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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Spreizspektrum-Kommunikationssysteme
und insbesondere das Endspreizen von Spreizspektrum-Kommunikationssignalen.
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Hintergrund der Erfindung
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Der
Bereich der drahtlosen Kommunikation wächst unablässig. Das vorherrschende Problem
in Bezug auf ein anhaltendes Wachstum besteht darin, dass zwar der
Bereich des elektromagnetischen Spektrums begrenzt ist, der für die drahtlose
Kommunikation zur Verfügung
steht, neue Anwendungen und eine zunehmende Zahl an Kunden aber
einen immer weiter zunehmenden Datendurchsatz erfordern. Daher sind
innovative Lösungen
erforderlich, um diesen zunehmenden Kapazitätsanforderungen zu begegnen.
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Die
Spreizspektrum-Kommunikation ist eine der Lösungen, um begrenzte spektrale
Ressourcen effizient zu nutzen. In einem Spreizspektrum-Sender wird
ein digitaler Bitstrom mit einer Grund-Datenrate auf eine Übertragungs-Impulsrate
gespreizt, die auch Chiprate genannt wird. Diese Spreizoperation
beinhaltet das Anwenden eines benutzerspezifischen Spreizcodes (oder
Kanalisierungscodes) auf den Bitstrom, der dessen Bandbreite erhöht. Zusätzlich kann
Verwürfelung
(Scrambling) durchgeführt
werden. Die resultierende Pulsfolge (Chips) wird sodann moduliert,
um ein Ausgangssignal zu erzeugen. Dieses Ausgangssignal wird zur
Mehrkanal-Übertragung über ein
Kommunikationsmedium zu anderen, in gleicher Weise verarbeiteten
Ausgangssignalen addiert. Die Grundlagen der Spreizung und Verwürfelung sind
detailliert in "WCDMA
for UMTS", von Harri
Holma und Antti Toskala, John Wiley & Sons Ltd., zweite Ausgabe 2002,
Kapitel 3.3 beschrieben.
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Vorteilhafterweise
teilen sich die Ausgangssignale mehrerer Benutzer (Kanäle) eine Übertragungs-Kommunikationsfrequenz,
wobei die mehrfachen Signale so erscheinen, als seien sie sowohl
im Frequenzbereich als auch im Zeitbereich übereinander angeordnet. Da
jedoch die verwendeten Spreizcodes benutzerspezifisch sind, ist
jedes Ausgangssignal, das über
die gemeinsam genutzte Kommunikationsfrequenz übertragen wird, in gleicher
Weise spezifisch. Daher können über die
Anwendung geeigneter Verarbeitungstechniken in einem Empfänger die individuellen
Ausgangs signale, die individuellen Benutzern zugeordnet sind, voneinander
unterschieden werden.
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In
einem Spreizspektrum-Empfänger
werden die empfangenen Signale demoduliert. Es wird der geeignete
digitale Code für
den betreffenden Benutzer angewendet, um das gewünschte übertragene Signal zu entspreizen
und zur Grund-Datenrate zurückzukehren.
Die Entspreizungs-Operation umfasst somit einen Korrelationsprozess,
bei dem das empfangene Signal mit dem geeigneten digitalen Spreizcode
verglichen wird.
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Moderne
Spreizspektrum-Empfänger
sind üblicherweise
dafür vorgesehen,
mehr als einen Spreizcode gleichzeitig zu entspreizen. Um bei derartigen
Mehrcode-Szenarien die Komplexität
und den Energieverbrauch der Entspreizungs-Operation so gering wie
möglich
zu halten, müssen
effiziente Techniken zum gemeinsamen Entspreizen von zwei oder mehr
unterschiedlichen Spreizcodes implementiert werden. Gewöhnlich arbeiten
diese Techniken recht gut, wenn die Spreizcodes denselben Spreizfaktor
haben, d.h. eine identische Codelänge aufweisen.
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Das
US-Patent Nr. 6,222,875 beschreibt eine
Entspreiztechnik für Übertragungen
mit variablen Datenraten, bei welcher der Spreizfaktor variiert werden
kann. Der Entspreizprozess wird in zwei separate Entspreiz-Operationen
aufgespalten. In der ersten Operation wird das zu entspreizende
Signal mit einem ersten Code korreliert, um die empfangenen Symbole
teilweise zu entspreizen. Die Zwischensymbole werden zwischengespeichert,
bis eine Bitrate-Information (BRI) dekodiert worden ist, die in
einem Übertragungsrahmen
enthalten ist. In einem zweiten Schritt werden die Zwischensymbole
mit einem zweiten Code entspreizt, um zu den vollständig entspreizten
Bits zu gelangen. Die Technik erlaubt es, die Größe des Zwischenspeichers zu
reduzieren, der zum Zwischenspeichern der Zwischensymbole vor der
BRI-Kodierung erforderlich ist.
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Häufig basiert
die Vielfachcode-Übertragung auf
Spreizcodes mit unterschiedlichen Spreizfaktoren. Es besteht somit
Bedarf für
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum effizienten Entspreizen eines Mehrcode-Signals,
welches unter Verwendung von zwei oder mehreren Spreizcodes mit
unterschiedlichen Spreizfaktoren erzeugt worden ist.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Diesem
Bedarf wird gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung mit einem Verfahren zum Entspreizen
eines Mehrcode-Signals entsprochen, das mittels Aufprägens von
Spreizcodes mit unterschiedlichen Spreizfaktoren auf unterschiedliche
Informationsdatenströme
aus einer Gesamtheit mehrerer Informationsdatenströme zur Mehrkanalübertragung
erzeugt wurde. Das Verfahren umfasst den Schritt, das Signal einem
ersten Entspreizschritt zu unterziehen, der folgendes beinhaltet:
eine seriell-parallele Umsetzung des Signals derart, dass die Anzahl
der Ausgänge
der Umsetzung dem geringsten während
der Erzeugung des Mehrcode-Signals verwendeten Spreizfaktor entspricht;
und eine erste Fast-Hadamard-Transformation (FHT) zum gemeinsamen
Entspreizen der Ausgänge
der seriell-parallelen Umsetzung, wobei die Entspreizung derart
durchgeführt
wird, dass der eine oder die mehreren Informationsdatenströme, die
mit dem geringsten Spreizfaktor gespreizt wurden, wiederhergestellt
werden. Das Verfahren umfasst als weitere Schritte das Ausgeben
von Ausgängen
der FHT, die sich auf Informationsdatenströme beziehen, die mit dem geringsten Spreizfaktor
gespreizt wurden; und das Unterziehen von Ausgängen der FHT, die sich auf
Informationsdatenströme
beziehen, die mit Spreizcodes von höherem als dem niedrigsten Spreizfaktor
gespreizt wurden, einem oder mehreren weiteren Entspreizschritten.
