleich zu implementieren.
Die Vorteile der Erfindung sind, dass mehrere Standards in demselben Funkempfängersystem mit weniger Hardware als in früheren Systemen verwendet werden können, weil nur ein Channelizer benötigt wird. Ein Channelizer ist häufig hinsichtlich der Berechnungen komplexer als ein Neuabtaster. Die zweite Ausführungsform der Erfindung ergibt die höchste Leistung und ist daher die bevorzugte Ausführungsform. In dieser Ausführungsform wird ein richtigeres Abtasten erreicht, weil es möglich ist, separate Neuabtastung für jeden Rake-Finger zu haben. Weiterhin ist das Verfahren relativ einfach zu steuern und wird daher als sehr nützlich angesehen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Existierende CDMA-Empfängersysteme arbeiten gewöhnlich mit nur einem Signalformatstandard. In zukünftiger Mobiltelekommunikation werden mehrere Standards nebeneinander existieren. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein derartiges Mehrstandard-Funkempfängersystem für ein Mobiltelekommunikationssystem der obigen Art zu erstellen, in dem Kosten zu reduzieren sind, das Verwenden gemeinsamer Hardware für die Handhabung der verschiedenen Standards, insbesondere CDMA-Standards, in der gleichen Basisstation und das eine höhere Ausrüstungsleistung als frühere Mehrstandard-Empfängersysteme hat.
Bei mehr als einer Symbol- oder Chip-Rate im System, was der Fall ist, wenn gleichzeitige Standards in derselben Basisstation ausgeführt werden, stehen die Chip- oder Symbol-Raten nicht in einer solchen Weise in Beziehung miteinander, dass es mit existierender Ausrüstung möglich ist, mit gemeinsamer Hardware für die verschiedenen Standards eine Abtastrate auszuwählen, die ein ganzzahliges oder anderes einfaches Verhältnis der Symbol- oder Chip-Rate ist oder ein anderes einfaches Verhältnis aufweist.
In der Erfindung wird daher Neuabtastung für die verschiedenen CDMA- und anderen Standards in der Basisstation ausgeführt, um die richtige Abtastrate für jede Chip- oder Symbol-Rate von jedem Standard zu erhalten.
Die Demodulationseinheiten des Mehrstandard-Funkempfängersystems der Erfindung tasten jeden der modulierten Kanäle individuell ab und detektieren sie und liefern korrespondierende demodulierte Kanäle. In einer der Demodulationseinheiten ist die Abtastrate mit der Abtastrate des A/D-Umsetzers in Übereinstimmung und Neuabtastung ist daher nicht erforderlich.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden Neuabtastung und Detektion der modulierten Kanäle in einer gemeinsamen Operation in mindestens einer derartigen Demodulationseinheit in dem Mehrstandard-Funkempfängersystem ausgeführt. In dieser Ausführungsform ist mindestens eine Demodulationseinheit ein CDMA-Empfänger, der Mittel zum Neuabtasten und Detektieren von mindestens einem CDMA-Signal umfasst und einen Rake-Empfänger mit individuellen Neuabtastern in jedem Rake-Finger hat.
Die Erfindung steht auch mit einem Rake-Empfänger nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in Verbindung. Der Rake-Empfänger empfängt die Abtastwerte in der Zeit, die sie haben, und in Übereinstimmung mit einer der Neuabtastungstechniken, wählt den Abtastwert aus dem eingehenden Signal aus, der diesem Chip in der Zeit am nächsten ist. Da die Demodulation und Neuabtastung in einer gemeinsamen Operation in einer Weise gemäß der Erfindung ausgeführt wird, kann der Fehler in Verbindung mit der zeitlichen Versetzung der Rake-Taps niedrig gehalten werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Verfahren auf individuelle Neuabtastungstechniken in verschiedenen Rake-Taps und auf bevorzugte Kombinationen des Überabtastungsverhältnisses und der Neuabtastungstechnik ausgedehnt.
