DE60123940T2

DE60123940T2 - Mehrbenutzerdetektion in einem MC-CDMA Nachrichtensystem

Info

Publication number: DE60123940T2
Application number: DE60123940T
Authority: DE
Inventors: David Mottier
Original assignee: Mitsubishi Electric Information Technology Corp; Mitsubishi Electric Information Technology Center Europe BV Nederlands
Current assignee: Mitsubishi Electric Information Technology Corp; Mitsubishi Electric R&D Centre Europe BV Netherlands
Priority date: 2001-07-13
Filing date: 2001-07-13
Publication date: 2007-05-24
Anticipated expiration: 2021-07-14
Also published as: DE60123940D1; US20030063557A1; US7327668B2; JP4284037B2; EP1276268A1; EP1276268B1; ATE343270T1; JP2003110530A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mehrbenutzer-Erfassungsverfahren für einen Empfänger in einem Mehrträger-Codemultiplex-Vielfachzugriffsystem. Die vorliegende Erfindung betrifft auch einen MC-CDMA-Empfänger, der ein solches Mehrbenutzer-Erfassungsverfahren implementiert.
Ein Mehrträger-Codemultiplex-Vielfachzugriff (MC-CDMA) kombiniert eine OFDM-(orthogonale Frequenzmultiplex-)Modulation und die CDMA-Vielfachzugriffstechnik. Diese Vielfachzugriffstechnik wurde zum ersten Mal von N. Yee et al. in dem Artikel mit dem Titel "Multicarrier CDMA in indoor wireless radio networks" vorgeschlagen, der in Proceedings of PIMRC'93, Vol. 1, Seiten 109–113, 1993 erschien. Die Entwicklungen dieser Technik wurden von S. Hara et al. in dem Artikel mit dem Titel "Overview of Multicarrier CDMA" besprochen, der in IEEE Communication Magazine, Seiten 126–133, Dezember 1997 veröffentlicht ist.
Ungleich dem DS-CMDA-(direkter Spreizcodemultiplexzugriff)-Verfahren, bei welchem das Signal jedes Benutzers im Zeitbereich multiplext bzw. multipliziert wird, um sein Frequenzspektrum zu spreizen, multipliziert die Signatur hier das Signal im Frequenzbereich, wobei jedes Element der Signatur das Signal eines anderen Hilfsträgers multipliziert.
Präziser stellt die 1 die Struktur eines MC-CDMA-Senders für einen gegebenen Benutzer k dar. Wir betrachten hier die Aufwärtsstrecke, d.h. wir nehmen an, dass der Sender bei der Basisstation angeordnet ist. Man lässt d^(k)(n) das zu einem Benutzer k zur Zeit nT zu sendende Symbol sein, wobei d^(k)(n) zum Modulationsalphabet gehört. Das Symbol d^(k)(n) wird zuerst bei 110 mit einer Spreizsequenz oder einer Signatur des Benutzers multipliziert, die mit c^(k)(t) bezeichnet ist und die aus N "Chips" bzw. Schnipseln oder Signaturelementen besteht, wobei ein "Chip" eine Dauer T_c hat, wobei die Gesamtdauer der Spreizsequenz einer Symbolperiode T entspricht. Die Ergebnisse der Multiplikation des Symbols d^(k)(n) mit den unterschiedlichen "Chips" werden durch den Seriell/Parallel-Wandler 120 in einen Block von L Symbolen umgewandelt, wobei L im Allgemeinen ein Vielfaches von N ist. Ohne Verlust an Allgemeinheit nehmen wir, solange es im Folgenden nicht anders spezifiziert ist, an, dass L = N gilt, und bezeichnen wird die Elemente (d.h. die Werte der Chips) der Sequenz für einen Benutzer k wie folgt: c (k) / l, l = 0, ..., L-1. Der Block von L Symbolen, die von 120 ausgegeben werden, werden im Modul 130 einer inversen schnellen Fouriertransformation (IFFT) unterzogen. Um eine Zwischensymbolinterferenz zu verhindern, wird ein Schutzintervall einer Länge, die typischerweise größer als die Dauer der Impulsantwort des Übertragungskanals ist, zu dem MC-CDMA-Symbol hinzugefügt. Dies wird in der Praxis durch Anhängen eines Anhangs (der mit Δ bezeichnet ist), der identisch zum Start bzw. Anfang des Symbols ist, erreicht. Nachdem sie im Parallel/Seriell-Wandler 140 serialisiert sind, werden die MC-CDMA-Symbole bei 150 verstärkt, um über den Abwärtsstrecken-Benutzerkanal übertragen zu werden. Das MC-CDMA-Verfahren kann daher in ein Spreizen im Spektralbereich (vor IFFT), gefolgt durch eine OFDM-Modulation, analysiert werden.