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Die
erste FHT, die im Rahmen des ersten Entspreizschrittes durchgeführt wird,
ist mit dem geringsten Spreizfaktor korreliert. Ist beispielsweise
der geringste Spreizfaktor N, d.h. der korrespondierende Spreizcode
besteht aus einer Folge von N einzelnen Codeelementen, dann kann
die FHT eine Dimension von N × N
haben. Alternativ hierzu kann die erste FHT eine feste Dimension
haben, die unabhängig vom
kleinsten Spreizfaktor ist (z.B. kleiner als dieser), der in dem
zu entspreizenden Mehrcode-Signal
auftritt.
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Der
erste oder jeder weitere Entspreizschritt kann eine oder mehrere
Permutationsoperationen enthalten. Eine Permutationsoperation kann
eine Eins-zu-eins-Abbildung eines Eingangs-Abtastwert(Sample)stroms
auf einen Ausgangs-Abtastwertstrom ergeben. Die Abbildung kann für unterschiedliche
Zwecke verwendet werden, wie beispielsweise das Sortieren von Signalbereichen,
die unterschiedlichen Spreizfaktoren zugeordnet sind. In den einfachsten
Fällen
kann die Permutationsoperation auf einer Einheitsmatrix basieren.
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Im
ersten Entspreizschritt kann die Permutationsoperation vor oder
nach der ersten FHT durchgeführt
werden. Im Prinzip kann die Permutationsoperation sowohl vor als
auch nach der ersten FHT durchgeführt werden. Eine Durchführung der
Permutationsoperation vor der ersten FHT ist vorteilhaft, wenn orthogonale
pn- oder Gold-Spreizcodes
zu entspreizen sind. Natürlich
kann eine Permutationsoperation oder können mehrere Permutationsoperationen
auch in dem einen oder den mehreren Entspreizschritten durchgeführt werden,
die auf den ersten Entspreizschritt folgen.
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Einer
oder mehrere der Entspreizschritte enthält bzw. enthalten eine seriell-parallele
Umsetzung. Eine derartige Umsetzung kann verwendet werden, um einen
asynchrone Strom von Abtastwerten in eine synchronen Strom von Abtastwerten
umzusetzen. Die seriell-parallele Umsetzung kann von einer Verringerung
der Abtastrate begleitet sein. Gemäß einer Variante der Erfindung
geht eine seriell-parallele Umsetzung mindestens einem von der ersten
FHT und jeder nachfolgenden FHT voraus.
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Wie
vorstehend erwähnt,
wird der erste Entspreizschritt von einem oder mehreren weiteren Entspreizschritten
gefolgt, deren Zweck insbesondere darin besteht, die Spreizcodes
zu entspreizen, die im ersten Entspreizschritt bisher noch nicht
vollständig
entspreizt wurden. Die weiteren Entspreizschritte können in
identischer Weise zur Konfiguration des ersten Entspreizschrittes
konfiguriert werden oder auf eine Weise, die sich hiervon unterscheidet.
Vorteilhafterweise beinhalten der eine weitere Entspreizschritt
oder die mehreren weiteren Entspreizschritte mindestens eine der
folgenden Operationen: eine Dezimieroperation, eine Schaltoperation,
eine Summieroperation, eine zweite, dritte, etc. FHT, eine seriell-parallele
Umsetzung und eine Multiplikationsoperation. Eine einzelne Operation
oder eine Kombination dieser Operationen kann es ermöglichen,
jeden teilweise entspreizten Spreizcode weiter zu entspreizen.
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Gemäß einer
ersten Variante der Erfindung kann ein einzelner weiterer Entspreizschritt
eine Dezimieroperation beinhalten, welche die Abtastrate in Bezug
auf einen nachfolgenden Signalzweig reduziert. Eine derartige Dezimieroperation
kann einen Umschaltschritt enthalten, während dem eine Folge von Eingangs-Abtastwerten
gemäß einem
vordefinierten Verteilungsschema auf zwei oder mehrere Signalzweige
verteilt wird. In jedem Signalzweig kann eine Summieroperation durchgeführt werden
und die Ausgänge
der Summieroperationen können
als Eingangssignal für
eine weitere FHT verwendet werden.
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Gemäß einer
zweiten Variante der Erfindung beinhaltet ein bestimmter weiterer
Entspreizschritt eine Multiplikationsoperation, während der
ein teilweise entspreizter Spreizcode mit einem konstanten oder
variierendem Faktor multipliziert wird, beispielweise einem Gewichtsfaktor
oder einer sich wiederholenden Folge von Faktoren. Die Multiplikationsoperation
kann von einer Summieroperation gefolgt werden. Die Summieroperation,
welche auch unabhängig
von einer Multiplikationsoperation durchgeführt werden kann, kann konfiguriert
sein, um die Summe von zwei oder mehreren aufeinanderfolgenden Signalbereichen
(beispielsweise Abtastwerten) zu berechnen und ein Ausgangssignal
in Form der berechneten Summe bereitzustellen.