Im Folgenden wird die Erfindung mittels von Figuren nach einigen der Ausführungsformen der Erfindung erläutert. Die folgenden Ausführungsformen sollen die Erfindung nicht einschränken, und viele der Einzelheiten können innerhalb des Rahmens der erfinderischen Idee variieren. Die Demodulation kann beispielsweise in einer anderen Weise als durch Synchronisation mit einer PN-Sequenz ausgeführt werden und die verschiedenen Standards in dem Funkempfängersystem können verschieden ausgewählt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Mehrstandard-Funkempfängersystems mit mehreren TDMA- und CDMA-Standards nach der ersten Ausführungsform der Erfindung.
2 zeigt eine schematische Ansicht eines Teils von 1, die in Bezug auf den RAKE-Empfänger detaillierter ist.
3 zeigt eine schematische Ansicht eines Teils von 4, die in Bezug auf den RAKE-Empfänger detaillierter ist.
4 zeigt eine schematische Ansicht eines Mehrstandard-Funkempfängersystems mit mehreren TDMA- und CDMA-Standards nach der zweiten und bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
5 zeigt eine funktionale Ansicht eines RAKE-Taps in einem RAKE-Empfänger nach der zweiten und bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
6 zeigt eine funktionale Ansicht eines RAKE-Taps in einem RAKE-Empfänger nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
7 zeigt das Ergebnis eines Computersimulationsergebnisses von zwei Ausführungsformen der Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein Mehrstandard-Funkempfängersystem 1A mit mehreren TDMA- und CDMA-Standards nach der ersten Ausführungsform der Erfindung. In 1 werden Funksignale verschiedener Frequenzen, HF-Signale, von einer Antenne 2 empfangen. Das HF-Signal wird dann von einer Funkfrequenzeinheit 3 zu einer Zwischenfrequenz IF abwärts umgesetzt. Ein A/D-Umsetzer, der das Symbol 4 in 1 hat, wandelt das analoge IF-Signal in ein digitales um. Da der A/D-Umsetzer nur für eine Geschwindigkeit zur Zeit getaktet werden kann, muss die Datenrate des empfangenen Signals neu zu einer Rate abgetastet werden, die für Basisbandverarbeitung geeignet ist. Diese Rate wird in Übereinstimmung mit der Symbol- oder Chip-Rate von einem der im Mehrstandardsystem verwendeten Standards modifiziert. In der Ausführungsform von 1 wird sie zu einer Abtastrate umgewandelt, die ein ganzzahliges Vielfaches der Symbol-Rate ist, die in dem Standard eines TDMA-Demodulators/Entzerrers verwendet wird, der in der Figur mit dem Symbol 6a gekennzeichnet ist. Das Signal wird im A/D-Umsetzer mit einer bestimmten Abtastrate abgetastet und zu einem digitalen Signal digitalisiert. Die gewünschten Signale werden dann in dem Channelizer 5 herausgefiltert, so dass Signale bei anderen Frequenzen nicht stören. Das Channelizer-Ausgangssignal ist ein bandbegrenztes Signal, das für Basisbandverarbeitung in einer der Demodulationseinheiten 6a, 6b, 6c, 6d zugeführt wird, um die mit dem Signal übertragenen Dateninformationen zu reproduzieren.
Signale können jetzt direkt dem Empfänger 6a zugeführt werden, da die Abtastrate des A/D-Umsetzers 4 mit der Symbol-Rate des Empfängers 6a übereinstimmt, so dass die Abtastrate eine ganze Zahl mal dieser Symbol-Rate ist oder anderweitig in einfacher Beziehung dazu steht.
