DE60307282T2

DE60307282T2 - Mehrbenutzerdetektor für variable spreizfaktoren

Info

Publication number: DE60307282T2
Application number: DE60307282T
Authority: DE
Inventors: Younglok Kim; Jung-Lin Selden PAN; Ariela Huntington ZEIRA; Alexander Princeton REZNIK
Original assignee: InterDigital Technology Corp
Current assignee: InterDigital Technology Corp
Priority date: 2002-06-18
Filing date: 2003-06-11
Publication date: 2007-08-09
Anticipated expiration: 2023-06-12
Also published as: US7443828B2; WO2003107688A3; EP1525696A2; WO2003107688A2; CN1663160A; KR20050013580A; JP2005530424A; KR100959325B1; TW200401517A; US6714527B2; TWI318828B; EP1525696B1; EP1525696A4; KR20050096205A; KR100630861B1; AU2003248665A1; US20090046692A1; TWI237455B; AU2003248665A8; TW200505180A

Description

Hintergrund
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein digitale Mehrfachzugriffskommunikationssysteme. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Mehrbenutzerdetektorsystem und ein Verfahren für den gleichzeitigen Empfang von Daten von mehreren Benutzern mit verschiedenen Spreizfaktoren.
Ein Mehrfachzugriffskommunikationssystem ermöglicht mehreren Benutzern, auf das gleiche Kommunikationsmedium zuzugreifen, um Informationen zu senden oder zu empfangen. Das Medium kann zum Beispiel ein Netzwerkkabel in einem lokalen Netzwerk oder LAN, einen Kupferdraht im klassischen Telefonsystem oder eine Luftschnittstelle für die drahtlose Kommunikation aufweisen.
Ein Mehrfachzugriffskommunikationssystem des bisherigen Stands der Technik ist in 1 gezeigt. Auf das Kommunikationsmedium wird als ein Kommunikationskanal Bezug genommen. Kommunikationsverfahren, wie etwa Frequenzmultiplex-Vielfachzugriff oder FDMA, Zeitmultiplex-Vielfachzugriff oder TDMA, Vielfachzugriff mit Leitungsüberwachung oder CSMA, Codemultiplex-Vielfachzugriff oder CDMA und andere, ermöglichen den Zugriff auf das gleiche Kommunikationsmedium für mehr als einen Benutzer. Diese Verfahren können miteinander gemischt werden, wobei hybride Varianten von Vielfachzugriffsmodellen erzeugt werden. Zum Beispiel ist die Zeitmultiplexduplex- oder TDD-Betriebsart des vorgeschlagenen W-CDMA-Standards der dritten Generation eine Kombination aus TDMA und CDMA.
Ein Beispiel für ein CDMA-Kommunikationssystem des bisherigen Stands der Technik ist in 2 gezeigt. CDMA ist ein Kommunikationsverfahren, in dem Daten mit einem verbreiterten Band (Spreizspektrum) gesendet werden, indem die Daten, die gesendet werden sollen, mit einem Pseudorauschsignal moduliert werden. Die Daten, die gesendet werden sollen, haben eine Bandbreite von lediglich einigen tausend Hertz, die über ein Frequenzband verteilt sind, das mehrere Millionen Hertz haben kann. Der Kommunikationskanal wird von K unabhängigen Unterkanälen gleichzeitig verwendet. Für jeden Unterkanal erscheinen alle anderen Unterkanäle als Störung.
Wie gezeigt, wird ein einziger Unterkanal mit einer gegebenen Bandbreite mit einem eindeutigen Spreizcode gemischt, der ein vorbestimmtes Muster wiederholt, welches von einem breitbandigen Pseudorauschfolgengenerator (PN-Folgengenerator) erzeugt wird. Diese eindeutigen Benutzerspreizcodes sind typischerweise pseudo-orthogonal aufeinander, so daß die Kreuzkorrelation zwischen den Spreizcodes nahe null ist. Ein Datensignal wird mit der PN-Folge moduliert, was ein digitales Spreizspektrumsignal erzeugt. Ein Trägersignal wird dann mit dem digitalen Spreizspektrumsignal moduliert und abhängig von dem Übertragungsmedium gesendet. Ein Empfänger demoduliert die Übertragung, wobei er das digitale Spreizspektrumsignal extrahiert. Die gesendeten Daten werden nach der Korrelation mit der passenden PN-Folge reproduziert. Wenn die Spreizcodes orthogonal aufeinander sind, kann das empfangene Signal mit einem zu dem bestimmten Spreizcode gehörenden bestimmten Benutzersignal korreliert werden, so daß nur das zu dem bestimmten Spreizcode gehörende gewünschte Benutzersignal verstärkt wird, während alle anderen Signale von allen anderen Benutzern nicht verstärkt werden.
Jeder Wert des Spreizcodes ist als ein Chip bekannt und hat eine Chiprate, die gleich oder schneller als die Datenrate ist. Das Verhältnis zwischen der Chiprate und der Unterkanaldatenrate ist der Spreizfaktor.
Um den möglichen Wertebereich des Datensignals zu erweitern, wird ein Symbol verwendet, um mehr als zwei Binärwerte darzustellen. Ternäre und quaternäre Symbole nehmen drei bzw. vier Werte an. Das Konzept eines Symbols ermög licht einen höheren Informationsgrad, da der Bitinhalt jedes Symbols eine eindeutige Impulsform vorschreibt. Abhängig von der Anzahl der verwendeten Symbole, ist eine gleiche Anzahl eindeutiger Impuls- oder Wellenformen vorhanden. Die Informationen an der Quelle werden in Symbole umgewandelt, die moduliert und durch den Unterkanal gesendet werden, um am Ziel demoduliert zu werden.
Die Spreizcodes in einem CDMA-System werden derart ausgewählt, daß die Störung zwischen einem gewünschten Unterkanal und allen anderen Unterkanälen minimiert wird. Daher war der Standardansatz zum Demodulieren des gewünschten Unterkanals, alle anderen Unterkanäle ähnlich der Störung, die sich in dem Kommunikationsmedium äußert, als Störung zu behandeln. Für dieses Verfahren konzipierte Empfänger sind Einbenutzer-, abgestimmte Filter- und RAKE-Empfänger.
Da verschiedene Unterkanäle sich gegenseitig etwas stören, ist ein anderer Ansatz, an einem Empfänger alle Unterkanäle zu demodulieren. Der Empfänger kann auf alle sendenden gleichzeitig Benutzer horchen, indem er für jeden von ihnen parallel einen Decodieralgorithmus laufen läßt. Diese Anschauung ist als Mehrbenutzerdetektion bekannt. Die Mehrbenutzerdetektion kann gegenüber Einbenutzerempfängern eine erhebliche Leistungsverbesserung bereitstellen.
Bezug nehmend auf 3 ist ein Blockschaltbild eines CDMA-Empfängers des bisherigen Stands der Technik, der einen Mehrbenutzerdetektor verwendet, gezeigt. Der Empfänger kann derartige Funktionen, wie Funkfrequenz- oder HF-Abwärtsmischung und zugehörige Filterung für Funkfrequenzkanäle, Analog-Digtal-Umwandlung oder optische Signaldemodulation für ein spezifisches Kommunikationsmedium, umfassen. Die Ausgabe des Empfängers ist entweder ein verarbeitetes analoges oder digitales Signal, das die kombinierten gespreizten Signale aller aktiven Unterkanäle enthält. Der Mehrbenutzerdetektor führt die Mehrbenutzerdetektion durch und gibt mehrere Signale aus, die zu jedem aktiven Unterkanal gehören. Alle oder eine kleinere Anzahl der Gesamtzahl von Unterkanälen kann verarbeitet werden.
