DE69433946T2

DE69433946T2 - Ein Signalentspreizer und ein Verfahren für CDMA Systeme

Info

Publication number: DE69433946T2
Application number: DE69433946T
Authority: DE
Inventors: Qi Morris Plains Bi
Original assignee: AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1993-02-03
Filing date: 1994-01-26
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2014-01-27
Also published as: CA2109790C; EP0610023A2; EP0610023B1; CA2109790A1; KR100314336B1; JPH06252889A; JP2781333B2; US5353302A; DE69433946D1; EP0610023A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zur Verwendung in einem System mit Codemultiplex-Mehrfachzugriff (CDMA).
CDMA ist eine Signalmodulationstechnik, die in vielfältigen Anwendungen benutzt wird, wie zum Beispiel in zellularen und drahtlosen Kommunikationssystemen. Bei solchen Systemen kommunizieren mehrere Benutzer willkürlich über ein gemeinsames Frequenzband mit einer Basisstation. Jeder dieser Benutzer sendet ein eindeutig codiertes Signal. Deshalb ist das empfangene Signal an der Basisstation aus vielen verschieden codierten Signalen zusammengesetzt. Jedes codierte Signal wird gebildet, indem jedes einer Folge digitaler Symbole mit mehr als einem Codekoeffizienten multipliziert wird. Das Produkt jedes Symbols mal einem Codekoeffizienten ist ein "Chip", und jeder Chip erstreckt sich über einen Teil des Bitintervals, der als ein Chipinterval bekannt ist. Im Empfänger werden die codierten digitalen Symbole jedes Benutzers aus dem ankommenden zusammengesetzten Signal durch Verwendung von Codekoeffizienten, die die von jedem Benutzer verwendeten duplizieren, wieder hergestellt.
Seit langem ist anerkannt, daß während der Übertragung sehr viel Störungen in jedes codierte Signal aus den anderen codierten Signalen eingeführt werden können, und für eine verständliche Kommunikation müssen diese Störungen kompensiert werden. Um diese Störungen zu verringern, wurden mehrere verschiedene Störungsreduktionstechniken konzipiert. Bei einer vorbekannten Technik werden im Empfänger Vorrichtungen verwendet, die an den Symbolen jedes Benutzers operieren, die von einem Entspreizer unter Verwendung zuvor wiederhergestellter Symbole anderer Benutzer ausgegeben wurden. Siehe zum Beispiel dazu US-Patent Nr. 5,136,612, ausgegeben am 4.8.1992 mit dem Titel "Method and Apparatus for Reducing Effects of Multiple Access Interference in a Radio Receiver in a Code Division Multiple Access Communication System". Eine andere Klasse vorbekannter Systeme verwendet einen Ansatz, der über ein Zeitintervall hinweg an dem empfangenen zusammengesetzten Signal unter Verwendung von Blöcken von Codekoeffizienten operiert, wobei jeder Block die Codekoeffizienten jedes diesem Zeitintervall entsprechenden Benutzers enthält. Siehe zum Beispiel eine Veröffentlichung mit dem Titel "Near-Far Resistance of Multiuser Detectors in Asynchronous Channels", I. E. E. E. Transactions on Communications, Band 38, Nr. 4, April 1990, und eine neuere anhängige Patentanmeldung mit dem Titel "Data Recovery Technique for Asynchronous CDMA Systems", Laufnummer 07/982168, (US-A-5341395).
Eine weitere Klasse vorbekannter Systeme verringert Störungen durch Entspreizen des empfangenen Signals unter Verwendung von Codekoeffizientensequenzen, die von denen verschieden sind, die von den Benutzern zur Erzeugung ihrer jeweiligen codierten Signale verwendet werden. Siehe zum Beispiel die anhängige US Anmeldung mit der Laufnummer 07/991841, (US-A-5345468). Obwohl alle diese vorbekannten Anordnungen die Leistungsfähigkeit standardmäßiger CDMA-Systeme wesentlich verbessern, gibt es Anwendungen, in denen es erwünscht ist, noch größere Leistungsfähigkeitsgrade bereitzustellen, ohne daß irgendwelche wesentlichen zusätzlichen Kosten auftreten.
Deshalb wäre es wünschenswert, wenn eine kostengünstige Datenwiederherstellungstechnik für CDMA-Systeme entwickelt werden könnte, die einen Pegel von Störungen bereitstellt, der niedriger ist, als mit vorbekannten Anordnungen erreichbar ist.