In der Praxis überträgt der Benutzer k seine Daten in der Form von Frames von Symbolen d^(k)(n), wobei jedes Symbol durch eine reale Signatur c^(k)(t) mit einer Dauer gleich der Symbolperiode T gespreizt wird, d.h. c^(k)(t) = 0, wenn t ∊ [0,T[ und
wenn t ∊ [0,T[.
Das Signal S_k(t) zur Zeit t, das zu einem Benutzer k übertragen wird, kann daher dann, wenn wir den Anhang weglassen, wie folgt geschrieben werden:
wobei a_k der Amplitudenkoeffizient des zu dem Anwender k übertragenen Signals ist, der über einen Übertragungsframe als konstant angenommen ist. Somit kann dann, wenn wir die Anhänge weglassen, das auf einem Abwärtsstreckenkanal übertragene resultierende Signal wie folgt ausgedrückt werden:
wobei K die Anzahl von Benutzern ist.
Ein MC-CDMA-Empfänger für einen gegebenen Benutzer k ist in 2 schematisch dargestellt worden. Dieser Empfänger ist als Einzelbenutzer-Erfassungsempfänger (oder SUD-Empfänger) bekannt, weil die Erfassung nur die Symbole berücksichtigt, die zu (oder von) dem in Frage stehenden Benutzer gesendet bzw. übertragen werden.
Nachdem es sich über den Abwärtsstreckenübertragungskanal ausgebreitet hat, wird das empfangene Signal demoduliert und mit der "Chip"-Frequenz 1/T_c abgetastet. Wir nehmen an, dass der Kanal durch ein AWGN (additives weißes Gauß'sches Rauschen) N(t) gestört ist, wie es in 2 durch einen Addierer 205 dargestellt ist. Die Abtastungen des empfangenen Signals werden dann zu einem Seriell/Parallel-Wandler 210 zugeführt und von dem Präfix (Δ) abgestreift, bevor sie sich einer FFT in einem Modul 220 unterziehen. Das Signal auf einem Hilfsträger l am Ausgang von 220 kann wie folgt ausgedrückt werden:
wobei h_l(n) die Antwort des Kanals des Benutzers k auf die Frequenz des Hilfsträgers l des zur Zeit nT übertragenen MC-CDMA-Symbols darstellt und wobei n_l die Rauschkomponente auf dem Hilfsträger l ist.
Der Ausdruck (3) kann durch Annehmen einer Matrixformulierung wie folgt neu geschrieben werden: r(n) = H(n)CAd(n) + n(n) (4)wobei r(n) = [r₀(n), ...r_L-1(n)]^T, H(n) = diag(h₀(n), ..., h_L-1(n)) die L×L-Diagonalmatrix ist, die die komplexen Kanaldämpfungskoeffizienten des Abwärtsstreckenausbreitungskanals enthält, A = diag(a₀, ..., a_K-1) die K×K-Diagonalmatrix ist, die die Amplitudenkoeffizienten der aktiven Benutzer enthält, d(n) = [d⁽⁰⁾(n), ..., d^(K-1)(n)]^T der Vektor der zu den K Benutzern übertragenen Symbole ist, n(n) der Vektor der L Rauschkomponenten bei dem OFDM-Multiplexen ist und
die L×K-Matrix ist, die die Signaturen der aktiven Benutzer enthält.
Bei MC-CDMA macht es das Vorhandensein des Schutzintervalls möglich, die Zwischensymbolinterferenz zu vernachlässigen (unter der Voraussetzung, dass das Schutzintervall länger als das Verzögerungsspreizen des Kanals ist). Somit kann für einen gegebenen Hilfsträger (der hierin nachfolgend einfach Träger genannt wird), die Entzerrung durch einen einzigen Abgriff durchgeführt werden kann, d.h. durch eine Multiplikation mit einem komplexen Koeffizienten. Im SUD-Empfänger wird die Entzerrung Träger für Träger durchgeführt, d.h. durch Anwenden von einem der bekannten Entzerrungsverfahren, wie z.B. ZF (eine Erzwingung von Null), MMSE (einen minimalen mittleren quadratischen Fehler), etc., und zwar unabhängig von einem jeweiligen Träger.
