SE518787C2 - Metod och mottagare för att demodulera en mottagen signal - Google Patents

Description

. 10 15 20 25 30 518 787 å, ökar antalet simultana konversationer som kan äga rum, dvs systemkapaciteten ökar. Som ett resultat finns det en avsevärd fördel med att öka mottagarens känslighet i ett DS/CDMA-system. En ökning i mottagarens känslighet redu- cerar direkt den mängd sändareffekt som krävs och som ett resultat mängden självinterferens. En ökning av ett cellulärt systems kapacitet ökar intäkterna för en opera- tör och förbättrar de tjänster som abonnenterna tar emot.

Standardmottagaren i ett DS/CDMA-system detekterar den utsända signalen icke-koherent. Icke-koherent detek- tering tar inte hänsyn till fasskillnaden mellan två utsända signaler. Den icke-koherenta standardmottagaren avsprider ("despreads") först den mottagna signalen (dvs avlägsnar I- och Q-PN-sekvenserna och användarens lång- kod-PN-sekvens) och ackumulerar en Walsh-symbol med data.

En snabb Hadamard-transformering (FHT) utförs på den av- spridna ackumulerade datan. FHT:n korrelerar väsentligen den avspridna signalen med de 64 möjliga Walsh-symbolerna som skulle kunnat skickas av sändaren. Mottagaren väljer sedan den Walsh-signal som har den högsta energin (där energin fastställs genom summering av kvadraterna på I- och Q-vektorerna). Den icke-koherenta mottagaren är en energidetektor och använder inte fasen hos den utsända signalen. Det är välkänt (Sklar, Digital Communications, ISBN O-13-211939-O, Prentice Hall, 1988, sid 161-164) att bitfelstäthetsegenskaperna (BER-egenskaperna) hos kohe- rent demodulering är överlägsen icke-koherent demodule- ring.

Det finns således ett behov av en metod och en mot- tagare som förbättrar en mottagares känslighet genom att använda ett koherent demoduleringstillvägagångssätt som utnyttjar koherensen hos en kanal eller en anpassad kanal över flera symboler.

Kort beskrivning av ritningarna Fig 1 fig 2 är ett blockschema över en mottagare; 3 är ett blockschema över en sändare; fig är en Walsh-matris; 10 15 20 25 30 35 518 787 3 fig 4 är ett tidsdiagram över en CDMA-tidram; fig 5 är en uppsättning med reducerade tillstånd; och fig 6 är ett blockschema över en del av en estimator för reducerade tillståndssekvenser.

Detaljerad beskrivning av ritningarna Sammanfattningsvis åstadkommer föreliggande uppfin- ning en metod och en mottagare för att reducera fel- sannolikheten i en mottagen DS/CDMA-signal. Denna redu- cerade felsannolikhet resulterar i lägre sändningseffekt- krav, vilket tillåter en ökad systemkapacitet i ett cellulärt DS/CDMA-telefonsystem. Denna systemprestanda- vinst erhålls genom en effektiv implementering av en estimator för reducerade tillståndssekvenser (RSSE).

Fig 1 visar en basplatssändare 10 för användning i en backlänk (mobil till basplats) hos ett cellulärt DS/CDMA-telefonsystem. En röstsignal eller datasignal 12 matas in till en kodningssektion 14, vilket resulterar i en kodad signal 16. Den kodade signalen 16 mappas med företrädesvis sex symboler i taget med en unik symbol med basen 64 av en ortogonal modulator 18 med basen 64. I den föredragna utföringsformen är den ortogonala modulatorn med basen 64 en Walsh-matris, visad i fig 2. De sex koda- de symbolerna mappas med ekvationen CO + 2C1 + 4C2 + 8C3 + l6C4 + 32C5 = i, där C0_5 är de kodade symbolerna och i är indexet för den utmatade Walsh-symbolen. Eftersom symbolerna antingen är 1 eller O mappar ekvationen på ett unikt sätt de sex symbolerna till en av de 64 Walsh-symbolerna. Utsignalen från modu- latorn med basen 64 är en Walsh-symbol, som består av 64-Walsh-chips (en rad i Walsh-matrisen).

