RU2192097C2

RU2192097C2 - Приемное устройство системы радиосвязи для приема сигналов пользователей через интерфейс радиосвязи

Info

Publication number: RU2192097C2
Application number: RU99113441/09A
Authority: RU
Inventors: Маркус НАССХАН (DE); Маркус НАССХАН; Ан КЛЯЙН (DE); Аня КЛЯЙН
Original assignee: Сименс Акциенгезелльшафт
Priority date: 1996-11-26
Filing date: 1997-11-12
Publication date: 2002-10-27
Also published as: EP0941586B1; CN1238869A; CN1140969C; JP2001505013A; US6594487B1; DE59701487D1; WO1998024193A1; EP0941586A1; EP0844747A1

Abstract

Заявлено приемное устройство для системы радиосвязи, предназначенное для приема пользовательских сигналов через интерфейс радиосвязи. Приемное устройство содержит средство для определения числа К' активных пользователей из общего числа К пользователей, которые отнесены к данному интерфейсу радиосвязи, и средство детектирования для детектирования по меньшей мере одного пользовательского сигнала. Путем определения действительных активных К' пользователей из пользовательских сигналов детектирование особенно упрощается в том случае, когда пользовательские сигналы селектируются с использованием тонкой структуры. Приемное устройство применяется в мобильных сетях радиосвязи и в устройствах для беспроводного доступа пользователей к сети. 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Системы радиосвязи служат для передачи сигналов пользователей через интерфейс радиосвязи с помощью высокочастотных колебаний. Такими системами радиосвязи являются, например, сети мобильной радиосвязи или устройства для беспроводного подсоединения пользователей к стационарной сети. Если сигналы от различных пользователей передаются через интерфейс радиосвязи, то соответствующую систему называют многопользовательской системой связи. Для селекции отдельных пользователей могут применяться способы временного уплотнения, частотного уплотнения или кодового уплотнения. Возможно также использование комбинаций этих способов.

Если в многопользовательской системе связи, например, К различных пользователей отнесены к интерфейсу, образованному каналом радиосвязи, то соответствующее приемное устройство может осуществить селекцию пользовательских сигналов. Это приводит, в зависимости от числа различных пользователей, к существенным издержкам в обнаружении сигналов для приемного устройства, так как реальные соотношения в интерфейсе радиосвязи приемного устройства не известны.

Известны принципы обнаружения, пригодные для применения в случае различного числа пользователей при передаче в режиме множественного доступа с кодовым разделением каналов (МДКР) (см. U.Mitra, H.V.Poor, "Neural Network Techniques for Multiuser Demodulation", Proceedings of the international conference on neural networks. San Francisco, 28.3.-1.4.1994, Bd.3, S.1538-1543; B. Aazhang, B. P. Paris, "Neural Networks for Multiuser Detection in Code-Division Multiple-Access Communications", IEEE Transactions on communications, Bd. 40, 7, 1.07.1992, S.1212-1222).

Известен также приемник режима МДКР, в котором оцениваются только наиболее мощные сигналы (см. ЕР-А-0526439). Кроме того, известен способ передачи в режиме МДКР с использованием временных интервалов (см.Р.Jung, B.Steiner, "Konzept eines CDMA-Mobilfunksystems mit gemeinsamer Detection fuer die dritte Mobilfunkgeneration", Nachrichtentechnik/Elektronik, 45 (1995), Maerz-April 1995, S.24-27).

Задачей изобретения является снижение издержек обнаружения в системе вышеуказанного типа. Эта задача решается с помощью приемного устройства, признаки которого отражены в пункте 1 формулы изобретения. Дальнейшее развитие принципов изобретения отражено в зависимых пунктах формулы изобретения.

