FI97661C - Tiedonsiirtomenetelmä, CDMA-lähetin sekä -vastaanotin - Google Patents

Description

97661

Tiedonsiirtomenetelmä, CDMA-lähetin sekä -vastaanotin

Keksinnön kohteena on tiedonsiirtomenetelmä digitaalisen signaalin siirtämiseksi, joka menetelmä käsittää lä-5 hetettävän signaalin kanavakoodauksen halutuiksi symboleiksi ja lomituksen ennen lähetystä ja vastaanotetun signaalin lomituksen purun

Tietoliikenneyhteyksissä signaalien välittämiseen käytetty siirtotie aiheuttaa tunnetusti häiriöitä tieto-10 liikenteelle. Tätä tapahtuu riippumatta siirtotien fyysisestä muodosta, olipa siirtotie esimerkiksi radioyhteys, valokuitu tai kuparikaapeli.

Siirtotien aiheuttamien häiriöiden ja niiden vaikutusten pienentämiseksi digitaalinen signaali koodataan, 15 jotta siirtoyhteys saataisiin luotettavammaksi. Tyypillinen solukkoradiosovellutuksissa käytetty koodausmenetelmä on konvoluutiokoodaus, joka sopii hyvin Gaussin kohinai-seen kanavaan. Tyypillisessä tukiaseman ja liikkuvan aseman välisessä radiokanavassa virheet esiintyvät purskeis-20 sa, eli ne eivät ole aikatasossa tasaisesti jakaantuneita. Tämän vuoksi solukkoradiojärjestelmissä käytetään lomitusta, jolla pyritään muuttamaan kanavan aiheuttamat purskei-set virheet erillisiksi toisistaan riippumattomiksi virheiksi. Esimerkiksi CDMA-järjestelmissä käytetyssä tunne-25 tussa lomitusmenetelmässä koodatut binäärisymbolit ryhmitellään lohkoiksi, joissa bittien järjestystä vaihdetaan ennen lähetystä. Tätä menetelmää voidaan kutsua bittilomi-tukseksi.

Monitasoista koodaus/modulaatiota, kuten ortogonaa-30 lista tai biortogonaalista modulaatiota, käyttävistä järjestelmistä tunnetaan kaksi seuraavaa lomitusmenetelmää. Viitteessä EIA/TIA Interim Standard: Mobile Station-Base ' Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband

Spread Spectrum Cellular System, TIA/EIA/IS-95, July 1993 35 on esitelty lomitusmenetelmä, jossa lähetettävät databitit 2 97661 kanavakoodauksen jälkeen lomitetaan bittilomitusta käyttäen, ja nämä lomitetut bitit määräävät lähetettävät monitasoisen ortogonaalisen symbolin, jotka lähetetään edelleen ilman muuta lomitusta.

5 US-patentissa 5159608 on esitetty menetelmä, jossa koodibitit määräävät monitasoisen ortogonaalisen symbolin. Nämä symbolit, jotka muodostuvat ortogonaalisesta signaa-lijonosta, ryhmitellään lohkoiksi, joissa symbolien järjestystä vaihdetaan ennen lähetystä. Tätä menetelmää voi-10 daan kutsua symbolilomitukseksi.

Bittilomituksella voidaan kanavassa esiintyvien pitkäaikaisten, eli usean peräkkäisen lähetettävän symbolin mittaisen häiriöiden aiheuttamat virheet jakaa siten, että lomituksen purun jälkeen ne eivät enää ole peräkkäisissä 15 symboleissa. Bittilomitus ei kuitenkaan auta tilanteessa, jossa kanavan aiheuttamat virheet ovat lyhyempiä kuin lähetettävän symbolin kestoaika. Tällaiset häiriöt johtuvat esimerkiksi monitie-etenemisestä johtuvista nopeista häipymisistä .

20 Jos bittilomitusta käytetään ortogonaalisen tai biortogonaalisen moduloinnin yhteydessä, vain osaa demodu-laattorissa olevasta informaatiosta voidaan käyttää hyväksi dekoodattaessa. Tämä huonontaa siirronlaatua, jota voidaan mitata esimerkiksi bittivirhesuhteella. Tämä ilmiö 25 voidaan välttää käyttämällä symbolilomitusta, mutta tästä on seurauksena laitteiston monimutkaistuminen. Lyhytaikaisten häiriöiden aiheuttamiin virheisiin ei kummastakaan tunnetuista lomitusmenetelmistä, eli bitti- tai symbolilo-mituksesta, ole apua.

