DE69930224T2

DE69930224T2 - Zeitmultiplex Rake-Finger für WCDMA

Info

Publication number: DE69930224T2
Application number: DE69930224T
Authority: DE
Inventors: Michael Francis Warren Garyantes; Yue Lu; Lesley Phillip Swindon Sabel; Steven Andrew Rownham Mead Hotwells Wood; Mario Zancan
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 1999-12-10
Filing date: 1999-12-10
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2019-12-11
Also published as: EP1107471B1; US20010036195A1; US6954487B2; EP1107471A1; DE69930224D1

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft die Implementierung von Rake-Fingern für Mehrwegekomponenten in einem Spreizspektrum-Kommunikationssystem.
Allgemeiner Stand der Technik
Sogenannte Rake-Empfänger werden zur Zeit zur Implementierung der Entspreizungsfunktion in den Empfängern von Spreizspektrum-Kommunikationssystemen verwendet. Der Empfänger ist mit mehreren identischen Rake-Fingern ausgestattet, die jeweils zum Entspreizen der mehreren Mehrwegekomponenten, die mit einem übertragenen Symbol assoziiert sein können, dienen. Jeder Rake-Finger wird unter Verwendung identischer digitaler Logik aufgebaut und jeder Finger wird einer verschiedenen Mehrwegekomponente mit einem verschiedenen Empfangstimingoffset zugeteilt. Die Mehrfachwege werden durch die Ausbreitungsumgebung erzeugt.
Ein Vorteil einer solchen Anordnung besteht darin, daß viele identische Schaltkreise zum Entspreizen der verschiedenen Mehrfachwege verwendet werden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist deshalb die Bereitstellung einer verbesserten Technik zum Entspreizen von Mehrwegekomponenten im Empfänger eines Spreizspektrumsystems.
Die veröffentlichte Patentanmeldung EP-A-0704985 gibt technologische Hintergrundinformationen und betrifft eine Taktphaseneinstellschaltung in einem Rake-Empfänger für Spreizspektrumsignale.
Kurze Darstellung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Wiederherstellen übertragener Symbole in einem Empfänger eines Spreizspektrumsystems bereitgestellt, mit den folgenden Schritten: Empfangen eines Signals mit Mehrwegekomponenten in Assoziation mit einem übertragenen Symbol; und Entspreizen sukzessiver Teile des empfangenen Signals, um auf der Basis jedes Mehrfachweges eine Symbolschätzung bereitzustellen, wobei Teile mindestens eines Mehrfachweges des übertragenen Symbols in separaten Anteilen enthalten sind, wobei der Schritt des Entspreizens ferner umfaßt, eine partielle Schätzung des übertragenen Symbols für die mindestens eine Mehrwegekomponente auf der Basis jedes Teils des Mehrfachweges, der in jedem separaten Anteil enthalten ist, zu bestimmen; und Summieren der partiellen Schätzungen.
Das Verfahren kann ferner den Schritt des Speicherns etwaiger partieller Schätzungen nach dem Entspreizen jedes Anteils umfassen. Das Verfahren kann weiterhin den Schritt des Abrufens einer etwaigen gespeicherten partiellen Schätzung in Assoziation mit einem Mehrfachweg in dem aktuellen Anteil beim Entspreizen dieses Anteils umfassen.
Die abgerufene partielle Schätzung wird vorzugsweise in dem Summierschritt benutzt.
Das Verfahren kann ferner den Schritt des Abtastens des empfangenen Signals in sukzessiven Zeitintervallen, wodurch die sukzessiven Anteile des empfangenen Signals erzeugt werden, umfassen.
Das Verfahren kann ferner den Schritt des Schätzens eines Zeitfehlers des empfangenen Signals, wobei die sukzessiven Anteile des empfangenen Signals zeitlich eingestellt werden, um den Zeitfehler vor dem Entspreizen auszugleichen, umfassen.
Die sukzessiven Teile des empfangenen Signals können in einem Abtastwertspeicher von N Abtastwerten gespeichert werden. Die sukzessiven Teile des empfangenen Signals können eine Länge von mehr als einer Symbolperiode aufweisen. Die sukzessiven Teile des empfangenen Signals können eine Länge von zwei Symbolperioden aufweisen. Der Abtastspeicher kann eine beliebige Größe N ≥ 1 aufweisen. Mit zunehmendem N nimmt jedoch auch die Effizienz der Verarbeitung zu. Die Effizienz der Verarbeitung wird definiert als:
wobei N_p die Anzahl der Verarbeitungstaktzyklen ist, die zur Verarbeitung von Overhead verwendet werden, und N Abtastwerte pro Verarbeitungsperiode verarbeitet werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden außerdem Schaltkreise zum Wiederherstellen übertragener Symbole in einem Spreizspektrum-Kommunikationssystem mit Abtastschaltkreisen zum Empfangen eines Signals mit Mehrwegekomponenten in Assoziation mit einem übertragenen Symbol und Entspreizungsschaltkreisen zum Entspreizen sukzessiver Teile des empfangenen Signals, um auf der Basis jedes Mehrfachweges eine Symbolschätzung bereitzustellen, wobei Teile mindestens eines Mehrfachweges des übertragenen Symbols in separaten Anteilen enthalten sind, wobei die Entspreizungsschaltkreise ferner so ausgelegt sind, daß sie eine partielle Schätzung des übertragenen Symbols für die mindestens eine Mehrwegekomponente auf der Basis jedes Teils des Mehrfachweges, der in jedem separaten Anteil enthalten ist, bestimmen; und Summierschaltkreise zum Summieren der partiellen Schätzungen, um eine volle Schätzung zu produzieren, bereitgestellt.
Die Schaltkreise können ferner einen Speicher zum Speichern der partiellen Schätzungen umfassen, wobei am Ende jedes sukzessiven Teils des empfangenen Signals etwaige partielle Schätzungen in dem Speicher gespeichert werden.
Die Schaltkreise können ferner einen Symbolspeicher umfassen, wobei jede volle Schätzung in dem Symbolspeicher gespeichert wird.