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Gemäß einer
dritten Variante der Erfindung beinhaltet ein spezifischer weiterer
Entspreizschritt, der auf den ersten Entspreizschritt folgt, eine
weitere FHT. Für
jeden Ausgangspfad der weiteren FHT kann eine Summieroperation durchgeführt werden.
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Die
obigen Varianten können
in beliebiger Reihenfolge kombiniert werden und können zusätzlich im
ersten Entspreizschritt implementiert werden.
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Die
erste oder jede weitere FHT kann eine vollständige FHT oder eine reduzierte
FHT sein. Eine reduzierte FHT bezeichnet einen Ansatz, bei dem bestimmte
Operationen in der FHT nicht durchgeführt werden. Zum Beispiel können Operationen
weggelassen werden, welche Zwischensummen als Ergebnis haben, die
in keiner der nachfolgenden FHT-Schritte verwendet werden.
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Die
Erfindung kann in Form von Software, als ein Hardwareteil oder als
eine Kombination von beidem implementiert werden. Somit betrifft
die Erfindung auch ein Computerprogrammprodukt, welches Programmcode-Abschnitte
aufweist, um die einzelnen Schritte der Erfindung durchzuführen, wenn
das Computerprogrammprodukt auf einer Computereinrichtung läuft. Das
Computerprogrammprodukt kann auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert
sein.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Entspreizkomponente zum Entspreizen
eines Mehrcode-Signals bereitgestellt, welches mittels Aufprägens von
Spreizcodes mit unterschiedlichen Spreizfaktoren auf unterschiedliche
Informationsdatenströme
aus einer Gesamtheit mehrerer Informationsdatenströme zur Mehrkanalübertragung
erzeugt wurde. Die Komponente umfasst eine erste Entspreizstufe
zum Durchführen
eines ersten Entspreizschritts, welcher einen Serieli-Parallel-Umsetzer zum Umsetzen
des Signals derart umfasst, dass die Anzahl der Ausgänge der
Umsetzung dem geringsten während
der Erzeugung des Mehrcode-Signais ver wendeten Spreizfaktor entspricht; und
welcher ferner eine erste Fast-Hadamard-Transformation zum gemeinsamen Entspreizen
der Ausgänge
der seriell-parallelen Umsetzung umfasst. Die erste Entspreizstufe
beinhaltet ferner Ausgänge
zum Ausgeben von Ausgaben der FHT, die Informationsdatenströme betreffen,
die mit dem geringsten Spreizfaktor gespreizt wurden. Die Komponente weist
ferner wenigstens eine zweite Entspreizstufe zum Durchführen eines
weiteren Entspreizschrittes oder mehrerer weiterer Entspreizschritte
auf Ausgaben der FHT auf, die Informationsdatenströme betreffen,
die mit Spreizcodes mit höherem
als dem niedrigsten Spreizfaktor gespreizt wurden.
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Die
Entspreizkomponente kann Teil eines Empfängers für drahtlose Kommunikation sein.
Zum Beispiel kann die Entspreizkomponente in einem Endgerät vorliegen,
bspw. in einem Mobiltelefon, oder in einem Netzknoten wie etwa einer
Funk-Basisstation.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Ein
umfassenderes Verständnis
des Verfahrens und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann
durch die nachfolgende detaillierte Beschreibung gewonnen werden,
welche im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen zu sehen ist,
wobei:
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1 ein
Blockdiagramm eines Spreizspektrum-Kommunikationssystems ist, welches
eine Entspreizkomponente gemäß der Erfindung
enthält;
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2 das
Prinzip einer Fast-Hadamard-Transformation veranschaulicht;
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3 eine
reduzierte Fast-Hadamard-Transformation veranschaulicht;
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4 ein
Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform
einer Entspreizkomponente gemäß der Erfindung
ist;
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5 ein
Blockdiagramm ist, welches eine mögliche Realisierung der ersten
in 4 dargestellten Ausführungsform veranschaulicht;
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6 ein
Blockdiagramm einer Entspreizkomponente gemäß einer zweiten Ausführungsform der
Erfindung ist; und
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7 ein
Blockdiagramm einer Entspreizkomponente gemäß einer dritten Ausführungsform der
Erfindung ist.
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Detaillierte Beschreibung
bevorzugter Ausführungsbeispiele
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In
der nachfolgenden Beschreibung werden zum Zwecke der Erläuterung,
nicht der Beschränkung,
spezifische Einzelheiten dargelegt, wie etwa bestimmte Ausführungsbeispiele,
Signalformate etc., um ein umfassendes Verständnis der vorliegenden Erfindung
zu ermöglichen.
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung
durch andere Ausführungsformen
realisiert werden kann, die von diesen spezifischen Einzelheiten
abweichen. Insbesondere gilt dies für den folgenden Aspekt: Obwohl
gemäß der Beschreibung
unten einige der nachfolgenden Ausführungsbeispiele in einem WCDMA("Wideband Code Division
Multiple Access")-System
implementiert sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine
derartige Implementierung beschränkt. Vielmehr
kann sie in jeglicher Übertragungsumgebung
verwendet werden, die Mehrcode-Übertragungstechniken
zulässt.
Darüber
hinaus ist es für den
Fachmann ersichtlich, dass die weiter unten erläuterten Funktionen unter Verwendung
von speziellen Hardwareschaltungen, unter Verwendung von Software-Funktionalitäten in Verbindung
mit einem programmierten Mikroprozessor oder einem allgemein einsetzbaren
Computer, unter Verwendung eines anwendungsspezifischen integrierten
Schaltkreises ("Application
Specific Integrated Circuit",
ASIC) und/oder unter Verwendung eines digitalen Signalprozessors
oder mehrerer digitaler Signalprozessoren (DSPs) implementiert werden
können.
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1 zeigt
ein Blockdiagramm eines Direktfolgen-Spreizspektrum-Kommunikationssystems 10 gemäß der Erfindung. 1 veranschaulicht
die Erzeugung eines Mehrcode-Signals unter Verwendung orthogonaler
Codes mit unterschiedlichen Spreizfaktoren (SF).