Die Entzerrungskoeffizienten sind für den SUD-Empfänger, der für einen Benutzer k bestimmt ist, mit q (k) / l, l = 0, ..., L-1 bezeichnet. Die Abtastungen im Frequenzbereich werden mit den Entzerrungskoeffizienten bei 240₀ , ..., 240_L-1 mul tipliziert. In dem Fall, dass das MMSE-Kriterium ausgewählt ist (wie es in 2 gezeigt ist), sind die Entzerrungskoeffizienten gegeben durch:
wobei σ² die Varianz der Rauschkomponenten ist und .^* die komplexe Konjugierte bezeichnet. In einem solchen Fall wird die Entzerrung MMSE pro Träger genannt, da die MMSE-Entzerrung bei jedem Träger separat durchgeführt wird. Nach einer Entzerrung werden die Frequenzkomponenten mit der Signatur des Benutzers k bei 250₀ , ..., 250_L-1 (zum Entspreizen) multipliziert, bevor sie bei 260 addiert werden. Das Ergebnis ist eine Schätzung d ^(n) des übertragenen Symbols d_k(n). Tatsächlich ist d ^_k(n) eine Entscheidungsvariable, die als solche (weiche Erfassung) verwendet werden kann, oder einer harten Entscheidung unterzogen werden kann. Der Einfachheit halber behalten wir hierin nachfolgend dieselbe Bezeichnung in beiden Fällen bei.
Mehrbenutzer-Erfassungstechniken (MUD) sind im Zusammenhang mit CDMA-Telekommunikationssystemen wohlbekannt. Sie haben die gemeinsame Eigenschaft eines Berücksichtigens der durch die anderen Benutzer erzeugten Interferenz, die auch MAI für eine Vielfachzugriffsinterferenz genannt wird. Diese Techniken sind erfolgreich auf MC-CDMA angewendet worden.
Insbesondere wurde eine Mehrbenutzer-Erfassungs- oder MUD-Technik für MC-CDMA in dem Artikel von J-Y. Beaudais, J.F. Hélard und J. Citerne mit dem Titel "A novel linear MMSE detection technique for MC-CDMA", veröffentlicht in Electronics Letters, Vol. 36, N°7, Seiten 665–666, 30. März 2000, präsentiert. Das vorgeschlagene Entzerrungsverfahren arbeitet nicht mehr Träger für Träger, sondern MC-CDMA-Symbol für MC-CDMA-Symbol, und zwar unter Berücksichtigung aller Träger und aller Signaturen der aktiven Benutzer. Aus diesem Grund wird es GMMSE-(globaler minimaler mittlerer quadratischer Fehler)-Entzerrung oder äquivalent dazu M-MMSE-(minimaler mittlerer quadratischer Fehler einer Matrix)-Entzerrung genannt. Sein Zweck besteht im Minimieren des mittleren quadratischen Fehlers zwischen den geschätzten Symbolen d ^^(k)(n) und den übertragenen Symbolen d^(k)(n).
Ein MC-CDMA-Empfänger mit einer GMMSE-Entzerrung für einen Benutzer k ist in 3 dargestellt worden. Seine Struktur unterscheidet sich von derjenigen der 2 diesbezüglich, dass die Entzerrung mittels einer Multiplikation 330 mit einer Matrix Q(n) der Signale der unterschiedlichen Träger bewirkt wird. Wie es im vorgenannten Artikel gezeigt ist, kann die Matrix Q(n) wie folgt ausgedrückt werden: Q(n) = H*(n)(H(n)CA2CHH*(n) + σ2IL)–1 (6)wobei .^H die transponierte Konjugierte bezeichnet und I_L die L×L-Einheitsmatrix ist.
Die Matrix Q(n) berücksichtigt die Signaturen sowie die Pegel der Übertragung a_k der aktiven Benutzer, und somit den MUD-Charakter des Verfahrens.
Tatsächlich leitet sich der Ausdruck (6) von der Anwendung der Wiener-Filtertheorie auf den Ausdruck (4) ab, wobei r(n) das zu Beobachtende ist und d(n) der zu schätzende Vektor ist. Die Wiener-Hopf-Formel kann dann, wenn wir einen Zeitindex n weglassen, tatsächlich wie folgt geschrieben werden: d ^ = (Γ–1rr Γrd)Hr = ACHH*(HCA2CHH* + σ2IL)–1r (7)wobei Γ_rr und Γ_rd jeweils die Autokovarianzmatrix von r und die Kovarianzmatrix von r und d sind.