Ansluten till modulatorn är en adderare 20 som sum- merar en lång pseudoslumpbrussekvens (lång PN-sekvens) 22 med Walsh-chipsen. Utsignalen från adderaren 20 delas upp i en infas eller I-kanal 22 och en kvadratur-fas eller Q- kanal 24. I-kanalen 22 har en adderare 26 som summerar utsignalen från adderare 20 med en I-PN-sekvens 28. Q- -fpnn 11.1, 10 15 20 25 30 -kanalen 24 har en adderare 38 som summerar utsignalen från adderare 20 och en Q-PN-sekvens 40._Adderaren 38 är ansluten till ett fördröjningselement 42. Sedan bandpass- filtreras 30, 44, blandas 32, 46 och summeras 34 I- och Q-datan för att skapa bärfrekvenssignalen som sänds med hjälp av en antenn 36. Detta resulterar i en offset- -QPSK-modulering av den inmatade dataströmmen.

Den inmatade talsignalen 12 kan vara antingen full hastighet (9600 bps) 104, halv hastighet (4800 bps) 106, fjärdedels hastighet (2400 bps) 108, eller åttondels hastighet (1200 bps) 110. Fig 3 visar exempel på sänd- ningar av data med olika hastighet i en CDMA-tidram 100.

Tidramen 100 består av 16 effektstyrgrupper 102.

Effektstyrgrupperna 102 består av sex Walsh-symboler 112 och varje Walsh-symbol 112 definieras av 64 Walsh-chips 114. Slutligen har varje Walsh-chip 114 fyra PN-chips 118. Den inkommande datahastigheten (full, halv...) fast- ställs av röstaktiviteten hos användaren. Perioder då användaren säger lite kodas med åttondels hastighet, under det att kontinuerligt snabbt tal kan kodas med full hastighet. Vilka effektstyrgrupper som är aktiva under tidramen 100 fastställs av den långa koden 22 och av röstaktiviteten.

En mottagare 60, se fig 4, i en basstation omformar den mottagna signalen tillbaka till en digitaliserad röstsignal. Ansluten till en antenn 62 är en RF-nedomfor- mare/samplare 63 som behandlar den mottagna signalen enligt väl känd teknik för att erhålla en översamplad (t ex översamplad åtta gånger) basbandsrepresentation av den mottagna signalen. Basbandsrepresentationen matas in till en avspridare ("despreader") 64, som vänder offset- QPSK-processen genom användning av långkod-PN-sekvensen och I- och Q-PN-sekvenserna. Den avspridna signalen matas in till en snabb Hadamard-transformering (FHT) 66, som korrelerar lämpliga grupper med 64 mottagna Walsh-chips med var och en av de 64 möjliga Walsh-symbolerna.

Korreleringen resulterar i ett I-belopp, ett Q-belopp och |»|nu 10 15 20 25 30 35 518 787 5 ett index för varje Walsh-symbol. I-beloppet, Q-beloppet och indexet för varje Walsh-symbol kallas för ett redu- cerat tillstånd. De reducerade tillstànden rankas pà grundval av deras energi, som beräknas genom kvadrering av I-beloppet och Q-beloppet och efterföljande addition av kvadraterna. Ett förutbestämt antal reducerade till- stånd med den högsta energin överförs till en estimator för reducerade tillståndssekvenser (RSSE) 68. När RSSE:n 68 har samlat ihop de reducerade tillstànden för alla sex Walsh-symbolerna 112 som utgör en effektstyrgrupp 102, så beräknar den vägenergier för alla reducerade tillstånd, och väljer vägen med högsta energin. Denna beräkning kommer att beskrivas mer detaljerat nedan med hänvisning till fig 5 och 6. Vägen med den högsta energin (den bästa vägen) bestämmer den bästa skattningen av de sex Walsh- symbolerna som skickades i effektstyrgruppen. Utifrån denna information blir de sex kodade symbolerna som motsvarar indexet hos en sänd Walsh-symbol fastställda och vidarebefordrade till en avkodare 70. Avkodaren 70 matar sedan ut en digitaliserad röst- eller datasignal 72 som motsvarar den inmatade röstsignalen 12, i fig 1.

