DE69433336T2

DE69433336T2 - Cdma kommunikationsverfahren mit selektivem zugriff und anordnung für mobile stationen in denen dieses verfahren angewandt wird

Info

Publication number: DE69433336T2
Application number: DE69433336T
Authority: DE
Inventors: Narumi Yokohama-shi Umeda; Youichi Yokosuka-shi DOUZONO; Tadashi Yokosuka-shi Matsumoto
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; NTT Mobile Communications Networks Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1993-03-05
Filing date: 1994-03-03
Publication date: 2004-09-09
Anticipated expiration: 2014-03-04
Also published as: DE69433336D1; EP0639899A4; EP0639899B2; EP1298817A1; EP0639899B1; EP1298817B1; EP0639899A1; DE69433857T2; DE69433857D1; DE69433336T3; WO1994021056A1; US5581547A

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein CDMA (Code Division Multiple Access – Codemultiplex-Vielfachzugriff) Telekommunikationsverfahren und Mobilstationsgerät für Direktzugriff, mit denen eine Vielzahl von Mobilstationen und eine Basisstation unter Verwendung der gleichen Frequenz und des gleichen Spreizcode miteinander kommunizieren können und von den Mobilstationen direkter Zugriff auf die Basisstation genommen werden kann.
Der Versorgungsbereich eines Mobilfunksystems – Zellularsystem genannt – ist in eine Anzahl Zellen aufgeteilt und jede von ihnen mit einer Basisstation versehen. Jeder Zelle ist mindestens ein Steuerkanal zugeordnet, bei starkem Verkehr sind es zwei oder mehr Steuerkanäle, und eine Vielzahl von Übertragungskanälen und jede Mobilstation führen ihre Kommunikation über die Basisstation derjenigen Zelle durch, zu der die Mobilstation gerade gehört. Jeder zum Empfang von Diensten vertraglich gebundenen Mobilstation ist eine Identifikationsnummer zugeordnet. Wenn zum Beispiel über den Steuerkanal ein Anruferzeugungssignal an die Basisstation gesandt wird oder wenn ein Sprachsignal über den Übertragungskanal an die Basisstation gesandt wird, fügt die Mobilstation ihre Identifikationsnummer der zu sendenden Information hinzu.
Bei dem in der Vergangenheit verwendeten CDMA-System handelt es sich um ein Telekommunikationssystem, welches mit der gleichen Frequenz zu übermittelnde Signale multiplexiert, indem es deren Spektrum mit Spreizcodes, die sich nach Kanälen unterscheiden, spreizt. Die Systemkonfiguration und Leistungsfähigkeit des herkömmlichen Systems ist im einzelnen in einer Veröffentlichung von R. C. Dixon, "Spread Spectrum Communication System," Jatec Shuppan beschrieben. Ein CDMA-System mit direkter Spreizung wird nachfolgend kurz beschrieben.
1 zeigt die Konfiguration einer Sendevorrichtung der Basisstation in einem typischen CDMA-Telekommunikationssystem. N Informationssequenzen S1, S2 ... SN werden Vervielfachern 41₁ , 41₂ ... 41_N zur Verfügung gestellt, in denen ihr Spektrum dadurch gespreizt wird, daß jedes Symbol in jeder Informationssequenz mit einem entsprechenden Spreizcode C1, C2 ... CN multipliziert wird, die sich voneinander unterscheiden und von einem Spreizcodegenerator 42 kommen. Diese gespreizten Signale werden von einem Verknüpfer 43 mit der gleichen Zeitgebung verknüpft und die verknüpfte Ausgabe von einem Sender 44 übertragen. An der hier nicht gezeigten Empfangsseite werden die empfangenen Signale mit den gleichen Spreizcodes C1, C2 ... CN wie den an der Sendeseite verwendeten in ihrem Spektrum entspreizt, wodurch die N Informationssequenzen individuell extrahiert werden. Hierbei werden als die jeweiligen Spreizcodes Pseudozufallsrauschcodes der gleichen Codelänge (Chipzahl) verwendet (nachfolgend als PN-Code bezeichnet).
Wie allgemein bekannt, können die PN-Codes beispielsweise erzeugt werden durch EXCLUSIVE-OR-Behandlung von Ausgaben der letzten und einer gewünschten Zwischenstufe eines Schiebere gisters, welches aus N Verzögerungsstufen zusammengesetzt ist. Danach wird das EXCLUSIVE-OR in die erste Stufe des Schieberegisters eingegeben und mittels eines Taktes einer vorherbestimmten Periode (Chipperiode) Tch angesteuert. Hierbei kann ein Zufallscode (ein M-Sequenzcode) eines festen Musters, welches sich mit der längsten (2ⁿ – 1) Chipperiode wiederholt, entsprechend der Position des auszuwählenden Zwischenzustands und des zu setzenden Anfangswertes im Schieberegister erhalten werden. 1/Tch wird als Chiprate bezeichnet, und die Periode Tc des M-Sequenzmusters, welches erzeugt wird, ist Tc = (2ⁿ – 1 )Tch.