Optimale Mehrbenutzerdetektoren sind rechenintensive Vorrichtungen, die zahlreiche komplexe mathematische Operationen durchführen und daher schwierig kostengünstig zu implementieren sind. Um die Aufwendungen zu minimieren, wurden als ein Kompromiß, der die Leistungsfähigkeit optimaler Detektoren annähert, weniger gute Mehrbenutzerdetektoren, wie etwa lineare Detektoren, entwickelt, welche weniger Rechenkomplexität benötigen. Lineare Detektoren umfassen Dekorrelatoren, Detektoren mit minimalen mittleren Quadratfehlern (MMSE-Detektoren), und lineare Blockentzerrer mit erzwungenen Nullen oder ZF-BLEs.
Ein Systemblockschaltbild eines linearen Mehrbenutzerdetektors des bisherigen Stands der Technik für synchrone oder asynchrone CDMA-Kommunikation ist in 4 gezeigt. Daten, die von dem kommunikationsmedienspezifischen Empfänger (wie in 3) ausgegeben werden, werden mit einem Unterkanalschätzer verbunden, der die Impulsantwort jedes in einem jeweiligen Unterkanal gesendeten Symbols schätzt. Der lineare Detektor verwendet die Impulsantwortschätzungen zusammen mit einem Spreizcode des Unterkanals, um die Daten jedes Unterkanals zu demodulieren. Die Daten werden an Unterkanaldaten-Verarbeitungsblöcke für jeweilige Benutzer ausgegeben.
Um die parallele Detektion von K Unterkanalbenutzern in einem physikalische System zu bewirken, werden lineare Mehrbenutzerdetektorverfahren als fest programmierte Gate-Arrays, Mikroprozessoren, digitale Signalprozessoren oder DSPs und ähnliches ausgeführt. Fest programmierte Logiksysteme ermöglichen eine höhere Systemgeschwindigkeit, während mikroprozessorgesteuerte Systeme Programmierflexibilität bieten. Jede von beiden Implementierungen, die für die Mehrbenutzerdetektion verantwortlich ist, führt eine Folge von mathematischen Operationen aus. Um die Funktionen zu beschreiben, definieren die folgenden Variablen typischerweise die Struktur und den Betrieb eines linearen Mehrbenutzerdetektors:
K = die Gesamtanzahl von Benutzern/Sendern, die in dem System aktiv sind.
N_c = die Anzahl von Chips in einem Datenblock. Die Anzahl von Chips wird benötigt, da diese Anzahl bei variablen Spreizfaktoren ein allen Benutzern gemeinsames Maß ist.
W = die Länge der Kommunikationskanalimpulsantwort in Chips. Dies ist im allgemeinen ein vordefinierter Systemparameter.
Q^(k) = der Spreizfaktor des Benutzers k. Der Spreizfaktor ist gleich der Anzahl von Chips, die verwendet werden, um ein Symbol der Benutzerdaten zu spreizen. Ein System kennt die Spreizfaktoren im voraus und braucht sie nicht aus den empfangenen Daten schätzen.
N (k) / s = die Anzahl der von dem Benutzer k gesendeten Symbole. N(k)s = Nc/Q(k)
d^(k) = die von dem Benutzer k gesendete Daten(information). Die Daten werden in Form eines Vektors dargestellt, wobei ein Vektor ein Datenfeld ist, das durch eine einzige Indexvariable indiziert ist. Für die Zwecke der Vektor- und Matrix-Operationen, die folgen, werden alle Vektoren als Spaltenvektoren definiert. Das n-te Element von d^(k) ist das n-te Symbol, das von dem k-ten Benutzer gesendet wird.
h^(k) = die von dem Benutzer k wahrgenommene Impulsantwort des Unterkanals als ein Vektor dargestellt. Diese Größe muß an dem Empfänger geschätzt werden. Die Schätzungen des Empfängers für die Unterkanal-Impulsantworten werden als h^(k) bezeichnet. Die Elemente des Vektors h^(k) sind typischerweise komplexe Zahlen, die sowohl Amplituden- als auch Phasenschwankungen modellieren, die von dem Unterkanal eingeführt werden können.
ν^(k) = der Spreizcode des Benutzers k als ein Vektor dargestellt. Für die Zwecke der linearen Mehrbenutzerdetek tion ist es nützlich, Vektoren so zu sehen, daß sie den Abschnitt des Spreizcodes enthalten, der ein bestimmtes Symbol spreizt. Daher wird der Vektor ν^(k,n) als der Spreizcode definiert, der verwendet wird, um das von dem k-ten Benutzer gesendete n-te Symbol zu spreizen. Mathematisch ist er definiert als ν(k,n)i = ν(k)i für (n – 1)Q^(k) + 1 # i # nQ^(k) und 0 für alle anderen i, wobei i der Index von Vektorelementen ist.
r^(k) = ein Vektor, der die Daten des Benutzers k darstellt, die durch die Spreizfolge ν^(k) gespreizt sind und über den Unterkanal h^(k) dieses Benutzers gesendet werden. Der Vektor r^(k) stellt Kanalbeobachtungen dar, die während der Zeitspanne, wenn ein Datenblock ankommt, durchgeführt werden. Das i-te Element des Vektors r^(k) kann definiert werden zu:
Das am Empfänger empfangene Signal umfaßt alle Benutzersignale r^(k) plus Rauschen. Daher können wir den empfangenen Datenvektor r wie folgt definieren:
Der Vektor n in Gleichung 2 stellt durch den Kommunikationskanal eingeführtes Rauschen dar.
5 zeigt ein System und ein Verfahren eines linearen Mehrbenutzerdetektors nach bisherigem Stand der Technik. Die geschätzten Unterkanal-Impulsantwortvektoren h^(k) und die Spreizcodes ν^(k) werden verwendet, um für jeden Benutzer k eine Systemübertragungsantwortmatrix zu erzeugen. Eine Matrix ist ein Block von Zahlen, der durch zwei Indexvariablen indiziert wird und in einem rechteckigen Gitter angeordnet ist, wobei die erste Indexvariable ein Zeilenindex und die zweite Indexvariable ein Spaltenindex ist.
Eine Systemübertragungsantwortmatrix für den Benutzer k wird typischerweise als A^(k) bezeichnet. Das Element der i-ten Zeile, n-ten Spalte wird als A (k) / i,n bezeichnet und ist definiert als:
Jede Spalte der Matrix A^(k) entspricht einer abgestimmten Filterantwort für ein bestimmtes Symbol, das von dem Benutzer k in der betrachteten Zeitspanne gesendet wird. Wieder Bezug nehmend auf 5 werden die empfangenen Daten r mit einer Kombination der Spreizcodes und Unterkanal-Impulsantworten aller Benutzer abgestimmt. Daher enthält A^(k) N (k) / s abgestimmte Filterantworten. Die Spalten von A^(k) haben die Form:
wobei jeder Vektor b (k) / n eine Größe hat von: Q(k) + W – 1 Gleichung 5und in der Matrix A (k) / n von oben versetzt ist um: (n – 1)·Q(k) Gleichung 6
Da die Spreizcodes über die Symbolzeiten nicht periodisch sind, b(k)i ≠ b(k)j für i ≠ j. Die Elemente eines Vektors, die Elemente ungleich null sein können, werden als der Träger des Vektors bezeichnet. Daher ist b (k) / n der Träger von A (k) / n.
Wenn einmal eine Systemübertragungsmatrix für jeden Benutzer erzeugt ist, wird eine mit A bezeichnete Gesamtsystemübertragungsantwortmatrix erzeugt, indem die Systemübertragungsmatrizen aller Benutzer, wie weiter unten gezeigt, verkettet werden. A = [A(1), ..., A(k), ..., A(K)] Gleichung 7
Gemäß Modulationsverfahren des bisherigen Stands der Technik können die Elemente von h^(k) komplexe Zahlen sein. Es folgt dann, daß Elemente von A ungleich null komplexe Zahlen sein können.