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In
einem Sender 12 werden auf Leitungen 18 Informationsdatenströme empfangen,
welche Symbole a1, a2, a3, ... aufweisen. Die Informationsdatenströme können unterschiedliche
Symbolraten haben. Ein Mehrcode-Spreizer 14 prägt auf die
Informationsdatenströme
Chipströme
viel höherer
Rate auf, die als Spreizsequenzen bekannt sind. Die gespreizten Informationsdatenströme werden
durch den Addierer 22 aufaddiert, um auf Leitung 16 ein
Mehrcode-Signal zu erzeugen.
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Wie
aus 1 ersichtlich, beinhaltet der Spreizer 14 vier
einzelne Signalpfade und einen einzelnen Multiplizierer 20 in
jedem Signalpfad. Mittels des Multiplizierers 20 wird die
tatsächliche
Spreizung der Informationsdatenströme durchgeführt, indem eine bestimmte periodische
Spreizsequenz mit einem Informationsdatenstrom ge wichtet wird (1
Datenstrom-Symbol pro Spreizsequenz-Periode). Werden den Informationsbits
des Informationsdatenstroms Werte von plus oder minus 1 zugewiesen, kann
die logische Kombination als eine arithmetische Multiplikation ausgedrückt werden.
Der von dem Spreizer 14 verwendete Satz von Codeworten
kann ein orthogonaler Satz sein, wie etwa der Walsh- oder Hadamard-Codewortsatz.
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Die
Mehrcode-Signalausgabe des Spreizers 14 auf der Leitung 16 wird
einem Verwürfler 24 eingegeben.
Der Verwürfler 24 ist
als ein Multiplizierer konfiguriert, der die vom Spreizer 14 ausgegebene Spreizdatenfolge
chipweise mit einem komplexen Verwürfelungscode multipliziert
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Zusätzlich zur
Spreizung ist ein Teil der im Sender 11 durchgeführten Verarbeitung
eine im Verwürfler 24 durchgeführte Verwürfelungsoperation. Dies
ist erforderlich, um Endgeräte
oder Basisstationen voneinander zu trennen. Die Verwürfelung
wird nach der Spreizung verwendet, so dass sie die Signalbandbreite
nicht ändert,
sondern lediglich bewirkt, dass die Signale von unterschiedlichen
Quellen voneinander trennbar sind. Wie vorstehend angemerkt, werden
die Übertragungen
von einer einzelnen Quelle durch Verwendung von Spreizcodes getrennt.
Mit der Verwürfelung
wäre es
ohne Bedeutung, ob die tatsächliche
Spreizung mit identischen Spreizcodes für unterschiedliche Sender durchgeführt wurde.
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Die
verwürfelte
Mehrcode-Signalausgabe des Verwürflers 24 wird
sodann durch einen nicht in 1 gezeigten
Modulator auf einen Funkträger (RF-Träger, von "Radio-Frequency carrier") aufmoduliert. Sind
die Symbole der Spreizdatenfolge binär, kann ein "Binary Phase Shift
Keying" (BPSK) durch den
Modulator ausgeführt
werden. Sind die Symbole der Spreizdatenfolge jedoch komplex, kann
ein "Quadrature
Phase Shift Keying" (QPSK)
oder Offset-QPSK durch den Modulator ausgeführt werden.
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Das
modulierte Mehrcode-Signal wird sodann an eine Rundsendungsantenne 26 gegeben, welche
das Signal unter Verwendung elektromagnetischer Wellen über einen
Kanal 28 überträgt.
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Eine
Empfangsantenne 30 eines Empfängers 32 sammelt die
Signalenergie des übertragenen modulierten
Mehrcode-Signals auf. Im Empfänger 32 wird
das Mehrcode-Signal
verstärkt,
gefiltert, gemischt und analog-zu-digital umgesetzt (nicht gezeigt),
wie es erforderlich ist, um das empfangene Mehrcode-Signal in ein
Mehrcode-Basisbandsignal auf
der Leitung 34 umzusetzen. Das Mehrcode-Basisbandsignal
wird einem Entwürfler 36 eingegeben. Das
vom Entwürfler 36 ausgegebene
entwürfelte Signal
wird an eine Entspreizkomponente 38 gegeben. Die Entspreizkomponete 38 entspreizt
das Mehrcode-Signal und gibt unter anderem Abschätzungen für die Symbole a1, a2, a3, ...
aus.
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Wie
oben erwähnt,
ist das von der Entspreizkomponente 38 zu entspreizende
Mehrcode-Signal unter Verwendung einer Mehrzahl von Spreizcodes mit
unterschiedlichen Spreizfaktoren erzeugt worden. Daher beinhaltet
die Entspreizkomponente 38 eine Mehrzahl von Entspreizstufen
zum Durchführen eines
kaskadierten Entspreizens des Mehrcode-Signals. Unterschiedliche
Ansätze
zum kaskadierten Entspreizen werden nachfolgend im Detail beschrieben.
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Jeder
dieser Ansätze
zum Entspreizen weist eine erste Entspreizstufe auf, die eine FHT
beinhaltet, um die Spreizcodes gemeinsam zu entspreizen, auf deren
Basis das Mehrcode-Signal erzeugt worden ist. Bei Anwendung einer
von der schnellen Fourier-Transformation
("Fast Fourier Transform", FFT) bekannten
Schmetterlingsstruktur reduziert die FHT die für die Entspreizung des Mehrcode-Signals
(welches auf Klassen orthogonaler binärer Signale aufgebaut worden
ist) erforderliche Anzahl von Operationen.
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In 2 ist
dieses grundlegende Element (die Schmetterlingsstruktur) der FHT
gezeigt. Basierend auf komplexen Eingangsabtastwerten x und y, wird
die Schmetterlingsstruktur verwendet, um die Summe x + y und die
Differenz x – y
der Eingangsabtastwerte zu berechnen. Klassen von Spreizcodes, die
von der FHT verwendet werden können,
umfassen die Walsh-Hadamard-Codes, auf denen der WCDMA-Codebaum
basiert, wie auch Sätze
orthogonaler Gold-Codes. Die Gold-Codes sind Permutationen von Walsh-Hadamard-Codes.