30 Esillä olevan keksinnön tarkoituksena onkin toteut taa lomitusmenetelmä, joka pystyy aiempaa tehokkaammin lieventämään kanavassa esiintyvien häiriöiden vaikutusta ja joka täten mahdollistaa paremman siirronlaadun etenkin solukkoradioj ärj estelmissä.

35 Tämä aikaansaadaan johdannossa esitetyn tyyppisellä 3 97661 tiedonsiirtomenetelmällä, jolle on tunnusomaista, että signaalin lomituksessa symbolit jaetaan aikatasossa symbolien pituutta oleellisesti pienempiin osiin, ja että tietty määrä sanottuja osia ryhmitellään uuteen järjestykseen, 5 ja näistä uudelleenjärjestetyistä osista muodostetaan lähetettävät symbolit, ja että lomituksen purkamisessa vastaanotetut symbolit jaetaan vastaavasti osiin, jotka osat ryhmitellään uudelleen alkuperäiseen järjestykseen.

Keksinnön kohteena on myös CDMA-lähetin, joka käsit-10 tää välineet lähetettävän signaalin kantataajuisen aaltomuodon kehittämiseksi, välineet signaalin lomittamiseksi sekä välineet signaalin kertomiseksi hajotuskoodilla ja siirtämiseksi lähetyksessä käytettävälle taajuudelle. Keksinnön mukaiselle lähettimelle on tunnusomaista, että lä-15 hetin käsittää välineet jakaa kehitetyt symbolit aikatasossa symbolien pituutta oleellisesti pienempiin osiin, ja välineet ryhmitellä tietty määrä osia uuteen järjestykseen, ja välineet muodostaa näistä uudelleenjärjestetyistä osista hajotuskoodilla kerrottavat symbolit.

20 Keksinnön kohteena on myös CDMA-vastaanotin, joka käsittää välineet vastaanotetun signaalin siirtämiseksi kantataajuudelle ja kertomiseksi hajotuskoodilla, välineet signaalin lomituksen purkamiseksi, sekä välineet signaalin ilmaisemiseksi. Keksinnön mukaiselle vastaanottimelle on 25 tunnusomaista, että vastaanotin käsittää välineet jakaa hajotuskoodilla kerrotut symbolit aikatasossa symbolien pituutta oleellisesti pienempiin osiin, ja välineet ryhmitellä osat alkuperäiseen järjestykseen ilmaisua varten.

Keksinnön mukaisessa uudessa ratkaisussa kehitetyt 30 symbolit jaetaan siis pienempiin osiin, jotka ryhmitellään lohkoihin, joissa osien järjestystä muutetaan. Vastaavasti vastaanottopäässä vastaanotetut symbolit jaetaan osiin ja ryhmitellään alkuperäiseen järjestykseen ilmaisua varten.

Täten purskeiset virheet jakaantuvat nyt pitemmälle ajan-35 jaksolle. Myös lyhyet virhepurskeet, jotka ovat lähetettä- 4 97661 vien symbolien pituutta lyhyempiä, jakaantuvat nyt tasaisesti .

Keksinnön mukaista menetelmää voidaan soveltaa usean tyyppisissä digitaalisissa tiedonsiirtojärjestelmissä, ku-5 ten solukkoradiojärjestelmissä. Erityisen edullisesti menetelmä soveltuu käytettäväksi CDMA-järjestelmässä. CDMA on monikäyttömenetelmä, jossa usean käyttäjän signaalit lähetetään samalla taajuuskaistalla, joka on paljon suurempi kuin käyttäjien datasignaalin alkuperäinen taajuus-10 kaista. Käyttäjien datasignaali kerrotaan ennen lähetystä hajotuskoodilla, joka on kullekin käyttäjälle yksilöllinen, ja jonka perusteella käyttäjät voidaan erotella toisistaan. Hajotuskoodin bittinopeus on paljon suurempi kuin käyttäjien datanopeus. Vastaanottimessa signaali kerrotaan 15 samalla hajotuskoodilla, jolloin datasignaali palautuu alkuperäiselle kaistalleen.