Ein Beispiel für eine Gesamtsystemübertragungsantwortmatrix A für einen theoretischen Mehrbenutzerdetektor des bisherigen Stands der Technik, der gemäß den Gleichungen 4, 5, 6 und 7 aufgebaut ist, ist:
für zwei Benutzer (k = 2), A⁽¹⁾ und A⁽²⁾, mit sechzehn Chip in einem Datenblock (N_c = 16), einer Kanalimpulsantwortlänge von vier (W = 4) und einem Spreizfaktor von zwei (Q⁽¹⁾ = 2) für den ersten Benutzer und einem Spreizfaktor von vier (Q⁽²⁾ = 4) für den zweiten Benutzer. In der sich ergebenden Gesamtsystemübertragungsantwortmatrix A bezeichnet b (k) / n,i das i-te Element des kombinierten Systems und die Kanalantwort für das n-te Symbol des k-ten Benutzers.
Die empfangenen Daten r werden unter Verwendung der Gesamtsystemantwortmatrix A verarbeitet, die eine Reihe abgestimmter Filterantworten darstellt, um einen Vektor aus abgestimmten Filterausgaben zu erzeugen, der mit y bezeichnet wird. Die abgestimmte Filteroperation ist definiert als: y = AHr Gleichung 9
Die Matrix A^H stellt die Hermitesche (oder komplex) Transponierte der Matrix A dar. Die Hermitesche Transponierte ist definiert als AHij = Aji , wobei der Strich die Operation bezeichnet, in der die Konjugierte einer komplexen Zahl genommen wird. Die abgestimmten Filterausgaben werden dann mit dem Inversen einer Zielmatrix O multipliziert. Die Zielmatrix O stellt die Verarbeitung dar, die jede Art von linearem Empfängermodell unterscheidet. Sie wird aus der Systemübertragungsantwortmatrix A abgeleitet.
Der Empfänger mit linearem Blockentzerrer mit erzwungenen Nullen (ZF-BLE) ist ein linearer Empfänger mit einer Zielmatrix, die als O = A^HA bestimmt ist. Der Empfänger mit linearem Blockentzerrer mit minimalem mittlerem quadratischem Fehler (MMSE-BLE) ist ein linearer Empfänger mit einer Zielmatrix, die als O = A^HA + σ²I bestimmt ist, wobei σ² die Streuung des auf jedem der Symbole des empfangenen Datenvektors r vorhandenen Rauschens ist und I als eine Einheitsmatrix bekannt ist. Eine Einheitsmatrix ist quadratisch und symmetrisch mit Einsen auf ihrer Hauptdiagonale und Nullen überall sonst. Die Größe der Einheitsmatrix wird so gewählt, daß die Additionsoperation gemäß den Regeln der linearen Algebra gültig wird.
Für einen Dekorrelator (Dekorrelationsempfänger) wird die Matrix A vereinfacht, indem die Kanalantworten h^(k) ignoriert werden und nur die Spreizcodes und ihre Kreuzkor relationseigenschaften (Störungseigenschaften) berücksichtigt werden. Für Dekorrelationsempfänger wird im allgemeinen eine Kreuzkorrelationsmatrix aufgebaut, auf die üblicherweise als R Bezug genommen wird. Diese Matrix kann aufgebaut werden, wobei angenommen wird, daß in der obigen Definition von A W = 1 und h(k)i = 1 (d.h. die Kanalantwort jedes Unterkanals ist ein Impuls). Dann ist die Kreuzkorrelationsmatrix R die Zielmatrix O, wie für den ZF-BLE-Empfänger definiert. Ein Dekorrelator dient häufig als ein Teilverfahren eines komplexeren Mehrbenutzerdetektionsempfängers. Wenn die Zielmatrix einmal erzeugt ist, wird der Mehrbenutzerdetektor die Matrix invertieren, die dann als O^–1 bezeichnet wird.
Die Inverse der Zielmatrix wird dann mit dem Ausgangsvektor y des abgestimmten Filters multipliziert, um Schätzungen des Datenvektors d zu erzeugen, wobei d(geschätzt) = O^–1y. Die Invertierung der Zielmatrix O ist ein komplexes rechenintensives Verfahren. Die Anzahl der Operationen, die erforderlich sind, um dieses Verfahren durchzuführen, nimmt mit der Größe der Matrix O mit der dritten Potenz zu. Für die meisten asynchronen CDMA-Empfänger ist die Größe von O sehr groß, was das Invertierungsverfahren undurchführbar macht.
Um diese Einschränkung zu überwinden und das System physikalisch realisierbar zu machen, wird ein numerisches Verfahren, das auf Cholesky zurückgeht, verwendet. Die Cholesky-Zerlegung kann die Rechenkomplexität der Invertierung der Matrix O erheblich verringern, wenn die Matrix eine Bandmatrix ist.
Eine Bandmatrix ist eine quadratische Matrix, die nur auf einigen Diagonalen weg von der Hauptdiagonale Werte ungleich Null enthält. Auf die Anzahl der Nicht-Null-Diagonalen benachbart zur Hauptdiagonale, die mindestens ein Element ungleich Null haben, wird als Bandbreite Bezug genommen. Somit wird eine symmetrische Matrix M als Bandmatrix mit der Bandbreite p bezeichnet, wenn mij = 0 für alle j > i + p Gleichung 10 wobei m_ij ein Element von M ist, wobei i der Zeilenindex und j der Spaltenindex ist. Für eine mit der Größe n bezeichnete Bandmatrix mit der als p bezeichneten Bandbreite kann die Cholesky-Zerlegung die erforderliche Anzahl numerischer Operationen zum Invertieren der Zielmatrix O von der Änderung mit der dritten Potenz der Größe der Matrix, n³, auf eine Änderung mit der Größe der Matrix mal dem Quadrat der Bandbreite, np², verringern.
Wie weiter oben diskutiert, ist O = A^HA die Zielmatrix für einen ZF-BLE-Empfänger. Um die numerische Komplexität zu veranschaulichen, ist die Zielmatrix O für die in Gleichung 6 gezeigte Systemantwortmatrix A:
wobei Nullen alle Elemente bezeichnen, die durch die mathematische Operation null ergeben, und die x-en Werte ungleich null darstellen. Wenn die Nicht-Null-Elemente der i-ten Zeile und der j-ten Spalte der Gesamtsystemantwortmatrix A nicht den gleichen Vektorindex haben, dann ist das entsprechende Element der Zielmatrix O mit dem Zeilenindex i und dem Spaltenindex j 0. Die Bandbreite von O (Gleichung 11) ist gleich 9, da es bis zu neun Spalten von der Hauptdiagonale entfernt Nicht-Null-Elemente gibt.
Die Zielmatrix O, wie sie in dem in 5 gezeigten Empfänger des bisherigen Stands der Technik aufgebaut ist, hat keine geeigneten Bänder. Daher kann die Cholesky- Zerlegung nicht wirksam verwendet werden, um die Rechenkomplexität zu verringern, wenn die Matrix O invertiert wird. Der bisherige Stand der Technik offenbart jedoch, daß, wenn alle Benutzer mit gleichen Spreizfaktoren senden, vor dem Berechnen einer Zielmatrix O eine Umordnung der Gesamtsystemübertragungsantwortmatrix A durchgeführt werden kann, wobei die Matrix O in eine Bandmatrix umgewandelt wird. Ein Systemblockschaltbild für dieses Verfahren ist in 6 gezeigt.
Das Verfahren, das die Spaltenumordnung der Matrix A berechnet, führt die Umordnung ohne zusätzliche Informationen durch. Die Umordnung verringert die Rechenkomplexität beim Invertieren der Matrix. Wenn das Detektionsverfahren einmal beendet ist, wird ein Benutzerdatenvektor d berechnet, ein umgekehrtes Umordnungsverfahren wird durchgeführt, wobei der Vektor d für die weitere Verarbeitung zurück in seine Originalform entwürfelt wird.
In einem typischen asynchronen CDMA-System ist die Bandbreite einer umgeordneten Zielmatrix mindestens zehnmal geringer als ihre Originalgröße. Daher wird eine Einsparung von mindestens einem Faktor 100 in der Verarbeitungszeit erreicht, wenn bei einer Zielmatrix basierend auf einer umgeordneten Gesamtsystemantwortmatrix die Cholesky-Zerlegung durchgeführt wird. Dennoch hat der bisherige Stand der Technik ein Umordnungsverfahren für den Fall, daß zwischen verschiedenen aktiven Benutzern verschiedene Spreizcodes verwendet werden, nicht behandelt.