Natürlich
können
andere Sätze
orthogonaler Codes ebenfalls unter Verwendung einer FHT entspreizt
werden.
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Die
eine FHT oder die mehreren FHTs, die von der Entspreizkomponente 38 durchgeführt werden,
können
vollständige
FHTs oder reduzierte FHTs sein. Eine vollständige FHT bezeichnet die Anwendung
einer kompletten FHT, während
eine reduzierte FHT einen in Bezug auf das Weglassen bestimmter Operationen
optimierten Ansatz bezeichnet. Zum Beispiel können Operationen nicht durchgeführt werden,
die Zwischensummen ergeben, welche nicht in irgendeinem der weiteren
Schritte einer bestimmten FHT verwendet werden. Ein Beispiel für eine reduzierte
FHT ist in 3 gezeigt. Die gestrichelten
Linien deuten weggelassene Operationen an.
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Nachfolgend
werden verschiedene beispielhafte Implementierungen der in 1 gezeigten Entspreizkomponente 38 unter
Bezugnahme auf die 4 bis 7 diskutiert.
Die in den 4 bis 7 gezeigten
Ansätze
beziehen sich auf Konfigurationen, die nicht auf das in 1 dargestellte
WCDMA-Übertragungsszenario
beschränkt
sind.
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4 zeigt
eine erste Ausführungsform
einer Entspreizkomponente 38 gemäß der Erfindung. Die Entspreizkomponente 38 der 4 ist
konfiguriert, um Spreizcodes mit zwei unterschiedlichen Spreizfaktoren
zu entspreizen. Genauer gesagt, zeigt 4 eine Konfiguration
einer Entspreizkomponente 38 zum Entspreizen von bis zu
N Codes mit Spreizfaktor SF = N und von bis zu K Spreizcodes mit Spreizfaktor
SF = KN. Der in 4 dargestellte Ansatz könnte generalisiert
werden, was die gemeinsame Entspreizung von Spreizcodes mit drei
oder mehreren unterschiedlichen Spreizfaktoren betrifft.
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Die
Entspreizkomponente 38 der 4 weist
eine erste Entspreizstufe 40 und eine zweite Entspreizstufe 42 auf.
Die erste Entspreizstufe 40 beinhaltet einen Seriell-Parallel-Umsetzer 41,
eine Komponente 44 zum Durchführen einer FHT der Dimension
N × N
und eine Permutationskomponente 46, welche mit den Ausgängen der
FHT-Komponente 44 gekoppelt ist. Die zweite Entspreizstufe 42 ist
konfiguriert, um eine weitere FHT durchzuführen, und zwar mit Bezug auf
einen Teilsatz der Ausgänge
der ersten Entspreizstufe 40. Die zweite Entspreizstufe 42 kann
zusätzliche
Verarbeitungskomponenten aufweisen, die nicht in 4 gezeigt
sind.
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Es
sei angemerkt, dass zusätzliche
Seriell-Parallel-Umsetzer, Permutationskomponenten und FHT-Komponenten
nach Bedarf hinzugefügt werden
können.
Zum Beispiel kann eine dritte, nicht in 1 gezeigte
Entspreizstufe konfiguriert werden, um eine weitere Entspreizoperation
in Bezug auf einen Teilsatz der Ausgänge der zweiten Entspreizstufe 42 durchzuführen, usw.
Da im Allgemeinen eine nachfolgende Entspreizstufe lediglich einen
Teilsatz der Ausgänge
einer vorhergehenden Entspreizstufe verarbeitet, wird das Entspreizen
in einer kaskadierten Weise durchgeführt.
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Nunmehr
wird die Operation der in 4 gezeigten
Entspreizkomponente 38 genauer beschrieben. Wie aus 4 ersichtlich,
weist die Entspreizkomponente 38 einen einzelnen Eingang
zum Empfangen eines Stroms von entwürfelten Mehrcode-Eingangs-Abtastwerten
mit einer Abtastrate r auf. In der ersten Entspreizstufe 40 werden
die Eingangs-Abtastwerte als erstes im Seriell-Parallel-Umsetzer 41 einer
Seriell-Parallel-Umsetzung unterzogen. Der Seriell-Parallel-Umsetzer 41 erstellt
nach einander Blöcke
von N Eingangs-Abtastwerten und gibt die Eingangs-Abtastwerte blockweise über N Ausgänge aus.
Hierdurch wird die Ausgangs-Abtastrate um einen Faktor 1/N reduziert.
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Die
Komponente 44 zur Durchführung einer N × N – FHT hat
N Eingänge
und nimmt die vom Seriell-Parallel-Umsetzer 41 ausgegebenen
Abtastwert-Blöcke
entgegen. In der FHT-Komponente 44 werden die FHT-Blöcke einer
FHT der Dimension N × N
unterzogen.
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Die
Dimension der in der Komponente 44 durchgeführten FHT
ist so gewählt
worden, dass sie dem niedrigsten Spreizfaktor SF = N entspricht,
der während
der Erzeugung des Mehrcode-Signals im Transmitter 12 aus
der 1 verwendet wurde. Somit wird der Spreizcode mit
dem niedrigsten Spreizfaktor SF = N innerhalb der FHT-Komponente 44 vollständig entspreizt,
so dass der eine oder die mehreren Informationsdatenströme zurückgewonnen
werden kann bzw. können,
der bzw. die mit dem niedrigsten Spreizfaktor SF = N gespreizt wurde(n).
Auf der anderen Seite wird ein Bereich des Mehrcode-Signals, der
Spreizcodes mit höheren
Spreizfaktoren zugeordnet ist, durch die FHT der Dimension N × N lediglich
teilweise entspreizt und muss in der zweiten Entspreizstufe 42 weiter
entspreizt werden.