Соответствующее изобретению приемное устройство для системы радиосвязи, предназначенное для приема сигналов пользователей посредством интерфейса радиосвязи, содержит средство для определения числа К' активных пользователей из общего числа К пользователей, выделенных для данного интерфейса радиосвязи, и средство детектирования, предназначенное для детектирования по меньшей мере одного пользовательского сигнала. Совокупность сигналов может теперь лучше обрабатываться в приемном устройстве, и пользовательские сигналы могут обнаруживаться более эффективно, так как при числе К'<К активных пользователей число учитываемых при детектировании пользователей снижается. В случае приемных устройств, работающих с использованием цифровых пользовательских сигналов, вычислительные расходы снижаются весьма значительно.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения прием дополнительно улучшается, если средство для определения К' активных пользователей связано со средством детектирования таким образом, что средству детектирования передается информация о числе К' активных пользователей и их идентификация. Если К' активных пользователей известны средствам детектирования на основе использования их данных идентификации, то при селекции пользовательских сигналов КК' пользователей могут не учитываться.

Если пользовательские сигналы поступают поблочно в приемное устройство, то средство для определения К' активных пользователей предпочтительно определяет их в пользовательских сигналах как относящихся к блокам радиосигналов. Так как число К' активных пользователей от блока к блоку может изменяться, то определение К' активных пользователей из пользовательских сигналов приемного устройства постоянно дает текущие значения, которые используются при детектировании. Дополнительная сигнализация о числе К' активных пользователей при этом не требуется. При такой оценке, относящейся к блокам радиосигналов, для получения более высокой точности измерений может использоваться большее количество блоков радиосигналов.

Соответствующее изобретению приемное устройство имеет особое преимущество в том случае, когда пользовательские сигналы вначале разделяются в соответствии с их тонкой структурой. Подобная тонкая структура вытекает, например, из способа кодового мультиплексирования (множественного доступа с кодовым разделением каналов - МДКР), так как каждому пользователю на передающей стороне присваивается соответствующий пользовательский код, при этом в соответствующем приемном устройстве известен по меньшей мере один код по меньшей мере одного пользовательского сигнала.

Тем самым осуществляется селекция пользователей за счет их пользовательских кодов. С помощью такого пользовательского кода модулируются пользовательские сигналы. Если пользовательские сигналы, как это известно, например, из патентов Германии DE 4121356 С2 или DE 4329320 A1, детектируются в соответствии со способом совместного детектирования режима МДКР, то особое значение имеет то, что число пользовательских кодов, которое должно учитываться, сокращается. При этом приемное устройство, соответствующее изобретению, имеет особые преимущества.

В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления изобретения средство для определения К' активных пользователей связано со средством детектирования таким образом, что средству детектирования передаются тонкие структуры К' активных пользователей. Эти переданные таким образом тонкие структуры служат в алгоритме детектирования, соответствующем совместному детектированию режима МДКР (СД-МДКР), для селекции одного или нескольких пользовательских сигналов, благодаря чему учитывается влияние также других К'-1 активных пользователей. Средство для определения К' активных пользователей предпочтительно выполняется таким образом, что из К возможных пользовательских сигналов соответственно определяется проверочное значение, которое сравнивается с пороговым значением. В результате этого сравнения определяется, какой из К пользователей в данный момент является активным.

Это проверочное значение в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления определяется из значения, пропорционального энергии импульсного отклика канала соответствующего пользовательского сигнала. Для коррекции пользовательских сигналов необходима модель канала приемного устройства, вследствие чего для каждого пользовательского сигнала определяется импульсный отклик канала, согласно которому может настраиваться модель канала. Энергия импульсного отклика канала или соответственно эквивалентные ей величины, такие как мощность, пригодны для определения активности пользователя. Как вариант проверочное значение может определяться из суммы вкладов, даваемых выборками соответствующих пользовательских сигналов, например информационной составляющей пользовательских сигналов. В случае цифровой передачи в приемном устройстве определяются значения выборок, из которых затем должны восстанавливаться пользовательские сигналы. Чем в большей степени значения выборок сигнала отделены от шума в интерфейсе радиосвязи, тем надежнее может быть принято решение относительно активности соответствующего пользователя.

