DE69834344T2

DE69834344T2 - Verfahren unter verwendung von kodebuchindexierung zum erreichen hoher bitdichten in ds-cdma-ss nachrichtenübertragungssystem

Info

Publication number: DE69834344T2
Application number: DE69834344T
Authority: DE
Inventors: M. David Chandler HORNE
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 1998-01-05
Filing date: 1998-12-22
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2018-12-23
Also published as: US7729409B2; EP1046241B1; JP4542701B2; DE69834344D1; AU2449799A; EP1046241A1; US20080063032A1; IL137143A0; KR100461736B1; KR20010024832A; US7301983B1; JP2002501321A; WO1999035760A1; EP1046241A4

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Datenübertragungen. Im Besonderen beschreibt die Erfindung ein Verfahren unter Verwendung einer Code-Buch-Indizierung, um hohe Bitdichten in CDMA-Spread-Spectrum-Kommunikationssystemen mit direkter Folge zu erreichen.
STAND DER TECHNIK
Die DSSS-Techniken (DSSS als Abkürzung von Direct Sequence Spread Spectrum) beruhen auf dem Einsatz von Pseudo-Zufallsrauschträgern, die auch als Ausbreitungscodes, Ausbreitungssequenzen, Codefolgen und Chipsequenzen bezeichnet werden, und einer Übertragungsbandbreite, die deutlich breiter ist als die Mindestbreite für die Übertragung der Informationen. Der Sender breitet die Informationen aus, indem die Informationen mit einer Pseudo-Zufallsrauschen-Ausbreitungsfolge moduliert werden. An dem Empfänger wird die Ausbreitung der Informationen aufgehoben, um die Basis- bzw. Grundinformationen wiederzugewinnen. Diese Aufhebung der Ausbreitung wird durch Korrelieren des empfangenen, Spreadmodulierten Signals mit der für die Übertragung verwendeten Ausbreitungsfolge erreicht. DSSS wird teilweise auch kurz als „direkte Ausbreitung" bzw. auf Englisch „Direct Spread" bezeichnet.
Das modulierende Signale, wie etwa ein Pseudo-Zufallsrauschen-Ausbreitungscodesignal, verarbeitet eine Chiprate (analog zu der Trägerfrequenz), die deutlich größer ist als die Datenrate des Informationssignals. Diese Eigenschaft ist für eine effiziente Ausbreitung erforderlich. Jeder Zustand der Pseudo-Zufallsrauschen-Ausbreitungsfolge wird als ein Chip bezeichnet. Die Ausbreitungsfolge (Chipsequenz) moduliert direkt jedes Bit des Informationssignals, deshalb der Name direkte Ausbreitung. Die Pseudo-Zufallseigenschaft des Ausbreitungssignals ist erforderlich, um das ursprüngliche Informationssignal wiederzugewinnen. Da die Ausbreitungsfolge deterministisch ist, kann sie genau an dem Empfänger dupliziert werden, um das Informationssignal zu extrahieren. Wenn sie wirklich zufällig wäre, wäre eine Extrahierung des Informationssignals über den Korrelationsempfänger nicht möglich.
Der Ausbreitungsbetrieb bewirkt eine einheitliche Erschöpfung der Signalleistung über die Ausbreitungsbandbreite. Somit erscheint das Spread-Spectrum-Signal ohne das Ausbreitungs-Aufhebungssignal für jeden Empfänger in dem Rauschen vergraben. Folglich ist nicht nur ein Kantenanstoß schwierig, vielmehr lässt sich die Gegenwart auch nur schwer in jeder Bandbreite detektieren. Jedes während der Überragung aufgefangene unerwünschte Signal wird durch den Empfänger auf die gleiche Art und Weise ausgebreitet, wie der Sender das gewünschte Signal ursprünglich ausgebreitet hat. Anders ausgedrückt breitet der Empfänger während der Übertragung aufgenommene unerwünschte Signale aus, während für das gewünschte Informationssignal gleichzeitig die Ausbreitung aufgehoben bzw. eine Demodulation vorgenommen wird. Die Verarbeitungsverstärkung ist der Begriff, der zum Ausdrücken dieser Interferenzunterdrückung in dem Gesamtbetrieb des Sendens und Empfangens verwendet wird. Bei einer Betrachtung als Sende-Empfangsbetrieb wird das gewünschte Signal zweimal Ausbreitungs-moduliert, wobei das ursprüngliche Signal zurückgegeben wird, während die Inband-Störung bzw. Inband-Interferenz einmal Ausbreitungs-moduliert und dadurch über die vollständige Ausbreitungsbandbreite erschöpft wird.