Folglich ist es wünschenswert, die Komplexität der Mehrbenutzerdetektion zu verringern.
Zusammenfassung
Mehrere Kommunikationssignale haben verschiedene Spreizcodes. Jede Kommunikation hat einen zugehörigen Code, der Chips aufweist. Für jeden Chip jeder Kommunikation wird ein Vektor dieses Chip, gefaltet (engl. convolved) mit einer Impulsantwort, erzeugt. Für jede Kommunikation werden Trägerblöcke, welche die Chipvektoren aufweisen, erzeugt.
Die Anzahl der Chipvektoren in einem Trägerblock basiert auf dem Spreizfaktor dieser Kommunikation. Eine Systemantwortmatrix wird zusammengesetzt. Die Systemantwortmatrix hat Symbol-Teilmatrizen. Jede Symbol-Teilmatrix weist einen Trägerblock von jeder Kommunikation auf. Daten der Kommunikationen werden unter Verwendung der Symbolantwortmatrix detektiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Vielfachzugriff-Kommunikationssystems des bisherigen Stands der Technik.
2 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild eines CDMA-Kommunikationssystems des bisherigen Stands der Technik.
3 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild eines CDMA-Empfängers mit Mehrbenutzerdetektion des bisherigen Stands der Technik.
4 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Mehrbenutzerdetektors des bisherigen Stands der Technik.
5 ist ein Blockschaltbild eines linearen Mehrbenutzerdetektors des bisherigen Stands der Technik.
6 ist ein Blockschaltbild eines linearen Mehrbenutzerdetektors des bisherigen Stands der Technik, der eine Cholesky-Zerlegung verwendet.
7 ist ein Blockschaltbild eines linearen Mehrbenutzerdetektors der vorliegenden Erfindung.
8 bildet die oberen und unteren Spaltenversätze der Systemübertragungsantwortmatrix A^(k) ab.
9 bildet die Matrixspaltenindex-Wertzuordnung ab.
10A und 10B sind Flußdiagramme eines alternativen Verfahrens, das die vorliegende Erfindung implementiert.
11 bildet die Schritte zum Zusammensetzen einer Spreizfaktorgruppenmatrix A (g) / G ab.
12 bildet die Schritte zum Zusammensetzen einer AN-Matrix gemäß der vorliegenden Erfindung ab.
13 bildet eine alternative Zusammensetzung für eine Systemantwortmatrix A ab.
14 bildet eine Systemantwortmatrix für eine k-te Ressourceneinheit A_k ab.
15 bildet einen ersten Trägerblock für eine k-te Ressourceneinheit B^(1,k) ab.
16 bildet die Schritte zum Zusammensetzen der alternativen Systemantwortmatrix A ab.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform(en)
Die Ausführungsformen werden unter Bezug auf die gezeichneten Figuren beschrieben, wobei gleiche Nummern durchweg gleiche Elemente darstellen.
In 7 ist ein Mehrbenutzerdetektor 17 gezeigt, um nach dem Empfang mehrere Benutzer zu detektieren, die über einen gemeinsamen CDMA-Kanal senden. Der Mehrbenutzerdetektor 17 weist mehrere Prozessoren mit Nebenspeicher auf, die verschiedene Vektor- und Matrixoperationen durchführen. Alternative Ausführungsformen umfassen fest programmierte Gate-Arrays und DSPs, welche die Funktionen der verschiedenen Prozessoren durchführen. Der Detektor 17 weist auch auf: einen ersten Eingang 19 zum Eingeben einzelner k Unterkanalimpulsantwortschätzungen, die als Vektoren h^(k) modelliert sind, um die Intersymbolinterferenz oder ISI, die von den eigenen Symbolen eines Unterkanals verursacht wird, und die Mehrfachzugriffsinterferenz oder MAI, die von Symbolen der Unterkanäle anderer Benutzer verursacht wird, für alle empfangenen Datensignale zu korrigieren, einen zweiten Eingang 21 zum Eingeben von Daten von allen Benutzern k, die in einem diskreten Zeitblock in der Form eines Eingangsvektors r, der die kombinierten Daten des Unterkanals jedes Benutzers enthält, gesendet werden, und einen Ausgang 23 zum Ausgeben von Benutzerdaten d^(k) für jeden Benutzer k aus den empfangenen Kanaldaten r in der Form eines Ausgangsvektors. Die Gesamtanzahl von Benutzern K und der Spreizfaktor Q_(k) 41 für jeden Benutzer (k = 1, 2, 3 ... K) sind von vornherein bekannt.
Um die Benutzerdaten d^(k) für einen bestimmten Benutzer aus den kombinierten Benutzerdaten r zu erhalten, müssen die Benutzerdaten unter Verwendung eines abgestimmten Filters 25 oder etwas ähnlichem gefiltert werden. Jemand mit Kenntnissen auf diesem Gebiet erkennt, daß ein abgestimmtes Filter 25 eine Antwortcharakteristik erfordert, welche die komplex Konjugierte der Kombination der gespreizten Impulsform und der Impulsantwort des Unterkanals des Benutzers ist, um eine Ausgabe mit einem Pegel zu erzeugen, die das Signal vor der Übertragung darstellt. In das Filter 25 eingegebene Signale, die nicht einer vorgegebenen Antwortcharakteristik entsprechen, erzeugen eine niedrigere Ausgabe.
Jede einzelne k Unterkanalimpulsantwortschätzung h^(k) wird in einen ersten Speicher 27 eingegeben, wo sie mit dem Spreizcode 29 des gleichen Benutzers kombiniert wird (Gleichung 3), wodurch eine Systemübertragungsantwortschätzmatrix A^(k) für diesen Benutzer erzeugt wird. Ein Anordnungsprozessor 33 des Mehrbenutzerdetektors 17 führt eine Umordnung aller Spalten der Matrix A (k) / n durch. Das Anordnungsverfahren erfordert, daß jede Unterkanalsystemübertragungsantwortmatrix A^(k) die durch Gleichung 4 definierte Spaltenstruktur 8 hat, die für lineare Empfänger typisch ist. Wenn die Systemübertragungsantwortmatrizen A^(k) nicht die durch Gleichung 4 definierte Form haben, ordnet der Anordnungsprozessor 33 zuerst die Spalten in die durch die Gleichung 4 definierte Form um. Der Mehrbenutzerdetektor 17 erfordert nicht, daß alle Systemübertragungsantwortmatrizen A^(k) in eine Gesamtsystemübertragungsantwortmatrix A, wie durch Gleichung 7 definiert, verkettet werden.
Der Anordnungsprozessor 33 untersucht jede Spalte der Systemübertragungsantwortmatrix A⁽¹⁾, A⁽²⁾, A⁽³⁾, ... A^(k) nach der Anzahl von Nullwertelementen ab dem Träger jedes Vektors b (k) / n (Gleichung 4), wobei die oberen o (k) / Tn und unteren Versätze o (k) / Bn, wie in 8 (für eine Matrix) gezeigt, definiert werden. Wie bereits beschrieben, hat jede Systemübertragungsantwortmatrix A^(k) die gleiche Anzahl von Zeilen; nur die Anzahl der Spalten ändert sich. Wie in 9 gezeigt, weist der Anordnungsprozessor 33 für jede Spalte jeder Systemübertragungsantwortmatrix A^(k) basierend auf ihren jeweiligen oberen o (k) / Tn und unteren Versätzen o (k) / Bn einen Indexwert n_i zu. Die Spaltenwerte werden in der Reihenfolge zunehmender Größe von Spalten mit minimalem oberen Versatz mit maximalem unteren Versatz zu Spalten mit maximalem oberen Versatz mit minimalem unteren Versatz zugewiesen.