В соответствии с другими вариантам осуществления изобретения проверочные значения могут определяться из информационной части соответствующего пользовательского сигнала (это особенно пригодно для использования, когда не доступны никакие значения для настройки), а также из проверочной последовательности соответствующих пользовательских сигналов. Проверочная последовательность представляет собой при этом некоторое число символов; указанная последовательность передается соответствующим передающим устройством дополнительно к передаваемым данным и в неискаженном виде известна в приемном устройстве. Из сравнения известной проверочной последовательности с принятой проверочной последовательностью приемное устройство может определить, например, импульсный отклик канала.

Если количество возможных тонких структур ограничено, то для приемного устройства появляется преимущество, состоящее в том, что количество К пользователей ограничивается и сокращаются затраты на определение К' активных пользователей.

Для установки порогового значения необходимо учесть, что оно не должно устанавливаться слишком низким, так как такое пороговое значение приводит к ложному определению активных пользователей. Однако пороговое значение не может устанавливаться и слишком высоким, так как в таком случае пользователи, которые находятся в активном состоянии, однако осуществляют передачи с невысокой передаваемой мощностью, не будут обнаруживаться. Предпочтительно, пороговое значение устанавливается пропорциональным отношению сигнал/шум для соответствующего пользовательского сигнала или пропорциональным среднему значению отношения сигнал/шум для множества пользовательских сигналов.

Может также быть предусмотрено, что пороговое значение ориентируется на отношение сигнал/шум для самого мощного пользовательского сигнала. Если соединение, по которому осуществляется связь, охватывает несколько каналов, то предпочтительно выбрать пороговое значение пропорциональным самому слабому из пользовательских сигналов, чтобы ни один из каналов не был потерян. Предпочтительным является, если пороговые значения для отдельных из К пользователей устанавливаются индивидуально, чтобы обеспечить наилучшее согласование с условиями, имеющими место в интерфейса радиосвязи для каждого из пользователей.

Соответствующее изобретению приемное устройство пригодно особенно для использования в базовых станциях или в мобильных станциях мобильной системы радиосвязи, или в качестве станции радиосвязи беспроводного устройства доступа к сети.

Изобретение поясняется ниже на примерах его осуществления, иллюстрируемых чертежами, на которых представлено следующее:
фиг.1 - мобильная сеть радиосвязи,
фиг.2 - блок-схема системы передачи информации, в которой каналы передачи информации для К пользователей разделены только пользовательскими кодами,
фиг.3 - блок-схема соответствующего изобретению приемного устройства для определения К' активных пользователей из выходных значений блока оценки канала и
фиг.4 - блок-схема соответствующего изобретению приемного устройства для определения К' активных пользователей из выходных значений цифровых согласованных фильтров.

Мобильная сеть радиосвязи по фиг.1 (см. J.Biala, "Mobilfunkund intelligente Netze", Vieveg Verlag Wiesbaden / Braunschweig, 1995; P.Jung, "Konzept eines CDMA-Mobil-funksystem mit gemeinsamer Detektion fuer die dritte Mobilfunkgeneration", Teile 1, 2, Nachrichtentechnik / Elektronik, Berlin, 1995, 1, S. 10-14, 2, S.24-27) состоит по меньшей мере из одного центра коммутации мобильных станций (ЦКМ), который объединен в сеть с другими ЦКМ или соответственно образует сетевой переход к стационарной коммутируемой телефонной сети общего пользования (КТСОП). Кроме того, как показано на чертеже, ЦКМ соединен по меньшей мере с одним контроллером базовых станций (КБС). В соответствии с фиг. 1 с КБС соединены две базовые станции (БС). Между базовой станцией БС и мобильными станциями МС 1, МС 2, МС 3 и до МС К имеется интерфейс радиосвязи, через который передаются пользовательские сигналы от К мобильных станций или к К мобильным станциям.

К мобильной сети радиосвязи относится также центр эксплуатации и обслуживания (ЦЭО), который связан с центром коммутации мобильных станций ЦКМ и служит для контроля параметров мощности мобильной сети радиосвязи, а также для технического обслуживания и контроля ошибок. Также может быть предусмотрено, что для составных частей мобильной сети радиосвязи, например для системы базовых станций, имеются собственные центры эксплуатации и обслуживания.