Nach einer Entzerrung in 330 werden die Frequenzkomponenten durch eine Multiplikation mit der Signatur des Benutzers bei 340₀ , ...,340_L-1 und eine darauf folgende Addition bei 350 entspreizt. Das Ergebnis des Entspreizens wird dann mit a_k gemäß dem Ausdruck (7) multipliziert, um die Schätzung d ^^(k)(n) zu ergeben. Zusammengefasst kann die auf dem Ausdruck (7) basierende Erfassung als ein Schritt einer Matrixentzerrung mit Q(n) gefolgt durch einen Schritt eines Entspreizens (und eines Skalierens) angesehen werden.
Der oben beschriebene GMMSE-Empfänger erfordert ein Invertieren einer L×L-Matrix (H(n)CA²C^HH^o(n) + σ²I_L) in (6), das heißt in der Praxis ein Lösen eines L×L-Linearsystems, welche Anzahl von aktiven Benutzern K es auch immer gibt. Um diese Beschränkung zu entfernen, ist in der französischen Patentanmeldung FR 01 04050 , eingereicht von dem Anmelder am 22.03.2001 und hierin nachfolgend durch Bezugnahme enthalten, ein alternatives GMMSE-Erfassungsverfahren vorgeschlagen worden. Das letztere Verfahren basiert, wie beim DS-CDMA (direkten Spreizcodemultiplexzugriff), auf einem angepassten Filterungsprozess vor einer Symbolentzerrung. Spezifischer werden die von FFT ausgegebenen Frequenzkomponenten zuerst mit einem Filter entspreizt, das sowohl an die Charakteristiken des Übertragungskanals als auch die Signaturen der Benutzer angepasst ist. Die von dem angepassten Filter ausgegebenen Symbole werden dann entzerrt. Der erste Schritt einer angepassten Filterung kann als MRC-Kombination (im Frequenzbereich) angesehen werden, gleich derjenigen, die durch ein RAKE-Filter (im Zeitbereich) in einem DS-CDMA-Empfänger durchgeführt wird.
Ein MC-CDMA-Empfänger, der auf der alternativen GMMSE-Erfassung basiert, ist in 4 dargestellt worden. Die angepasste Filterung vor einer Entzerrung wird durch eine Multiplikation mit der Matrix M(n) = C^HH^o(n) bei 425 bewirkt, während die Entzerrung an den Symbolen bei 430 durch eine Multiplikation mit der folgenden Matrix durchgeführt wird: Q'(n) = ACH|H|2(n)CA + σ2IK)–1A (8)was auch wie folgt geschrieben werden kann: Q'(n) = A(CH|H|2(n)CA2 + σ2IK)–1 (9)wobei I_K die K×K-Einheitsmatrix ist und |H|² = H.H^o gilt. Wie es in 4 gezeigt ist, ist nur die Ausgabe d ^^(k)(n) für einen Benutzer k von Interesse.
Im Allgemeinen wird die Matrixform (8) für angenehmer gehalten, weil die zu invertierende Matrix oft vereinfacht werden kann, wie es in der oben angegebenen Patentanmeldung erklärt ist.
Die Alternative GMMSE-Erfassung basiert auf der Tatsache, dass die Ausgabe z(n) des angepassten Filters eine erschöpfende Zusammenfassung von r(n) enthält, d.h. selbst eine zu Beobachtende ist, aus welcher d(n) mittels einer Wiener-Filterung geschätzt werden kann: d ^ = (Γ–1rr Γrd)Hz = (ACH|H|2CA + σ2IK)–1Az (10)Gegensätzlich zur Gleichung (6) erfordert die Erfassung gemäß der Gleichung (10) eine Inversion einer K×K-Matrix (AC^H|H|²(n)CA + σ²I_K), das heißt in der Praxis ein Lösen eines linearen K×K-Systems. Somit wird dann, wenn das System nicht bei einer vollen Belastung arbeitet, d.h. wenn K < L gilt, die Berechnung signifikant weniger komplex als bei einer herkömmlichen GMMSE.
Es ist wichtig anzumerken, dass die Alternative GMMSE bezüglich der Ergebnisse äquivalent zur herkömmlichen GMMSE ist und dass sie nur bezüglich der Art unterschiedlich sind, auf welche die Berechnung durchgeführt wird.