In einem digitalen Mobilfunksystem ist die Sendezeitgebung der Mobilstation mit einem Signal von der Basisstation synchronisiert. Das bedeutet, daß pro Zelle jede Mobilstation das von der gleichen Basisstation gesandte Signal demoduliert, dann eine grundlegende Symbolzeitgebung für das Senden erzeugt, die mit der Symbolzeitgebung für das Senden von der Basisstation synchronisiert ist, und dieser dann ein Signal übermittelt, welches mit der grundlegenden Symbolzeitgebung synchronisiert ist. Das hier erwähnte Symbol ist die Mindestinformationseinheit, die im Funkabschnitt gesendet wird.
Bei den zum Aufbau eines zellularen CDMA-Systems von großer Kapazität benötigten Spreizcodes handelt es sich um Codesequenzen, die eine ausgezeichnete Autokorrelationscharakteristik haben, das heißt Codesequenzen, die bei der Annahme, daß der Zeitversatz (Phasendifferenz) zwischen zwei identischen Codesequenzen durch T wiedergegeben sei, nur für T = 0 eine hohe Korrelation haben, während die Korrelation für andere Werte von T gering ist. Außerdem handelt es sich um Codesequenzen, die eine ausgezeichnete Kreuzkorrelationscharakteristik haben, das heißt Codesequenzen, die eine geringe Korrelation mit anderen unterschiedlichen Codesequenzen haben (das heißt Codesequenzen, deren Kreuzkorrelationswerte kleiner sind als ein festgelegter Wert).
Allerdings gibt es nur eine kleine Zahl Klassen von Codesequenzen, die die obigen Erfordernisse der Spreizcodes erfüllen, wie ausgezeichnete Autokorrelation und Kreuzkorrelation, und auch die Anzahl der Spreizcodes in jeder Klasse ist gering. Folglich stellt sich beim herkömmlichen CDMA-Telekommunikationssystem, bei dem jedem Kanal ein anderer Spreizcode zugeordnet ist, insofern ein Problem, als die Anzahl der zur Benutzung verfügbaren Kanäle klein ist.
Es sei angenommen, daß ein einziger Kanal zur Verwendung mit Direktzugriff zugewiesen sei, was bedeutet, daß ein einziger Spreizcode hierfür zugeteilt ist. Wie 2A zeigt, sendet eine Vielzahl von Mobilstationen 12₁ bis einschließlich 12₃ an eine Basisstation 11 mit der gleichen Frequenz und unter Verwendung des gleichen Spreizcode in einer Zelle 10 eines Mobilfunknetzes. Angenommen der Kanal, der durch die Frequenz und den Spreizcode festgelegt ist, sei C1. Wie 2B zeigt, liegt die zu sendende Information in Einheiten von Bündeln BST vor, und jede Nachricht MSG ist aus einer Vielzahl von Bündeln BST zusammengesetzt. Eine Vielzahl solcher Nachrichten MSG bilden eine Signalsequenz SS, zum Beispiel eine Sequenz von Steuersignalen, mit denen Operationen vom Eizeugen eines Anrufs über den Steuerkanal bis zur Beendigung der Anruferzeugungssequenz unmittelbar vor dem Übergang zur Übertragung über den Übertragungskanal gesteuert werden.
Da die Mobilstationen 12₁ und 12₂ solche Informationen willkürlich senden, kann es vorkommen, daß unterschiedliche Signale der gleichen Frequenz und des gleichen Spreizcode zur gleichen Zeit gesendet werden (in diesem Fall überlappen die Signale einander), wie in 2B mit CLS, Zusammenstoß, angedeutet. In diesem Fall ist es sehr wahrscheinlich, daß die beiden Signale nicht von der Basisstation der Empfangsvorrichtung erfaßt werden. Außerdem ist es beim CDMA-Schema üblich, zur Verbesserung der Kanalqualität die Übertragungsleistung jeder Mobilstation so zu steuern, daß in der Empfangsstation ein konstantes Niveau herrscht. Aus diesem Grund ist ein Einfangeffekt nicht zu erwarten, und folglich ist die Wahrscheinlichkeit größer, daß die Signale nicht erfaßt werden.