Die Abtastschaltkreise können einen Abtastwertspeicher umfassen, wobei die sukzessiven Teile des empfangenen Signals in dem Abtastwertspeicher gespeichert werden.
Die Schaltkreise können ferner Zeitfehlerdetektions- und Schätzschaltkreise zum Bestimmen eines Fehlers in der Zeitposition des empfangenen Signals umfassen, wobei die Zeitposition des empfangenen Signals als Reaktion auf den Fehler vor dem Entspreizen eingestellt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird somit die Fingerimplementierung zeitlich für jeden Mehrfachweg gemeinsam benutzt. Es können mehrere empfangene Signale (oder Verbindungen), die jeweils mehrere Mehrfachwege enthalten, durch die erfindungsgemäße Technik verarbeitet werden. Die Erfindung führt zu minimaler Komplexität und maximaler Wiederverwendung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform eines zeitlich gemultiplexten Rake-Fingers gemäß der Erfindung;
2 zeigt eine beispielhafte Implementierung der Entspreizungsschaltkreise des zeitlich gemultiplexten Rake-Fingers von 1;
3(a) bis 3(d) zeigen die Funktionsweise des zeitlich gemultiplexten Rake-Fingers von 1.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Mit Bezug auf 1 werden die Hauptelemente eines zeitlich gemultiplexten Rake-Fingers mit der allgemeinen Bezugszahl 1 gemäß der vorliegenden Erfindung nun beschrieben. Der zeitlich gemultiplexte Rake-Finger umfaßt einen Abtastwertspeicher 2 und assoziierte Adressensteuerschaltkreise 12, Feinzeiteinstellungsschaltkreise 4, Entspreizungsschaltkreise 6, einen Symbolspeicher 10 und assoziierte Adressensteuerschaltkreise 16, Zeitfehlerdetektions- und Schätzungsschaltkreise 14, eine Steuerschaltung 19 und einen Fingerspeicher 18.
Der zeitlich gemultiplexten Rake-Finger 1 ist mit einem Empfangsabtastwertbus 20 verbunden. Der Empfangsabtastwertbus 20 führt empfangene Signale mit der Abtastrate des Empfängers. Alle Datensignale und Codesignale auf dem Empfangsabtastwertbus können komplex oder reell sein. Die empfangenen Signale bilden eine Eingabe für den zeitlich gemultiplexten Rake-Finger 1 auf Leitung 22 zu dem Abtastwertspeicher 2.
Die Adressierung des Abtastwertspeichers 2 wird durch seine assoziierten Adressensteuerschaltkreise 12 über Steuer- und Adressierungssignalleitungen 26 gesteuert. Der Abtastwertspeicher gibt die Signale auf der Leitung 22 aus dem Empfangsabtastwertdatenbus 20 ein und gibt Signale auf die Speicherausgangsleitungen 28 aus, die Eingaben für die Feinzeiteinstellschaltkreise 4 bilden. Das Ein- und Ausgeben von Signalen zu und von dem Abtastwertspeicher wird später ausführlicher besprochen.
Die Feinzeiteinstellschaltkreise 4 erzeugen ein Ausgangssignal auf der Leitung 30, das eine Eingabe für die Entspreizungsschaltung 6 bildet. Die Feinzeitein stellschaltkreise empfangen zusätzlich Signale aus dem Fingerspeicher 18 auf den Leitungen 44 und geben auf den Leitungen 45 Signale in den Fingerspeicher ein.
Die Zeitfehlerdetektions- und Schätzschaltkreise 14 empfangen als Eingabe die Signale auf der Leitung 30 an dem Ausgang der Feinzeiteinstellschaltkreise 4. Die Zeitfehlerdetektions- und Schätzschaltkreise 14 geben zusätzlich auf den Leitungen 42 Signale in den Fingerspeicher 18 ein.
Die Entspreizungsschaltkreise 6 empfangen Signale auf der Leitung 30 von den Feinzeiteinstellschaltkreisen 4. Die Entspreizungsschaltkreise senden zusätzlich Signale auf den Leitungen 50 und 54 zu dem Fingerspeicher 18 und empfangen auf den Leitungen 44, 48 und 52 Signale von dem Fingerspeicher. Die Entspreizungsschaltkreise 6 erzeugen eine Ausgabe auf der Leitung 34. Der Symbolspeicher 10 empfängt die Signale aus der Entspreizungsschaltung 6 auf der Leitung 34 als Eingabe und erzeugt auf der Leitung 36 eine Ausgabe. Das Ein- und Ausgeben von Signalen zu und von dem Symbolspeicher wird durch die Adressensteuerschaltkreise 16 über die Signalleitungen 38 gesteuert.
Die Steuerschaltung 19 erzeugt Steuersignale auf einem Bus 21 zur Steuerung der Funktionsweise des zeitlich gemultiplexten Rake-Fingers 1. Die Adressen-Steuerschaltkreise 12 und 16 und der Fingerspeicher 18 empfangen jeweils Steuersignale auf dem Steuerbus 21. Die Steuerschaltung 19 kommuniziert über (nicht gezeigte) Signalleitungen mit der Außenwelt, zum Beispiel einem digitalen Signalprozessor, wie Fachleuten verständlich sein wird.