RSSE:n 68 ökar mottagarens 60 känslighet genom att välja den väg som har störst koherent energi. Före- liggande uppfinning resulterar således i en vinst på 0,7 dB i mottagarkänslighet som direkt ökar systemkapaci- teten hos ett cellulärt DS/CDMA-kommunikationssystem.

Fig 5 och 6 visar hur vägenergierna beräknas i RSSE:n 68. Såsom nämnts ovan är utsignalen från FHT:n 66 ett förutbestämt antal reducerade tillstånd (RS) 200 som lagras i RAM:et 300. I den föredragna utföringsformen sparas fyra reducerade tillstånd 200 med den högsta energin för varje Walsh-symbol (WS) 202. Energin hos det reducerade tillståndet 200 hänförs till sannolikheten att Walsh-symbolen 202 med indexet för det resulterade till- ståndet 200 skickades. Fyra reducerade tillstånd 200 sparas i RAM 300 för var och en av de sex Walsh-symboler- na 202 i en effektstyrgrupp, såsom visas i fig 5. Varje 10 15 20 25 30 51.8 787 6 reducerat tillstànd 200 innefattar ett I-belopp 204, Q-belopp 206 och ett index 208. En väg 210 fastställs genom val av ett reducerat tillstànd 200 för var och en ett av de sex Walsh-symbolerna 202. Exempelvis är en väg 210 {Väg(l,l,l,l,l,l)} RSl1, RS21, RS31, RS41, RS51, OCh RS61. -beloppen 204 för alla reducerade tillstànd 200 i vägen En vägenergi 212 beräknas genom summering av I- 21O och kvadrering av summan, plus kvadraten av summan av Q-beloppen 208 för alla de reducerade tillstånden 200 i vägen 210. RSSE:n 68 utför denna energiberäkning för varje väg 210 och väljer den väg 210 som har högst energi 212.

Den ganska stora beräkningsuppgiften att beräkna varje vägenergi 212 kan reduceras genom uppmärksammande av att varje väg 210 endast skiljer sig från en av de andra vägarna 210 genom ett enda reducerat tillstånd 200.

Exempelvis väg(1,1,1,1,1,1,1) skiljer sig endast från väg(1,1,1,1,1,2) genom ett enda reducerat tillstånd 200 i WS6. Speciellt ersätter det nya reducerade tillståndet RS52 det utelämnade reducerade tillståndet RS61. Detta möjliggör fastställande av den nya vägenergin {väg(1,1,1,1,1,2)} genom beräkning av differensen hos I- Idiff och och addition av dessa differenser till I-belopp- (1,1,1,1,1,1,1). ett resultat kräver den nya I-summan och Q-summan endast -beloppen och Q-beloppen i RS62 och RS6l, Qdiff, -summan och Q-belopp-summan hos väg Som en subtraktionsoperation och en additionsoperation istället för fem additionsoperationer. Detta möjliggör effektiv beräkning av alla vägenergierna 212 för de redu- cerade tillstànden 200 i RAM 300.