Wenn mehrere Mobilstationen den gleichen Spreizcode bei der gleichen Frequenz bis zum Ende der Übertragung verwenden, prallen also die von den Mobilstationen gesendeten Signale aufeinander, und es ist sehr wahrscheinlich, daß die empfangenen Signale einander in der Basisstation überlappen, was zu einer wesentlichen Verringerung des Durchsatzes führt. Dies verursacht ernsthafte Mängel, denn wenn der Spreizcode dem Steuerkanal zugewiesen ist, kann nur eine kleine Anzahl Mobilstationen gesteuert werden, das heißt die Steuerkapazität ist gering, und wenn der Spreizcode zur Signalpaketübertragung verwendet wird, ist die Kanalkapazität gering. Wenn in dem CDMA-Schema eine Vielzahl von Steuerkanälen vorgesehen ist aufgrund der Verwendung einer Vielzahl von Spreizcodes, wie bei Verwendung einer Vielzahl von Steuerkanälen im FDMA-Schema, wählt jede Mobilstation einen Steuerkanal aus, der durch die Identifikationsnummer der Mobilstation bestimmt ist. Die Identifikationsnummer wird beispielsweise durch die Anzahl Steuerkanäle dividiert, und es wird derjenige Steuerkanal ausgewählt, der einem ganzzahligen Wert des Restes entspricht. In diesem Fall kann manchmal ein bestimmter Kanal mit einer so hohen Frequenz ausgewählt werden, daß die Übertragung über diesen Kanal wahrscheinlich unterbrochen wird. Umgekehrt kann sich auch die Situation ergeben, daß ein bestimmter Kanal ausgewählt wird, der eine niedrige Frequenz hat. Im Stand der Technik besteht also der Mangel, daß der Wirkungsgrad der tatsächlichen Signalübertragung im Verhältnis zur Übertragungskapazität, die sämtliche Steuerkanäle bieten, gering ist.
Im Dokument GB-A-2 172 777 ist ein CDMA-Format offenbart, welches innerhalb eines Netzes benutzt wird, um eine Kommunikation zwischen Mitgliedern eines Netzes zu ermöglichen. Netzmitglieder sind miteinander synchronisiert und sind sich jeweils eines vorherbestimmten Satzes von Spreizcodes bewußt. Wenn ein Mitglied Daten zu übermitteln wünscht, wählt es aus dem vorherbestimmten Satz einen Spreizcode aus. Wenn es unbenutzte Spreizcodes gibt, wird einer der unbenutzten Codes willkürlich ausgewählt. Sind alle Codes in Benutzung, wird der Spreizcode des am weitesten entfernten Benutzers ausgewählt. Da alle Mitglieder zeitlich auf stabile Takte synchronisiert sind, ist der Bereich jedes Benutzers bekannt. Alle Mitglieder des Netzes hören immer zu und verfolgen Erfassungen anderer Benutzer und Spreizcodes.
Das Dokument US-A-4 701 905 offenbart ein lokales Datennetz, in dem ein CDMA-Verfahren angewandt wird. Das System umfaßt einen Zwischenverstärker zum Erzeugen eines Bezugssynchronisiersignals zum Synchronisieren von Sender/Empfängern des Systems, die mit dem Zwischenverstärker über eine Sendeleitung und eine Empfangsleitung verbunden sind, sowie nichtmobile Teilnehmereinheiten, die mit jedem Sender/Empfänger verbunden sind. Das Bezugssynchroni siersignal stellt einen Spreizcode dar, der in jedem Sender/Empfänger um eine jeweilige Verzögerungszeit verzögert ist, die diesem Sender/Empfänger einmalig zugewiesen ist, um einen verzögerten Spreizcode zu erhalten. Da alle Sender/Empfänger synchronisiert sind, wird, wenn jeder seinen verzögerten Spreizcode benutzt, eine Anzahl unterschiedlicher Spreizcodes entsprechend der Anzahl Sender/Empfänger zur gleichen Zeit benutzt, wobei die individuellen Spreizcodes im Verhältnis zueinander Bit-verschoben sind. Es sei darauf hingewiesen, daß in dieser Vorveröffentlichung die Spreizcodes verzögert sind, nicht die Signalübertragung.
Das Dokument US-A-4 554 668 offenbart ein Funkverbindungssystem, welches mindestens eine Zentralstation und eine Vielzahl von Unterstationen aufweist, die mit ihr in einer in beiden Richtungen wirksamen Frequenzsprungkommunikation stehen. Mit der Frequenzsprungtechnik werden Informationen in Paketen in aufeinanderfolgenden Bündeln mit unterschiedlichen Frequenzen übermittelt. Jede Unterstation hat ein bestimmtes Frequenzsprungmuster, wobei die zulässigen Frequenzen aus einem vorherbestimmten Pool von Frequenzen gewählt werden, der allen Unterstationen gemeinsam ist, und wobei die Zentralstationen die gleichen Muster auf der Basis einfacher Daten erzeugen können. Die Bündel sind durch kurze Intervalle von Auszeiten getrennt, um den Frequenzwechsel zu erleichtern, und die Bündeldauer ist groß im Verhältnis zur Auszeit und zur Laufzeit. Alle Stationen am Netz ändern die Frequenz im gleichen Moment. Um das zu tun, müssen alle Stationen auf eine Bezugszeit synchronisiert sein, die allen Elementen des Systems gemeinsam ist, wobei die Zentralstationen unmittelbar mit der Bezugszeit synchronisiert sind, während die Unterstationen sich selbst anhand von Daten synchronisieren, die sie von den Zentralstationen empfangen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein CDMA-Telekommunikationsschema zu schaffen, bei dem es im CDMA-Mobilfunksystem möglich ist, daß bei willkürlichem Zugriff einer Vielzahl von Mobilstationen auf eine Basisstation mit der gleichen Frequenz zum Übermitteln von Signalen an dieselbe, die Wahrscheinlichkeit geringer ist, daß die Signale aufeinanderprallen, mit anderen Worten, daß sie mit hohem Wirkungsgrad an die Basisstation übertragen werden können. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Mobilstationsgerätes, welches das CDMA-Telekommunikationsschema benutzt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Dieses Ziel wird erreicht mit einem Verfahren, wie in Anspruch 1 beansprucht, und einem Mobilstationsgerät, wie in Anspruch 11 beansprucht. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind der Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Bei dem Codemuliplex-Vielfachzugriff-Telekommunikationsschema gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt eine Vielzahl von Mobilstationen den gleichen Spreizcode, und jede Mobilstation sendet eine Sequenz von Symbolen, deren Spektrum mittels des Spreizcode gespreizt ist, während sie diese für eine willkürlich ausgewählte Periode im Verhältnis zu der Zeitgebung verzögert, die mit den empfangenen Symbolen synchronisiert ist, die von dem von der Basisstation empfangenen Signal abgeleitet sind, und die Basisstation entspreizt das empfangene Signal von der Mobilstation mittels des oben erwähnten Spreizcode, um eine Sequenz von Symbolen zu erhalten, und trennt diese voneinander entsprechend der Zeitgebung ihres Empfangs.