Не показанная на чертеже система радиосвязи, обеспечивающая сетевой доступ для пользователей, реализуется таким образом, что отдельные базовые станции соединяются непосредственно центрами коммутации стационарной сети и, с другой стороны, через интерфейс радиосвязи соединяют пользователей, которые в данном случае являются стационарными, со стационарной сетью.

Ниже рассматривается канал радиосвязи, в котором К пользователей разделяются ни по временным интервалам, как в способе МДВР, ни по частотам, как в способе МДЧР. Пользовательские сигналы, передаваемые в данном случае в канале, характеризуемом одной частотой и, в необходимом случае, одним выделенным временным интервалом, различаются по пользовательским кодам. Описываемое в последующем приемное устройство может быть использовано и в тех случаях, когда осуществляется селекция пользователей иным способом. При селекции пользователей по пользовательскому коду на передающей стороне пользовательские сигналы модулируются пользовательским кодом, а на приемной стороне с использованием имеющегося в приемном устройстве пользовательского кода они детектируются в соответствии со способом СД-МДКР.

В системе передачи информации по фиг.2, в которой пользователи представлены мобильными станциями, пользовательские сигналы передаются по разнообразным каналам связи и поступают в приемное устройства в виде суммарного сигнала.

Каналы связи различных пользователей могут, вследствие местоположения мобильной стации относительно приемного устройства, многолучевого распространения сигналов, огибания препятствий или отражения от препятствий, испытывать на себе влияние указанных эффектов и поэтому могут накладываться и перекрываться в приемном устройстве.

Если приемное устройство представляет собой приемник базовой станции БС мобильной сети радиосвязи, то в нем осуществляется селекция К пользовательских сигналов и обнаружение данных всех пользователей. Для этого необходимо знать тонкую структуру сигнала, образованную пользовательским кодом, для всех селектируемых пользователей. Если селекция производится согласно способу совместного детектирования режима МДКР (СД-МДКР), то при селекции одного отдельного пользовательского сигнала с учетом соответствующих остальных пользовательских сигналов, пользовательские коды которых также известны, достигается улучшение качества приема. Приемник базовой станции БС может по завершении процедуры обнаружения подать данные всех К пользователей на последующие компоненты мобильной сети радиосвязи.

Если в случае приемника речь идет от мобильной станции МС, то обычно детектируется только один пользовательский сигнал, причем и в этом случае преимущество обеспечивается за счет того, что для детектирования используются известные пользовательские коды остальных пользователей и учитываются при обработке.

На фиг.3 показано приемное устройство, соответствующее изобретению, представляющее собой часть базовой станции БС мобильной сети радиосвязи. Множество из К пользователей соотнесено с интерфейсом радиосвязи для этой базовой станции БС. Пользователи 3 и 4 в данный момент времени находятся в неактивном состоянии. В случае дуплексного соединения данное состояние соответствует речевым паузам. Пользователи могут находиться в неактивном состоянии, например при пакетной передаче данных, когда мобильная станция МС в данный момент времени не передает пакетов данных.

Через антенное устройство смесь сигналов, состоящая из пользовательских сигналов пользователей 1, 2 и К, поступает в приемное устройство. В блоке оценки канала для К каналов мобильной радиосвязи вырабатываются соответствующие модели каналов для К пользователей.

Полученные в блоке оценки каналов импульсные отклики каналов для К пользователей оцениваются также с помощью блока определения числа К' активных пользователей (блок ЧАП) таким образом, что соответствующая энергия импульсного отклика канала служит для определения проверочного значения l, которое затем сравнивается с пороговым значением lmin. Если проверочное значение l больше или равно пороговому значению lmin, то принимается решение, что соответствующий пользователь находится в активном состоянии. Путем оценки проверочных значений l всех К пользователей определяется число К' активных в данный момент пользователей. Блок ЧАП, обеспечивающий определение числа К' активных пользователей, как и блок оценки канала, связан с блоком детектирования (ДЕТ). Блок оценки канала передает блоку детектирования ДЕТ полученные значения для моделей канала, в то время как блок ЧАП передает блоку детектирования ДЕТ данные числа К', данные идентификации и пользовательские коды для К' активных пользователей.