Seuraavassa keksintöä selitetään tarkemmin viitaten oheisten piirustusten mukaisiin esimerkkeihin, joissa kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen lähettimen raken- 20 netta, kuvio 2 havainnollistaa keksinnön mukaisen vastaanottimen rakennetta, kuvio 3 havainnollistaa tarkemmin keksinnön mukaista lomitusmenetelmää ja 25 kuvio 4 havainnollistaa keksinnön mukaista lomituk sen purkua.

Seuraavassa keksinnön mukaista menetelmää on kuvattu käyttäen esimerkkinä CDMA-järjestelmää siihen kuitenkaan rajoittumatta. Keksinnön mukaista menetelmää voidaan vas-30 taavasti soveltaa myös muita monikäyttömenetelmiä käyttä vissä järjestelmissä.

Kuviossa 1 on havainnollistettu keksinnön mukaisen menetelmän toteuttavan CDMA-lähettimen rakennetta lohko-kaavion avulla. Lähetin käsittää mikrofonin 10, puhekoode-35 rin 11, välineet 12 koodauksen ja kantataajuisen aaltomuo- 5 97661 don kehittämisen suorittamiseksi, lomitusvälineet 13, välineet 14 signaalin kertomiseksi hajotuskoodilla ja siirtämiseksi siirrossa käytettävälle taajuudelle sekä antennin 15. Toteutettava lähetin käsittää luonnollisesti myös 5 muita komponentteja, kuten A/D-muuntimia sekä suodattimia, mutta koska ne eivät ole esillä olevan keksinnön kannalta oleellisia, niitä ei selkeyden takia kuviossa esitetä.

Lohkossa 11 mikrofonilta tuleva signaali siis puhe-koodataan. Tämän jälkeen signaali viedään koodaus- ja sig-10 naalikuvauslohkoon 12, jossa signaali kanavakoodataan ja kuvataan kantataajuiseksi aaltomuodoksi. Lohkon 12 ulostulosta saatavien symbolien pituutta voidaan merkitä Te. Keksinnön mukaisessa menetelmässä Te jaetaan lomituslohkossa 13 aikatasossa M:ään osaan (aikaväliin), jonka kukin osan 15 pituus on Tc. Nyt siis Ta= M*TC. i: ttä symbolia voidaan nyt kuvata vektorilla = (X,, o / , i ' · · · / , M -1) missä osien Xi,0#3Ci,i, · · · , Xi,M-i muoto riippuu kehitetyn symbolin muodosta eli järjestelmässä käytettävästä signaaliku-20 vauksesta. Binäärisymbolien ollessa kyseessä kaikki osat saavat saman arvon, joka voi olla joko +1 tai -1. Monitasoisen ortogonaalisten/biortogonaalisten symbolien yhteydessä kullakin osalla voi olla arvo ±1 riippuen monitasoisesta symbolista. Lomituksessa käytettävä aikaväli voi ol-25 la suurempi tai yhtäsuuri kuin CDMA.-n yhteydessä käytettävän hajotuskoodin bitin pituus.

Lomituksen pituutta merkitään T:llä, mikä vastaa esimerkiksi L:n peräkkäisen symbolin pituutta (T = L*M osaa). Välineet lomituksen suorittamiseksi voidaan käsit-30 tää muistipiirinä, jossa on tilaa L*M:lle osalle. L peräkkäistä lomitettavaa symbolia talletetaan muistiin symboli kerrallaan. Tämän jälkeen muistin sisältö luetaan osa kerrallaan siten, että lomitettavassa symbolissa xi peräkkäin olevat osat eivät lomituksen jälkeen ole enää peräkkäin, 35 vaan niiden järjestys on vaihtunut. Kun muisti on tyhjä, 6 97661 seuraavat L peräkkäistä lomitettavaa symbolia talletetaan muistiin lomitusta varten. Lomitettu signaali viedään si-säänmenona hajotuslohkoile 14, jossa signaali kerrotaan kullekin käyttäjälle yksilöllisellä hajotuskoodilla, jonka 5 yhteydessä signaalin kaista leviää käytettävälle taajuuskaistalle. Kertomisen jälkeen signaali siirretään lähetyksessä käytettävälle taajuudelle ja viedään antennille 15 lähetystä varten.