Da jede Mobilstation die Symbolsequenz unter Verzögerung derselben um eine willkürlich ausgewählte Periode gegenüber der Zeitgebung des von der Basisstation empfangenen Symbols sendet, wird also gemäß der vorliegenden Erfindung die Wahrscheinlichkeit, daß die von der Vielzahl von Mobilstationen gesendeten Signale einander überschneiden, gering, was einen erhöhten Sendewirkungsgrad bietet.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockschaltbild einer herkömmlichen CDMA-Sendevorrichtung.
2A ist ein Blockschaltbild einer Basisstation und von Mobilstationen in einer Funkzone eines Mobilfunknetzes.
2B ist eine Übersicht einer herkömmlichen CDMA-Direktzugriffsteuerung.
3 ist ein Diagramm zum Erklären des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Blockschaltbild des Aufbaus einer Mobilstation, die das Verfahren der vorliegenden Erfindung verkörpert.
5 ist ein Blockschaltbild eines spezifischen, operativen Beispiels einer variablen Verzögerung 35 in 4.
6 ist ein Blockschaltbild des Hauptteils des Aufbaus einer Empfangsvorrichtung einer Basisstation in der vorliegenden Erfindung.
7 ist ein Diagramm eines Beispiels der Ausgabe eines Korrelationsdetektors 47 in 6.
BESTE ART UND WEISE DES AUSFÜHRENS DER ERFINDUNG
Unter Hinweis auf 3 wird ein Ausführungsbeispiel gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben. Im herkömmlichen CDMA-System ist mindestens ein Steuerkanal und eine Vielzahl Übertragungskanäle durch unterschiedliche Spreizcodes mit der gleichen Frequenz in jeder Zelle des Mobilfunknetzes bestimmt. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wird auf eine in einer einzigen Zelle (einer kleinen Zone) 10 des Mobilfunknetzes vorgesehene Basisstation 11 von einer Vielzahl Mobilstationen 12₁ , 12₂ und 12₃ in der Zelle 10 willkürlich Zugriff genommen, die alle den gleichen Spreizcode mit der gleichen Frequenz benutzen. Hierbei erkennt jede Mobilstation 12₁ , 12₂ und 12₃ eine grundlegende Symbolzeitgebung des Empfangs von der Basisstation 11 und erzeugt und sendet ein Signal auf der Basis der Symbolzeitgebung. Bei der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich die Sendezeitgebung des Symbols mit den Mobilstationen. Beispielsweise benutzen die Mobilstationen 12₁ , 12₂ und 12₃ als grundlegende Symbolzeitpunkte für das Senden Punkte, die um Zeitintervalle d₁, d₂ bzw. d₃ hinter der Sendezeitgebung t₀ des grundlegenden Symbols der Basisstation 11 verzögert sind. Die Verzögerungen d₁, d₂ und d₃ sind in den jeweiligen Mobilstationen so gewählt, daß sie willkürliche Werte sind, die je kürzer sind als die Periode Tc des Spreizcode und ein ganzzahliges Vielfaches (einschließlich 0-faches) der Chipperiode Tch.