Signale, die an andere Empfänger gesandt werden, die mit anderen Chips und Symbol-Raten operieren, müssen jedoch neu abgetastet werden, bevor sie demoduliert werden können. In 1 hat jeder Empfänger, d. h. der DAMPS-Demodulator und -Entzerrer 6b, der CDMA-Rake-Empfänger 6c und der CDMA-Rake 6d, seinen eigenen Neuabtaster, d. h. Neuabtaster 7b, 7c bzw. 7d. Die Neuabtaster 7b, 7c und 7d tasten das Ausgangssignal von dem Channelizer 5 neu ab, um in Übereinstimmung mit der jeweiligen Chip- oder Symbol-Rate der Empfänger 6b, 6c und 6d zu sein, so dass die Neuabtastrate vorzugsweise eine ganze Zahl mal der tatsächlichen Chip- oder Symbol-Rate ist. Die Rake-Taps der RAKE-Empfänger 6b, 6c und 6d empfangen dann Signale im Takt mit der Chip-Rate für Demodulation/Decodierung und zum Kombinieren derselben, um Diversity-Verstärkung zu erreichen.
2 zeigt einen Teil von 1, der hinsichtlich des RAKE-Empfängers 6c im System detaillierter ist. Die Funktionen der Antenne 2, der Funkfrequenzeinheit 3, des A/D-Umsetzers 4, des Channelizers 5, des Neuabtasters 7c und des RAKE-Empfängers 6c werden in Verbindung mit 1 erläutert. Der RAKE-Empfänger 6c hat eine Zahl von RAKE-Taps oder -Finger c1, c2, c3 und c4. Der RAKE-Empfänger 6c erfordert ein gewisses (ganzzahliges) Überabtastungsverhältnis (OSR), um imstande zu sein, die Anordnung der RAKE-Taps oder -Finger c1, c2, c3 und c4 rechtzeitig auf das maximale Signal einzustellen. Das Signal wurde im Channelizer 5 gefiltert, so dass es nur Frequenzen bis hinauf zu etwas höher als f-chip/2 des im Empfänger 6c verwendeten Standards enthält.
3 zeigt einen Teil eines Mehrstandard-Funkempfängersystems mit mehreren TDMA- und CDMA-Standards nach der zweiten und bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Die Funktionen der Antenne 2, der Funkfrequenzeinheit 3, des A/D-Umsetzers 4, des Channelizers 5 werden in Verbindung mit 1 erläutert. Im RAKE-Empfänger 8a von 3 wird Neuabtastung individuell in jedem Rake-Tap a1, a2, a3 bzw. a4 durchgeführt, so dass Neuabtastung und Demodulation in beispielsweise Korrelation mit der PN-Sequenz in derselben Operation in jedem der Rake-Taps a1, a2, a3 und a4 ausgeführt werden. Eine detailliertere Beschreibung der gemeinsamen Operation von Demodulation und Neuabtastung wird in Verbindung mit der Beschreibung von 5 und 6 präsentiert. Die von den Rake-Taps a1, a2, a3 und a4 der RAKE-Empfänger 8a empfangenen Signale werden kombiniert, um Diversity-Verstärkung zu erreichen.
4 repräsentiert eine schematische Ansicht eines Mehrstandard-Funkempfängersystems mit mehreren TDMA- und CDMA-Standards nach der zweiten und bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Die Funktionen der Antenne 2, der Funkfrequenzeinheit 3, des A/D-Umsetzers 4, des Channelizers 5 und der Empfängers 6a und 6b werden in Verbindung mit 3 erläutert. Die Funktionen des CDMA-Empfängers 8a wurde in Verbindung mit 3 erläutert. Die CDMA-Empfänger 8A-8M in 4 sind ein ähnlicher CDMA-Empfänger wie 8a mit individuellen Abtastungs-Rake-Taps.