Im Betrieb wird der Abtastwertspeicher durch die Adressensteuerschaltkreise 12 gesteuert, um einen Abtastwert oder Teil der empfangenen Signale auf dem Empfangsabtastwertbus 20 einzugeben. Die empfangenen Signale mit der Abtastrate des Empfängers auf dem Empfangsabtastwertdatenbus 20 umfassen mit Anrufern assoziierte Symbole. Auf dem Empfangsabtastwertdatenbus 20 können Informationen oder Symbole von mehreren Anrufern vorliegen. Es können Mehrfachwege für jedes Symbol vorliegen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird in regulären Intervallen ein Abtastwert des Empfangsabtastwertdatenbusses 20 genommen. Der Abtastwert erfaßt die Signale auf dem Empfangsabtastwertdatenbus über einen bestimmten festen Zeitraum hinweg. Jeder erfaßte Abtastwert enthält N Empfangssignalabtastwerte. Der Abtastwertspeicher kann mehrere Einträge erfaßter Abtastwerte enthalten, wobei jeder Eintrag von einer verschiedenen Quelle stammt, z. B. Antennen in einem Sektor oder in verschiedenen Sektoren, wie Fachleuten auf dem Gebiet der zellularen Mobilkommunikation vertraut sein wird. Jeder erfaßte Abtastwert wird dann in dem Empfänger verarbeitet, um die übertragenen Signale wiederherzustellen, wie später ausführlicher beschrieben wird. Jeder erfaßte Abtastwert kann partielle, volle oder mehrere Symbole von einem oder mehreren Anrufern und kann partielle oder volle Mehrfachwege eines oder mehrerer Symbole enthalten.
Zur Veranschaulichung wird die Erfindung im Folgenden mit Bezug auf eine konkrete Ausführungsform beschrieben, bei der der Abtastwert des Empfangssignals, der genommen wird, der in den Abtastwertspeicher geschrieben wird, in Bezug auf Länge dem Zeitraum zweier übertragener Symbole äquivalent ist. Somit ist der Abtastwert ein Abtastwert zweier Symbolperioden. Bei der dargestellten Implementierung wird angenommen, daß ein einzelnes Symbol 256 Chipzeitperioden entspricht. Und der Abtastwert, der in den Abtastwertspeicher geschrieben wird, entspricht somit einer Abtastwertlänge von 512 Chipzeitperioden.
Mit Bezug auf 3 ist der Abtastwert, der in verschiedenen Phasen des Betriebs in den Speicher geschrieben wird, dargestellt, und dient zur Beschreibung der Funktionsweise des zeitlich gemultiplexten Rake-Fingers gemäß der vorliegenden Erfindung.
Mit Bezug auf 3(a) bis 3(d) ist der in den Abtastwertspeicher 2 geschriebene erste Abtastwert von zwei Symbolperioden dargestellt. Der 512-Chipperioden-Abtastwert beginnt zum Zeitpunkt t0 und endet zum Zeitpunkt t1.
Außerdem ist in 3(a) bis 3(d) der zweite in den Abtastwertspeicher 2 in der nächsten Abtastwertperiode geschriebene zweite Abtastwert von zwei Symbolperioden dargestellt. Der zweite 512-Chipperioden-Abtastwert beginnt zum Zeitpunkt t1 und endet zum Zeitpunkt t2. Der Zeitraum t0 bis t1 repräsentiert also eine erste Verarbeitungsperiode und der Zeitraum t1 bis t2 repräsentiert eine zweite Verarbeitungsperiode. Die erste und die zweite Verarbeitungsperiode enthalten jeweils N Abtastwerte.
3(a) zeigt den ersten Mehrfachweg des ersten Anrufers [C1, M1]. 3(b) zeigt den zweiten Mehrfachweg des ersten Anrufers [C1, M2]. 3(c) zeigt den ersten Mehrfachweg des zweiten Anrufers [C2, M1]. 3(d) zeigt den zweiten Mehrfachweg des zweiten Anrufers [C2, M2]. Es versteht sich, daß in jeder Verarbeitungsperiode weitere mit jedem Anrufer assoziierte Mehrfachwege vorliegen können und verarbeitet werden, und es können auch mit weiteren Anrufern assoziierte Mehrfachwege vorliegen. Die in 3(a) bis 3(d) gezeigten vier Mehrfachwege repräsentieren die vorliegenden Mehrfachwege und reichen aus, um ein Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen.
Da jede Abtastperiode der Länge von zwei Symbolen entspricht, liegen in dem erfaßten Abtastwert potentiell zwei übertragene Symbole vor. Der Abtastwert wird jedoch nicht mit dem Start eines bestimmten Symbols synchronisiert. Wie zum Beispiel in 3(a) gezeigt, wird also zum Zeitpunkt t0 der letzte Teil eines mit dem (n – 1)ten Symbol eines ersten Mehrfachweges des ersten Anrufers assoziiertes Symbol empfangen. Das n-te Symbol Sn des ersten Mehrfachweges des ersten Anrufers wird dann vollständig empfangen. Dann wird schließlich der erste Teil des (n + 1)ten Symbols des ersten Mehrfachweges des ersten Anrufers empfangen. Der erste in den Speicher in der ersten Verarbeitungsperiode geschriebene Abtastwert enthält also zwei partielle Symbole und ein volles Symbol des ersten Mehrfachweges des ersten Anrufers. Ähnlich werden für andere Mehrfachwege in der ersten Verarbeitungsperiode volle und partielle Symbole wie durch 3(b) bis 3(d) exemplifiziert in dem Speicher gespeichert.
Die Zeitfehlerdetektions- und Schätzschaltkreise 14 führen an den durch die Feinzeiteinstellschaltkreise 4 ausgegebenen Signalen Operationen durch, um die Position des Startpunkts aller der Symbole des ersten Anrufers (siehe 3(a)) und seiner entsprechenden Mehrfachwege zu schätzen. Die Schätzung der Startposition für Symbole und Mehrfachwege eines bestimmten Anrufers kann regelmäßig neu berechnet und neu geschätzt werden.
Man beachte, daß die Zeitsteuerungsschaltung hier zur Veranschaulichung gezeigt ist. Sie kann in einer Implementierung der Erfindung vorgesehen sein oder nicht. Im Fall, daß sie nicht vorgesehen ist, werden die Zeitsteuerungsinformationen von einer separaten Quelle mit demselben Format wie hier beschrieben bereitgestellt.