Wenn man auf zwei Spalten stößt, von denen eine einen größeren oberen Versatz und einen größeren unteren Versatz als die andere hat, und wenn die Differenz zwischen den oberen Versätzen größer als die Differenz zwischen den unteren Versätzen ist, wird der Spalte mit dem niedrigeren oberen Versatz der kleinere Index n_i zugewiesen. Wenn die Differenz zwischen den unteren Versätzen größer als die Differenz zwischen den oberen Versätzen ist, wird der Spalte mit dem größeren unteren Versatz der kleinere Index n_i zugewiesen. Wenn die Differenzen zwischen den oberen und unteren Versätzen gleich sind, kann einer der beiden Spalten der kleinere Index n_i zugewiesen werden.
Der Anordnungsprozessor 33 setzt eine Gesamtsystemübertragungsantwortmatrix AN in der Reihenfolge der zugewiesenen Spaltenindizes n_i zusammen. Die Spaltenindizes werden für die Verwendung während des Entwürfelungsverfahrens 45 in dem Speicher 33 gehalten. Als ein Beispiel erzeugt das Umordnungsverfahren der vorliegenden Erfindung 17 unter Verwendung der in Gleichung 8 beschriebenen und gezeigten Gesamtsystemantwortmatrizen A⁽¹⁾ und A⁽²⁾ die weiter unten gezeigte Gesamtsystemübertragungsantwortmatrix A.
Das Anordnungsverfahren indizierte die acht Spalten (1–8) der Systemübertragungsantwortmatrix A⁽¹⁾ und die vier Spalten (9–12) der Systemübertragungsantwortmatrix A⁽²⁾ in einer Reihenfolge 1, 9, 2, 3, 10, 4, 5, 11, 6, 7, 12, 8, um eine Gesamtsystemübertragungsantwortmatrix A mit geeignten Bändern zu erzeugen (Gleichung 12).
Die weiter oben beschriebene Ausführungsform des Anordnungsverfahrens bedingt eine Untersuchung jeder Systemübertragungsantwortmatrix A⁽¹⁾, A⁽²⁾, A⁽³⁾, ... A^(k), wobei jede Spalte mit jeder anderen Spalte bezüglich der oberen o (k) / Tn und unteren Versätze o (k) / Bn verglichen wird. In Anbetracht der besonderen Struktur jeder Systemübertragungsantwortmatrix A^(k), nämlich, daß die Spalten jeder Matrix von links nach rechts fortschreitend in der Reihenfolge zunehmender oberer Versätze und abnehmender unterer Versätze angeordnet sind (Referenzgleichung 8, Matrizen A⁽¹⁾ und A⁽²⁾), kann ein alternatives Verfahren 199 durchgeführt werden, ohne daß jede Systemübertragungsantwortmatrix A^(k) direkt untersucht werden muß.
Das alternative Verfahren 199 ist in 10A und 10B gezeigt. Alle Systemübertragungsantwortmatrizen A^(k), die Benutzern mit gleichen Spreizfaktoren entsprechen (Schritt 201) werden gemeinsam gruppiert (Schritt 203). Für jede Spreizfaktorgruppe g werden in dem Prozessor 33 Speicher zugewiesen, die fähig sind, alle die Spalten von allen Systemübertragungsantwortmatrizen A⁽¹⁾, A⁽²⁾, A⁽³⁾, ... A^(k) zu speichern. Die Spreizfaktorgruppen g werden in der Reihenfolge zunehmender Spreizfaktoren angeordnet.
Ein beispielhaftes System, das die Leistungsfähigkeit des alternativen Verfahrens 199 veranschaulicht, enthält sieben Benutzer, denen wie folgt vier verschiedene Spreizfaktoren Q^(k) zugewiesen sind:
Benutzer 1 (Q⁽¹⁾) = 8 Benutzer 2 (Q⁽²⁾) = 8,
Benutzer 3 (Q⁽³⁾) = 8, Benutzer 4 (Q⁽⁴⁾) = 32,
Benutzer 5 (Q⁽⁵⁾) = 16 Benutzer 6 (Q⁽⁶⁾) = 16,
Benutzer 7 (Q⁽⁷⁾) = 4.
Unter Verwendung des Systems und Verfahrens 199 des alternativen Verfahrens werden die Systemübertragungsantwortmatrizen A^(k) in Spreizfaktorgruppen getrennt:

Gruppe 1 (Spreizfaktor 4) A⁽⁷⁾

Gruppe 2 (Spreizfaktor 8) A⁽¹⁾, A⁽²⁾, A⁽³⁾

Gruppe 3 (Spreizfaktor 16) A⁽⁵⁾, A⁽⁶⁾

Gruppe 4 (Spreizfaktor 32) A⁽⁴⁾.
Eine jeweilige Spreizfaktorgruppe g weist mindestens eine Systemübertragungsantwortmatrix A^(k) auf, wobei jede Matrix A^(k) willkürlich von 1 bis L^(g) indiziert wird. Jede Spreizfaktorgruppe g wird nach zunehmender Spreizfaktorgröße indiziert.
Innerhalb jeder Spreizfaktorgruppe werden die Spalten der zugehörigen Systemübertragungsantwortmatrizen A^(k) in gemeinsame Spreizfaktorgruppenübertragungsantwortmatrizen A_G ^(g) zusammengesetzt, wobei g = 1, 2, 3, ... G (Schritt 205). Wie in 11 gezeigt, kopiert das Verfahren 199 die erste Spalte der Systemübertragungsantwortmatrix mit dem Index eins in die erste leere Spalte von A_G ^(g); die erste Spalte der Systemübertragungsantwortmatrix mit dem Index zwei in die zweite leere Spalte von A_G ^(g); wobei es durch die restlichen Systemübertragungsantwortmatrizen in einer jeweiligen Spreizfaktorgruppe g fortfährt, bis alle ersten Spalten kopiert sind. Das Verfahren 199 macht mit dem Kopieren der zweiten Spalten, der dritten Spalten, etc. für jede Matrix A^(k) in der jeweiligen Spreizfaktorgruppe A_G ^(g) weiter.
Alle Matrizen in einer Spreizfaktorgruppe g haben aufgrund des gleichen Spreizfaktors die gleiche Anzahl von Spalten. Daher haben die zusammengesetzten Spreizfaktorgruppenübertragungsantwortmatrizen A_G ^(g) L^(g) mal die Anzahl von Spalten in einer zugehörigen Systemübertragungsantwortmatrix A^(k).
Um eine Gesamtsystemübertragungsantwortmatrix AN zusammenzusetzen, die variablen Spreizfaktoren Rechnung trägt, wird nacheinander die Spreizfaktorgruppenübertragungsantwortmatrix A_G ^(g) mit dem kleinsten Spreizfaktor beginnend mit der ersten Spalte, d.h. der Spalte eins von A_G ^(g) bis zu der ersten zugewiesenen Spalte von AN in den Speicher kopiert (Schritt 207). Die Spreizfaktorgruppenübertragungsantwortmatrix A_G ^(g) mit dem kleinsten Spreizfaktor hat die maximale Anzahl von Spalten. Alle anderen Spreizfaktorgruppenübertragungsantwortmatrizenspalten werden in diese Grundmatrix AN eingefügt.
Wenn die Systemspreizfaktoren geradzahlige Vielfache voneinander sind (Schritt 209), setzt der Prozessor 33 die Gesamtsystemübertragungsantwortmatrix AN zusammen (Schritt 211), indem er die restlichen Spreizfaktorgruppenübertra gungsantwortmatrizen A_G ^(g) in beliebiger Reihenfolge berücksichtigt (Schritt 209). Für jede Spreizfaktorgruppenübertragungsmatrix A_G ^(g) leitet der Prozessor 33 einen Spaltenanordnungsreferenzindex m ab,
wobei Q^(g) den Spreizfaktor bezeichnet, der zu der betrachteten Spreizfaktorgruppenübertragungsantwortmatrix A_G ^(g) gehört, Q⁽¹⁾ den niedrigsten Spreizfaktor unter allen Gruppen bezeichnet und n die Spalte der betrachteten Spreizfaktorgruppenübertragungsantwortmatrix A_G ^(g) ist, wobei n = 1, 2, 3, ... N (Schritt 211).