Sowohl das herkömmliche GMMSE- als auch das alternative GMMSE-Erfassungsverfahren müssen ein lineares System lösen, nämlich entweder L×L oder K×K. Das mobile Stationen drastische berechnungsmäßige Beschränkungen aufgrund von Energieverbrauchsbeschränkungen haben, kann die bei den letzteren Erfassungsverfahren enthaltene Komplexität selbst für ein System mit geringer Belastung (K) oder einen niedrigen Spreizfaktor (N = L) nicht tolerierbar sein.
Im Vergleich ist das MMSE-Erfassungsverfahren pro Träger, wie es in Verbindung mit 2 beschrieben ist, viel einfacher, da es keine Notwendigkeit zum Lösen eines linearen Systems gibt. Jedoch ergibt MMSE pro Träger im Allgemeinen keine guten Ergebnisse, weil es die Interferenz aufgrund der anderen Benutzer nicht berücksichtigt.
Der Artikel von H. Bogucka mit dem Titel "Transmission and reception of the multi-carrier CDMA signals in the 3rd generation mobile communication system", veröffentlicht am 19. Februar 1996 für die IEEE Conference on Personal Wireless Communications, Seiten 319–322, präsentiert eine CDMA-Erfassung beim Vorhandensein von mehreren Benutzern, die vermeidet, dass die Schätzung der entzerrten Komponenten des empfangenen Signals für einen bestimmten Benutzer das Vorhandensein einer Interferenz von anderen Benutzern enthält, und zwar mittels einer Bildung einer Durchschnitts der entspreizten, transformierten und in ein Fenster gebrachten empfangenen Sequenzen.
Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein MC-CDMA-Erfassungsverfahren vom MUD-Typ vorzuschlagen, und nichtsdestoweniger von einer signifikant reduzierten Komplexität in Bezug auf eine herkömmliche GMMSE oder eine alternative GMMSE. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht im Vorschlagen eines MC-CDMA-Empfängers, der ein solches Erfassungsverfahren implementiert.
Das Mehrbenutzer-Erfassungsverfahren gemäß der Erfindung ist im beigefügten Anspruch 1 definiert, während der entsprechende Empfänger im unabhängigen Anspruch 7 definiert ist. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt.
Die Eigenschaften der Erfindung werden bei einem Lesen der folgenden Beschreibung auftauchen, die in Bezug auf die beigefügten Figuren angegeben ist, unter welchen:
1 die Struktur eines aus dem Stand der Technik bekannten MC-CDMA-Senders schematisch zeigt;
2 die Struktur eines MC-CDMA-Empfängers, der eine aus dem Stand der Technik bekannte SUD-MMSE-Erfassung verwendet, schematisch zeigt;
3 die Struktur eines MC-CDMA-Empfängers, der eine aus dem Stand der Technik bekannte GMMSE-Erfassung verwendet, schematisch zeigt;
4 die Struktur eines MC-CDMA-Empfängers, der die in der französischen Patentanmeldung FR 0104050 offenbarte Alternative GMMSE-Erfassung verwendet, schematisch zeigt;
5 die Struktur eines MC-CDMA-Empfängers gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch zeigt; und
6 die durchschnittliche Bitfehlerrate gegenüber der Anzahl von Benutzern für SUD-MMSE, eine herkömmliche GMMSE und das Erfassungsverfahren gemäß der Erfindung zeigt.
Die grundsätzliche Idee, die der Erfindung zugrunde liegt, besteht im Anpassen der Entzerrung Träger für Träger bei SUD-MMSE so, dass sie MAI auf eine effiziente Weise berücksichtigt.
Noch einmal wird auf den Zusammenhang eines MC-CDMA-Empfängers mit L Trägern und K Benutzern Bezug genommen werden. Die in der Beschreibung des Standes der Technik angenommenen Bezeichnungen gelten hierin nachfolgend auf gleiche Weise.
Lasst uns zuerst den bestimmten Fall eines MC-CDMA-Telekommunikationssystems betrachten das bei einer vollen Belastung arbeitet, d.h. K = L, und lasst uns weiterhin annehmen, dass die Amplitudenkoeffizienten a_k identisch sind, d.h. a_k = a für k = 0, ..., K-1. In einem solchen Fall werden die Matrizen H(n)CA²C^HH^*(n) + σ²I_L in (6) und AC^H|H(n)|²CA + σ²I_K in (10) diagonal und läuft deren Inversion auf ein ledigliches Invertieren von skalaren Koeffizienten hinaus. Folglich können die Gleichungen (6) für eine herkömmliche GMMSE und (10) für eine alternative GMMSE beide wie folgt neu geschrieben werden:
Somit führen für ein System mit voller Belastung und eine gleiche Übertragungsleistung das MMSE-SUD-Verfahren und das auf GMMSE basierende Er fassungsverfahren zum selben Ergebnis. Jedoch ist in irgendeinem anderen Fall MMSE-SUD nicht optimal, da beim letzteren die Ausdrücke außerhalb der Diagonalen von Q(n) vernachlässigt sind.