Die Zeitfehlerdetektions- und Schätzschaltkreise 14 erzeugen ein fraktionales Fehlerzeitsteuerungssignal und ein grobes oder ganzzahliges Fehlerzeitsteuerungssignal. Das fraktionale Fehlerzeitsteuerungssignal repräsentiert, um wieviel (um weniger als eine Chipperiode) die Symbolschätzung eingestellt werden muß, und das ganzzahlige Fehlerzeitsteuerungssignal repräsentiert, um wieviel (in Vielfachen einer Chipperiode) die Symbolschätzung eingestellt werden muß. Diese Werte werden durch die Zeitfehlerschätzschaltung 14 für alle Mehrfachwege jedes Anrufers berechnet. Das fraktionale Fehlerzeitsteuerungssignal und das ganzzahlige Fehlerzeitsteuerungssignal für alle Mehrfachwege jedes Anrufers werden auf der Leitung 42 an den Fingerspeicher ausgegeben und in dem Fingerspeicher 18 gespeichert.
Der Fingerspeicher besitzt einen mit jedem Mehrfachweg jedes Anrufers assoziierten Kontext. Somit werden die mit jedem Mehrfachweg jedes Anrufers assoziierten Zeitsteuerungsfehlerinformationen (sowohl fraktional als auch ganzzahlig) mit dem entsprechenden Kontext in dem Fingerspeicher gespeichert.
Die mögliche Implementierung der Zeitfehlerdetektions- und Schätzschaltkreise 14 wird Fachleuten ersichtlich sein.
Im Betrieb lesen die Adressensteuerschaltkreise 12 gespeicherte Abtastwertdaten aus dem Speicher und führen sie auf den Leitungen 28 den Feinzeiteinstellschaltkreisen 4 zu. Die Adressensteuerschaltkreise steuern den Abtastwertspeicher, um den vollen 2-Symbolperioden-Abtastwert von 3(a) an die Feinzeiteinstellschaltkreise abzugeben. Der 2-Symbolperioden-Abtastwert enthält, wie oben besprochen, verschiedene Mehrfachwege für verschiedene Anrufer, wie beispielsweise in der ersten Verarbeitungsperiode von 3(a) bis 3(d) gezeigt.
Der Fingerspeicher 18 wird durch die Steuerschaltung 19 gesteuert, um abhängig von dem gerade verarbeiteten Mehrfachweg zwischen Kontexten umzuschalten. Die Feinzeiteinstellschaltkreise stellen mit den durch die Zeitfehlerdetektions- und Schätzschaltkreise erzeugten und in dem Fingerspeicher 18 gespeicherten fraktionalen Fehlerzeitsteuerungsinformationen die Zeitsteuerung jedes Mehrfachweges in der gegebenen Verarbeitungsperiode fraktional ein.
Unter beispielhafter Bezugnahme auf 3(a) bis 3(d) steuert in einem ersten Schritt die Steuerschaltung 19 den Fingerspeicher 18, um seinen Kontext umzuschalten, um auf den Leitungen 44 an die Feinzeiteinstellschaltkreise 4 die mit dem ersten Mehrfachweg des ersten Anrufers assoziierten fraktionalen Zeitsteuerungsinformationen auszugeben. Somit stellen die Feinzeiteinstellschaltkreise 4 die Feinzeitsteuerung des ersten Mehrfachweges des ersten Anrufers wie in 3(a) gezeigt gemäß diesen Zeitsteuerungsinformationen ein. Die Steuerschaltung 19 schaltet den Kontext des Fingerspeichers 18 dann um, um die mit dem zweiten Mehrfachweg des ersten Anrufers auf der Leitung 44 assoziierten fraktionalen Zeitsteuerungsinformationen auszugeben, um dadurch die fraktionale Zeitsteuerung des in 3(b) gezeigten Signals einzustellen. Ähnlich wird der Kontext des Fingerspeichers 18 dann umgeschaltet, um die notwendigen fraktionalen Zeitsteuerungsinformationen auf der Leitung 44 für jeden der anderen für jeden Anrufer zu verarbeitenden Mehrfachwege bereitzustellen.
Das Signal auf der Leitung 28 am Eingang der Feinzeiteinstellschaltkreise 4 besitzt eine Rate von mindestens zwei Abtastwerten pro Chip. Dies ist notwendig, um einen Abtastwert des empfangenen Signals zu erhalten, der der Mitte der Chipperiode entspricht. Dadurch wird sichergestellt, daß die nachfolgende Entspreizungsoperation das maximale Signal/Rausch-Ver hältnis produziert, da der Korrelationsgewinn maximiert wird. Wenn die Anzahl der Abtastwerte niedrig ist (z. B. zwei), ist ein Interpolator notwendig. Wenn die Anzahl der Abtastwerte höher ist, ist möglicherweise kein Interpolator notwendig, weil einer der Abtastwerte wahrscheinlicher die Spitze approximiert. Es kann dann ein Abtastwertselektor verwendet werden. Ungeachtet der Implementierung besitzt die Ausgabe der Feinzeiteinstellschaltkreise 4 auf der Leitung 30 eine Rate von einem Abtastwert pro Chip.
Die zeitlich fein eingestellten Abtastwerte werden dann über die Leitung 30 den Entspreizungsschaltkreisen 6 zugeführt. 2 zeigt eine beispielhafte Implementierung der Entspreizungsschaltkreise 6. Die Entspreizungsschaltkreise von 2 umfassen einen Multiplizierer 60, einen Code-Generator 64 und einen Summierer 62.
Der Code-Generator 64 empfängt die Zeitsteuerungssignale aus dem Fingerspeicher 18 auf der Leitung 44 und empfängt und sendet Entspreizungs-Code-Informationen auf den Leitungen 48 und 50 zwischen den Entspreizungsschaltkreisen 6 und dem Fingerspeicher 18. Der Code-Generator wird aus dem Fingerspeicher 18 über Leitungen 48 mit dem Spreiz-Code geladen, von dem bekannt ist, daß er von dem ersten Anrufer benutzt wird. Der Fingerspeicher speichert die Spreiz-Codes für die verschiedenen Anrufer. Somit wird jeder Kontext in dem Fingerspeicher 18 zusätzlich mit einem Spreiz-Code assoziiert. Unter der Kontrolle der Steuerschaltung 19 gibt der Fingerspeicher den entsprechenden Spreiz-Code für den aktuellen Kontext auf der Leitung 48 aus.