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Es
sei angemerkt, dass im Prinzip die FHT-Komponente 44 konfiguriert
werden könnte,
um eine FHT der Dimension M × M
durchzuführen,
wobei M < N. In
einem derartigen Fall wird der Spreizcode mit dem niedrigsten Spreizfaktor
SF = N in der FHT-Komponente 44 lediglich
teilweise entspreizt. Dies bedeutet, dass nach der M × M – FHT der Spreizcode
mit dem niedrigsten Spreizfaktor weiter entspreizt werden muss,
wie die Spreizcodes mit den höheren
Spreizfaktoren.
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Die
FHT-Komponente 44 der 4 gibt die transformierten
Abtastwerte über
N Ausgänge
bei einer Abtastrate von r/N aus. Die von der FHT-Komponente 44 ausgegebenen
Abtastwerte werden der Permutationskomponente 46 eingegeben.
In der Permutationskomponente 46 werden die über die
N Ausgänge
der FHT-Komponente 44 empfangenen Abtastwerte einer Permutationsoperation
unterzogen, die ein Eins-zu-eins-Abbildung
eines Eingangs-Abtastwert-Stromes auf einen Ausgangs-Abtastwert-Strom
liefert.
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Im
einfachsten Fall ist die während
der Permutationsoperation angewendete Permutationsmatrix eine Einheitsmatrix,
die nichts ändert.
In einem derartigen Fall kann die Permutationskomponente 46 ebensogut
weggelassen werden. In komplizierteren Fällen wird die Permutationskomponente 46 verwendet,
um die von der FHT-Komponente 44 ausgegebenen
Abtastwertströme
zu separieren. Diese Separation wird derart durchgeführt, dass
Abtastwerte, die einen Informationsdatenstrom betreffen, der während der
in der FHT-Komponente 44 durchgeführten FHT zurückgewonnen
worden ist, über
einen oder mehrere der ersten Ausgänge 50 der ersten Entspreizstufe 40 ausgegeben
werden. Abtastwerte, die noch nicht vollständig entspreizt worden sind, werden über einen
oder mehrere der zweiten Ausgänge 52 der
ersten Entspreizstufe 40 ausgegeben, die in die zweite
Entspreizstufe 42 eingekoppelt werden.
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Die
von der Permutationskomponente 46 durchgeführte Permutationsoperation
führt weder
zu einer Verarbeitungsverzögerung
noch erfordert sie irgendeine Art von Datenverarbeitung. Daher ist
die Abtastrate r/N an den Ausgängen 50, 52 der
Permutationskomponente 46 identisch zu der Abtastrate r/N an
den Eingängen
der Permutationskomponente 46. In einigen Fällen, d.h.
dann, wenn orthogonale Pn- oder
Gold-Codes zu entspreizen sind, kann eine weitere, nicht in 4 gezeigte
Permutationskomponente innerhalb der ersten Entspreizstufe 40 vor
der FHT-Komponente 44 vorgesehen
werden.
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Wie
oben erwähnt,
separiert die in der Permutationskomponente 46 durchgeführte Permutationsoperation
den einen oder die mehreren Informationsdatenströme, die vollständig von
der in der FHT-Komponente 44 durchgeführten N × N – FHT entspreizt wurden, von
dem einen oder den mehreren Abtastwertströmen, die durch diese N × N – FHT lediglich
teilweise entspreizt worden sind und die weiter zu entspreizen sind.
Dieser eine oder diese mehreren Abtastwertströme werden über die zweiten Ausgänge 52 der
ersten Entspreizstufe 40 an die zweite Entspreizstufe 42 ausgegeben.
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Die
zweite Entspreizstufe 42 beinhaltet mehrere parallel angeordnete
Seriell-Parallel-Umsetzer, eine
optionale Permutationskomponente zum Sortieren der Ausgaben der
Seriell-Parallel-Umsetzer und zwei oder mehrere parallele FHT-Komponenten,
welche die optional permutierten Ausgaben der Seriell-Parallel-Umsetzer
entgegennehmen (nicht gezeigt). Jede der FHT-Komponenten der zweiten Entspreizstufe 42 führt eine
FHT mit der Dimension K × K
durch. Die Informationsdatenströme,
die mit einem Spreizfaktor SF = K × N gespreizt wurden und die
durch die N × N – FHT lediglich
teilweise entspreizt wurden, werden durch die K × K – FHTs weiter entspreizt, die
in der zweiten Entspreizstufe 42 durchgeführt werden.
Die zweite Entspreizstufe gibt dann bis zu K Informationsdatenströme aus,
die nunmehr vollständig
entspreizt wur den. Aufgrund der während des zweiten Entspreizschrittes
durchgeführten
Seriell-Parallel-Umsetzung
hat sich die Abtastrate von r/N am Eingang der zweiten Entspreizstufe 42 auf
r/(N × K)
am Ausgang der zweiten Entspreizstufe 42 reduziert.
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In 5 ist
eine praktische Realisierung der in 4 gezeigten
Entspreizkomponente 38 gezeigt. Die Entspreizkomponente 38 der 5 ist
konfiguriert, um ein Mehrcode-Signal
zu entspreizen, welches unter Verwendung von sechs unterschiedlichen Spreizcodes
erzeugt worden ist. Wie aus 5 ersichtlich,
weisen zwei der sechs Spreizcodes (Codes 1 und 2) einen Spreizfaktor
von Vier; die verbleibenden vier Codes (Codes 3 bis 6) haben einen
Spreizfaktor von Acht.
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Somit
ist die FHT-Komponente 44 der ersten Entspreizstufe 40 konfiguriert,
um eine FHT der Dimension 4 × 4
durchzuführen.
Dies bedeutet, dass die ursprünglichen
Informations- oder Datenströme, die
mit dem Spreizfaktor 4 gespreizt wurden, innerhalb der
ersten Entspreizstufe 40 vollständig entspreizt werden und über die
Ausgänge 1 und 2 der ersten
Entspreizstufe 40 mit einer Symbolrate von 1/4 Tc ausgegeben werden, wobei 1/Tc die
Chiprate ist.