Um den Spaltenanordnungsindex m zu verwenden, wird unter Verwendung der Gesamtzahl der Systemübertragungsantwortmatrizen L⁽¹⁾, welche die Spreizfaktorgruppenmatrix mit dem kleinsten Spreizfaktor bilden, ein Referenzanordnung in AN abgeleitet (Schritt 215). m H L(1) Gleichung 14
Der Prozessor 33 leitet unter Verwendung der Anzahl der Systemübertragungsantwortmatrizen, welche zu der gerade betrachteten Spreizfaktorgruppe gehören, einen Spaltensatz aus der betrachteten Spreizfaktorgruppenübertragungsantwortmatrix A_G ^(g) ab (Schritt 217), L(g) H (n – 1) + 1 bis L(g) H n Gleichung 15
Der Prozessor 33 kopiert den durch Gleichung 15 definierten Spaltensatz von A_G ^(g) und fügt ihn (Schritt 219) nach der Spalte von A_G ⁽¹⁾, welche die durch Gleichung 14 definierte Referenzanordnung, wie in 12 gezeigt hat, in die Grundmatrix AN ein. Die restlichen Spalten der betrachteten Spreizfaktorgruppenmatrix werden ebenso kopiert und in die Grundmatrix AN eingefügt (Schritt 221). Nachdem alle Spalten aus einer Spreizfaktorgruppenmatrix angeordnet sind, wählt der Prozessor 33 die nächste Spreizfaktorgruppenmatrix A_G ^(g) (Schritt 223) und führt das obige Verfahren aus. Die Gleichungen 13, 14 und 15 ermöglichen, daß die i-ten Spalten aus den restlichen Spreizfaktorgruppenübertragungsmatrizen A_G ^(g) nach einer m-ten Spalte, die einen ähnlichen Träger hat, in AN angeordnet werden (Schritt 225).
Wenn die Systemspreizfaktoren keine geradzahligen Vielfachen voneinander sind, ergibt der Ausdruck auf der rechten Seite von Gleichung 13 keine ganze Zahl. In diesem Fall rundet der Prozessor 33 das Ergebnis von Gleichung 13 auf die nächste ganze Zahl über oder die nächste ganze Zahl unter dem Wert (Schritt 213). Die Rundungsrichtung hat eine vernachlässigbare Auswirkung auf die Gesamtsystemleistung. Die Reihenfolge, in welcher der Rest der Gruppensystemübertragungsmatrizen A_G ^(g) betrachtet wird, kann eine Auswirkung auf die Systemleistung haben. Die Kenntnis der Spreizfaktoren von vornherein kann verwendet werden, um im voraus eine optimale Reihenfolge zu wählen.
Unter Verwendung der weiter oben beschriebenen Anordnungsverfahren und für den Fall, daß die Spreizfaktoren geradzahlige Vielfache voneinander sind, kann eine Matrixbandbreite B erreicht werden, von der sich zeigen läßt, daß sie wie folgt begrenzt ist:
Die Gleichung 16 sagt vorher, daß die Bandbreite der Gesamtsystemübertragungsantwortmatrix von Gleichung 11 zwischen 3 und 6 ist. Eine Untersuchung der Gleichung 12 macht deutlich, daß die Bandbreite nach jedem Anordnungsverfahren 199 ist 4.
Die Verbesserung wird ferner zu schätzen gewußt, wenn die Anzahl gesendeter Symbole zunimmt. Wenn ein System 16000 Chips (800 Symbole für einen ersten Benutzer und 400 Symbole für einen zweiten Benutzer) übertragen würde, wäre die Bandbreite der Matrix A^HA ungefähr 800. Unter Verwendung des Anordnungsverfahrens zum Erzeugen einer Gesamtsystemant wortmatrix A bleibt die Bandbreite von AN^HAN vier, da die Bandbreite (Gleichung 16) unabhängig von der Anzahl der übertragenen Symbole ist. Nachdem alle Elemente der Zielmatrix O abgeleitet sind, wird die Inverse 41 ausgeführt. Da die Komplexität der Invertierung einer Matrix proportional zum Quadrat ihrer Bandbreite ist, stellt die vorliegende Erfindung 17 eine Verringerung der Rechenkomplexität um einen Faktor von ungefähr (800/4)² = 200² = 40000 zur Verfügung.
Die Gesamtsystemübertragungsantwortmatrix AN liefert die Antwortcharakteristik an das abgestimmte Filter 25. Jede Spalte der Systemantwortmatrix AN ist ein Vektor, der die Antwortcharakteristik eines bestimmten Symbols darstellt. Der empfangene Datenvektor r wird in das abgestimmte Filter 25 eingegeben, wo er mit jeder Antwortcharakteristik von der Gesamtsystemübertragungsantwortmatrix AN abgestimmt wird, um einen abgestimmten Filterausgangsvektor y zu erzeugen. Jedes Element des Ausgangsvektors y entspricht einer vorläufigen Schätzung eines von einem gegebenen Benutzer gesendeten bestimmten Symbols. Der Ausgangsvektor y von dem abgestimmten Filter 25 wird in einen Multiplizierer 43 mit der invertierten Zielmatrix O geladen. Sowohl der Ausgangsvektor y des abgestimmten Filters 25 als auch die invertierte Zielmatrix O werden multipliziert, was einen Benutzerdatenvektor d ergibt. Der Benutzerdatenvektor d enthält alle Daten, die von allen Benutzern während des diskreten Zeitblocks gesendet werden. Da die Zielmatrix O und die Ausgabe des abgestimmten Filters 25 auf der Gesamtsystemantwortmatrix AN basieren, muß der Benutzerdatenvektor d entwürfelt werden. Das Entwürfelungsverfahren ist die Umkehrung der Anordnungsverfahren 199.
Ein Entwürfler 45 ordnet jedes Element des Benutzerdatenvektors d basierend auf den während eines der Umordnungsverfahren 199 durchlaufenen Spaltenumordnungen um. Die Elemente des Datenvektors d sind in der gleichen Reihenfolge, die durch die Gesamtübertragungsantwortmatrix A vorgeschrieben ist, 1, 9, 2, 3, 10, 4, 5, 11, 6, 7, 12, 8, vertikal transponiert. Der Entwürfler 45 weist einen Speicher raum mit der gleichen Größe zu und ordnet jedes Vektorelement in aufeinanderfolgender Reihenfolge 1–12 an. Nachdem der Benutzerdatenvektor d entwürfelt ist, werden die Benutzerdaten für die weitere Verarbeitung ausgegeben 23.
Ein alternativer Ansatz, um die Bandbreite einer Systemübertragungsantwortmatrix A zu verringern, ist in den 13, 14 und 15 dargestellt und wird mit dem Flußdiagramm von 16 beschrieben. 13 stellt die Symbolantwortmatrix A dar. Die Matrix A wird derart angeordnet, daß es S Symbol-Teilmatrizen gibt. S ist die minimale Anzahl von Symbolen, die ein Datenfeld einer Ressourceneinheit in dem System haben kann; S = N_c/Q_MAX. N_c ist die Anzahl von Chips in dem Datenfeld. Q_MAX ist der maximale Spreizfaktor des Systems, wie etwa ein Spreizfaktor von 16. Zur Veranschaulichung ist N_c für einen Zeitmultiplexduplexbursttyp 2, N_c ist 1104 und eine typische maximale Verzögerungsspreizung ist Q_MAX 16. Als ein Ergebnis enthält die Matrix A (N_c/Q_MAX) Teilmatrizen.
Jede Teilmatrix hat einen Trägerblock B^(s,k) für jede der K empfangenen Ressourceneinheiten. Das s stellt die Nummer der Symbol-Teilmatrix von 1 bis S dar, und k stellt die Nummer der Ressourceneinheit von 1 bis K dar.