5 zeigt eine schematische Ansicht der Funktion von einem der RAKE-Taps in dem RAKE-Empfänger von 3 nach der zweiten und bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Ein Signal s1 kommt von dem Channelizer mit einer nichtganzzahligen Überabtastungsrate. Der Rake-Tap führt gemeinsame Steuerung der Decodierung und Abtastungsauswahl durch Vergleichen des Zeitablaufs der eingehenden Abtastwerte durch und wählt gemäß des Zeitablaufs der Chips in der PN-Sequenz den Abtastwert aus den eingehenden Signalen aus, der diesem Chip in der Zeit am nächsten ist. Da die Neuabtastungsauswahl wie dies individuell in jedem Rake-Tap durchgeführt wird, wird die Decodierung für alle Rake-Taps optimal sein und kann die durchschnittliche Versetzung des Rake-Taps von der optimalen Position gleich Null gehalten werden. Der ausgewählte Abtastwert wird dann mit der PN-Sequenz des nächstgelegenen Chips korreliert und das korrespondierende Informationssignal wird erhalten.
6 zeigt eine schematische Ansicht eines der RAKE-Taps des RAKE-Empfängers 8a von 3 nach einer anderen Version der zweiten Ausführungsform der Erfindung. Ein Signal s2 kommt von dem Channelizer mit einer nichtganzzahligen Überabtastungsrate. Anstatt nur den nächstgelegenen Abtastwert auszuwählen, werden umfangreichere Berechnungen zur Ermittlung eines interpolierten Abtastwerts zwischen zwei Abtastungen durch eine geeignete Interpolations-Neuabtastungstechnik ausgeführt. Dies kann durch einen Neuabtastungs- oder Interpolationsfilter oder durch einen polynomischen Interpolator, der mit der PN-Sequenz synchronisiert ist, erfolgen.
In 7 wird eine Computersimulation von zwei erfolgreichen Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Die gerade Linie repräsentiert den idealen Fall mit richtiger Abtastung und mit richtiger Demodulation als Ergebnis, wobei der Detektorverlust gleich 0 ist. Die mit + gekennzeichnete Linie zeigt das Ergebnis, das erhalten wird, indem ein separater Neuabtaster vor der Demodulationseinheit verwendet wird, um eine ganzzahlige Abtastrate in Bezug auf die Chip-Rate zu erhalten. Die dritte Linie, die durch Rhomben gekennzeichnet ist, repräsentiert die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, in der die Neuabtastung mit einem Rake-Empfänger mit individuellen Neuabtastungs-Rake-Taps ausgeführt wird.
Der Fehler vs der Ankunftszeit für die zweite Ausführungsform beträgt im Durchschnitt nur die Hälfte des kombinierten Fehlers der ersten Ausführungsform der Erfindung, in der ein separater „gemeinsamer" Neuabtaster verwendet wird (die Linie +), wenn die Channelizer-Rate und der Neuabtaster-Ausgang ungefähr gleich sind.

Die in der Simulation verwendeten Parameter sind:
Channelizer-Rate: 31
Abtastungen/Chip: 11
Neuabtaster-Ausgangsrate: 3 Abtastungen/Chip TABELLE 1

Standards	Bandbreite (kHz)	Symbol-/Chip-Rate
PDC	25	21 ksymbols/s
IS-136	30	24,3 ksymbols/s
GSM	200	270,833 ksymbols/s
IS-95	1250	1,228 Mchip/s
W-CDMA	5000	4,096 Mchip/s
PDC =	Pacific Digital cellular, japanischer Standard
IS-136 =	ETSI Standard
GSM =	paneuropäisches digitales Mobiltelefonsystem
IS-95 =	ETSI Standard
W-CDMA =	Breitband-CDMA

Claims

Funkempfängersystem mit mehreren Standards (1A), umfassend eine Antenneneinheit (2), die zum Empfangen eines Funksignals RF angepasst ist, eine Hochfrequenzeinheit (3), die zum Abwärtsumsetzen des empfangenen Funksignals RF zu einem Zwischenfrequenzsignal IF angepasst ist, einen A/D-Umsetzer (4), der zum Abtasten des Zwischenfrequenzsignals IF mit einer bestimmten Abtastrate und zum Digitalisieren des abgetasteten Signals zu einem Digitalsignal angepasst ist, Demodulationseinheiten (6a, 6b, 6c, 6d), die zum Demodulieren der Signale angepasst sind, wobei die Demodulationseinheiten (6a, 6b, 6c, 6d) weiter zum individuellen Detektieren und Neuabtasten jedes der modulierten Kanäle und zum Liefern korrespondierender demodulierter Kanäle angepasst sind, und wobei mindestens eine Demodulationseinheit ein CDMA-Empfänger (6c) ist, der Mittel zum Neuabtasten und Detektieren von mindestens einem CDMA-Signal umfasst; dadurch gekennzeichnet, dass das System einen Channelizer (5) umfasst, der angepasst ist, um mindestens zwei modulierte Kanäle, die nach Formaten von verschiedenen Funkkommunikationsstandards moduliert sind, aus dem Digitalsignal zu filtern, und dadurch, dass die mindestens eine Demodulationseinheit, die ein CDMA-Empfänger (6c) ist, einen Rake-Empfänger mit individuellen Neuabtastern (7c) in jedem Rake-Finger hat.