EP-A-0484065 betrifft einen einfachen Demodulator, der ein einziges gefiltertes Duplikat einer einzigen Sequenz von Koeffizienten zum Entspreizen des empfangenen Signals erzeugt.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung nach Anspruch 1 bereitgestellt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren nach Anspruch 9 bereitgestellt.
Die Signalentspreizung in einem CDMA-System wird durch Verarbeiten des empfangenen Signals mit einem gefilterten Duplikat der von jedem Systembenutzer verwendeten Codekoeffizientensequenz durchgeführt. Bei der offengelegten Ausführungsform ist der Kommunikationskanal zwischen dem Sender jedes Systembenutzers und der Basisstation bandbegrenzt und weist eine zugeordnete Frequenzkurve auf. In dem Sender jedes Benutzers werden Filtervorrichtungen mit einer zugeordneten Frequenzkurve verwendet, um das Frequenzspektrum jedes codierten Signals auf eine vorbestimmte Bandbreite zu begrenzen, die kleiner oder gleich der des Kommunikationskanals ist. Jedes gefilterte Duplikat gibt gemäß der vorliegenden Erfindung die Frequenzkurve wieder, die der Senderfiltervorrichtung und/oder dem Kommunikationskanal zugeordnet ist. Bei der offengelegten Ausführungsform ist die in jedem gefilterten Duplikat wiedergegebene Filterung eine Kombination der Frequenzkurven des Filters und des Kommunikationskanals. Vorteilhafterweise kann die vorliegende Erfindung für sich oder kombiniert mit vorbekannten Störungsreduktionstechniken verwendet werden, um die CDMA-Systemleistungsfähigkeit zu verbessern.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist ein Blockschaltbild eines herkömmlichen Senders für ein beispielhaftes CDMA-System, das die vorliegende Erfindung enthält;
2 ist ein Blockschaltbild eines Empfängers, der die vorliegende Erfindung in dem beispielhaften CDMA-System enthält; und
3 ist ein ausführliches Schaltbild des Signalentspreizers in 2.
Ausführliche Beschreibung
Bei dem die vorliegende Erfindung enthaltenden beispielhaften System werden Bit, die Sprach- und/oder Dateninformationen repräsentieren, zwischen jedem einer Vielzahl von Systembenutzern und einer zentralen Basisstation übermittelt. Die Kommunikation von den verschiedenen Systembenutzern und der Basisstation ist asynchron, wobei die Übertragung jedes Benutzers in bezug auf die Übertragung eines anderen Benutzers zu einer willkürlichen Zeit ankommt. Zusätzlich verwenden solche Übermittlungen Quadraturphasenumtastungsmodulation (QPSK), wobei sich natürlich versteht, daß die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche Modulation beschränkt ist, sondern auch mit Systemen verwendet werden kann, die binäre Phasenumtastung (BPSK) oder vielfältige andere Modulationsverfahren verwenden.
Mit Bezug auf 1 ist die herkömmliche Senderstruktur 100 für einen der Vielzahl von Systembenutzern, der als Benutzer 1 gekennzeichnet ist, gezeigt. Jeder der anderen Benutzer hat eine identische Senderstruktur zum Senden des zugeordneten Informationssignals dieses Benutzers zu der Basisstation. Die Leitung 101 koppelt die das Informationssignal des Benutzers 1 repräsentierenden Bit an den Signal-Mapper 102. Der Mapper konvertiert K sukzessive Bit auf der Leitung 101 in eines von M zugeordnete Symbole gemäß einer vorbestimmten Abbildungsfunktion. Die Zahlen K und M sind vorgewählte ganze Zahlen, die der Beziehung M = 2^K genügen, und der Mapper 102 wird häufig als "M-ärer" Symbolmapper bezeichnet. Jedes der so bereitgestellten Symbole wird über den Multiplizierer 103 mit einer Pseudozufallssequenz (PN-Sequenz) für Benutzer 1 multipliziert. Diese Sequenz wird durch die Leitung 104 an den Multiplizierer 103 angekoppelt. Die Anzahl der Signalwerte in der Sequenz beträgt m, und eine solche Multiplikation liefert m "Chips" pro Symbol, wobei m eine vorbestimmte ganze Zahl ist. Bekanntlich spreizt diese Multiplikation das Frequenzspektrum jedes Symbols. Jeder der von dem Multiplizierer 103 gelieferten Chips wird an Multiplizierer 105 und den Multiplizierer 106 angekoppelt, die jeweils jeden Chip mit einer I-Kanal-PN-Seguenz und einer Q-Kanal-PN-Sequenz multiplizieren. Die I- und die Q-Kanal-PN-Sequenzen sind voneinander verschieden und werden durch (nicht gezeigte) herkömmliche PN-Sequenzgeneratoren bereitgestellt. An diesem Punkt sollte ersichtlich sein, daß die von den Multiplizierern 105 und 106 bereitgestellten Chips dasselbe Informationssignal repräsentieren und diese Anordnung eines QPSK-Modulationsverfahrens deshalb Signalredundanz und Diversity-Schutz liefert. Obwohl der Benutzer des Multiplizierers 103 in Kombination mit den Multiplizierern 105 und 106 vorzuziehen ist, da eine solche gemeinsame Multiplikation jedes Symbol im Frequenzbereich weiterspreizt, kann außerdem die Verwendung des Multiplizierers 103 weggelassen werden.