Zusätzlich gibt der Fingerspeicher auf der Leitung 44 die ganzzahligen Zeitsteuerungsfehlerinformationen, die mit diesem Kontext assoziiert sind, wie oben besprochen in dem Fingerspeicher gespeichert an die Entspreizungsschaltkreise 6 aus.
Der Code-Generator 64 verschiebt mit den Zeitsteuerungsinformationen auf der Leitung 44 dann den Spreiz-Code auf Leitung 48 um den notwendigen Betrag, sodaß er in dem geschätzten selben Zeitrahmen wie der gerade verarbeitete Mehrfachweg liegt.
Mit Bezug auf das Beispiel von 3(a) bis 3(d) wird also zur Entspreizung des ersten Mehrfachweges des ersten Anrufers der entsprechende Kontext in dem Fingerspeicher 18 gewählt, und die Zeitsteuerungsinformationen auf Leitung 44 und der Spreiz-Code auf Leitung 48 ausgegeben. Der Kontext in dem Fingerspeicher wird danach auf den Kontext für den zweiten Mehrfachweg des ersten Anrufers umgeschaltet und die entsprechenden Informationen werden auf den Leitungen 44 und 48 ausgegeben. Danach wird der Kontext auf den Kontext des ersten Mehrfachweges des zweiten Anrufers umgeschaltet, und dann auf den zweiten Mehrfachweg des zweiten Anrufers.
Der zeitlich verschobene Spreiz-Code wird auf der Leitung 66 an den Multiplizierer ausgegeben und mit dem fraktional zeitverschobenen Abtastwert aus dem Abtastwertspeicher 2 auf der Leitung 30 multipliziert. Das entspreizte Signal wird dann auf der Leitung 68 aus dem Multiplizierer 60 ausgegeben und dem Summierer 62 zugeführt. Auf herkömmliche Weise summiert der Summierer das entspreizte Signal, um eine erste Schätzung in dem Empfänger des übertragenen Symbols auf der Basis des ersten Multiweges zu geben. Das summierte Ergebnis für jeden Mehrfachweg jedes Anrufers, das die Schätzung umfaßt, wird auf der Leitung 34 an den Symbolspeicher 10 ausgegeben.
Das entspreizte Signal auf der Leitung 34 umfaßt ein empfangenes Symbol oder partielles Symbol mit der Symbolrate.
Da im Allgemeinen eine Symbolgrenze nicht mit dem Ende einer Verarbeitungsperiode zusammenfällt, wird der Inhalt des Summierers 62 am Ende des partiellen Symbols unter Verwendung der Leitungen 54 in dem Fingerspeicher gespeichert und dann wieder hergestellt, wenn dieser Mehrfachweg als nächstes unter Verwendung der Leitungen 52 verarbeitet werden soll. Das partielle summierte Ergebnis für ein partielles Symbol wird in Assoziation mit dem mit diesem Mehrfachweg assoziierten Kontext in dem Fingerspeicher gespeichert.
Für jeden aus dem Abtastwertspeicher 2 ausgegebenen Abtastwert zählt die Steuerschaltung 19, die Zähler enthält, die Gesamtzahl der vergangenen Chipperioden und die Anzahl der für das aktuelle Symbol vergangenen Chipperioden. Die Steuerschaltung 19 zählt die Anzahl der durch die Entspreizungsschaltkreise 6 eingegebenen Chips vom Start des bestimmten gerade verarbeiteten Mehrfachweges an. Für das n-te Symbol des ersten Mehrfachweges des ersten Anrufers (siehe 3(a)) zählt die Steuerschaltung 19 256 Chipperioden aufwärts, bevor das Ende des aktuellen 2-Chipperioden-Abtastwerts erreicht ist. Wie aus 3(a) ersichtlich sein wird, zählt die Steuerschaltung 19 für das (n + 1)-te Symbol jedoch nicht bis auf 256, bevor das Ende der aktuellen 2-Chip-Abtastperiode erreicht ist, und dies zeigt an, daß das (n + 1)-te Symbol noch nicht ganz abgetastet worden ist. Wie der zeitlich gemultiplexte Rake-Finger gemäß der vorliegenden Erfindung dies abhandelt, wird nun erläutert.
Die Entspreizungsschaltkreise entspreizen die Symbole in sukzessiven Mehrfachwegen für sukzessive Verbindungen.
In der ersten Verarbeitungsperiode (siehe 3(a)) ist der erste mit dem n-ten Symbol assoziierte Mehrfachweg vollständig in der Abtastwertperiode von 3(a) enthalten. Nach der Verarbeitung dieses Mehrfachweges geht der zeitlich gemultiplexte Rake-Finger dazu über, den ersten Mehrfachweg des (n + 1)-ten Symbols von dem ersten Anrufer zu verarbeiten, der als der nächste empfangene Abtastwert identifiziert wird.
Der Abtastwert wird den Feinzeiteinstellschaltkreisen und dann den Entspreizungsschaltkreisen zugeführt, wobei die entsprechenden Zeitsteuerungsinformationen auf den Leitungen 44 bereitgestellt werden.
Wie aus 3(a) hervorgeht, enthält der erste in dem Abtastwertspeicher gespeicherte Abtastwert nur einen Teil des (n + 1)-ten Symbols des ersten Mehrfachweges des ersten Anrufers. Die Entspreizungsschaltkreise führen auf der Basis des Teils des Symbols, der verfügbar ist, eine teilweise Entspreizung des (n + 1)-ten Symbols durch.
Das Ergebnis der teilweisen Entspreizung des (n +1 )-ten Symbols des ersten Mehrfachweges des ersten Anrufers wird auf der Leitung 54 an den Fingerspeicher ausgegeben. Dieses partielle Ergebnis wird in Assoziation mit dem Kontext entsprechend dem (n + 1)-ten Symbol des ersten Mehrfachweges des ersten Anrufers in dem Fingerspeicher gespeichert. Zusätzlich wird der unbenutzte Teil des Spreiz-Codes in dem Code-Generator 64 in Assoziation mit dem Kontext über die Leitungen 50 in dem Fingerspeicher gespeichert.