Funkempfänger mit mehreren Standards nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Demodulation aus einem separaten Neuabtaster und Demodulator für mindestens einen Signalformatstandard in dem Funkempfängersystem mit mehreren Standards besteht.
Funkempfänger mit mehreren Standards nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Neuabtaster mit dem Channelizer in Verbindung ist.
Funkempfänger mit mehreren Standards nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Neuabtaster in Verbindung mit dem Rake-Empfänger eingebaut ist.
Funkempfängersystem mit mehreren Standards nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine derartige Demodulationseinheit Mittel zum Neuabtasten und Detektieren von mindestens einem TDMA-Signal umfasst, die eine TDMA-Neuabtastereinheit und eine TDMA-Demodulator-/Entzerrereinheit haben.
Funkempfängersystem mit mehreren Standards nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine derartige Demodulationseinheit Mittel zum Neuabtasten und Detektieren von mindestens einem CDMA-Signal umfasst, die eine CDMA-Neuabtastereinheit und eine CDMA-Demodulator-/Rake-Empfängereinheit haben.
Funkempfänger mit mehreren Standards nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine derartige Demodulationseinheit zum Ausführen von Neuabtastung und Demodulation der modulierten Kanäle in einer gemeinsamen Operation angepasst ist.
Funkempfängersystem mit mehreren Standards nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die CDMA-Empfänger in dem Empfängersystem angepasst sind, mit verschiedenen Bandbreiten und Chip-Raten zu operieren.
Funkempfängersystem mit mehreren Standards nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rake-Taps angepasst sind, um gemeinsame Steuerung von sowohl Neuabtastung als auch Demodulation der empfangenen Signale durchzuführen.
Verfahren zum Empfangen von verschiedenen Signalformatstandards in einem Funkempfängersystem mit mehreren Standards (1A), die folgenden Schritte umfassend: Empfangen von Funksignalen RF, Abwärtsumsetzen der empfangenen Funksignale RF zu einem Zwischenfrequenzsignal IF, Abtasten des Zwischenfrequenzsignals IF mit einer bestimmten Abtastrate und Digitalisieren des abgetasteten Signals zu einem Digitalsignal, Herausfiltern von mindestens zwei modulierten Kanälen aus dem Digitalsignal, wobei die Kanäle nach verschiedenen Funkkommunikations-Signalformatstandards moduliert sind, Demodulieren der Signale in Demodulationseinheiten, Detektieren der modulierten Kanäle, Neuabtasten individuell für jeden Signalformatstandard und Liefern korrespondierender demodulierter Kanäle, und Durchführen der Neuabtastung und Demodulation in derselben Operation in mindestens einer der Demodulationseinheiten, die ein CDMA-System mit einem Rake-Empfänger (6c) mit individuell neuabtastenden Rake-Taps enthalten.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die empfangenen Signale TDMA-, CDMA- oder FDMA-Signale sind.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass es den weiteren Schritt der Anpassung der Abtastrate des Systems in Übereinstimmung mit einer der Chip- oder Symbol-Raten der verschiedenen Signalformatstandards in dem System umfasst, so dass kein Erfordernis nach Neuabtastung für diesen Standard besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10-12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Neuabtastung so ausgeführt wird, dass die Abtastrate ein kleines ganzzahliges Vielfaches der Symbol-Rate oder Chip-Rate des Empfängers ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10-13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Neuabtastung separat vor mindestens einer der jeweiligen Demodulationseinheiten des Systems ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10-14, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Durchführung der Demodulation von CDMA-Signalen an Signalen ausgeführt wird, in denen die Codierung durch direkte Modulation der Trägerwelle mit einer Codesequenz durchgeführt wurde.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Codesequenz eine Pseudo-Noise-Sequenz PN ist.