В блоке детектирования ДЕТ, на который также поступает смесь пользовательских сигналов от К пользователей, осуществляется совместное детектирование К' активных пользователей. Как вариант, при этом может быть предусмотрено, что на блок детектирования ДЕТ не подаются пользовательские коды для детектирования сигналов К' активных пользователей от блока ЧАП, а в блок детектирования ДЕТ уже переданы данные о количестве К назначенных в данный момент пользовательских кодов, и посредством идентификации К' активных пользователей может производиться соответствующий выбор. На выход блока детектирования ДЕТ выдаются данные для К' активных пользователей.

В качестве альтернативы энергии импульсного отклика канала может также использоваться сумма вкладов выборок соответствующих сигналов в качестве проверочного значения l. Пороговые значения lmin для отдельных К пользователей могут устанавливаться с помощью центра эксплуатации и обслуживания ЦЭО. Величина порогового значения lmin ориентируется на отношение сигнал/шум для одного или нескольких каналов связи или, как вариант, на энергию на выходе блока оценки канала или детектора данных.

Пороговые значения lmin могут с течением времени подстраиваться с учетом изменений в интерфейсе радиосвязи. Если одному соединению для осуществления связи с одним пользователем поставлены в соответствие несколько пользовательских кодов, т. е. несколько пользовательских сигналов, то необходимо путем установки порогового значения lmin гарантировать, что будут детектироваться и самые слабые пользовательские сигналы этого соединения для осуществления связи.

В качестве алгоритмов детектирования для блока детектирования ДЕТ могут использоваться так называемые алгоритмы сведения к нулю или минимального квадрата ошибки с обратной связью или без обратной связи. Другие алгоритмы детектирования также известны (см., например, A.Klein, "Multi User Detection of CDMA Signals-Algorithms and Applications to Cellular Mobile Radio", VDE-Verlag, 423, 1996). Пользовательские коды пользовательских сигналов, которые образуют тонкую структуру, могут быть как ортогональными, так и неортогональными. Ортогональные коды обеспечивают то преимущество, что переходные искажения между отдельными пользовательским сигналами снижаются. Для неортогональных кодов имеется большая свобода выбора кодов.

С помощью фиг.4 ниже поясняется еще один вариант осуществления приемного устройства, соответствующего изобретению. Смесь сигналов из пользовательских сигналов на входе приемного устройства подается на некоторое число цифровых согласованных фильтров. Эти фильтры согласованы соответственно с пользовательским кодом и с соответствующим импульсным откликом канала. Число этих фильтров должно соответствовать числу возможных пользователей для интерфейса радиосвязи. Этот приемник, осуществляющий согласованную с сигналом фильтрацию, может выполняться, например, как набор корреляторов или набор многоотводных приемников (RAKE-типа) (см., например, J.G.Proakis, "Digital Communications", New York, McGraw-Hill, 1995).

На выходе этих цифровых согласованных фильтров может быть получено проверочное значение l на основе суммы квадратов составляющих сигналов или соответственно составляющих значений выборок. Для каждого цифрового согласованного фильтра в соответствующем блоке ЧАП для определения числа К' активных пользователей производится сравнение проверочного значения l с пороговым значением lmin. С помощью этого индивидуального сравнения можно определить, действительно ли этот пользователь является активным.

Отдельные выходные сигналы цифровых согласованных фильтров и решение относительно активности соответствующего пользователя подаются на блок детектирования ДЕТ. В этом блоке детектирования для каждого отдельного пользователя производится сравнение помеховых сигналов относительно других пользователей и относительно межсимвольных помех (см., например, заявку на патент Германии 195098676). На выходе блока детектирования ДЕТ имеются данные для К' активных пользователей.

На фиг. 3 и 4 компоненты соответствующего изобретению приемного устройства изображены в схематичном виде. Однако специалисту в данной области техники известны соответствующие высокочастотные компоненты и схемотехнические компоненты, предназначенные для обработки сигналов.