CDMA Direct Spread ist eine Adaption des herkömmlichen Direct Spread (direkte Ausbreitung), welche mehrere gleichzeitige Zugriffe unter Verwendung von wechselseitig orthogonalen Ausbreitungscodes ermöglicht. Wechselseitig orthogonal bedeutet, dass die Kreuzkorrelation in der Anordnung gering ist (im Idealfall Null). In einem idealen orthogonalen System bedeutet orthogonal nicht nur, dass sich die Signale nicht mischen, sondern es bedeutet auch, dass zwischen den Signalen keine Interferenz gegeben ist. In der Praxis kann die Anzahl der Benutzer mit mehrfachem Zugriff ohne Grenze nicht zunehmen, da jedes Benutzersignal eine kleine Mehrfachzugriff-Interferenzkomponente aufgrund der Abweichungen von dem Ideal beiträgt. Da der Empfängerdetektionsrand nicht unendlich ist, wird letztlich eine Grenze erreicht.
„Adresscodeverfahren in Nachrichtenübertragungssystemen" Codierung, von W. Herzig, Mortrage Braunschweig, vorn 7. bis 9. Oktober 1970, Nachrichtentechnische Fachberichte, Berlin, Ode Verlag, DE, Band 40, 1971, Seiten 115–127, XP000796851, offenbart ein Spread-Spectrum-Kommunikationssystem, in dem ein Informationssignal ausgebreitet und zu einem Benutzer übertragen wird. Die Daten „1" werden mit einer Sequenz „A" ausgebreitet, und die Daten „0" werden mit dem Komplement von „A" ausgebreitet.
Das U.S. Patent US-A-5.210.770 offenbart ebenfalls ein Spread-Spectrum-Kommunikationssystem, bei dem eine Familie von nahezu orthogonalen Ausbreitungscodefolgen unter Verwendung von Schieberegistern erzeugt wird, und wobei eine eindeutige Gruppe von Ausbreitungscodefolgen aus der Familie auf diese Weise erzeugten der Folgen jedem Knoten eines digitalen Kommunikationsnetzes mit mehreren Knoten zugeordnet wird.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es ferner, hohe Bitdichten in einem Spread-Spectrum-Kommunikationssystem zu ereichen, die höher sind als die bislang erreichten Werte.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Vorgesehen ist gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Ausbreiten von Informationen in einem Spread-Spectrum-Kommunikationssystem gemäß dem gegenständlichen Anspruch 1.
Die bevorzugten Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung ist beispielhaft und ohne einzuschränken in den Abbildungen der beigefügten Zeichnungen veranschaulicht, wobei die gleichen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. In den Zeichnungen zeigen:
1(a) ein Diagramm eines auszubreitenden Signals;
1(b) ein Diagramm, das ein Ausbreitungssignal mit Interferenz zeigt, das in ein ursprüngliches Signal und Rauschen demoduliert wird;
2(a) ein beispielhaftes, dem Stand der Technik entsprechendes Verfahren zur Ausbreitung von Signalen;
2(b) ein beispielhaftes Verfahren zur Ausbreitung von Signalen unter Verwendung von Code-Buch-Indizierung;
3 ein Diagramm einer Pseudo-Zufallsrauschen-Codetabelle, die in mehrere Code-Bücher partitioniert ist; und
4 ein Diagramm ein Verfahren der Ausbreitung von Signalen für drei Benutzer gemäß der Code-Buch-Indizierung der Tabelle aus 3.
GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die offenbarte Technik verwendet eine bislang ungenutzte Gruppierung orthogonaler Ausbreitungscodes in feste Code-Bücher für jedes Benutzersignal. Durch die direkte Ausbreitung mit einem datenabhängigen Ausbreitungscode, wobei es sich bei diesem Ausbreitungscode um ein indiziertes Element eines Code-Buchs mit fester Größe handelt, wobei die Informationskapazität des übertragenen Signals über herkömmliche Spread-Spectrum-Techniken mit direkter Folge erhöht wird. Diese Erhöhung der Informationskapazität wird praktisch ohne Veränderungen der Übertragungsleistung oder Bandbreite erreicht. Die Implementierung ist verhältnismäßig einfach und verändert die orthogonalen Eigenschaften an dem Empfänger nicht, da alle Code-Bucheinträge eines Code-Buchs und unter mehreren Code-Büchern von einer orthogonalen Anordnung abgeleitet werden. Die Code-Buchgröße kann für Implementierungsressourcen, die Anzahl der gewünschten Mehrfachzugriffkanäle und Datenratenunterschiede zwischen den Mehrfachzugriffkanälen geopfert werden.
Durch die Gruppierung einer großen orthogonalen Ausbreitungscodeanordnung in kleinere Code-Bücher, wobei jedem Benutzersignal ein eindeutiges Code-Buch zugeordnet ist, können mehrere Bits in jeder Symbolperiode für jedes Benutzersignal übertragen werden. Diese Gruppierung in Verbindung mit dem datenabhängigen Index in dem Code-Buch führt zur Übertragung von ,n' Bits je Symbol, wobei ,n' die Log Basis 2 der Code-Buch-Größe darstellt. Da jedes Code-Buch ferner eine eindeutige Teilmenge der vollen orthogonalen Code-Anordnung ist, ist die Fähigkeit der Mehrfachzugriffe möglich. Mehrere Benutzersignale werden jeweils durch eine eindeutige Anordnung orthogonaler Codes aus dem einem bestimmten Benutzersignal zugeordneten Code-Buch ausgebreitet.
Die Abbildung aus 1(a) zeigt ein Beispiel für das, was einem Signal passiert, wenn es ausgebreitet wird. Das Signal 100 wird unter Verwendung einer Ausbreitungssequenz (nicht abgebildet) in das Signal 101 ausgebreitet. Wie dies ersichtlich ist, wird die Amplitude des Signals verringert, während dessen Bandbreite erweitert wird. Durch Verringerung der Amplitude erscheint das Signal nicht unterscheidbar von Rauschen und kann nur durch einen Empfänger wiederhergestellt werden, der die richtige Ausbreitungssequenz verarbeitet. Die Abbildung aus 1(b) veranschaulicht das Ausbreitungssignal 101 und ein Interferenzsignal 102, das während der Übertragung aufgenommen worden ist. Wenn das Ausbreitungs-modulierte Signal 101 unter Verwendung der ursprünglichen Ausbreitungssequenz (nicht abgebildet) demoduliert wird, wird das ursprüngliche Signal 100 wiederhergestellt, und das Interferenzsignal 102 wird in das Signal 103 ausgebreitet, wodurch ein geringeres Rauschen erzeugt wird.
Die Abbildung aus 2(a) zeigt ein Diagramm eines beispielhaften Verfahrens gemäß dem Stand der Technik der Ausbreitung eines Signals. Ein Informationssignal 210 wird unter Verwendung allgemein bekannter Verfahren moduliert, wie etwa durch einen Pseudo-Zufallscode 211. Für jede ,1' in dem Informationssignal wird der Pseudo-Zufallscode 211 übertragen. Im Gegensatz dazu wird für jede ,0' in dem Informationssignal der Kehrwert des Pseudo-Zufallscodes 211 übertragen. Durch eine derartige Modulation wird somit das Signal zur Übertragung in das übertragene Signal 212 ausgebreitet. Wenn das Informationssignal 210 zum Beispiel aus den Bits ,101' besteht und der Pseudo-Zufallscode 211 gleich ,01011010' ist, so entspricht das übertragene Signal 212 ,01011010 10100101 01011010'. Das übertragene Signal wird durch ,1' erzeugt, entsprechend dem Pseudo-Zufallscode 211 (,010110101') und ,0', dem Kehrwert des Pseudo-Zufallscode entsprechend (,10100101').