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Die
verbleibenden zwei Ausgänge
der Entspreizstufe 40 sind mit der zweiten Entspreizstufe 42 gekoppelt.
Genauer gesagt ist jeder der zwei Ausgänge mit einem einzelnen der
Seriell-Parallel-Umsetzer 451 , 452 der zweiten Entspreizstufe 42 gekoppelt.
Jeder der Seriell-Parallel-Umsetzer 451 , 452 gibt Datenblöcke aus, die aus zwei Abtastwerten
bestehen, womit sich die Symbolrate um einen Faktor 2 reduziert.
Die Seriell-Parallel-Umsetzer 451 , 452 werden jeweils mit einer FHT-Komponente 431 , 432 der zweiten
Entspreizstufe 42 gekoppelt. Die FHT-Komponenten 431 , 432 führen eine
FHT der Dimension 2 × 2
durch, um die verbleibenden Signalanteile zu entspreizen, welche
innerhalb der ersten Entspreizstufe 40 lediglich teilweise
entspreizt wurden. Die zweite Entspreizstufe 42 hat vier
Ausgänge 3, 4, 5, und 6 zum
Ausgeben der verbleibenden vier vollständig entspreizten Informationsdatenströme mit einer reduzierten
Symbolrate von 1/8 Tc.
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6 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel einer
Entspreizkomponente 38 gemäß der Erfindung. Die Entspreizkomponente 38 der 6 ist
konfiguriert, um Spreizcodes mit zwei unterschiedlichen Spreizfaktoren
zu entspreizen. Genauer gesagt ermöglicht es die Entspreizkomponente 38 der 6, bis
zu N Codes mit Spreizfaktor SF = N zu entspreizen und zwei feste
Codes mit Spreizfaktor SF = 2 NL zu entspreizen. Eine Verallgemeinerung
des in 6 gezeigten Ansatzes in Bezug auf das ge meinsame Entspreizen
von Spreizcodes mit drei oder mehr unterschiedlichen Spreizfaktoren
ist möglich.
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Die
Entspreizkomponente 38 der 6 weist
einige Komponenten mit gleichen bzw. gleichartigen Funktionalitäten wie
bei der unter Bezugnahme auf 4 beschriebenen
Entspreizkomponente des ersten Ausführungsbeispiels auf. Daher
werden gleiche bzw. gleichartige Elemente mit gleichen Bezugszeichen
bezeichnet. Auf eine genauere Beschreibung dieser Elemente wird
verzichtet.
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Wie
die Entspreizkomponente des ersten Ausführungsbeispiels beinhaltet
die in 6 gezeigte Entspreizkomponente des zweiten Ausführungsbeispiels
eine erste Entspreizstufe 40 und eine zweite Entspreizstufe 42.
Die erste Entspreizstufe 40 ist identisch mit der ersten
Entspreizstufe der Entspreizkomponente des ersten Ausführungsbeispiels.
Daher beinhaltet die Entspreizstufe 40 eine Mehrzahl erster Ausgänge 50 für vollständig entspreizte
Informationsdatenströme.
Eine zweite Entspreizstufe 42 ist mit einem einzelnen zweiten
Ausgang 52 der erste Entspreizstufe 40 gekoppelt. Über diesen
zweiten Ausgangs 52 wird der Signalbereich ausgegeben, welcher
die Spreizcodes mit Spreizfaktor SF = 2 NL beinhaltet, die in der
ersten Entspreizstufe 40 lediglich teilweise entspreizt
worden sind, um in der zweiten Entspreizstufe 42 weiter
entspreizt zu werden.
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Wie
aus 6 ersichtlich, beinhaltet die zweite Entspreizstufe 42 einen
Schalter 60, der die Abtastfolgenausgaben der ersten Entspreizstufe 40 über zwei
Signalzweige verteilt. Der Schalter 60 arbeitet dergestalt,
dass die ersten L Abtastwerte des Abtastwertstroms, die von einem
bestimmten Ausgang 52 der Entspreizstufe 40 ausgegeben
werden, an den oberen Signalzweig gegeben werden, während die
folgenden L Abtastwerte an den unteren Signalzweig gegeben werden,
die nachfolgenden L Abtastwerte an den oberen Signalzweig gegeben
werden, usw. In jedem der zwei Signalzweige ist ein einzelner Addierer 62a, 62b angeordnet,
um Folgen von L aufeinanderfolgenden Abtastwerten zu summieren und
die so erhaltenen Summen auszugeben. Die Abtastrate reduziert sich
von r/N am Ausgang der ersten Entspreizstufe 40 auf r/(2LN)
am Ausgang eines jeden Addierers 62a, 62b. Die
Kombination des Schalters 60 und der Addierer 62a, 62b erfüllt eine ähnliche
Aufgabe wie die in der zweiten Entspreizstufe des ersten Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die 4 und 5 beschriebenen
Seriell-Parallel-Umsetzer.
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Wie
in 6 gezeigt, werden die Ausgänge der beiden Addierer 62a, 62b zur
Durchführung
einer FHT der Dimension 2 × 2
einer Komponente 64 eingegeben. Die FHT- Komponente 64 gibt zwei Informationsdatenströme mit einer
weiter auf r/(2LN) reduzierten Abtastrate aus.
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Nachfolgend
wird das in 6 gezeigte Szenario beispielhaft
in einem WCDMA-Kontext
zum gemeinsamen Entspreizen des "Common
Pilot Channel" (CPICH)
und des "Primary
Common Control Physical Channel" (P-CCPCH)
sowie einiger weiterer Kanäle
beschrieben. Im WCDMA-Umfeld sind dem CPICH und dem P-CCPCH die
festen Spreizfaktoren CH_256,0 bzw. CH_256,1 zugewiesen. Diese Spreizcodes
haben eine Länge
(Spreizfaktor) von 256 und können
geschrieben werden als
(++++ ... ++++ ++++ ... ++++) und
(++++
... ++++ ---- ... ----).