Селекция пользователей в интерфейсе радиосвязи производится дополнительно путем временного мультиплексирования. Пользователям выделяется канал, подразделенный на временные интервалы, так что пользовательские сигналы поступают в приемное устройство в виде блоков радиосигналов. Вывод об активности пользователей получают соответственно после оценки принятого блока радиосигналов. После того как кратковременные изменения передачи выровнены, производится суммирование с накоплением проверочного значения 1 по нескольким блокам радиосигналов.

Claims

1. Приемное устройство для системы радиосвязи, предназначенное для приема пользовательских сигналов посредством интерфейса радиосвязи, причем К различных пользователей соотнесены с интерфейсом радиосвязи, и пользовательские сигналы разделены за счет использования тонкой структуры сигналов, содержащее средство детектирования, предназначенное для детектирования по меньшей мере одного пользовательского сигнала, отличающееся тем, что содержит средство для определения проверочного значения для К пользовательских сигналов и для сравнения проверочного значения с пороговым значением, причем пользователь, для которого проверочное значение больше, чем пороговое значение, определяется как активный, при этом число и данные идентификации К' активных пользователей с выхода средства детектирования используются для указанного детектирования.

2. Приемное устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутое средство для определения связано со средством детектирования так, что средству детектирования передаются число К' активных пользователей и их данные идентификации.

3. Приемное устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что пользовательские сигналы поступают в виде блоков радиосигналов, при этом упомянутое средство для определения осуществляет определение К' активных пользователей из пользовательских сигналов в соответствии с блоками радиосигналов.

4. Приемное устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что упомянутое средство для определения связано со средством детектирования так, что средству детектирования передаются тонкие структуры сигналов К' активных пользователей.

5. Приемное устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что упомянутое средство для определения К' активных пользователей выполнено таким образом, что проверочное значение определяется из величины, пропорциональной энергии импульсного отклика канала соответствующего пользовательского сигнала.

6. Приемное устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что упомянутое средство для определения К' активных пользователей выполнено таким образом, что проверочное значение определяется из суммы составляющих значений выборок соответствующих пользовательских сигналов.

7. Приемное устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что упомянутое средство для определения К' активных пользователей выполнено таким образом, что проверочное значение определяется из информационной составляющей соответствующего пользовательского сигнала.

8. Приемное устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что упомянутое средство для определения К' активных пользователей выполнено таким образом, что проверочное значение определяется из проверочной последовательности соответствующего пользовательского сигнала.

9. Приемное устройство по любому из пп.1-8, отличающееся тем, что в нем используется ограниченное количество тонких структур сигнала, которые могут использоваться К пользователями.

10. Приемное устройство по любому из пп.1-9, отличающееся тем, что в нем тонкие структуры сигналов содержат пользовательский код.

11. Приемное устройство по любому из пп.1-10, отличающееся тем, что в нем пороговое значение установлено пропорционально отношению сигнал/шум соответствующего пользовательского сигнала.

12. Приемное устройство по любому из пп.1-11, отличающееся тем, что в нем пороговое значение установлено пропорционально среднему отношению сигнал/шум нескольких пользовательских сигналов.

13. Приемное устройство по любому из пп.1-12, отличающееся тем, что в нем пороговое значение установлено пропорционально пользовательскому сигналу самой низкой мощности для соединения связи, включающего в себя несколько каналов.

14. Приемное устройство по любому из пп.1-13, отличающееся тем, что в нем пороговое значение является индивидуально регулируемым для отдельных из К пользователей.

15. Приемное устройство по любому из пп.1-14, отличающееся тем, что содержит блок оценки каналов, предназначенный для оценки пользовательских сигналов, который связан со средством для определения числа К' активных пользователей и со средством детектирования.

16. Приемное устройство по любому из пп.1-15, отличающееся тем, что предназначено для детектирования пользовательских сигналов в базовой станции мобильной системы связи.

17. Приемное устройство по любому из пп.1-15, отличающееся тем, что предназначено для детектирования пользовательского сигнала в мобильной станции мобильной системы связи.

18. Приемное устройство по любому из пп.1-15, отличающееся тем, что предназначено для детектирования по меньшей мере одного пользовательского сигнала в станции радиосвязи беспроводной сети доступа.