In der ersten Verarbeitungsperiode werden die anderen für verschiedene Mehrfachwege und verschiedene Anrufer vorhandenen Symbole auf ähnliche Weise verarbeitet. Mit Bezug auf das Beispiel von 3(a) bis 3(d) umfaßt am Ende der ersten Verarbeitungsperiode der Fingerspeicher zusätzlich partielle Entspreizungsergebnisse, die mit dem zweiten Mehrfachweg des (n + 1)-ten Symbols des ersten Anrufers, dem ersten Mehrfachweg des (n + 1)-ten Symbols des zweiten Anrufers und dem zweiten Mehrfachweg des (n + 1)-ten Symbols des zweiten Anrufers assoziiert sind.
Wenn das Ende des Abtastwerts erreicht ist, wird der Inhalt der Register der Entspreizungsschaltkreise somit mit einer Assoziation mit dem entsprechenden Symbol des entsprechenden Mehrfachweges des entsprechenden Anrufers in dem Fingerspeicher 18 gespeichert. Die Steuerschaltung 19 zählt die Anzahl der für jedes partielle entspreizte Symbol verarbeiteten Chipperioden, und dieser Wert wird zusammen mit einer Assoziation mit dem entsprechenden Kontext in dem Fingerspeicher 18 gespeichert. Nachdem der durch den Speicher erfaßte erste 2-Symbolperioden-Abtastwert wie oben verarbeitet wurde, wird auf ähnliche Weise der zweite durch den Speicher erfaßte 2-Symbolperioden-Abtastwert verarbeitet. Die zweite 2-Symbol-Abtastperiode ist auch in 3(a) bis 3(d) dargestellt. Es ist ersichtlich, daß der zweite Abtastwert die Fortsetzung des Abtastwerts in der ersten Verarbeitungsperiode enthält. Die zweite Verarbeitungsperiode enthält mit Bezug auf 3(a) den letzten Teil des (n + 1)-ten Symbols des ersten Mehrfachweges des ersten Anrufers, mit Bezug auf 3(b) den letzten Teil des (n + 1)-ten Symbols des zweiten Mehrfachweges des ersten Anrufers, mit Bezug auf 3(c) den letzten Teil des (n + 1)-ten Symbols des ersten Mehrfachweges des zweiten Anrufers und mit Bezug auf 3(d) den letzten Teil des (n + 1)-ten Symbols des zweiten Mehrfachweges des zweiten Anrufers.
Die 2-Symbol-Abtastperiode, die alle Mehrfachwege aller Anrufer der zweiten Verarbeitungsperiode enthält, wird auf der Leitung 28 zu den Feinzeiteinstellschaltkreisen 4 transferiert.
In einem ersten Schritt wird der erste Mehrfachweg des ersten Anrufers in der zweiten Verarbeitungsperiode verarbeitet. Der erste Teil dieses Mehrfachweges ist der letzte Teil des (n + 1)-ten Symbols, dessen erster Teil in der ersten Verarbeitungsperiode verarbeitet wurde.
Die fraktionalen Zeitsteuerungsinformationen, die in dem Fingerspeicher für den ersten Mehrfachweg des ersten Anrufers gespeichert sind, werden auf der Leitung 44 an die Feinzeiteinstellschaltkreise 4 ausgegeben und der somit zeiteingestellte Abtastwert auf der Leitung 30 ausgegeben. Ähnlich wird mit Bezug auf die Beispiele von 3(a) bis 3(d) der Kontext in dem Fingerspeicher für die Verarbeitung des zweiten Mehrfachweges des ersten Anrufers, des ersten Mehrfachweges des zweiten Anrufers und des zweiten Mehrfachweges des zweiten Anrufers verändert.
Die somit zeiteingestellten Mehrfachwege werden dann in den Entspreizungsschaltkreisen 6 entspreizt. Für den ersten Mehrfachweg des ersten Anrufs (siehe 3(a)) ist das erste zu entspreizende Symbol der letzte Teil des (n + 1)-ten Symbols. Um das (n + 1)-te Symbol zu entspreizen, muß das in der vorherigen Verarbeitungsperiode formulierte partielle Ergebnis, das im Fingerspeicher gespeichert wurde, verwendet werden. Der Kontext des Fingerspeichers 18 wird auf das (n + 1)-te Symbol des ersten Mehrfachweges des ersten Anrufers umgeschaltet und die mit diesem Kontext assoziierten gespeicherten Informationen werden aus dem Fingerspeicher auf den Leitungen 44 und 52 ausgegeben. Somit werden dem Code-Generator 64 die gespeicherten ganzzahligen Zeitsteuerungsinformationen zugeführt. Zusätzlich wird der übrige Teil des Spreiz-Codes für das Symbol auf der Leitung 48 dem Code-Generator 64 zugeführt. Das partiell summierte Ergebnis aus der vorherigen Verarbeitungsperiode wird auf der Leitung 52 bereitgestellt und in den Summierer 62 geladen.
Die Steuerschaltung 19 wird mit den Zählerwerten für das (n + 1)-te Symbol des ersten Mehrfachweges des ersten Anrufers geladen, der auch zuvor in Assoziation mit dem entsprechenden Kontext in dem Fingerspeicher 18 gespeichert wurde.
Die Entspreizungsschaltkreise entspreizen den letzten Teil des ersten Mehrfachweges des (n + 1)-ten Symbols des ersten Anrufers und geben den letzten summierten Wert auf der Leitung 34 aus, und zur Speicherung in dem Symbolspeicher 10 vorgelegt.
Der Rest der 2-Abtastwert-Periode des ersten Mehrfachweges des ersten Anrufers wird dann verarbeitet. Das (n + 2)-te Symbol wird genauso wie das n-te Symbol in der ersten Verarbeitungsperiode verarbeitet. Das (n + 3)-te partielle Symbol wird genauso wie das (n + 1)-te partielle Symbol in der ersten Verarbeitungsperiode verarbeitet.