Verfahren nach den Ansprüchen 14-16, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den folgenden weiteren Schritt umfasst: Durchführen der Korrelation zwischen der Codesequenz und dem eingehenden Datenstrom in jedem Rake-Tap an gegenseitig verschiedenen, nicht einheitlich abgetasteten Datensätzen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14-17, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den folgenden weiteren Schritt umfasst: Vergleichen in jedem Rake-Tap der gemeinsamen Operation von Neuabtastung und Demodulation des Timings der eingehenden Abtastwerte und des Timings der Chips in der Codesequenz; und Auswählen des Abtastwerts aus dem eingehenden Signal, der dem gegenwärtigen Chip in der Zeit am nächsten ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15-18, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den folgenden weiteren Schritt umfasst: Vergleichen in jedem Rake-Tap der gemeinsamen Operation von Neuabtastung und Demodulation des Timings der eingehenden Abtastwerte und des Timings der Chips in der Codesequenz; und Durchführen der Neuabtastung durch Interpolation zwischen zwei Abtastwerten.
Verfahren nach den Ansprüchen 15-19, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendete Neuabtasttechnik Filterung höherer Ordnung beinhaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15-17, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendete Neuabtasttechnik polynomische Interpolation beinhaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15-17, dadurch gekennzeichnet, dass die Neuabtasttechnik Polyphasen-Filterung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15-22, dadurch gekennzeichnet, dass die Neuabtasttechnik individuell für jeden Rake-Tap ausgewählt wird.
Rake-Empfänger zur Verwendung in einem Funkempfängersystem mit mehreren Standards nach Anspruch 1, umfassend mehrere unabhängige Empfängereinheiten, so genannte Rake-Taps, zum Empfangen und Demodulieren von Funksignalen, Mittel zum Verzögern dieser Signale, so dass sie vor dem Kombinieren der Signale in Phase gebracht werden, wobei individuelle Neuabtaster in jedem Rake-Tape vorhanden sind und wobei die Rake-Taps Mittel zum Durchführen von gemeinsamer Steuerung von sowohl Neuabtastung als auch Demodulation der empfangenen Signale umfassen.
Rake-Empfänger nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanz zwischen zwei Signalabtastwerten in einem Rake-Tap korreliert wird, um mit der Chip-Rate des Systems zu korrespondieren.
Rake-Empfänger nach einem der Ansprüche 24-25, dadurch gekennzeichnet, dass die Rake-Taps angepasst sind, um gemeinsame Operation von Neuabtastung und Demodulation durchzuführen, indem sie das Timing der eingehenden Abtastwerte verfolgen und es mit dem Timing der Chips in der Codesequenz vergleichen, und angepasst sind, um den Abtastwert aus dem eingehenden Signal auszuwählen, der dem gegenwärtig Chip in der Zeit am nächsten ist.
Rake-Empfänger nach einem der Ansprüche 24-25, dadurch gekennzeichnet, dass die Rake-Taps angepasst sind, um gemeinsame Operation von Neuabtastung und Demodulation durchzuführen, indem sie das Timing der eingehenden Abtastwerte verfolgen und es mit dem Timing der Chips in der Codesequenz vergleichen, und angepasst sind, um einen Abtastwert aus den eingehenden Signalabtastwerten durch Interpolation zu berechnen.