SE470038B - Förfarande och anordning för dynamisk allokering av multipla bärvågskanaler för multipelaccess genom frekvensmultiplexering - Google Patents

Description

470 038 40 2 Access) innebär att frekvensbandet indelas i frekvensluckor med en sändare/mottagare i varje smalt band med en bärvàg mitt i frekvensluckan. Om man försöker öka datahastigheten genom att bredda bärvågen orsakar man störning i intilliggan- de frekvensluckor, vilket naturligtvis är en nackdel. Det är dessutom oekonomiskt att ha en sändare för varje frekvens- lucka, vilket ger ett stort antal sändare.

Kodmultiplexering CDMA (Code Division Multiple Access) innebär att alla kanaler använder samma frekvensband, men att de skiljs åt genom att varje mobil enhet har en egen unik kodnyckel, med vilken datasekvensen kodas. CDMA ger upphov till mycket komplexa mottagare och dessutom krav på reglering av utsänd effekt.

SAMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Föreliggande uppfinning är närmast besläktad med FDMA i det att ett bredare frekvensband indelas i ett antal under- band med en modulerad bärvàg i varje underband. För att variera överföringshastigheten skall en användare kunna allokera så många underband han behöver för att täcka sitt datataktsbehov. Denna allokering av underband skall vidare kunna varieras med tiden. I stället för att ha en sändare/ mottagare i varje underband utnyttjas emellertid bredbandiga sändare/mottagare som ombesörjer transmission över hela det tillgängliga bandet.

Således tillhandahåller föreliggande uppfinning ett för- farande för dynamisk allokering av multipla bärvågskanaler där bitströmmen eller bitströmmarna som skall sändas genomgår' konvertering från seriell form till parallell form med ett antal utgångar, varje parallell utgång tilldelas en frekvens- lucka med en definierad underbärvåg, varje underbärvâg under- går symbolkodning genom att moduleras av respektive paral- lella bitström för att ge ett antal parallella symboler eller parallella underbärvàgor. De parallella symbolerna konver- teras med invers diskret Fouriertransform till en sekvens i tidsplanet, vilken sekvens D/A-omvandlas för att ge en bas- bandssignal. Basbandssignalen RF-moduleras med en frekvens vid mitten det totala tillgängliga frekvensbandet. Således ombesörjer en enda bredbandig sändare sändning av samtliga kanaler. På mottagarsidan demoduleras RF-signalen till bas- 40 470 038 3 bandet, basbandssignalen A/D-omvandlas och samplen frekvens- demultiplexeras med diskret Fouriertransform, vilket àter- skapar signalen pà frekvensluckor. Tillämpliga frekvensluckor utväljs med avseende pá respektive användare och signalerna i dessa frekvensluckor symbolavkodas till parallella bitström- mar, vilka konverteras till seriell form för àterskapande av den ursprungliga bitströmmen.

Företrädesvis sker en översampling vid frekvensdemulti- plexeringen för att möjliggöra att den bästa samplingstiden utväljs för de olika frekvensluckorna.

Uppfinningen avser också sändar- och mottagaranordningar för utförande av förfarandet. Uppfinningen är mera detaljerat angiven i åtföljande patentkrav.

KORTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppfinningen kommer att beskrivas i detalj nedan med hänvisning till åtföljande ritningar, varav figur 1 är ett diagram över uppdelningen av det till- gängliga frekvensbandet i enlighet med föreliggande upp- finning, figur 2 är ett blockschema.över sändare och mottagare i upplänken i enlighet med uppfinningen, och figur 3 är ett blockschema liknande figur 2 för ned- länken.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER I figur l visas situationen vid t.ex. en basstation i ett mobiltelefonsystem. Basstationen har ett frekvensband på t.ex. 50 MHz till sitt förfogande. Ett skall betjänas inom frekvensbandet. De olika datataktsbehov, och dels varierar behovet med tiden. Enligt uppfinningen indelas det totala frekvensbandet i ett antal m, t.ex. 50, frekvensband med en underbärvàg i varje frekvenslucka. Varje användare tilldelas ett lämpligt antal frekvensband. För hur denna tilldelning av frekvensband ska gå till finns idag ett antal kända metoder, vilka bl.a. används för tilldelning av tidsluckor i TDMA- antal användare k olika användarna har dels sinsemellan system. Nu sänds emellertid inte de olika underbärvâgorna av separata sändare utan av en enda bredbandig sändare, såsom förklaras nedan med hänvisning till figurerna 2 och 3. 470 B38 40 4 I figur 2 visas upplänkssituationen, dvs mobilerna sänder till basstationen. Varje mobil som önskar sända har ett meddelande i form av en bitström. Varje frekvenslucka har en fast bredd t.ex. l MHz och därmed en begränsad dataöver- föringshastighet. Tilldelningsalgoritmer avgör om bitströmmen får plats pà en lucka eller hur många luckor som skall använ- das. I allmänhet erfordras flera luckor eller underband. Bit- strömmen undergàr därför först seriell till parallell omvand- ling så att varje band får en lämplig datahastighet. Detta kan t.ex. utföras med ett skiftregister pá känt sätt.