Im Allgemeinen erfordert dann, wenn K < L gilt, das GMMSE-Erfassungsverfahren eine Matrixinversion. Jedoch kann die Berechnung durch Annähern der Matrix H(n)CA²C^HH^*(n) in (6) an ihre Diagonalelemente stark vereinfacht werden, das heißt:
was wie folgt neu geschrieben werden kann:
wobei
eine Chippegelinterferenz aufgrund des Vorhandenseins von aktiven Benutzern, die andere als der Benutzer k von Interesse sind, darstellt.
Der Zweck der Erfindung besteht im Verbessern der MMSE-Erfassung (13) Träger für Träger für frequenzkorrelierte Kanäle durch präziseres Auswerten von MAI auf der Symbolebene. Mit diesem Ziel im Blick lasst uns wieder den GMMSE-Empfänger der 3 betrachten und lasst uns annehmen, dass keine Entzerrung durchgeführt wird. Die Leistung der Schätzung kann wie folgt ausgedrückt werden:
und durch Einsetzen von (3) in (14) ergibt sich:
wobei wir angenommen haben, dass die Signaturen normalisiert sind, d.h. |c (k) / l|² = 1/N = 1/L, und wobei w (k,k') / l = c (k) / l c (k') / l das Produkt zwischen den Elementen (Chips) der jeweiligen Signaturen des Benutzers k und des Benutzers k' auf dem Träger l ist. Der Teil auf der rechten Seite der Gleichung (15) weist drei Ausdrücke auf. Der erste entspricht dem erwünschten Signal des in Frage stehenden Benutzers k, der zweite hat seine Ursache im AWGN-Rauschen, während der Dritte den Beitrag der anderen Benutzer k' ≠ k darstellt, der hierin nachfolgend als Symbolpegelinterferenz bezeichnet wird und mit I (k) / s bezeichnet ist.
Für bezüglich einer Frequenz nicht korrelierte Fading-Kanäle bzw. Schwundkanäle gilt E[h_t(n)h * / l'(n)] = 0 für l ≠ l', und daher wird (15) zu:
Wenn die Spreizsequenzen normalisiert sind, d.h. |w (k,k') / l| = 1/N = 1/L, und der Übertragungskanal nicht verlustbehaftet ist, d.h.
wird die Gleichung (16) zu:
wobei der letzte Ausdruck, der die Symbolpegelinterferenz darstellt, gleich der Chippegelinterferenz, geteilt durch den gewöhnlichen Interferenzreduktionsfaktor N (hier N = L), ist.
Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, in (13) die Schätzung der Interferenz auf dem Chippegel durch eine Schätzung auf dem Symbolpegel zu ersetzen, das heißt:
wobei
5 stellt einen MC-CDMA-Empfänger gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Nach der FFT 520 werden die Frequenzkomponenten gemäß (18) durch jeweiliges Multiplizieren von ihnen mit den Koeffizienten x (k) / l bei 540₀ , ..., 540_L-1 entzerrt, wobei
Nach der Entzerrung werden die Frequenzkomponenten wie gewöhnlich durch eine Multiplikation mit der Konjugierten der Benutzersignatur bei 550₀ , ..., 550_L-1 und eine Addition bei 560 entspreizt, um die Symbolschätzung d ^^(k)(n) auszugeben.