Die Abbildung aus 2(b) zeigt ein Diagramm eines beispielhaften Verfahrens der Ausbreitung eines Signals unter Verwendung der Code-Buch-Indizierung. Wie dies vorstehend im Text beschrieben worden ist, wird das Informationssignal 210 erneut durch das Ausbreitungssignal moduliert, so dass ein übertragenes Signal 213 erzeugt wird. In diesem Fall wird jedoch an Stelle eines Pseudo-Zufallscodes eine Code-Buch-Indizierung verwendet. Unter Verwendung der Code-Buch-Indizierung können mehrere Informationsbits je Pseudo-Zufallsrauschen-Code übertragen werden anstatt ein einzelnes Bit, wie dies vorstehend im Text beschrieben worden ist. Bei der Code-Buch-Indizierung wird die Position des Pseudo-Zufallsrauschen-Codes zum Codieren mehrerer Informationsbits in dem übermittelten Pseudo-Zufallsrauschen-Code verwendet. Wenn somit zwei Informationsbits je Pseudo-Zufallsrauschen-Code gesendet werden sollen, ist ein Code-Buch mit vier Einträgen erforderlich, da zwei Informationsbits vier mögliche Werte aufweisen, wobei der Wert von Null bis Drei reicht. Wenn der Wert des Informationsbits gleich 3 ist (die Bits lauten ,11'), so wird der vierte Psudeo-Zufallsrauschen-Code verwendet, der an der Position ,11', der in dem Code-Buch enthalten ist. In der Abbildung aus 2(b) wird das gleiche Informationssignal 210 (,101') aus 2(a) verwendet. Da in diesem Fall der binäre Wert ,101' einer numerischen 5 entspricht, wird der sechste Pseudo-Zufallsrauschen-Code in dem Code-Buch verwendet, der sich an der Position ,101' befindet. In der Annahme, dass dieser Pseudo-Zufallsrauschen-Code 211 ,01011010' entspricht, so ist das übertragene Signal der Pseudo-Zufallsrauschen-Code von ,01011010'.
Die Abbildung aus 3 zeigt ein Diagramm einer beispielhaften Pseudo-Zufallsrauschen-Tabelle 300, wobei die Tabelle in mehrere Code-Bücher aufgeteilt ist. Die Tabelle weist 16 Zeilen auf, die Zeilen 0 bis 15. Dem Benutzer #1 (301) ist das erste Code-Buch 311 zugeordnet. Dieses Code-Buch 311 enthält die Pseudo-Zufallsrauschen-Codes, die sich an den Tabellenpositionen 0 bis 3 befinden, welche die Pseudo-Zufallsrauschen-Codes A, B, C und D darstellen. Dem Benutzer #2 (302) ist das zweite Code-Buch 312 zugeordnet. Das Code-Buch #1 (312) enthält die Pseudo-Zufallsrauschen-Codes aus den Tabellenpositionen 4 bis 7, welche die Pseudo-Zufallsrauschen-Codes E, F, G und H darstellen. Dem Benutzer #3 (303) ist das dritte Code-Buch 313 zugeordnet. Das Code-Buch #3 (313) enthält die Pseudo-Zufallsrauschen-Codes der Tabellenpositionen 8 bis 15, welche die Pseudo-Zufallsrauschen-Codes I bis P darstellen. In dem vorliegenden Beispiel enthalten das Code-Buch #1 (311) und das Code-Buch #2 (312) jeweils vier Zeilen, so das dem Benutzer #1 (301) und dem Benutzer #2 (302) jeweils vier Zeilen zugeordnet sind. Das Code-Buch #3 (313) weist jedoch acht Zeilen auf, so dass dem Benutzer #3 (303) acht Zeilen zugeordnet sind. Wie dies hier dargestellt ist, muss die Anzahl der in jedem Code-Buch enthaltenen Zeilen nicht identisch sein, wobei die Anzahl der in jedem Code-Buch enthaltenen Zeilen jedoch eine Zweierpotenz darstellen muss (d.h. 2, 4, 8, 16, 32, 64, etc.). Das Code-Buch #1 (311) enthält vier Zeilen, so dass zwei Datenbits je Pseudo-Zufallsrauschen-Code übermittelt werden können. Dies ist der Fall, da für die Beschreibung von vier Zeilen zwei Bits erforderlich sind. Da das Code-Buch #3 (313) acht Zeilen aufweist, was drei Bits zur Beschreibung aller acht Zeilen erfordert, können drei Datenbits je Pseudo-Zufallsrauschen-Code aus dem Code-Buch #3 (313) übermittelt werden.