Bei der vorliegenden Erfindung werden die Vervielfacher 41, bis einschließlich 41_N der Sendevorrichtung der Basisstation, die in 1 gezeigt sind, je mit einem Spreizcode zum Multiplizieren mit jeder M-Symbolinformation beliefert (wobei M eine vorherbestimmte ganze Zahl gleich oder größer als 1 ist). Wenn zum Beispiel M = 2 gesetzt wird, wählen beispielsweise die in 3 gezeigten Mobilstationen 12₁ , und 12₂ als Sendezeitpunkte für die grundlegenden Symbole die Zeitpunkte t, und t₂, die durch die Verzögerungen d₁ und d₂ bestimmt sind, welche kürzer sind als eine Symbollänge Ts; aber die Mobilstation 12₃ wählt den Zeitpunkt t3, der durch die Verzögerung d₃ bestimmt ist, die länger ist als eine Symbollänge Ts. Wie weiter unten noch beschrieben wird, können die Verzögerungen d₁, d₂ und d₃ innerhalb des Bereichs der Periodenlänge Tc des Spreizcodes frei geändert werden, und zwar für jedes Bündel, für jede aus einer Vielzahl von Bündeln zusammengesetzte Nachricht oder für jede Übermittlung. Alternativ können sie auch unverändert oder konstant gehalten werden. Wenn beispielsweise die vorliegende Erfindung auf die Übertragung eines Steuersignals über einen Steuerkanal angewandt wird, wird der Sendezeitpunkt für jedes Bündel oder jede Nachricht geändert, und wenn das Signal mit einem Signal von einer anderen Mobilstation zusammenprallt, wird dafür Vorsorge getroffen, daß das Signal noch einmal gesandt wird, wie in der Technik schon bekannt. Falls für jede Nachricht oder jede Übertragung der Sendezeitpunkt geändert wird, wird die Zeitgebung so gewählt, daß es nicht zu einem Zusammenprall der Signale kommt.
Jede der Mobilstationen 12₁ bis 12₃ hat einen Aufbau wie er in 4 gezeigt ist. Die elektrische Welle von der Basisstation 11 wird von einer Antenne 21 empfangen und über eine Sendeantennenweiche 22 an einen Empfänger 23 geleitet, der sie empfängt und auf ein Signal mit einer Zwischenfrequenz verstärkt, welches beispielsweise einem Korrelationsdetektor 24 des Gleittyps zugeführt wird. Ein Codegenerator 25 erzeugt einen Spreizcode synchronisiert mit einem von einem Synchronisationscontroller 26 regenerierten Chiptakt CK und gibt den Spreizcode an den Korrelationsdetektor 24 weiter. Der Korrelationsdetektor 24 stellt die Größe oder das Ausmaß der Korrelation zwischen dem empfangenen Signal und dem Spreizcode fest, und der Synchronisationscontroller 26 steuert die Periode Tch des Chiptaktes CK so, daß der durchschnittliche Ausgabepegel des Korrelationsdetektors 24 steigt. Infolgedessen wird die Phase des vom Codegenerator 25 erzeugten Spreizcodes mit der Spreizcodekomponente synchronisiert, die in dem empfangenen Signal enthalten ist, und eine Symbolsequenz, bei der es sich um ein Entspreizungssignal handelt, steht am Ausgang des Korrelationsdetektors 24 zur Verfügung. Die Entspreizungsausgabe wird von einem Demodulator 27 zu einer DQPSK-Ausgabe demoduliert, die über einen Informationscontroller 28 einem Anschluß 29 als das empfangene Signal zur Verfügung gestellt wird.
Im Informationscontroller 28 wird an ein von einem Anschluß 31 kommendes Sendesignal eine Identifikationsnummer angehängt und dieses in einen Modulator 32 eingegeben, der das Sendesignal zum Modulieren eines Trägers, beispielsweise in DQPSK-Form benutzt. In diesem Fall bestimmt der Informationscontroller 28 die grundlegende Symbolzeitgebung des Sendesignals synchronisiert mit einer im Demodulator 27 erhaltenen grundlegenden Symbolzeitgebung tsy des empfangenen Signals von der Basisstation 11. Das modulierte Ausgabesymbol des Modulators 32 wird einem Spreizer 33 zur Verfügung gestellt, in welchem sein Spektrum durch Multiplikation für jeden Chip mit dem Spreizcode einer Chipzahl K und einer Wiederholungsperiode Tc gespreizt wird, die vom Codegenerator 34 bereitgestellt wird. Der Spreizcode wird synchronisiert mit dem Chiptakt CK vom Synchronisationscontroller 26 für jede Nachrichtenübertragung erzeugt (bei jedem Auftreten eines Setzsignals Cs vom Informationscontroller 28), und die Periodenlänge Tc des Spreizcodes wird so gesetzt, daß sie M-mal (wobei M eine vorherbestimmte ganze Zahl gleich oder größer als 1 ist) so lang ist wie eine Symbollänge des Moduliersignals. Die Spreizausgabe wird um eine variable Verzögerung 35 um ein darin im voraus gesetztes Maß verzögert. Wie schon gesagt, hat das Ausmaß der Verzögerung einen Wert, der kleiner ist als eine vorhergehende Spreizcodeperiodenlänge Tc und ein ganzzahliges Vielfaches (einschließlich 0) der Chipperiode Tch (= Tc/K). Jede Mobilstation wählt die Verzögerung nach Wunsch.