Allgemeiner werden dann, wenn N < L, das heißt dann, wenn die Länge der Signaturen niedriger als die Anzahl von Trägern ist, die Symbole d^(k)(n) über eine Untergruppe S(n) von Trägern eines MC-CDMA-Symbols gespreizt (die Untergruppe hängt von n ab, weil sie sich bei jedem Symbol in Bezug auf 0, ..., L-1 verschiebt), und werden die Gleichungen (18) und (19):
wobei
Wie es bereits angemerkt ist, gilt für bezüglich der Frequenz nicht korrelierte Fading-Kanäle I (k) / s = I (k) / c/L (und allgemeiner I (k) / s = I (k) / c/N. Somit ist in einem solchen Fall die Schätzung gemäß (18) (und allgemeiner gemäß (19)) äquivalent zu der Schätzung gemäß (13). Für bezüglich der Frequenz korrelierte Kanäle gilt jedoch I (k) / s = I (k) / c/L (und allgemeiner I (k) / s = I (k) / c/N) nicht mehr und führt die Schätzung von MAI bei dem Symbolpegel zu besseren Ergebnissen in Bezug auf BER. Dies kommt von der Tatsache, dass eine Korrelation zwischen den Kanaldämpfungskoeffizienten h_l(n) die Vielfachzugriffsinterferenz direkt beeinflusst. Insbesondere ist in dem Artikel mit dem Titel "A spreading sequence allocation procedure for MC-CDMA transmission systems" von D. Mottier und D. Castelain, veröffentlicht in Proc. VTC'00 Fall, Vol. 3, S. 1270–1275 gezeigt worden, dass die Korrelationseigenschaften der Kanaldämpfungskoeffizienten MAI in Abhängigkeit von der Untergruppe von Signaturen der aktiven Benutzer erhöhen oder erniedrigen. Da (18) den wirklichen Interferenzpegel berücksichtigt, wird die Genauigkeit der Schätzung verbessert, und dies ohne ein ungebührliches Belasten der Berechnungsressourcen der mobilen Einrichtung (Gleichungen (18), (20) und (11) zeigen dasselbe Maß an Komplexität). Es ist bemerkenswert, dass die auf (18) oder (20) basierende Erfassung zu dem MUD-Typ gehört, weil die Auswertung der Interferenz auf der Symbolebene auf der Kenntnis der Signaturen und der Leistungspegel der aktiven Benutzer beruht.
Um diese Verbesserung darzustellen, lasst uns zuerst das Beispiel eines MC-CDMA-Systems mit 8 Trägern und 2 aktiven Benutzern betrachten. Zusätzlich lasst uns annehmen, dass der Benutzer von Interesse die Signatur c⁽⁰⁾ = 1/√8(+1, +1, +1, +1, +1, +1, +1, +1) hat und dass der störende Benutzer die Signatur c⁽⁰⁾ = 1/√8(+1, –1, +1, –1, +1, –1, +1, –1). Es soll nun angenommen werden, dass die Kanaldämpfungskoeffizienten so sind, dass (h₀, ..., h₇) = (α, α, β, β, γ, γ, δ, δ) gilt. Die Interferenz auf der Symbolebene ist daher folgende: Γ(0)s = α2l /8.(2α + 2β + 2γ + 2δ)(α – α + β – β + γ – γ + δ – δ) = 0 (22)
Während die auf der Chipebene geschätzte Interferenz I (0) / c = a 2 / l ist. Somit ergibt die Symbolschätzung gemäß (13) in diesem Fall eine Überschätzung bezüglich MAI.
Die Verbesserung der Erfassung gegenüber einer herkömmlichen MMSE-SUD ist durch Simulationsergebnisse mit einem synchronen Übertragungsschema für eine Abwärtsstrecken-Mehrbenutzer-MC-CDMA unter Verwendung einer auf einer 64-FFT-basierenden OFDM-Modulation und Walsh-Hadamard-Signaturen (Spreizcodes) der Länge L = 64 nachgewiesen worden. Die Signalbandbreite wurde zu 20 MHz gewählt, der Kanal hatte eine Kohärenz-Bandbreite von 2,56 MHz und war bezüglich der Leistung normalisiert, und die Übertragung zu den aktiven Benutzern erfolgte bei demselben Leistungspegel.
6 zeigt Simulationsergebnisse in Bezug auf eine Durchschnitts-BER gegenüber der Anzahl von Benutzern (K) für MMSE-SUD (was in der Überschrift MMSE pro Träger oder kurz PC-MMSE genannt ist), GMMSE und das Erfassungsverfahren der vorliegenden Erfindung (das in der Überschrift suboptimale GMMSE oder kurz SG-MMSE genannt ist). Es sollte zuerst beachtet werden, dass die drei Erfassungsverfahren bei einer vollen Belastung konvergieren. Weiterhin führt die suboptimale MMSE-MUD signifikant besser als MMSE-SUD für ein System mit niedrigen Belastungen durch, und nähert sich selbst dem GMMSE-BER-Pegel für Belastungen unter 8 Benutzern an.