Tiefpaßfilter (LPF) 107 und 108 mit einer als H(f) bezeichneten Übertragungsfunktion filtern die Ausgangssignale der Multiplizierer 105 bzw. 106, um so das Spektrum der Chips zur Übermittlung durch einen bandbegrenzten Kanal zu begrenzen. Der Strom bandbegrenzter Chips an den Ausgängen dieser Filter wird dann über Hochfrequenzmodulatoren (HF-Modulatoren) 109 und 110 durch cosωt und sinωt moduliert. Der Summierer 111 addiert diese Signale dann und koppelt die Summe an den Kanal 112 mit einer als C(f) bezeichneten Übertragungsfunktion an.
Man betrachte nun 2, die den Empfänger in der Basisstation für Benutzer 1 zeigt. Der Empfänger für jeden der anderen Benutzer ist mit dem in 2 gezeigten identisch. Das Signal aus Kanal 112 wird an den Empfänger 200 für Benutzer 1 angekoppelt, wobei die Multiplizierer 201 bzw. 202 auf den Leitungen 203 und 204 durch Multiplizieren des empfangenen Signals mit cosωt und sinωt das demodulierte I- und Q-Kanalsignal bereitstellen. Der I- und der Q-Kanalentspreizer 205 liefern M Schätzungen der gesendeten Symbole jedes Benutzers in dem I-Kanal und M Schätzungen der Symbole jedes Benutzers in dem Q-Kanal. Die M Schätzungen des I-Kanals können als E I / i und die M Schätzungen des Q-Kanals als E Q / i bezeichnet werden, wobei i ein Index und 1 ≤ i ≤ M ist. E I / i und E Q / i werden jeweils über Busse 206 und 207 an Absolutwertschaltungen 208 und 209 angekoppelt. Jede der Leitungen dieser Busse übermittelt eine verschiedene Schätzung, und entsprechende Leitungen auf diesen Bussen koppeln eine denselben Index tragende Schätzung. Jede von dem Entspreizer 205 gelieferte Schätzung enthält Amplituden- und Phaseninformationen. Die letzteren Informationen werden von jeder der Absolutwertschaltungen ignoriert, da diese Schaltungen den Absolutwert jeder ihrer M empfangenen Symbolschätzungen ausgeben. Der Summierer 210 addiert jeden der von den Schaltungen 208 gelieferten M Absolutwerte zu dem entsprechenden der von der Schaltung 209 gelieferten M Absolutwerte und koppelt diese als S_i bezeichneten Summen an den Selektor 211 an. Der Selektor 211 wählt die maximale von dem Summierer 210 bereitgestellte Summe und bildet das gewählte Maximum auf sein entsprechendes der M Symbole ab. Dieses entsprechende Symbol wird an die Leitung 212 angekoppelt.
Mit Bezug auf 3 enthält der Entspreizer 205 im Gegensatz zu vorbekannten Entspreizern Filter, die eine Übertragungsfunktion bereitstellen, die an die von dem Kanal 112 und den Filtern 107 und 108 im Sender bereitgestellten angepaßt ist. Der Entspreizer 205 enthält den M-Symbol-Generator 301, der jedes der von dem Mapper 102 in 1 ausgegebenen M möglichen Symbole bereitstellt. Diese in 3 als S₁, S₂ ... S_M gekennzeichneten M Symbole werden jeweils über Leitungen 302-1, 302-2 ... 302-M Symbolschätzern 303-1, 303-2 ... 303-M zugeführt. Diese Symbolschätzer sind alle untereinander identisch und 3 zeigt die Schaltkreise in dem Schätzer 303-1.