Fig 6 visar den föredragna utföringsformen av RSSE:n 68. Vid uppstart hålls ett register 302 konstant vid noll, I-beloppet 304 hos RSl1 {Imag(1,1)} från RAM 300 utsätts för subtraktion med noll i subtraherare 304 och resultatet lagras i registret 306. Sedan adderas Imag(l,l) noll i detta fallet, i register 308, i adderare 310 och resultatet lagras i till mellansumman, |>»an 10 15 20 25 30 Ut) UI 518 787 9- register 308. Denna process upprepas till dess att alla sex I-beloppen 204 har adderats och resultatet lagras i register 311.

För att beräkna I-beloppet för nästa väg {väg(l,1,l,l,l,2)} 210 lagras I-beloppet för RS51 i register 302 och differensen mellan I-beloppen RS51 {lmag(6,l)} och RS62 {Imag(6,2)} fastställs i subtraherare 304 och resultatet lagras i register 306. Vidare lagras {Imag(6,2)} i register 302. Sedan adderas differensen i register 306 till I-beloppet för föregående väg {väg(1,l,1,l,1,l)} och resultatet lagras i register 308.

Den nya vägsumman lagras i register 311. Vägens totala I- -belopp kvadreras i multiplicerare 312 och vägens totala Q-belopp kvadreras i multiplicerare 314, varvid resul- taten lagras i registren 316, 318. De kvadrerade beloppen adderas i en adderare 320 och resultatet eller vägenergin 212 lagras i ett register 322.

Vägenergin i register 322 jämförs i subtraherare 324 med den väg 326 som har den hittills högsta beräknade energin. Om den nya vägenergin i register 322 är högre än den högsta vägenergin i register 326, så grindstyrs energin i 322 in till register 326. Om energin i 322 är mindre än energin i 326 så fortsätter behandling med nästa vägs energi. De reducerade tillståndsindexen för en väg 212 sparas i ett register 328. Allt eftersom behand- ling fortsätter på den vägens energi, skiftas Vägarnas index genom registren 330, 332, 334, 336. Om vägens energi är större än energin som är lagrad i register 326, så grindstyrs de associerade Vägarnas index in i register 338. Genom att upprepa detta för alla möjliga vägar fastställs den bästa vägenergin och lagras i register 326 och de reducerade tillstånden som utgör den vägen lagras i register 338. I- och Q-beloppen för vägen 312 finns tillgängliga i RAM 300.

Från indexen i register 338 kan de kodade symbolerna fastställas (se diskussionen avseende sändaren 10 i fig 1 där de kodade symbolerna från kodaren 14 används för att 10 15 518 787 8 fastställa en unik Walsh-symbol). Genom användning av RSSE:n 68 i mottagaren 60 hos ett CDMA-system erhålls en en vinst på 0,7 dB i länkmarginalen. Den föredragna realiseringen av RSSE:n 68 som visas i fig 6 gör det möj- ligt att utföra RSSE:n i realtid. Som ett resultat kan RSSE:n implementeras i en basstation hos ett cellulärt DS/CDMA-kommunikationssystem_ Även om föreliggande uppfinning har beskrivits i samband med specifika utföringsformer av densamma, står det klart att många alternativ, modifieringar, och varia- tioner är uppenbara för fackmän vid betraktande av före- gående beskrivning. Exempelvis kan RSSE:n 68 realiseras i en generell processor, och ett annat antal reducerade tillstånd eller Walsh-symboler kan användas för att beräkna vägenergierna och mottagaren kan vara en "rake"- -mottagare med ett flertal fingrar ("fingers"). Avsikten är således att föreliggande uppfinning omfattar alla sådana alternativ, modifieringar och variationer som faller inom uppfinningens ram.