Angenommen die Chipzahl K des Spreizcodes sei K = 2ⁿ – 1, dann ist die Wahrscheinlichkeit, daß eine bestimmte Mobilstation das gleiche Ausmaß an Verzögerung wählt wie irgendeine andere Mobilstation: 1/(2ⁿ – 1 ). Angenommen die Zahl der Mobilstationen, die eine Nachrichtenverbindung zu einem bestimmten Zeitpunkt in der gleichen Zelle 10 begonnen haben oder beginnen, sei Z, dann ist die Wahrscheinlichkeit, daß zwei solcher Mobilstationen das gleiche Maß an Verzögerung wählen, mit anderen Worten, die Wahrscheinlichkeit eines Signalzusammenpralls: (Z – 1)/(2ⁿ – 1). Diese Wahrscheinlichkeit könnte ausreichend verringert werden, wenn man den Wert für n groß wählte.
Dieses Ausmaß der Verzögerung wird willkürlich für jede Übermittlung einer Nachricht, gesteuert durch den Informationscontroller 28, geändert. Beispielsweise ist ein Zufallsgenerator 36 vorgesehen, und für jede Nachrichtensendung wird eine vom Zufallsgenerator 36 erzeugte willkürliche Zahl als das Verzögerungsmaß in der variablen Verzögerung 35 durch den Informationscontroller 28 gesetzt. Wie 5 zeigt, hat beispielsweise die variable Verzögerung 35 ein aus m Verschiebestufen zusammengesetztes Schieberegister 37, und ihr Ausgang geht an eine ODER-Schaltung 38, während der Ausgang vom Spreizer 33 über ein Gate G₀ in die ODER-Schaltung 38 geht und außerdem über Gates G, bis einschließlich G_m, der ersten, zweiten ... m-ten Schiebestufe des Schieberegisters 37 zugeleitet wird. Die erste Schiebestufe liegt auf Seiten der ODER-Schaltung 38, und die Anzahl m der Schiebestufen ist auf einen Wert gesetzt, der um eins kleiner ist als die Chipzahl K des Spreizcode. Der Zufallsgenerator 36 erzeugt willkürlich ganze Zahlen von 0 bis m mit einer festen Periode, und die so erzeugte Zufallszahl wird mittels der Setzsignale Cs vom Informationscontroller 28 in einem in das Register eingebauten Dekodierer 41 für jede Übermittlung einer Nachricht gesetzt. Der Dekodierer 41 gibt in Übereinstimmung mit dem im Dekodierer gesetzten Wert irgendeines der Gates G₀ bis einschließlich G_m frei. Das Schieberegister 37 wird synchronisiert mit dem Chiptakt CK (dem Chiptakt der Periode Tch), der zum Erzeugen eines Code mit Hilfe eines Codegenerators 34 benutzt wird, verschoben. Dementsprechend wird das vom Spreizer 33 ausge gebene Spreizsignal durch die variable Verzögerung 35 um ein Mehrfaches der erzeugten Zufallszahl der Chipperiode Tch verzögert.
Die so verzögerte gespreizte Ausgabe wird, wie 4 zeigt, einem Sender 37 zugeleitet, in welchem sie in die Signalfrequenz zur Übermittlung umgewandelt und zum Senden in der Leistung verstärkt wird, um danach über den Duplexer 22 und die Antenne 21 an die Basisstation 11 übermittelt zu werden. Übrigens bewirkt der Informationscontroller 28 auch eine Anruferzeugung und eine Steuerung des ankommenden Anrufs und setzt den Übertragungskanal (den Spreizcode zur Verwendung für die Übertragung).
Im Empfangsgerät der Basisstation 11 werden, wie 6 zeigt, die von den Mobilstationen 12, bis 12₃ gesendeten Signale als eine kombinierte Welle von einer Antenne 45 empfangen und mittels eines Quadraturdetektors 46 erfaßt, um eine phasengleiche Komponente I und eine Quadraturkomponente Q zu erhalten. Diese Komponenten I und Q werden verstärkt und in Signale einer Zwischenfrequenz umgewandelt, die an einen Korrelationsdetektor 47 angelegt werden, der beispielsweise von einem signalangepaßten Filter gebildet ist. Im Korrelationsdetektor 47 werden die Signale der Zwischenfrequenz von einem mittels eines Codegenerators 48 erzeugten, gemeinsamen Spreizcode gefaltet, wodurch die Werte der Korrelation mit den Komponenten I und Q erfaßt und die Quadratsummen der korrelierten Werte bei jedem Auftreten des Chiptaktes CK bereitgestellt werden. Wie 7 zeigt, liefert der Korrelationsdetektor 47 beispielsweise an seinem Ausgang Signale SR1, SR2 und SR3, die von den Mobilstationen 12₁ , 12₂ und 12₃ in den durch die Verzögerungen d₁, d₂ bzw. d₃ bestimmten Zeitpunkten t1, t2 bzw. t3 innerhalb der Spreizcodeperiode Tc übertragen wurden. Die Ausgaben des Korrelationsdetektors werden je an einen entsprechenden Demodulator 49₁ bis 49N und eine Extrahierschaltung 51 für die grundlegende Symbolzeitgebung angelegt. In der Zeitextrahierschaltung 51 werden die grundlegenden Symbolzeitpunkte t1, t2 und t3 der von den Mobilstationen 12₁ , bis 12₃ empfangenen Signale extrahiert und in jedem der so extrahierten Symbolzeitpunkte funktioniert einer der Demodulatoren 49₁ bis 49N. Das bedeutet, daß die Ausgabe des Korrelationsdetektors mit dem Wert der Korrelation zwischen jedem empfangenen Signal und dem Spreizcode identisch wird, und daß, wie 7 zeigt, das Ausgangsniveau an den Zeitpunkten t₁, t₂ und t₃ steigt, die um Zeitintervalle d₁, d₂ bzw. d₃ hinter die grundlegende Symbolzeitgebung für die Übermittlung tsy verzögert sind. Und die Signale von den Mobilstationen werden zeitlich getrennt und von den einzelnen Demodulatoren getrennt demoduliert. Informationssequenzen S1 bis einschließlich SN von den Demodulatoren 49₁ bis 49N werden in einen Controller 52 eingegeben, in welchem ihre Identifikationsnummern unterschieden werden und aus dem Informationssequenzen an eine nicht gezeigte Vermittlungsstelle gesendet werden.