Für jede Ressourceneinheit kann eine Systemantwortmatrix aufgebaut werden. 14 stellt eine Systemantwortmatrix A_k für eine k-te Ressourceneinheit dar. Die Matrix hat eine Spalte pro Datensymbol der Ressourceneinheit, N_c/Q_k Spalten. Q_k ist der Spreizfaktor der k-ten Ressourceneinheit. Jede Spalte hat einen Spaltenblock b^(k,1) für eine i-te Spalte. Jeder Block hat eine Spaltenlänge gleich der Symbolimpulsantwortlänge L_r dieser Ressourceneinheit plus eins, L_r + 1. Für einen ersten (am weitesten links) Block B^(k,1) der Matrix, ist der oberste Teil dieses Blocks im obersten Teil der Matrix. Jeder nachfolgende Block ist ein Symbol Q_k tiefer in der Matrix. Zur Veranschaulichung ist der Spalten block der zweiten Spalte b^(k,2) Q_k Chips tiefer in der Matrix als b^(k,1).
Jeder Spaltenblock b^(k,i) entspricht einem i-ten Symbol der k-ten Ressourceneinheit. Durch eine Chip-für-Chip-Multiplikation des i-ten Segments des Verwürfelungscode und des Codes der k-ten Ressourceneinheit, gefaltet mit der Kanalimpulsantwort dieses Segments, wird gemäß Gleichung 17 abgeleitet, Schritt 300: b(k,i) = (c(k,i)·cVerwü rfel (k,i))θ h(k) Gleichung 17c^(k,i) ist das i-te Segment des k-ten Code. c_Verwürfel ^(k,i) ist das i-te Segment des Verwürfelungscode. h^(k) ist die Kanalantwort für die k-te Ressourceneinheit. Als ein Ergebnis ist die Länge jedes Spaltenblocks für eine k-te Ressourceneinheit Q_k + L_r – 1.
Die Spaltenblöcke der Ressourceneinheit-Systemantwortmatrizen A₁ bis A_k werden verwendet, um Trägerblöcke für die Symbol-Teilmatrizen von 13 zu erzeugen. 15 stellt einen Trägerblock B^(k,1) für eine k-te Ressourceneinheit in dem ersten Symbolblock dar. Der Trägerblock B^(k,1) hat Q_MAX/Q_k Spalten. Zur Veranschaulichung hat der Trägerblock B^(k,1) 16 Spalten, wenn der maximale Spreizfaktor des Systems 16 (Q_MAX = 16) ist und der Spreizfaktor für diese Ressourceneinheit ist 1 (Q_k = 1). Wenn der Spreizfaktor der Ressourceneinheit im Gegensatz dazu 16 ist, hat der Trägerblock B^(k,1) eine Spalte.
Für den aus einer k-ten Ressourceneinheit abgeleiteten ersten Trägerblock werden die ersten Q_MAX/Q_k Spaltenblöcke der Systemantwortmatrix A_k dieser Ressourceneinheit genommen. Die erste Spalte des Trägerblocks hat die erste Blockspalte der Systemantwortmatrix K. Der oberste Teil der ersten Blockspalte in dem Trägerblock ist im obersten Teil des Trägerblocks. Jeder nachfolgende Spaltenblock ist Q_k Chips tiefer in der Trägerspalte. Die sich ergebende Gesamt höhe des Trägerblocks ist, ungeachtet des Spreizfaktors Q_k, Q_MAX + L_r – 1, Schritt 302.
13 zeigt die Trägerblöcke in den Symbol-Teilmatrizen B^(s,k). Jede Symbol-Teilmatrix B^(s,k) hat einen s-ten Trägerblock für jede Ressourceneinheit, Schritt 304. Alternativ können die Spaltenblöcke b^(k,i) aus der Matrix A_k genommen werden und direkt in die Symbol-Teilmatrizen B^(s,k) eingefügt werden. Jede Blockspalte b^(k,i) des Trägerblocks wird aus einer Blockspalte der Matrix A_k dieser Ressourceneinheit genommen. Die für einen Symbol-Teilblock s aus der Matrix genommenen Spalten sind b^(k,x+1) bis b^{(k,x+QMAX/Qk)}. x ist gemäß Gleichung 18: x = (s – 1)·QMAX/Qk Gleichung 18
Für eine bestimmte Ressourceneinheit k enthält jeder Symbol-Teilblock Q_MAX/Q_k der Spaltenblöcke dieser Ressourceneinheit. Der erste Spaltenblock in dem Trägerblock hat seinen obersten Teil im obersten Teil des Trägerblocks. Jede nachfolgende Spalte ist Q_MAX/Q_k Chips tiefer in dem Trägerblock.
Wie in 13 gezeigt, hat jeder Symbol-Teilblock einen Trägerblock B^(s,k) für jede Ressourceneinheit. Obwohl die Ressourceneinheiten in jeder beliebigen Reihenfolge angeordnet werden können und immer noch eine verringerte Bandbreite erreichen, kann die Bandbreite weiter verringert werden, indem die mit den kleinsten Spreizfaktoren gesendeten Ressourceneinheiten am Äußeren jedes Teilmatrixblocks angeordnet werden. Zur Veranschaulichung hat ein erster Spaltenblock einen Spreizfaktor von 1 (Q₁ = 1). Folglich ist die Länge des ersten Spaltenblocks des ersten Träges der ersten Symbol-Teilmatrix L_r. Wenn der Spreizfaktor 16 ist (Q₁ = 16), ist die Länge des ersten Spaltenblocks 15 + L_r. Diese zusätzlichen 15 Chips erhöhen die Gesamtbandbreite. Das gleiche gilt für die letzte Spalte des letzten Trägers der letzten Teilmatrix. Jedoch kann die mögliche Verringerung der Bandbreite in manchen Implementierungen die zusätzliche Komplexität für das Umordnen der Ressourceneinheiten nicht ausgleichen.
Eine s-te Symbol-Teilmatrix hat die s Trägerblöcke für jede Ressourceneinheit, Schritt 304. Da jeder Träger die gleiche Höhe hat, hat jede Teilmatrix die gleiche Höhe Q_MAX + L_r – 1 Chips. Die Breite jeder Teilmatrix ist M gemäß Gleichung 19:
Die erste Symbol-Teilmatrix ist der linken oberen Ecke der Systemantwortmatrix A. Jede nachfolgende Matrix ist entlang der Seite der vorhergehenden Matrix und Q_MAX Chips weiter unten, Schritt 306. Die Gesamthöhe der Matrix A ist N_s·Q_MAX + L_r – 1, und die Gesamtbreite ist M·N_s. Wie in 13 gezeigt, verringert dieser Aufbau der Matrix A die Bandbreite beträchtlich. Außerdem ist die Komplexität bei der Ableitung dieser Matrix A mit verringerter Bandbreite klein.
In einer praktischen Kommunikationsstation kann die Matrix A aufgrund von Überabtasten und Sende- oder Empfangs-Diversity mehrere Teilmatrizen aufweisen. Der Empfänger entweder an dem Benutzergerät oder an der Basisstation kann den empfangenen Vektor r bei einem Vielfachen der Chiprate, wie etwa bei der zwei- oder vierfachen Chiprate, abtasten. Außerdem kann Sende- oder Empfangs-Diversity verwendet werden. Für ein System, das Überabtastung und Sende-/Empfangs-Diversity verwendet, kann die Matrix A gesehen werden als eine Matrix mit einer Teilmatrix für jede Kombination von Abtastungen aus der Überabtastung und von der Diversity. Zur Veranschaulichung kann ein Empfänger bei der zweifachen Chiprate abtasten, wobei geradzahlige und ungeradzahlige Abtastungen erzeugt werden. Der Empfänger kann das Signal auch über zwei räumlich verschiedene Antennen, die Antenne 1 und die Antenne 2 empfangen. Als ein Ergebnis ergeben sich vier Kombinationen: ein geradzahliger Satz über die Antenne 1, ein ungeradzahliger Satz über die Antenne 1, ein geradzahliger Satz über die Antenne 2 und ein ungeradzahliger Satz über die Antenne 2. In einem derartigen Fall kann das Signal gemäß Gleichung 20 modelliert werden:
A_1,o entspricht der Antenne 1 und den geradzahligen Abtastungen. A_1,e entspricht der Antenne 1 und den ungeradzahligen Abtastungen. A_2,o entspricht der Antenne 2 und den ungeradzahligen Abtastungen. A_2,e entspricht der Antenne 2 und den geradzahligen Abtastungen.