Claims (10)

10 15 20 25 30 518 787 9 PATENTKRAV

1. l. Metod för att demodulera en mottagen signal, innefattande stegen: (a) att fastställa energin för var och en av ett första flertal reducerade tillstànd (200) för en första symbol i den mottagna signalen; (b) att välja en första delmängd av det första fler- talet reducerade tillstànd (200) på grundval av energin för var och en av det första flertalet reducerade tillstànd (200); (c) att fastställa energin för ett andra flertal reducerade tillstànd (200) för en andra symbol i den mottagna signalen; (d) att välja en andra delmängd reducerade tillstànd (200) på grundval av energin för var och en av det andra fler- talet reducerade tillstànd (200) för den andra symbolen; (e) att beräkna en första vägenergi (212) för en för- sta väg, vilken första väg innefattar ett första reducerat tillstànd (200) som väljs frän den första delmängden reducera- de tillstànd (200) och ett andra reducerat tillstànd (200) som väljs från den andra delmängden reducerade tillstànd (200); (f) att beräkna en andra vägenergi (212) för en andra väg, vilken andra väg innefattar det första reducerade till- ståndet (200) som väljs från den första delmängden reducerade tillstànd (200) och ett tredje reducerat tillstànd (200) som väljs fràn den andra delmängden reducerade tillstànd (200); (g) att jämföra den första vägenergin (212) och den andra vägenergin (212).

2. Metod enligt patentkrav l, vidare innefattande steget att välja vägen med den högsta energin. 70572 redigerade kravl; 16/07/02 10 15 20 25 30 518 787 10

3. Metod enligt patentkrav l, varvid steget (b) vida- re innefattar steget att välja den första delmängden reducera- de tillstànd som har de högsta energierna.

4. Metod enligt patentkrav l, vidare innefattande steget att finna en I-värdesumma för den första vägen och en Q-värdesumma för den första vägen.

5. Metod enligt patentkrav 4, varvid steget att finna den andra vägenergin (212) innefattar steget att fastställa differensen hos I-värdesumman på grund av de andra och tredje reducerade tillstànden.

6. Metod för att demodulera en signal, innefattande stegen: (a) att avsprida ("despreading") en mottagen signal; (b) att samla ett flertal Walsh-chips som utgör en Walsh-symbol (202); (c) att utföra en FHT pà en Walsh-symbol (202) som har ett I- och ett Q-belopp (204, 206) för var och en av ett flertal motsvarande Walsh-kodindex som en utsignal; (d) att fastställa en energi för varje motsvarande Walsh-kodindex; (e) att välja ett förutbestämt antal index med den högsta energin och att spara I- och Q-beloppet (206) och mot- svarande index som ett reducerat tillstànd; (f) att upprepa stegen (b) till (e) för ett förutbe- stämt antal Walsh-symboler (202); (g) att summera I-beloppen (204) och Q-beloppen (206) för det reducerade tillståndet (200) i en första väg och att fastställa en energi för den första vägen, varvid den första vägen inne- fattar åtminstone ett reducerat tillstànd som är associerat med var och en bland det förutbestämda antalet Walsh-symboler (202); (h) att välja en nästa väg som skiljer sig från en 70572 redigerade kravl; 16/07/02 10 15 20 25 30 518 787 ll aktuell väg genom ett enda reducerat tillstànd; (i) att fastställa differensen hos I- och Q-beloppen (204, 206) för ett nytt reducerat tillstànd från ett utelämnat reducerat tillstànd vilket resulterar i en I-differens och en Q-differens ; (j) att beräkna den nästa vägens I-belopp (204) genom att addera den föregående vägens I-belopp (204) med I- differensbeloppet och nästa vägs Q-belopp (206) genom att ad- dera den föregående vägens Q-belopp (206) med Q- differensbeloppet; (k) att fastställa en energi för nästa väg; (1) att spara nästa vägs energi i minne om den är större än någon tidigare beräknad vägs energi; och (m) att upprepa stegen (h) till (l) för alla möjliga vägar.