Wenn für jeden der Demodulatoren 49₁ bis 49N ein ARD-Demodulator verwendet wird, der in der japanischen Patentanmeldung Nr. 83947/92 mit dem Titel "Spread-Spectrum-Receiver" beschrieben ist, kann selbst bei einer gewissen Überlappung der Verzögerungsprofile der Einfluß dieses überlappenden Bereichs ausgeschaltet werden. Das macht es möglich, das Verzögerungsintervall zwischen grundlegenden Symbolzeitpunkten der entsprechenden Mobilstationen zu verkürzen.
Selbst bei Verwendung der gleichen Frequenz und des gleichen Spreizcode kann, wie gesagt, gemäß der vorliegenden Erfindung die Möglichkeit eines Zusammenpralls von Signalen sehr stark verringert werden, wenn für jede Mobilstation unterschiedliche Symbolzeitpunkte gewählt werden. Dementsprechend nimmt selbst dann der Durchsatz nicht nennenswert ab, wenn der gleiche Spreizcode als Kanal benutzt wird, für den eine Anzahl von Mobilstationen konkurrieren.

Claims

Telekommunikationsverfahren, mit dem Übertragungen zwischen einer Basisstation (11) und einer Vielzahl von Mobilstationen (12₁ –12₃ ) mit der gleichen Frequenz und unter Verwendung des gleichen Spreizcode in einem Codemultiplex-Vielfachzugriff-Telekommunikationssystem durchgeführt werden, mit folgenden Schritten: A. jede der Mobilstationen (12₁ –12₃ ) sendet eine Sequenz von Symbolen, die mittels des Spreizcode in ihrem Spektrum gespreizt sind, nachdem sie diese um eine willkürlich ausgewählte Größe auf der Basis der Zeitgebung, synchronisiert mit einem empfangenen Symbol verzögert hat, welches von einem von der Basisstation empfangenen Signal erhalten wurde; und B. die Basisstation (11) entspreizt das von der Mobilstation (12₁ –12₃ ) empfangene Signal mittels des Spreizcode, um eine Sequenz empfangener Symbole zu erhalten und trennt diese Symbole in Übereinstimmung mit der Zeitgebung ihres Empfangs.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der von jeder Mobilstation (12₁ –12₃ ) ausgeführte Schritt A folgende Schritte umfaßt: 1) Erzeugen einer grundlegenden Symbolzeitgebung synchronisiert mit einem Symbol, welches durch Empfangen des von der Basisstation (11) gesandten Signals erhalten wird; 2) Erzeugen eines Symbols des zu sendenden Signals synchronisiert mit der grundlegenden Symbolzeitgebung; 3) Spreizen des Spektrums einer Sequenz von Symbolen des zu sendenden Signals durch Multiplizieren derselben mit einer Sequenz von Chips des Spreizcode eines nach dem anderen; 4) Verzögern der Sequenz der im Spektrum gespreizten Symbole um eine von jeder Mobilstation (12₁ –12₃ ) willkürlich ausgewählte Größe innerhalb der Periodenlänge des Spreizcode auf der Basis der grundlegenden Symbolzeitgebung; und 5) Übermitteln der Sequenz der in ihrem Spektrum gespreizten und verzögerten Symbole.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der von der Basisstation (11) durchgeführte Schritt B folgende Schritte umfaßt: 1) Erfassen des Grades oder Ausmaßes der Korrelation zwischen als eine kombinierte Welle von der Vielzahl der Mobilstationen (12₁ –12₃ ) empfangenen Signalen und dem Spreizcode; 2) Extrahieren der Zeitgebung der von den Mobilstationen (12₁ –12₃ ) in der Periodenlänge des Spreizcode empfangenen Symbole; 3) Auswählen und Trennen der empfangenen Symbole zu der empfangenen, ihnen entsprechenden Symbolzeitgebung; und 4) Demodulieren der getrennten, empfangenen Symbole zu einer Informationssequenz.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Periodenlänge des Spreizcode M-mal so lang ist wie das Symbol, wobei M eine vorherbestimmte ganze Zahl gleich oder größer als 1 ist.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem das Ausmaß der Verzögerung ein ganzzahliges Vielfaches größer als 0 der Chipperiode des Spreizcode ist.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner einen Schritt umfaßt, bei dem jede Mobilstation (12₁ –12₃ ) das Ausmaß der Verzögerung für jedes Bündel des zu sendenden Signals willkürlich auswählt.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner einen Schritt aufweist, bei dem jede Mobilstation (12₁ –12₃ ) das Ausmaß der Verzögerung für jede aus einer Sequenz von Bündeln zusammengesetzte Nachricht des zu sendenden Signals willkürlich auswählt.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner einen Schritt aufweist, bei dem jede Mobilstation (12₁ –12₃ ) das Ausmaß der Verzögerung für jede Übermittlung des zu sendenden Signals willkürlich auswählt.