Im allgemeinen Fall, in dem ein m-faches der Chipratenabtastung und n Antennen verwendet werden, kann A gemäß Gleichung 21 modelliert werden.
Um die Bandbreite der Matrix A zu verringern, wird die Bandbreite jeder der Teilmatrizen durch eines der Bandbreitenverringerungsverfahren verringert. Wenn die Matrix A in einem Datendetektionsmodell verwendet wird, verringert die verringerte Bandbreite jeder Teilmatrix die Bandbreite der Matrix A.
Während die vorliegende Erfindung im Hinblick auf die bevorzugte Ausführungsform beschrieben wurde, werden für Fachleute auf dem Gebiet andere Änderungen, die innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung liegen, wie in den Patentansprüchen weiter unten kurz dargestellt, offensichtlich.

Claims

Verfahren zum Empfangen mehrerer Kommunikationssignale mit verschiedenen Spreizfaktoren, wobei jede Kommunikation einen zugehörigen Code hat, der Chips aufweist, wobei das Verfahren aufweist: für jeden Chip jeder Kommunikation Erzeugen eines Vektors dieses Chips, gefaltet mit einer Impulsantwort; für jede Kommunikation Erzeugen von Trägerblöcken, welche die Chipvektoren aufweisen, wobei eine Anzahl von Chipvektoren in einem Trägerblock auf dem Spreizfaktor dieser Kommunikation basiert; Zusammensetzen einer Systemantwortmatrix mit Symbol-Teilmatrizen, wobei jede Symbol-Teilmatrix einen Trägerblock von jeder Kommunikation aufweist; und Detektieren von Daten der Kommunikationen unter Verwendung der Systemantwortmatrix.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Anzahl der Chipvektoren in dem Trägerblock der Spreizfaktor dieser Kommunikation, unterteilt in einen maximalen Spreizfaktor des Systems ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Chipvektoren Spaltenvektoren sind.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei eine Höhe der Chips jedes Trägerblocks eine Anzahl eines maximalen Spreizfaktors plus eine Länge der Impulsantwort minus eins ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Datendetektion ein Nullen erzwingendes Modell verwendet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Datendetektion eine Lösung mit minimalen mittleren Quadratfehlern verwendet.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei jede Symbol-Teilmatrix in der Systemantwortmatrix eine Anzahl von Chips eines maximalen Spreizfaktors tiefer als eine andere der Symbol-Teilmatrizen ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der maximale Spreizfaktor sechzehn ist.
Benutzergerät zum Empfangen mehrerer Kommunikationssignale mit verschiedenen Spreizfaktoren, wobei jede Kommunikation einen zugehörigen Code hat, der Chips aufweist, wobei das Benutzergerät aufweist: eine Einrichtung, um für jeden Chip jeder Kommunikation einen Vektor dieses Chips, gefaltet mit einer Impulsantwort, zu erzeugen; eine Einrichtung, um für jede Kommunikation Trägerblöcke zu erzeugen, welche die Chipvektoren aufweisen, wobei eine Anzahl von Chipvektoren in einem Trägerblock auf dem Spreizfaktor dieser Kommunikation basiert; eine Einrichtung zum Zusammensetzen einer Systemantwortmatrix mit Symbol-Teilmatrizen, wobei jede Symbol-Teilmatrix einen Trägerblock von jeder Kommunikation aufweist; und eine Einrichtung zum Detektieren von Daten der Kommunikationen unter Verwendung der Systemantwortmatrix.
Benutzergerät nach Anspruch 9, wobei die Anzahl der Chipvektoren in dem Trägerblock der Spreizfaktor dieser Kommunikation, unterteilt in einen maximalen Spreizfaktor des Systems ist.
Benutzergerät nach Anspruch 9, wobei die Chipvektoren Spaltenvektoren sind.
Benutzergerät nach Anspruch 11, wobei eine Höhe der Chips jedes Trägerblocks eine Anzahl eines maximalen Spreizfaktors plus eine Länge der Impulsantwort minus eins ist.
Benutzergerät nach Anspruch 9, wobei die Datendetektionseinrichtung ein Nullen erzwingendes Modell verwendet.
Benutzergerät nach Anspruch 9, wobei die Datendetektionseinrichtung eine Lösung mit minimalen mittleren Quadratfehlern verwendet.
Benutzergerät nach Anspruch 11, wobei jede Symbol-Teilmatrix in der Systemantwortmatrix eine Anzahl von Chips eines maximalen Spreizfaktors tiefer als eine andere der Symbol-Teilmatrizen ist.
Benutzergerät nach Anspruch 10, wobei der maximale Spreizfaktor sechzehn ist.
Benutzergerät nach Anspruch 9, wobei die Einrichtung zum Erzeugen eines Vektors einen Systemantwort-Aufbaublock aufweist.
Benutzergerät nach Anspruch 9, wobei die Einrichtung zum Erzeugen von Trägerblöcken und die Einrichtung zum Zusammenstellen einer Systemantwortmatrix einen Umordnungsprozessor aufweisen.
Benutzergerät nach Anspruch 9, wobei die Einrichtung zum Detektieren von Daten einen Mehrbenutzerdetektor aufweist.
Basisstation zum Empfangen mehrerer Kommunikationssignale mit verschiedenen Spreizfaktoren, wobei jede Kommunikation einen zugehörigen Code hat, der Chips aufweist, wobei die Basisstation aufweist: eine Einrichtung, um für jeden Chip jeder Kommunikation einen Vektor dieses Chips, gefaltet mit einer Impulsantwort, zu erzeugen; eine Einrichtung, um für jede Kommunikation Trägerblöcke zu erzeugen, welche die Chipvektoren aufweisen, wobei eine Anzahl von Chipvektoren in einem Trägerblock auf dem Spreizfaktor dieser Kommunikation basiert; eine Einrichtung zum Zusammensetzen einer Systemantwortmatrix mit Symbol-Teilmatrizen, wobei jede Symbol-Teilmatrix einen Trägerblock von jeder Kommunikation aufweist; und eine Einrichtung zum Detektieren von Daten der Kommunikationen unter Verwendung der Systemantwortmatrix.
Basisstation nach Anspruch 20, wobei die Anzahl der Chipvektoren in dem Trägerblock der Spreizfaktor dieser Kommunikation, unterteilt in einen maximalen Spreizfaktor des Systems ist.
Basisstation nach Anspruch 20, wobei die Chipvektoren Spaltenvektoren sind.
Basisstation nach Anspruch 22, wobei eine Höhe der Chips jedes Trägerblocks eine Anzahl eines maximalen Spreizfaktors plus eine Länge der Impulsantwort minus eins ist.
Basisstation nach Anspruch 20, wobei die Datendetektionseinrichtung ein Nullen erzwingendes Modell verwendet.
Basisstation nach Anspruch 20, wobei die Datendetektionseinrichtung eine Lösung mit minimalen mittleren Quadratfehlern verwendet.
Basisstation nach Anspruch 22, wobei jede Symbol-Teilmatrix in der Systemantwortmatrix eine Anzahl von Chips eines maximalen Spreizfaktors tiefer als eine andere der Symbol-Teilmatrizen ist.
Basisstation nach Anspruch 21, wobei der maximale Spreizfaktor sechzehn ist.
Basisstation nach Anspruch 20, wobei die Einrichtung zum Erzeugen eines Vektors einen Systemantwort-Aufbaublock aufweist.
Basisstation nach Anspruch 20, wobei die Einrichtung zum Erzeugen von Trägerblöcken und die Einrichtung zum Zusammenstellen einer Systemantwortmatrix einen Umordnungsprozessor aufweisen.
Basisstation nach Anspruch 20, wobei die Einrichtung zum Detektieren von Daten einen Mehrbenutzerdetektor aufweist.