7. Mottagare (60) i ett CDMA-kommunikationssystem för att demodulera en mottagen signal, innefattande: en antenn (62) för att ta emot en bandspridningssig- nal; en avspridningsanordning (64) ("despreading device") som svarar på antennen (62); ett organ (66) som svarar på avspridningsanordningen för att bilda ett första flertal reducerade tillstànd (200), varvid vart och ett av det första flertalet reducerade till- stånd (200) är associerat med en första symbol i bandsprid- ningssignalen; ett organ (66) för att bilda ett andra flertal redu- cerade tillstànd (200), varvid vart och ett av det andra fler- talet reducerade tillstànd (200) är associerat med en andra symbol i bandspridningssignalen; ett organ (68) för att beräkna en första vägenergi (212) för en första väg, vilken första väg innefattar ett för- sta reducerat tillstànd som väljs från det första flertalet 70572 redigerade kravl; 16/07/02 10 15 20 25 30 518 787 12 reducerade tillstànd (200) och ett andra reducerat tillstànd (200) som väljs från det andra flertalet reducerade tillstànd (200); och ett organ (68) för att beräkna en andra vägenergi (212) för en andra väg, vilken andra väg innefattar det första reducerade tillståndet (200) som väljs fràn det första flerta- let reducerade tillstànd (200) och ett tredje reducerat till- stånd (200) som väljs från det andra flertalet reducerade tillstànd (200).

8. Mottagare i ett CDMA-kommunikationssystem för att demodulera en mottagen signal, innefattande: en antenn (62) för att ta emot en bandspridningssig- nal; en avspridare (64) ( "despreader" ), som är kopplad till antennen (62), och som har chips med basen M som sin ut- signal; en omvandlare, som är kopplad till avspridaren (64), och som har ett flertal reducerade tillstànd (200) som sin ut- signal; en komparator, som är kopplad till omformaren, som väljer ett förutbestämt antal av de reducerade tillstànden (200) pà grundval av en energi hos det reducerade tillståndet (200); en sekvensestimator (68), som är kopplad till kompa- ratorn, som sparar de valda reducerade tillstànden (200) för ett förutbestämt antal symboler och beräknar en vägenergi (212) för de reducerade tillstànden (200) för ett flertal vä- gar genom att välja en efterföljande väg som skiljer sig från en aktuell väg genom ett enda reducerat tillstànd (200), vil- ken sekvensestimator (68) beräknar energin för varje väg genom att fastställa summan av I-beloppen (204) i vägen och fast- ställa summan av Q-beloppen (206) i vägen; 70572 redigerade kravl; 16/07/02 10 15 20 25 30 518 787 13 vilken sekvensestimator (68) väljer en bästa väg på grundval av de beräknade vägenergierna (212); och en avkodare (70) som är kopplad till sekvensestima- torn (68).

9. Metod för att demodulera en signal, innefattande stegen: att bilda ett första flertal reducerade tillstànd (200), varvid vart och ett av det första flertalet reducerade tillstànd (200) är baserat pà en första symbol som är associe- rad med signalen; att bilda ett andra flertal reducerade tillstànd (zøo), varvid vart och ett av det andra flertalet reducerade till- stånden (200) är baserat på en andra symbol som är associerad med signalen; att beräkna en första vägenergi (212) för en första väg, vilken första väg innefattar ett första reducerat till- stànd som väljs fràn det första flertalet reducerade tillstànd (200) och ett andra reducerat tillstànd (200) som väljs från det andra flertalet reducerade tillstànd (200); och att beräkna en andra vägenergi (212) för en andra väg, vilken andra väg innefattar det första reducerade till- ståndet (200) som väljs fràn det första flertalet reducerade tillstånd (200) och ett tredje reducerat tillstànd (200) som väljs fràn det andra flertalet reducerade tillstånd (200).

10. Mottagare enligt patentkrav 8, varvid summan av I-beloppen (204) för den efterföljande vägen beräknas genom fastställande av I-differensen mellan ett utelämnat reducerat tillstànd (200) och ett nytt reducerat tillstànd (200) och ad- dition av I-differensen till de aktuella vägarnas summa av I- beloppen (204). 70572 redigerade kravl; 16/07/02