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Den
weiteren Kanälen,
die zusammen mit dem CPICH und dem P-CCPCH zu entspreizen sind, werden
Spreizcodes einer identischen Länge
N < 256 zugewiesen.
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Wird
das Mehrcode-Signal, welches den CPICH und dem P-CCPCH (wobei beide
mit einem Spreizcode des Spreizfaktors SF = 256 gespreizt wurden)
und die verbleibenden Kanäle
(die mit einem Spreizfaktor SF = N < 256 gespreizt wurden) enthält, in die
Entspreizkomponente 38 eingegeben, werden diejenigen Kanäle, die
mit einem Spreizfaktor SF = N gespreizt wurden, innerhalb der ersten
Entspreizstufe 40 vollständig entspreizt. Die diesen
Kanälen
zugeordneten Informationsdatenströme werden somit über die
ersten Ausgänge 50 der
ersten Entspreizstufe 40 ausgegeben.
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Der
CPICH und der P-CCPCH, die mit einem Spreizcode mit einem höheren Spreizfaktor
SF = 256 gespreizt wurden, werden innerhalb der ersten Entspreizstufe 40 lediglich
teilweise entspreizt. Die diesen beiden Kanälen zugeordneten teilweise entspreizten
Abtastwerte werden über
den zweiten Ausgang 52 der ersten Verarbeitungsstufe ausgegeben
und der zweiten Verarbeitungsstufe 42 eingegeben. Mittels
des Schalters 60 und der zwei Addierer 62a, 62b der
zweiten Entspreizstufe 42 werden zwei Summen A und B berechnet.
Die erste Summe A wird vom Addierer 62a in den oberen Zweig
der zweiten Entspreizstufe 42 ausgegeben und die zweite Summe
B wird durch den Addierer 62b ausgegeben, der in dem unteren
Zweig angeordnet ist. Um die Entspreizwerte für den CPICH und den P-CCPCH
zu erhalten, sind die Summe A + B und die Differenz A – B zu berechnen.
Dies entspricht einer FHT der Dimension 2 × 2, welche innerhalb der FHT-Komponente 64 durchgeführt wird.
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7 zeigt
eine dritte Ausführungsform
einer Entspreizkomponente 38 gemäß der Erfindung. Die Entspreizkomponente 38 der 7 ist
konfiguriert, um Spreizcodes mit zwei unterschiedlichen Spreizfaktoren
zu entspreizen. Genauer gesagt zeigt 7 eine Konfigurationen
einer Entspreizkomponente 38 zum Entspreizen von bis zu
N Spreizcodes mit Spreizfaktor SF = N und bis zu M Spreizcodes mit Spreizfaktor
SF = NL.
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Wie
aus 7 ersichtlich, ist die erste Entspreizstufe 40 identisch
mit der ersten Entspreizstufe der zwei vorhergehenden Ausführungsbeispiele.
Somit wird auf eine genauere Beschreibung dieser Stufe verzichtet.
Die zweite Entspreizstufe 42 beinhaltet bis zu M Zweige,
die einzeln mit den zweiten Ausgängen 52 der
ersten Entspreizstufe 40 gekoppelt sind. Wie vorstehend
erwähnt,
sind die zweiten Ausgänge 52 konfiguriert,
um Abtastwerte auszugeben, die Spreizcodes zugeordnet sind, welche
in der ersten Entspreizstufe 40 noch nicht vollständig entspreizt
worden sind.
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Die
zweite Entspreizstufe 42 beinhaltet in jedem der M Zweige
einen Multiplizierer 70 und einen Addierer 72.
Mittels des Multiplizierers 70 werden periodische Folgen
von Gewichten auf den von der ersten Entspreizstufe 40 ausgegebenen
Abtastwertstrom aufgeprägt.
Eine einzelne Folge von Gewichten hat eine Länge L. Der Multiplizierer 70 ändert die Abtastrate
nicht. Dies bedeutet, dass die Abtastrate r/N am Ausgang des Multiplizierers 70 identisch
mit der Abtastrate r/N am Ausgang der ersten Entspreizstufe 40 ist.
Jeder Multiplizierer 70 gibt Folgen von L Abtastwerten
aus, die durch den zugeordneten Addierer 72 addiert werden,
so dass sich die Abtastrate auf r/(NL) reduziert.
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Die
Kombination eines Multiplizierers 70 und eines Addierers 72 ist
durch die Tatsache begründet, dass
lange Spreizcodes als eine Verkettung kürzerer, geeignet gewichteter
Basiscodes angesehen werden können.
Die Ausgaben der M Addierer 72 sind die entspreizten Informationsdatenströme, die
ursprünglich
mit Spreizcodes des Spreizfaktors SF = NL gespreizt worden sind.
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Zwar
wurden die drei in den 4, 6 und 7 gezeigten
Ausführungsbeispiele
einzeln beschrieben. Dennoch können
diese in unterschiedlicher Weise kombiniert werden. Beispielsweise
können
zwei oder mehrere der oben mit Bezug auf die 4, 6 und 7 beschriebenen
zweiten Entspreizstufen 72 parallel oder in Serie hinter
der ersten Entspreizstufe 40 angeordnet werden. Alternativ
oder zusätzlich
kann die erste Entspreizstufe 40 durch eine oder mehrere
der zweiten Entspreizstufen 42 der 4, 6 und 7 substituiert
werden.
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Zwar
wurden Ausführungsbeispiele
des Verfahrens und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung in
den beigefügten
Zeichnungen veranschaulicht und in der voranstehenden detaillierten
Beschreibung beschrieben. Dies ist jedoch so zu verstehen, dass
die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt ist.
Vielmehr erlaubt die Erfindung zahlreiche andere Anordnungen, Modifikationen
und Substitutionen.