I de underband som ej används sänds ingen effekt ut.

Bärvàgorna i underbanden kvadraturmoduleras sedan med respektive parallell bitström, dvs underbärvàgorna genomgår symbolkodning. Någon lämplig känd modulationsmetod kan använ- das, t.ex. BPSK, QPSK, QAM. Metoden har n bitar/symbol och modulationstakterna l symboler/sekund (baud), vilket innebär att bruttobittakten i varje underband är n x l bitar/sekund.

Således erhålles ett antal parallella symboler eller vágfor- mer, dvs parallella modulerade underbärvàgor. Dessa paral- lella symboler finns i frekvensplanet. I luckor som inte skall användas lägger man in en nolla.

Genom en invers diskret Fouriertransform (IDFT) med m punkter erhålles dessa parallella symboler som en sekvens i tidsplanet. Den erhållna sampelsekvensen uppsamplas sedan ytterligare genom en smalbandig filtrering. Det ska obser- veras att då den analoga delen av sändaren endast har bred- bandig filtrering mäste filtret vara av bandpasstyp för att minimera utsänd effekt i icke allokerade frekvensluckor.

Vidare måste filtret vara adaptivt för att dess bandbredd ska kunna ändras då fler eller färre frekvensluckor allokeras.

Sekvenserna är samplad lika många gånger per symboltid som det finns underbärvàgor.

Sekvensen undergàr sedan en D/A-omvandling. Detta ger en enda tidskontinuerlig analog basbandssignal som fyller ut hela det allokerade frekvensbandet.

Basbandssignalen kan sedan RF-moduleras pá konventio- nellt sätt med det totala bandets mittfrekvens, t.ex. 900 MHz. bärvàgsfrekvensen och uteffekten för att kompensera för Vid mobilens RF-modulator är det möjligt att justera frekvensfel och för att möjliggöra effektreglering av skäl 40 470 038 som anges nedan.

I mottagaren vid basstationen konverteras först den mottagna radiosignalen på konventionellt sätt med en RF- demodulator till basbandet. Basbandssignalen A/D-omvandlas.

För att åter erhålla de modulerade underbärvågorna i frekvensplanet sker en frekvensdemultiplexering med diskret Fouriertransform (DFT) med m punkter. Valet av "fönster" för denna DFT bestämmer samplingstidpunkten för symbolerna på underbärvågorna. Denna bör väljas så att maximal ögonöppning erhålles vid samplingstidpunkten. Eftersom de olika mobilerna inte är synkroniserade med varandra eller åtminstone endast grovt synkroniserade, kommer de att ha olika optimala samp- lingstidpunkter. Genom att göra frekvensdemultiplexeringen med översampling kan olika samplingstidpunkter väljas obe- roende av varandra för de olika mobilerna. Översamplingen erhålles genom att DFT:n tas över multipelt överlappande fönster. Översamplingen kan t.ex. vara 2, 4 eller 8 gånger.

Ju noggrannare mobilerna kan synkroniseras desto lägre över- sampling krävs. Högre översampling ställer högre krav pà en snabb Fouriertransform.

Därefter nedsamplas den erhållna sekvensen, vilket inne- bär att det bästa samplet (fönstret) väljs för respektive frekvenslucka. Detta åstadkommes genom en återkoppling från den efterföljande symbolavkodningen. Högre skikt talar om vilka frekvenser som hör till vilka användare.

Symbolavkodningen sker parallellt för de olika luckorna.

Eftersom mottagare och sändare inte är synkroniserade måste man välja rätt samplingstid, därav översamplingen. Den bästa punkten väljs, såsom nämnt ovan.

För att minimera interferensen, mellan de från olika mobiler mottagna signalerna, bör dessutom frekvensfelet hos mobilerna hållas inom vissa gränser. Dessutom bör deras ut- effekt justeras så att samtliga mobiler ställer in utsänd effektnivå så att de mottagna nivåerna i basstationerna blir väsentligen lika. Vid symbolavkodningen mäts därför fel i frekvens och effekt vilket àterkopplas till de respektive mobilerna av den tillhörande kontrollogiken. För detta finns ett antal kända metoder. Vidare áterkopplas fel i samplings- tidpunkten till den enhet som väljer vilket sampel som skall användas för respektive mobil. 470 G58 6 Därefter sker en parallell till seriell konvertering för de frekvensluckor som hör ihop. Därmed àterskapas de ur- sprungliga bitströmmarna.

I figur 3 visas nedlänkkonfigurationen. Sändaren i bas- stationen är huvudsakligen samma som sändarna i mobilstatio- nerna. En skillnad är att basstationen betjänar flera använ- dare. Således sker seriell till parallell konvertering för varje användare. Högre skikt ombesörjer allokering av frekvensluckor. Det förutsättes vidare att sändaren har stabil bärvågsfrekvens. Det finns möjlighet att sända med olika effekt i olika frekvensband för att anpassa effekten till de olika mottagarna som i allmänhet befinner sig på olika avstånd fràn basstationen, Mottagaren i mobilstationerna är förenklad jämfört med mottagaren i basstationen. Eftersom varje mobil i allmänhet endast mottager signaler från en basstation finns det inget problem med olika synkroniseringar i den mottagna signalen.