Diese Operation wird dann für den zweiten Mehrfachweg des ersten Anrufers wie in 3(b) gezeigt und für die anderen Mehrfachwege in 3(c) und 3(d) wiederholt.
Die auf der Leitung 34 aus den Entspreizungsschaltkreisen ausgegebenen abgeschlossenen Mehrfachweg-Symbolschätzungen werden unter der Kontrolle der Adressensteuerschaltkreise, die ihrerseits durch die Steuerschaltkreise 19 gesteuert werden, in dem Symbolspeicher 10 gespeichert.
Die in dem Symbolspeicher 10 gespeicherten Mehrwege-Symbolschätzungen werden danach unter der Kontrolle der Adressensteuerschaltkreise 16 zur weiteren Verarbeitung, wie zum Beispiel zum Kombinieren der mit demselben Symbol assoziierten Mehrfachwege (Maximalverhältnis kombinieren) auf die Leitung 36 ausgelesen.
Bei der vorgehend angegebenen beispielhaften Implementierung verwendet der zeitlich gemultiplexte Rake-Finger einen Abtastwertspeicher oder Puffer, der nur zwei minimale Ratensymbolperioden von Signaldaten speichert.
Die Erfindung kann typisch in der Implementierung eines Rake-Empfängers für drahtlose CDMA-Zellularsysteme, wie zum Beispiel UMTS (Universal Mobile Telecommunications Standard) verwendet werden. Bei UMTS beträgt die minimale Ratensymbolperiode von Signaldaten 256 Chipperioden. UMTS verwendet jedoch einen variablen Spreiz-Code. Deshalb könnte eine andere Anzahl von vollständigen Symbolen in einem 512-Chip-Zeitraum zusätzlich zu den zwei partiellen Symbolen empfangen werden. Zum Beispiel gibt es Symbole, die nur 32 oder 64 Chipperioden lang sind.
Es versteht sich, daß bei einer realen Implementierung der zeitlich gemultiplexte Rake-Finger von 1 dupliziert wird, weil die Empfangssignale komplex sind und deshalb zwei Verarbeitungs-„Zweige" vorliegen: einer für den I-Kanal und der andere für den Q-Kanal.
Effektiv kann der Fingerspeicher 18 als n-Fingerspeicher umfassend betrachtet werden, entsprechend den n Fingern, die normalerweise erforderlich wären, wobei jeder mit einem von n Mehrfachwegen assoziiert ist. Das Aktualisieren der Registerwerte in dem zeitlich gemultiplexten Rake-Finger aus dem Speicher 18 wird als Kontextwechsel bezeichnet.
Die durch den Kontextwechsel der Inhalte der Entspreizungsschaltkreise 6 bereitgestellte sekundäre Summierungsfunktion löst das Problem, daß das Empfangssignal in dem Abtastwertspeicher nur selten mit der Symbolzeitsteuerung des Empfangssignals synchronisiert ist. Sogar wenn ein Mehrfachweg Zeitsynchronisation zwischen dem Empfangssignal und dem Abtastwertspeicher besäße, wäre dies bei anderen Mehrfachwegen nicht der Fall.
Der Hauptvorteil des zeitlich gemultiplexten Rake-Fingers gemäß der Erfindung ist seine niedrige Hardware-Komplexität relativ zu der Implementierung von mehrfachen Rake-Empfängern jeweils mit mehreren Fingern. Das zeitliche Multiplexen kann für mehrere Kanäle (oder mehrere Anrufer) verwendet werden, wobei die Begrenzung von der Anzahl der für jeden Kanal verwendeten Finger und der Verarbeitungstaktrate abhängt. Dies ergibt einen deutlichen Vorteil, da Kanalelemente, die für hochratige Kanäle ausgelegt sind, auch zur Verarbeitung von Kanälen mit niedriger Rate verwendet werden können, wodurch die Effizienz sowohl im Hinblick auf Hardware-Implementierungskosten als auch eingenommene Fläche signifikant verbessert wird. Zusätzlich ermöglicht der zeitlich gemultiplexte Rake-Finger der Erfindung beträchtliche Flexibilität gegenüber herkömmlichen Entwürfen, da die Finger abhängig von der Anzahl der auf einer Verbindung zu einem bestimmten Zeitpunkt vorliegenden Mehrfachwege dynamisch zugewiesen werden können.
Im folgenden wird eine Analyse der Verarbeitung und der für eine bestimmte Implementierung erforderlichen Speicherdimensionen angegeben. Diese Dimensionen sollen die Erfindung auf keinerlei Weise einschränken, sondern werden angegeben, um das Verständnis der Erfindung weiter zu erleichtern.
Bei einer gegebenen Verarbeitungstaktrate fp, einer Chiprate rc, N Signalabtastwerten pro Verarbeitungsperiode und einem Verarbeitungs-Overhead von Np Verarbeitungsperioden beträgt die „Anzahl" der Rake-Finger Nf, die in dem zeitlich gemultiplexten Rake-Finger unterstützt werden kann Nf = Int[N. fp/((N + Np)·rc)] wobei Int[.] der ganzzahlige Teil des Arguments ist.
Beispielsweise sei fp = 100 MHz, rc = 4,096 MHz, N = 256 und Np = 14. Das Ergebnis ist Nf = 23. Im allgemeinen können 8 Finger als zufriedenstellend betrachtet werden. Dieses bestimmte Szenario ermöglicht die Unterstützung von fast drei Kanälen (8+8+7 Finger).
Wenn Zeit für andere Verarbeitungsaufgaben erforderlich ist, muß diese Zeit vor der Durchführung der obigen Berechnung von der Verarbeitungstaktrate abgezogen werden. Wenn zum Beispiel Zeit für das Lesen des Abtastwert-RAM für Synchronisationsberechnungen erforderlich ist, kann die Taktrate bei gegebenem Overhead eines Pufferlesevorgangs pro Verarbeitungsperiode skaliert werden. Die Taktrate kann daher folgendermaßen skaliert werden:
Bei Verwendung der Werte aus dem obigen Beispiel und Ns = 14 erhält man ein Ergebnis von fp = 94,53 MHz. Die Anzahl unterstützbarer Finger beträgt dann 21.