Wie gezeigt, wird das Symbol S₁ durch den Multiplizierer 304 mit der PN-Sequenz für Benutzer 1 multipliziert. Das von dem Multiplizierer 304 gelieferte Produkt wird dann über die Multiplizierer 305 und 306 mit den I- und den Q-Kanal-PN-Sequenzen multipliziert und von dort aus an die Filter 307 und 308 angekoppelt. Jedes dieser Filter hat eine Übertragungsfunktion H(f)C(f) und jedes Filter liefert deshalb die Frequenzformung, die einem durch den Sender und den Kommunikationskanal gekoppelten Symbol bereitgestellt wird.
An diesem Punkt sollte beachtet werden, daß, da die den Multipliziern 201 und 202 in 2 zugeführten Funktionen cos und sin nicht mit denen im Sender von 1 verwendeten Phasen verriegelt sind, eine Kreuzkopplung von I- und Q-Senderkanalsymbolen besteht und folglich das demodulierte I-Kanal-Signal das I-Senderkanalsymbol und einen Teil des Q-Senderkanalsymbols enthält. Ähnlich enthält das demodulierte Q-Kanal-Signal das Q-Senderkanalsymbol und einen Teil des I-Senderkanalsymbols. Der Multiplizierer 309 multipliziert das Ausgangssignal des Filters 307 mit dem demodulierten I-Kanalsignal, um eine Schätzung des I-Senderkanalsymbols in dem demodulierten I-Signal zu bilden, und der Multiplizierer 310 multipliziert das Ausgangssignal des Filters 307 mit dem demodulierten Q-Kanalsignal, um eine Schätzung des I-Kanalsymbols in dem demodulierten Q-Kanalsignal zu bilden. Ähnlich multipliziert der Multiplizierer 311 das Ausgangssignal des Filters 308 mit dem demodulierten I-Kanalsignal, um eine Schätzung des Teils des Q-Senderkanalsymbols in dem demodulierten I-Signal zu bilden, und der Multiplizierer 312 multipliziert das Ausgangssignal des Filters 310 mit dem demodulierten Q-Kanalsignal, um eine Schätzung des Q-Senderkanalsymbols in dem demodulierten Q-Signal zu bilden. Jede dieser vier Schätzungen wird dann jeweils über die Integrierer 313 bis 316 über jedes Symbolintervall integriert.
Es kann gezeigt werden, daß die von den Multiplizierern 309 und 312 gelieferten Schätzungen phasengleich sind, und aufgrund der redundanten Beschaffenheit der I- und Q-Symbole in der offengelegten Ausführungsform ist es vorzuziehen, die Ausgangssignale der Multiplizierer 309 und 312 über den Summierer 318 zu summieren. Auf ähnliche Weise sind die Ausgangssignale der Multiplizierer 310 und 311 phasengleich, und es ist vorzuziehen, über den Summierer 317 die algebraische Differenz dieser Schätzungen zu bilden. Die Leitungen 326-1 und 327-1 koppeln die Ausgangssignale der Summierer 317 und 318 an eine Leitung der Busse 206 und 207 an. Außerdem koppelt der Bus 206 die Ausgangssignale des Summierers 317 in jedem der anderen Symbolschätzer 303-2 bis 303-M über Leitungen 326-2 bis 326-M. Auf ähnliche Weise werden die Ausgangssignale des Summierers 318 in den Symbolschätzern 303-2 bis 303-M durch Leitungen 327-2 bis 327-M dem Bus 207 zugeführt.
Es sollte natürlich beachtet werden, daß, obwohl die vorliegende Erfindung im Hinblick auf ein Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, Durchschnittsfachleuten andere Anordnungen einfallen werden. Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf eine QPSK-Modulationsanordnung beschrieben wurde, ist die Erfindung zum Beispiel auch auf ein Basisbandmodulationsformat anwendbar, bei dem Signalredundanz nicht erforderlich ist. Bei solchen Anwendungen sind der Signal-Mapper 102; die Multiplizieren 103, 106; das Filter 108; der Modulator 110; und der Summieren 111 nicht notwendig. In der Basisstation würde der Entspreizer Abtastwerte des empfangenen Signals unter Verwendung eines gefilterten Duplikats der Sequenz von Codekoeffizienten jedes Benutzers verarbeiten. Die Filterung in jedem solchen Duplikat würde die Filterung wiedergeben, die in dem Sender jedes Benutzers alleine oder in Kombination mit der Frequenzkurve des Kommunikationskanals zwischen jedem Benutzer und der Basisstation bereitgestellt wird. Als letztes kann bei jeder Anwendung der vorliegenden Erfindung die Frequenzkurve des Kommunikationskanals C(f) über das Frequenzband, durch das Informationen übermittelt werden, einen konstanten Wert oder eine beliebige bestimmte Form aufweisen.