Kuviossa 2 on havainnollistettu keksinnön mukaisen 10 menetelmän toteuttavan CDMA-vastaanottimen rakennetta lohkokaavion avulla. Vastaanotin käsittää välineet 20 antennilla 15 vastaanotetun signaalin siirtämiseksi kantataa-juudelle ja kertomiseksi hajotuskoodilla, lomituksen pur-kulohkon 21, välineet 22 signaalin ilmaisemiseksi ja de-15 koodaamiseksi, puhedekooderin 23 sekä kaiuttimen 24. Toteutettava vastaanotin käsittää luonnollisesti myös muita komponentteja, kuten D/A-muuntimia sekä suodattimia, mutta koska ne eivät ole esillä olevan keksinnön kannalta oleellisia, niitä ei selkeyden takia kuviossa esitetä.

20 Antennilla 15 vastaanotettu signaali viedään lohkoon 20, jossa se siirretään kantataajuudelle ja kerrotaan kullekin yhteydelle yksilöllisellä hajotuskoodilla. Saatu signaali viedään sisäänmenona välineille 21, joissa lomitus puretaan. Lomituksen purku voidaan toteuttaa samoin 25 kuin lomitus muistipiirin avulla. L*M näytettä vastaanotetusta signaalista viedään muistipiiriin. Tämän jälkeen L vektoria Y± luetaan muistipiiristä eri järjestyksessä, kuin missä näytteet oli muistiin kirjoitettu siten, että saadut symbolit Y± vastaavat lähetettyjä symboleja X± siirtoka-30 navan vääristäminä. Saadut symbolit viedään välineisiin 22, joissa ne ilmaistaan ja dekoodataan. Tämän jälkeen signaali viedään puhedekooderin 23 kautta kaiuttimelle.

Kuvioissa 1 ja 3 esitetyt lähetin ja vastaanotin ovat esimerkkeinä liikkuvasta asemasta. Sovellettaessa 35 keksinnön mukaista menetelmää tukiasemassa laitteistot 7 97661 poikkeavat luonnollisesti jonkin verran yllä kuvatuista, kuten esimerkiksi kaiuttimen ja mikrofonin osalta, joita laitteita tukiasemassa ei ole. Keksinnön kannalta oleelliset välineet lomituksen ja lomituksen purun suorittamisek-5 si ovat kuitenkin samankaltaiset.

Kuvio 3 havainnollistaa esimerkinomaisesti keksinnön mukaista lomitusmenetelmää. Lomitus suoritetaan M*L-dimen-sioisen matriisin avulla, joka voidaan toteuttaa muistipiirillä. Lomitusmatriisiin luetaan L peräkkäistä lomitet-10 tavaa symbol ivekt or ia Xi, Xi+1, . . ., Xi+L siten, että jokainen vektori Xi = (xii0,xi#1, . . . muodostaa yhden sarakkeen matriisissa. Peräkkäiset symbolit XifXi+1 eivät välttämättä muodosta vierekkäisiä sarakkeita matriisissa, vaan järjestys voi olla mikä tahansa. Kun matriisi on täynnä, matrii-15 sin alkiot luetaan rivittäin. Lomituslohkon lähdössä on nyt kuvion 3 esimerkissä . . . , xiii,xi+Lj0, . . . , xi+l(0, xi 0. . . Täten lähetettävät symbolit leviävät tasaisesti lomitusaikaikku-naan T = L*M. Lomitus voidaan myös toteuttaa siten, että matriisi täytetään riveittäin ja luetaan sarakkeittain.

20 Kuvio 4 havainnollistaa esimerkinomaisesti keksinnön mukaista lomituksen purkua. Lomituksen purku suoritetaan vastaavasti L*M-dimensioisen matriisin avulla, joka voidaan toteuttaa muistipiirillä. Lomitusmatriisiin luetaan L*M vastaanotettua näytettä siten, että L peräkkäistä näy-25 tettä muodostavat yhden sarakkeen L*M-matriisissa. Kun matriisi on täynnä, luetaan matriisin elementit rivittäin. Lomituksenpurkulohkon lähdössä on nyt alkuperäiset symbolit lisättynä kanavan aiheuttamalla vääristymällä. Kun matriisi on tyhjä, luetaan seuraavat L*M näytettä. Lomi-30 tuksen purku voidaan myös toteuttaa siten, että matriisi täytetään riveittäin ja luetaan sarakkeittain. Lomituksessa ja lomituksen purkamisessa tulee luonnollisesti matriisien dimensiot valita toisiaan vastaaviksi.

Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten 35 oheisten piirustusten mukaiseen esimerkkiin, on selvää, 8 97661 ettei keksintö ole rajoittunut siihen, vaan sitä voidaan muunnella monin tavoin oheisten patenttivaatimusten esittämän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

Claims (10)

1. 97661 * 1. Tiedonsiirtomenetelmä digitaalisen signaalin siirtämiseksi, joka menetelmä käsittää lähetettävän sig-5 naalin kanavakoodauksen halutuiksi symboleiksi ja lomituksen ennen lähetystä ja vastaanotetun signaalin lomituksen purun, tunnettu siitä, että signaalin lomituksessa symbolit jaetaan aikatasossa symbolien pituutta oleellisesti pienempiin osiin, ja että tietty määrä sanottuja 10 osia ryhmitellään uuteen järjestykseen, ja näistä uudel-leenjärjestetyistä osista muodostetaan lähetettävät symbolit, ja että lomituksen purkamisessa vastaanotetut symbolit jaetaan vastaavasti osiin, jotka osat ryhmitellään uudelleen alkuperäiseen järjestykseen.
2. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että lomitettavat symbolit ovat monitasoisia ortogonaalisia tai biortogonaalisia symboleja.
3. 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lomitettavat symbolit ovat binää- 20 risymboleja.
4. 4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tietty määrä lomitettavista symboleista muodostettuja osia kerrallaan kirjoitetaan peräkkäin muistielementtiin, ja että osat luetaan muistiele- 25 mentistä eri järjestyksessä kuin missä ne oli elementtiin kirjoitettu, ja että muistielementeistä luetuista osista muodostetaan edelleen käsiteltävät symbolit.
5. 5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vastaanotossa lomituksen purussa 30 tietty määrä vastaanotetuista symboleista muodostettuja osia kerrallaan kirjoitetaan peräkkäin muistielementtiin, ja että osat luetaan muistielementistä eri järjestyksessä kuin missä ne oli elementtiin kirjoitettu, ja että muistielementeistä luetuista osista muodostetaan edelleen 35 käsiteltävät symbolit. 97661
6. 6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lähetettävät bitit koodataan, lomitellaan ja kerrotaan hajotuskoodilla ennen lähetystä, ja jossa lomituksessa symbolit jaetaan aika- 5 tasossa symbolien pituutta oleellisesti pienempiin osiin, joiden pituus on yhtäsuuri tai suurempi kuin käytettävän hajotuskoodin bitin pituus, ja että tietty määrä sanottuja osia ryhmitellään uuteen järjestykseen, ja näistä uudel-leenjärjestetyistä osista muodostetaan hajotuskoodilla 10 kerrottavat symbolit.
7. 7. CDMA-lähetin, joka käsittää välineet (12) lähetettävän signaalin kantataajuisen aaltomuodon kehittämiseksi, välineet (13) signaalin lomittamiseksi sekä välineet (14) signaalin kertomiseksi hajotuskoodilla ja siir- 15 tämiseksi lähetyksessä käytettävälle taajuudelle, tun nettu siitä, että lähetin käsittää välineet (13) jakaa kehitetyt symbolit aikatasossa symbolien pituutta oleellisesti pienempiin osiin, ja välineet (13) ryhmitellä tietty määrä osia uuteen järjestykseen, ja välineet (13) 20 muodostaa näistä uudelleenjärjestetyistä osista hajotus- koodilla kerrottavat symbolit.
8. 8. CDMA-vastaanotin, joka käsittää välineet (20) vastaanotetun signaalin siirtämiseksi kantataajuudelle ja kertomiseksi hajotuskoodilla, välineet (21) signaalin lo- 25 mituksen purkamiseksi, sekä välineet (22) signaalin ilmaisemiseksi, tunnettu siitä, että vastaanotin käsittää välineet (22) jakaa hajotuskoodilla kerrotut symbolit aikatasossa symbolien pituutta oleellisesti pienempiin osiin, ja välineet (22) ryhmitellä osat alkuperäiseen jär-30 jestykseen ilmaisua varten.
9. 9. Patenttivaatimuksen 6 mukainen lähetin, tunnettu siitä, että ryhmitysvälineet (13) on toteutettu muistipiirillä.
10. 10. Patenttivaatimuksen 7 mukainen vastaanotin, 35 tunnettu siitä, että ryhmitysvälineet (22) on toteutettu muistipiirillä. 97661