Obwohl die Mehrbenutzer-Erfassungsvorrichtung für einen MC-CDMA-Empfänger gemäß der Erfindung im Wesentlichen in Bezug auf funktionelle Module beschrieben worden ist, wie z.B. Filter oder Multiplizierer, muss es nicht gesagt werden, dass das Gesamte oder ein Teil dieser Vorrichtung mittels eines einzigen Prozessors implementiert werden kann, der entweder zum Erfüllen von allen gezeigten Funktionen bestimmt ist, oder in der Form einer Vielzahl von Prozessoren, die jeweils für ein jeweiliges Erfüllen von einer oder einigen der Funktionen bestimmt oder programmiert sind.

Claims

Mehrbenutzer-Erfassungsverfahren von über einen Abwärtsstrecken-Übertragungskanal eines Mehrträger-Codemultiplex-Vielfachzugriff-Telekommunikationssystems übertragenen Symbolen, wobei die Symbole für einen Benutzer des Systems mit einer Signatur über eine Vielzahl von Trägern gespreizt sind, wobei des Verfahren folgendes enthält: – Zerlegen des durch einen Benutzer empfangenen Signals in eine Vielzahl von Frequenzkomponenten, – Entzerren der Frequenzkomponenten durch Multiplizieren jeder der Frequenzkomponenten mit einem Entzerrungskoeffizienten, – Entspreizen der entzerrten Komponenten mit der Signatur, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Entzerrungskoeffizienten umgekehrt proportional zu einem expliziten Interferenzpegelterm ist, der die Interferenz zwischen den Symbolen für den Benutzer und den Symbolen für die anderen Benutzer des Systems darstellt, und dass jeder der Entzerrungskoeffizienten umgekehrt proportional zu dem Pegel an Rauschen ist, das sich auf die Frequenzkomponenten auswirkt.
Mehrbenutzer-Erfassungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entzerrungskoeffizienten proportional zu
sind, wobei a_k der Amplitudenpegel der zu einem Benutzer k über den Übertragungskanal übertragenen Symbole ist, h_l ein komplexer Koeffizient ist, der die Antwort des Übertragungskanals bei einer Trägerfrequenz l darstellt, N der Spreizfaktor des Systems ist, σ² der Rauschpegel ist und I (k) / s der Interferenzpegelterm ist.
Mehrbenutzer-Erfassungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Interferenzpegelterm aus den Amplitudenpegeln, die jeweils zum Übertragen von Symbolen zu den Benutzern verwendet werden, die andere als ein Benutzer k sind, und den Signaturen dieser Benutzer erhalten wird.
Mehrbenutzer-Erfassungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Interferenzpegelterm aus einer Korrelation der Frequenzantwort des Abwärtsstrecken-Übertragungskanals erhalten wird.
Mehrbenutzer-Erfassungsverfahren nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Interferenzpegelterm proportional zu
ist, wobei a_k der zum Übertragen von Symbolen zu einem Benutzer k' ≠ k verwendete Amplitudenpegel ist und wobei w (k,k') / l = c (k) / l c (k') / l das Produkt zwischen den Elementen der Signaturen des Benutzers k und des Benutzers k' auf einem Träger l ist und S(n) die Untergruppe von Trägern ist, über welche ein Symbol gespreizt ist.
Empfänger für einen Benutzer eines Mehrträgers-Codemultiplex-Vielfachzugriff-Telekommunikationssystems, das zum Empfangen von über einen Abwärtsstrecken-Übertragungskanal übertragenen Symbolen geeignet ist, wobei die Symbole für einen Benutzer des Systems mit einer Signatur über eine Vielzahl von Trägern gespreizt sind, wobei der Empfänger eine Einrichtung aufweist, die zum Ausführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 geeignet ist.
Empfänger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Einrichtung zum Zerlegen (520) empfangener Signale in eine Vielzahl von Frequenzkomponenten und zum Entspreizen (550₀ , ..., 550_L-1 , 560) der Komponenten mit der Signatur aufweist.
Empfänger nach Anspruch 7 von dem Typ, der eine Einrichtung zum Entzerren der Frequenzkomponenten aufweist, wobei die Entzerrungseinrichtung vor einem Entspreizen der Komponenten mit der Signatur angewendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Entzerrungseinrichtung (540₀ , ..., 540_L-1 ) aus einem Multiplizieren jeder der Frequenzkomponenten mit einem Koeffizienten (x (k) / l) besteht, der einen Interferenzpegelterm enthält, der die Interferenz zwischen den Symbolen für den Benutzer und den Symbolen für die anderen Benutzer des Systems darstellt.