Det är därför inte nödvändigt att göra översampling vid frekvensdemultiplexeringen i mobilen. I stället väljs samp- lingstidpunkten på grundval av en återkoppling från den efterföljande symbolavkodaren. Fönstret kan därvid inställas på lämplig tidpunkt som ju är samma för alla frekvensbanden, eftersom de sänds från samma sändare, nämligen basstationen, och mottages på en enda plats vid mobilen.

Det skall påpekas att det inte är nödvändigt att det är samma antal luckor i upplänken och nedlänken. Asymmetrisk datatrafik är alltså möjlig, t.ex. med 10 kbit i ena rikt- ningen och 50 kbit i andra. Det högre skiktet har tillgång till en logisk kanal för signalering. Här utbyts information om allokering av kanaler, typ av transmission, synkronise- ring, med mera såsom är känt inom tekniken.

Således tillhandahåller föreliggande uppfinning ett nytt system för allokering av multipla bärvågskanaler genom frekvensmultiplexering som utnyttjar Fouriertransform och översampling. En fördel med att lägga höga datatakter i flera parallella frekvensband är att symboltakten blir lägre och därmed känsligheten för tidsdispersion. Uppfinningens skyddsomfång är endast begränsat av åtföljande patentkrav.

Claims (8)

10 15 20 25 30 35 40 470 038 7 PATENTKRAV

1. Förfarande för dynamisk allokering av multipla bär- vågskanaler, kännetecknat av följande steg i sändaren: att åtminstone en bitström genomgår konvertering från seriell form till parallell form med ett antal utgångar; att varje parallell utgång tilldelas en frekvenslucka med definierad underbärvág; att varje underbärvåg undergàr symbolkodning genom att moduleras av respektive parallella bitström, varvid ett antal parallella symboler erhålls; att de parallella symbolerna konverteras med invers diskret Fouriertransform till en sekvens i tidsplanet; att sekvensen D/A-omvandlas vilket ger en väsentligen tidskontinuerlig basbandssignal; att basbandssignalen RF-moduleras med en frekvens vid mitten av det totala tillgängliga frekvensbandet; och av följande steg i mottagaren: att RF-signalen demoduleras till basbandet; att basbandssignalen A/D-omvandlas; att samplen frekvensdemultiplexeras med diskret Fourier- transform, vilket ger en uppdelning av signalen på frekvens- luckor; att tillämpliga frekvensluckor utväljs; att signalerna i dessa frekvensluckor symbolavkodas till ett antal parallella bitströmmar; och att dessa parallella strömmar konverteras till åtmin- stone en seriell bitström i överensstämmelse med en ursprung- lig bitström.

2. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att symbolavkodningen tillhandahåller en återkoppling för juste- ring av samplingstidpunkten vid frekvensdemultiplexeringen.

3. Förfarande enligt krav 2, kännetecknat av att mot- tagaren tar emot signaler från flera sändare; innefattande de ytterligare stegen: att det sker en översampling vid frekvensdemultiplexe- ringen; ' att den för respektive frekvenslucka bästa samplingsti- den utväljs med hjälp av återkopplingen från symbolavkodaren.

4. Förfarande enligt något av föregående krav, känne- tecknat av information återkopplas från symbolavkodningen 470 G38 10 15 20 25 30 35 8 till RF-moduleringen för justering av bärvågsfrekvens och uteffekt.

5. Sändaranordning vid dynamisk allokering av multipla bärvågskanaler, kännetecknad av en anordning för seriell till parallell konvertering av åtminstone en bitström till ett antal utgångar; en anordning för symbolkodning av underbärvågor med respektive parallella bitströmmar; en anordning för frekvensmultiplexering av underbär- vågorna med invers diskret Fouriertransform till en sekvens i tidsplanet; en anordning för D/A-omvandling av sekvensen till en väsentligen tidskontinuerlig basbandssignal; och en moduleringsanordning för RF-modulering av basbands- signalen.

6. Mottagaranordning för dynamisk allokering av multipla bärvågskanaler, kännetecknad av en demoduleringsanordning för demodulering av en RF- signal till basbandet; en anordning för A/D-omvandling av basbandssignalen till en digital signal; en anordning för frekvensdemultiplexering med diskret Fouriertransform av den digitala signalen så att den uppdelas på frekvensluckor; en anordning för symbolavkodning av signalerna i varje frekvenslucka till parallella bitströmmar; en anordning för parallell till seriell konvertering av valda bitströmmar.

7. Mottagaranordning enligt krav 6, kännetecknad av att symbolavkodningsanordningen är återkopplad till frekvens- demultiplexeringsanordning för justering av samplingstid- punkten.

8. Mottagaranordning enligt krav 5 eller 7, känneteck- nad av att frekvensdemultiplexeringsanordning utför en över- sampling och att mottagaranordning vidare innefattar en ned- samplingsanordning till vilken symbolavkodningsanordníngen är återkopplad, så att nedsamplingsanordningen kan välja den för respektive frekvenslucka bästa samplingstiden. '¶\