Die in 1 gezeigte Struktur besteht aus einem Eingangssignalbus 20, der den Abtastwertspeicher 2 speist. Der Abtastwertspeicher kann ein Zweiport-RAM (DPRAM) oder ein statischer RAN (SRAM) sein, der mit doppelter Rate arbeitet, um sowohl Lese- als auch Schreibzyklen aus demselben Port (oder derselben Adresse und demselben Datenbus) zu ermöglichen.
Ein solcher RAM kann als zwei SRAM-Blöcke implementiert werden (einer für Lese- und Schreibzyklen, die am Ende jeder Verarbeitungsperiode vertauscht werden) oder als ein einziger DPRAM. Die Größe des Abtastwert-RAM in Bit beträgt N × Anzahl der Quellen (Antennen) × 2 Puffer × L Abtastwerte pro Chipperiode × B Bit pro Signalabtastwert × 2 (I/Q).
Der Symbolspeicher 10 kann als DPRAM implementiert werden und wird vorzugsweise zeitschlitz- (TS-)weise dimensioniert, wobei die maximale Anzahl von Bit pro TS 80 beträgt (d. h. DTCH120). Eine typische Anforderung ist daher 80 × 2 Zeitschlitze × 2 Kanäle × 8 Finger/Kanal × 2I/Q = 5120 Byte, wobei von jedem I/Q-Ausgangssymbol angenommen wird, daß es auf 8 Bit quantisiert ist.
Die Speichergröße für den Empfangsabtastwertpuffer ist wesentlich kleiner als die, die für die Rahmenperiodenverarbeitung (typischerweise 1 MByte) oder die Zeitschlitzverarbeitung (typischerweise 61,44 kByte) erforderlich wäre. Die Speichergröße für den Symbolpuffer wird typischerweise für Zeitschlitzverarbeitung dimensioniert.

Claims

Verfahren zum wiederherstellen übertragener Symbole in dem Empfänger eines Spreizspektrumsystems, mit den folgenden Schritten: Empfangen (2) eines Signals mit Mehrwegekomponenten in Assoziation mit einem übertragenen Symbol; und Entspreizen (6) sukzessiver Teile des empfangenen Signals, um auf der Basis jedes Mehrfachweges eine Symbolschätzung bereitzustellen, wobei Teile mindestens eines Mehrfachweges des übertragenen Symbols in separaten Anteilen enthalten sind, wobei der Schritt des Entspreizens (6) ferner umfaflt, eine partielle Schätzung des übertragenen Symbols für die mindestens eine Mehrwegekomponente auf der Basis jedes Teils des Mehrfachweges, der in jedem separaten Anteil enthalten ist, zu bestimmen; und Summieren (62) der partiellen Schätzungen.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt des Speicherns (18, 54) etwaiger partieller Schätzungen nach dem Entspreizen jedes Anteils.
Verfahren nach Anspruch 2, mit dem Schritt des Abrufens einer etwaigen gespeicherten partiellen Schätzung (18, 52) in Assoziation mit einem Mehrfachweg in dem aktuellen Anteil beim Entspreizen jedes Anteils.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die abgerufene partielle Schätzung (52) in dem Summierschritt (62) benutzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner mit dem Schritt des Abtastens des empfangenen Signals in sukzessiven Zeitintervallen, wodurch die sukzessiven Anteile des empfangenen Signals erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner mit dem Schritt des Schätzens (14) eines Zeitfehlers (42) des empfangenen Signals, wobei die sukzessiven Anteile des empfangenen Signals zeitlich eingestellt werden (4, 44, 30), um den Zeitfehler vor dem Entspreizen (6) auszugleichen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die sukzessiven Anteile des empfangenen Signals in einem Abtastwertspeicher (2) gespeichert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die sukzessiven Anteile des empfangenen Signals eine Länge von mehr als einer Symbolperiode aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die sukzessiven Anteile des empfangenen Signals eine Länge von zwei Symbolperioden aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die sukzessiven Anteile des empfangenen Signals eine Länge von weniger als einer Symbolperiode aufweisen.
Schaltkreise zum Wiederherstellen übertragener Symbole in einem Spreizspektrumsystem, mit Abtastschaltkreisen (2) zum Empfangen eines Signals mit Mehrwegekomponenten in Assoziation mit einem übertragenen Symbol und Entspreizungsschaltkreisen (6) zum Entspreizen sukzessiver Teile des empfangenen Signals, um auf der Basis jedes Mehrfachweges eine Symbolschätzung bereitzustellen, wobei Teile mindestens eines Mehrfachweges des übertragenen Symbols in separaten Anteilen enthalten sind, wobei die Entspreizungsschaltkreise (6) ferner so ausgelegt sind, daß sie eine partielle Schätzung des übertragenen Symbols für die mindestens eine Mehrwegekomponente auf der Basis jedes Teils des Mehrfachweges, der in jedem separaten Anteil enthalten ist, bestimmen; und Summierschaltkreise (62) zum Summieren der partiellen Schätzungen, um eine volle Schätzung zu produzieren.
Schaltkreise nach Anspruch 11, ferner mit einem Speicher (18) zum Speichern der partiellen Schätzungen nach dem Entspreizen jedes Anteils.
Schaltkreise nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, ferner mit einem Symbolspeicher (10), wobei jede volle Schätzung in dem Symbolspeicher gespeichert wird.
Schaltkreise nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Abtastschaltkreise (2) einen Abtastwertspeicher (2) enthalten, wobei die sukzessiven Anteile des empfangenen Signals in einem Abtastwertspeicher gespeichert werden.
Schaltkreise nach einem der Ansprüche 11 bis 14, ferner mit Zeitfehlerdetektions- und Schätzschaltkreisen (14) zum Bestimmen eines Fehlers in der Zeitposition des empfangenen Signals, wobei die Zeitposition des empfangenen Signals als Reaktion auf den Fehler vor dem Entspreizen eingestellt wird (4, 44, 30).