Verfahren nach Anspruch 1, 2, 6, 7 oder 8, welches ferner einen Schritt aufweist, bei dem jede Mobilstation (12₁ –12₃ ) ihre eigene Identifikationsnummer zu der zu sendenden Information hinzufügt und sie moduliert, um die Symbolsequenz zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 9, welches ferner einen Schritt aufweist, bei dem die Basisstation (11) die entspreizte, empfangene Symbolsequenz demoduliert, um Informationssequenzen zu erhalten, und diese auf der Basis der in jeder der Informationssequenzen enthaltenen Identifikationsnummer in Information für jede Mobilstation (12₁ –12₃ ) anordnet.
Mobilstationsgerät, welches ein Verfahren zur Telekommunikation zwischen einer Basisstation (11) und einer Vielzahl von Mobilstationen (12₁ –12₃ ) mittels eines Codemultiplex-Vielfachzugriffschemas anwendet, wobei das Gerät folgendes aufweist: eine Zeitgebereinrichtung (27), die ein empfangenes Symbol aus einem von der Basisstation (11) empfangenen Signal erfaßt und auf der Basis des erfaßten, empfangenen Symbols eine grundlegende Symbolzeitgebung erzeugt; eine Informationssteuereinrichtung (28), die das Symbol eines zu sendenden Signals synchronisiert mit der grundlegenden Symbolzeitgebung erzeugt; eine Spreizeinrichtung (33), die eine Sequenz von Symbolen des zu sendenden Signals mittels mit einer festgesetzten Wiederholungsperiode generierter, vorherbestimmter Spreizcodes spreizt; eine Verzögerungseinrichtung (35), welche die Sequenz der gespreizten Symbole von der Spreizeinrichtung um eine innerhalb der Periodenlänge des Spreizcode willkürlich ausgewählte Größe verzögert; und eine Übermittlungseinrichtung (37), welche die Sequenz der gespreizten und verzögerten Symbole übermittelt.
Gerät nach Anspruch 11, bei dem die Verzögerungseinrichtung (35) eine Verzögerungsauswahleinrichtung (36) zur willkürlichen Auswahl einer aus einer Vielzahl möglicher Verzögerungen und eine Verzögerungssetzeinrichtung (35D, G₀-G_m, 35S) zum Verzögern der Sequenz gespreizter Symbole um die ausgewählte Verzögerung aufweist.
Gerät nach Anspruch 12, bei dem der Spreizcode aus einer vorherbestimmten Anzahl Chips zusammengesetzt ist und die Verzögerungseinrichtung eine Zufallsgeneratoreinrichtung (36) zum Erzeugen einer willkürlichen Zahl aufweist, ein Schieberegister (35S), welches eine vorherbestimmte Anzahl Schiebestufen hat und synchronisiert mit der Erzeugung jedes Chip des Spreizcode angesteuert wird, sowie Gate-Einrichtungen (G₀-G_m), die mit den Eingängen der jeweiligen Schiebestufen des Schieberegisters und dem Ausgang desselben verbunden sind, um die Sequenz gespreizter Symbole von der Spreizeinrichtung einer der Schiebestufen zur Verfügung zu stellen, die entsprechend der Zufallszahl ausgewählt wurde, oder dem Ausgang des Schieberegisters, wodurch die Sequenz der gespreizten Symbole um eine Größe entsprechend der Zufallszahl verzögert und vom Schieberegister ausgegeben werden.
Gerät nach Anspruch 13, bei dem die Verzögerungseinrichtung eine Dekodiereinrichtung (35D) umfaßt, der die Zufallszahl geliefert wird und die wahlweise die entsprechende der Gate-Einrichtungen (G₀-G_m) aufsteuert, um durch diese hindurch der entsprechenden der Schiebestufen oder dem Ausgang des Schieberegisters (35S) die Sequenz gespreizter Symbole zur Verfügung zu stellen.
Gerät nach Anspruch 13 oder 14, bei dem die Anzahl Schiebestufen des Schieberegisters (35S) um eins kleiner ist als die Anzahl Chips des Spreizcode, und das Schieberegister von einem Takt der gleichen Periode wie die Chipperiode des Spreizcode angesteuert wird.