Die Abbildung aus 4 zeigt ein Beispiel für die Verwendung der Code-Bücher aus der Tabelle aus 3 zur Übermittlung von mehreren Datenbits je Pseudo-Zufallsrauschen-Code. Wenn das Informationssignal ,10' entspricht und für den ersten Benutzer gilt, so wird der Pseudo-Zufallsrauschen-Code verwendet, der sich in dem ersten Code-Buch an der Position ,2' (oder ,10') in diesem Code-Buch befindet. Dies entspricht dem Pseudo-Zufallsrauschen-Code C, so dass das übertragene Signal 403 dem Pseudo-Zufallsrauschen-Code C entspricht. Wenn das Informationssignal 404 in ähnlicher Weise ,10' ist und für den zweiten Benutzer vorgesehen ist, wird der Pseudo-Zufallsrauschen-Code verwendet, der sich in dem zweiten Code-Buch an der Position ,2' befindet. Dies entspricht dem Pseudo-Zufallsrauschen-Code G, so dass das übertragene Signal 406 dem Pseudo-Zufallsrauschen-Code G entspricht. Schließlich können für den Fall von Signalen an den dritten Benutzer drei Informationsbits je Pseudo-Zufallsrauschen-Code übermittelt werden. Wenn das Informationssignal 407 für den Benutzer #3 somit gleich ,010' ist, wird der Pseudo-Zufallrauschen-Code verwendet, der sich in dem dritten Code-Buch an der Position ,2' befindet. Dies entspricht dem Pseudo-Zufallsrauschen-Code K, so dass das übertragene Signal 409 dem Pseudo-Zufallsrauschen-Code K entspricht.

Claims

Verfahren zum Ausbreiten von Informationen in einem Spread-Spectrum-Kommunikationssystem, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: das Speichern einer Tabelle (300) von Ausbreitungscodes; das Partitionieren der Tabelle (300) von Ausbreitungscodes in mindestens zwei Code-Bücher, wobei jedes Code-Buch mindestens vier Ausbreitungscodes aufweist; das Zuordnen eines ersten Code-Buchs (311) der mindestens zwei Code-Bücher zu einem ersten Benutzer (301); und das Ausbreiten eines ersten Informationssignals (401), das zu dem ersten Benutzer übertragen werden soll, mit einem ersten Ausbreitungscode, der sich in dem ersten Code-Buch (311) befindet, wobei das erste Informationssignal eine Länge von n Bit aufweist, wobei n mindestens zwei beträgt, und wobei das erste Code-Buch 2ⁿ Ausbreitungscodes aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Position des ersten Ausbreitungscodes in dem ersten Code-Buch (311) dem Wert des ersten Informationssignals (401) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren ferner den folgenden Schritt umfasst: das Ausbreiten eines zweiten Informationssignals an den ersten Benutzer mit einem zweiten Ausbreitungscode, der sich in dem ersten Code-Buch (311) befindet.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Position des zweiten Ausbreitungscodes in dem ersten Code-Buch (311) dem Wert des zweiten Informationssignals für den ersten Benutzer entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren ferner die folgenden Schritte umfasst: das Zuordnen eines zweiten Code-Buchs (312) zu einem zweiten Benutzer (302); das Ausbreiten eines ersten Informationssignals (404) für den zweiten Benutzer mit einem ersten Ausbreitungscode, der sich in dem zweiten Code-Buch (312) befindet.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Verfahren ferner den folgenden Schritt umfasst: das Ausbreiten eines zweiten Informationssignals für den zweiten Benutzer (302) mit einem zweiten Ausbreitungscode, der sich in dem zweiten Code-Buch (312) befindet.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Position des zweiten Ausbreitungscodes in dem zweiten Code-Buch (312) dem Wert des zweiten Informationssignals entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein einziger Ausbreitungscode mehrere Bits eines Informationssignals übertragen kann.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei den Ausbreitungscodes um orthogonale Codes handelt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei den Ausbreitungscodes um Pseudo-Zufallsrauschen-Codes handelt.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei ein einzelner Pseudo-Zufallsrauschen-Code in der Lage ist, mehrere Bits eines Informationssignals zu übertragen.