Claims

Vorrichtung zur Verwendung in einem CDMA-System zum Senden eines codierten Signals für jeden einer Vielzahl von Benutzern durch einen bandbegrenzten Kanal, wobei jedes codierte Benutzersignal durch Verarbeiten der Symbole dieses Benutzers unter Verwendung einer Sequenz von Codekoeffizienten gebildet wird, wobei die Sequenz für jeden Benutzer verschieden ist und wobei ein empfangenes Signal eine Zusammensetzung aller codierter Benutzersignale enthält, wobei die Vorrichtung folgendes enthält: ein Mittel (203, 204) zum Empfangen von Abtastwerten des empfangenen Signals; gekennzeichnet durch ein Mittel (205) zum Bilden einer Menge gefilterter Duplikate jeder Sequenz von Codekoeffizienten in Kombination mit jedem möglichen Benutzersymbol, wobei das Mittel zum Bilden einer Menge gefilterter Duplikate folgendes umfaßt: ein Mittel (301) zum Erzeugen einer Menge möglicher Benutzersymbole und ein Mittel (303) zum Spreizen jedes der Menge möglicher Benutzersymbole, um ein entsprechendes gefiltertes Duplikat zu erzeugen; und ein Mittel (208, 209, 210, 211) zum Schätzen der Symbole eines Benutzers als Reaktion auf die empfangenen Signalabtastwerte und als Reaktion auf die Menge von gefilterten Duplikaten der Sequenz von Codekoeffizienten, mit denen das codierte Signal dieses Benutzers gebildet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Verarbeiten zum Bilden jedes codierten Benutzersignals ein Mittel verwendet, das eine erste Übertragungsfunktion (H(f)) bereitstellt, und das Schätzmittel ebenfalls die erste Übertragungsfunktion bereitstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der bandbegrenzende Kanal eine zweite Übertragungsfunktion (C(f)) bereitstellt, und das Schätzmittel ebenfalls die zweite Übertragungsfunktion bereitstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Schätzmittel eine dritte Übertragungsfunktion (H(f)C(f)) bereitstellt, die gleich einem Produkt der ersten Übertragungsfunktion und der zweiten Übertragungsfunktion ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der bandbegrenzende Kanal eine zweite Übertragungsfunktion (C(f)) bereitstellt, und das Schätzmittel ebenfalls die zweite Übertragungsfunktion bereitstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Sequenz von Codekoeffizienten eine Pseudozufallssequenz (PN 1) ist und die Verarbeitung zum Bilden eines codierten Benutzersignals aus den Symbolen dieses Benutzers ein Mittel (304) zum Bereitstellen der Pseudozufallssequenz umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei jedes codierte Signal eine endliche Menge von Signalwerten aufweist und das Schätzmittel ein Mittel (301) zum Erzeugen der endlichen Menge von Signalwerten und ein Mittel (303-1, 303-2 ... 303-M) zum Verarbeiten der endlichen Menge von Signalwerten enthält, wobei das Verarbeitungsmittel auf die empfangenen Signalabtastwerte und die gefilterten Duplikate reagiert.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Verarbeitungsmittel eine verarbeitete endliche Menge von Signalwerten liefert und das Schätzmittel ein Mittel (211) zum Auswählen eines Signalwerts aus der verarbeiteten endlichen Menge von Signalwerten enthält.
Verfahren zur Verwendung in einem CDMA-System zum Senden eines codierten Signals für jeden einer Vielzahl von Benutzern durch einen bandbegrenzten Kanal, wobei jedes codierte Benutzersignal durch Verarbeiten der Symbole dieses Benutzers unter Verwendung einer Sequenz von Codekoeffizienten gebildet wird, wobei die Sequenz für jeden Benutzer verschieden ist und wobei ein empfangenes Signal eine Zusammensetzung aller codierter Benutzersignale enthält, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: Empfangen von Abtastwerten des empfangenen Signals; gekennzeichnet durch Bilden einer Menge gefilterter Duplikate jeder Sequenz von Codekoeffizienten in Kombination mit jedem möglichen Benutzersymbol, wobei der Schritt des Bildens einer Menge gefilterter Duplikate die folgenden Schritte umfaßt: Erzeugen einer Menge möglicher Benutzersymbole und Spreizen jedes der Menge möglicher Benutzersymbole, um ein entsprechendes gefiltertes Duplikat zu erzeugen; und Schätzen der Symbole eines Benutzers als Reaktion auf die empfangenen Signalabtastwerte und als Reaktion auf die Menge von gefilterten Duplikaten der Sequenz von Codekoeffizienten, mit denen das codierte Signal dieses Benutzers gebildet wird.