WO1998044691A1

WO1998044691A1 - Übertragungsverfahren und anordnung für gmsk-ähnliche signalformen

Info

Publication number: WO1998044691A1
Application number: PCT/DE1998/000545
Authority: WO
Inventors: Markus Nasshan; Paul Walter Baier
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 1997-03-27
Filing date: 1998-02-24
Publication date: 1998-10-08
Also published as: AU6917898A; DE19713175C2; DE19713175A1

Abstract

Verfahren zur Übertragung von Daten, bei dem zur Vermeidung von Überhöhungen im Betrag des Sendesignals einer GMSK-ähnlichen Signalform unterschiedliche Grundimpulse verwendet werden.

Description

Beschreibung

ÜBERTRAGUNGSVERFAHREN UND ANORDNUNG FÜR GMSK-ÄHNLICHE SIGNALFORMEN

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Übertragung von Daten, sowie auf eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens. Der Begriff „Daten" bezieht sich im Rahmen dieser Anmeldung auch auf Sprachdaten. Der Begriff „Übertragung" umfaßt die Vorgänge des Sendens und Empfangens.

Kommunikationsgeräte, die zur Übertragung von Daten verwendet werden benützen in der Regel Verstärker, um die zu sendenden bzw. die empfangenen Signale zu verstärken. Voraussetzung für die Verwendung kostengünstiger, nichtlinearer Verstärker in Kommunikationsgeräten ist ein möglichst konstanter Betrag des Sendesignals |s_(t) |, da es ansonsten unter Umständen zu einem erheblichen Leistungsanstieg außerhalb des gewählten Frequenzbandes kommen kann. Daher werden zur Übertragung von Daten bevorzugt GMSK-Signalformen verwendet, die eine konstante Einhüllende bzw. einen konstanten Betrag des Sendesignals aufweisen. Auch beim paneuropäische Mobilfunksystem GSM werden diese Signalformen verwendet.

Mit einem reellen GMSK-Grundimpuls C₀(t) können GMSK- Signalformen im äquivalenten Tiefpaßbereich näherungsweise durch

oo _/ . . s(t) = ∑q, ^• C₀(t - IT_β) , q₍ e K, JqJ = const, arglqj-argjq = ± (l)

dargestellt werden [1] . In Gleichung (1) bezeichnet K die

Menge der komplexen Zahlen und arg{.} das Argument einer komplexen Zahl. Das Signal £3(t) nach (1) wird im folgenden als GMSK-Signalform bezeichnet. Die GMSK-Signalform s t) nach (1) besteht aus einer Folge von GMSK-Grundimpulsen C₀(t), die mit q gewichtet und jeweils um die Chipdauer T_c zeitlich gegeneinander verschoben sind. Die Gewichte q in (1) hängen von den zu übertragenden Datensymbolen ab und bei CDMA- Übertragungsverfahren außerdem von den verwendeten CDMA- Codes .

Die Erfindung bezieht sich auf alle Signalformen, die durch Gleichung (1) dargestellt werden können, insbesondere auf li- nearisiertes GMSK wie in Dokument [1] beschrieben.

Es sind einem Fachmann auch eine Reihe anderer Grundimpulse bekannt, die bei Verwendung in Gleichung (1) zumindest nahezu einen konstanten Betrag des Sendesignals zur Folge haben. Die vorliegende Erfindung kann auch leicht auf diese Signalformen angewendet werden.

Dadurch, daß die Gewichte q bzw. q in (1) die Bedingung

arg{q_|} - arg{q_|_₁} = ± (2)

erfüllen, ergibt sich näherungsweise ein konstanter Betrag |_s(t) | der GMSK-Signalform js(t) . Wenn beispielsweise q e{ ± 1, ±j }, so werden anschaulich betrachtet durch das Erfüllen von (2) abwechselnd GMSK-Grundimpulse im Real- bzw. im Imaginärteil von (t) „übertragen". Der Betrag des Sendesignals |C₀(t) - j Co(t-Tc) I von zwei sich überlagernden Grundimpulsen C₀(t), für deren Gewichte Gleichung (2) erfüllt ist, weist in diesem Fall im Überlappungsbereich näherungsweise einen konstanten Wert auf.

In realen Mobilfunksystemen wie GSM oder in zukünftigen Mobilfunksystemen kann, beispielsweise wenn komplexen Datensymbolen im Rahmen einer CDMA-Übertragung komplexe Spreizfolgen aufmoduliert werden, der Fall auftreten, daß für einzelne Paare {q, q } die Gleichung (2) nicht erfüllt ist, sondern folgendes gilt

arg{q_|} -arg{q_M} = 0

Im folgenden werden Signalformen nach (1), bei denen auch Bedingung (3) auftreten kann, GMSK-ähnliche Signalformen genannt.

Gilt (3) für ein einzelnes Paar {q —,I, q—1-1 }, dann hat der Be- trag |s_(t) I des GMSK-ähnlichen Signals s;(t) im Überlappungsbereich der beiden entsprechenden Grundimpulse eine Überhöhung, da zwei aufeinanderfolgende Grundimpulse dann entweder beide im Realteil oder beide im Imaginärteil übertragen werden. Insbesondere diese Überhöhungen erschweren eine Verwendung nichtlinearer Verstärker.

Beispielsweise ist für das Paar {q, q } = {1,1} im Überlap- pungsbereich die Summe C₀(t) + C₀ (t-T_c) und damit auch der

Betrag | C₀ (t) + C₀ (t-T_c) | der Summe C₀ (t) + C₀ (t-T_c) der

Grundimpulse C₀ (t) und C₀ (t-T_c) deutlich größer als in der angrenzenden Umgebung.

Überhöhungen des Betrags |s_(t) | des Signals s_(t) führen wie oben erwähnt bei nichtlinearen Verstärkern unter Umständen zu einem erheblichen Anstieg der Leistung außerhalb des Frequenzbandes infolge von Intermodulationsprodukten. Nichtlineare, kostengünstige Verstärker können deshalb nur zum Ein- satz kommen, wenn der Betrag |s_(t) I des Signals s_(t) näherungsweise konstant ist oder zumindest keine Überhöhungen aufweisen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zur- Durchführung des Verfahrens anzugeben, mit denen GMSK-ähnliche Signalformen nicht nur unter Bedingung (2) sondern auch unter Bedingung (3) mit einem möglichst konstanten Betrag des Sendesignals |s_(t) I übertragen werden können.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Dabei werden im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren nicht immer die gleichen Grundimpulse C₀(t), sondern unterschiedliche, teilweise modifizierte Grundimpulse verwendet. Je nach zu übertragender Datensymbolfolge werden die passenden Grundimpulse so ausgewählt und so verwendet, daß der Betrag des Sendesignals |s_(t) | möglichst konstant ist. Dabei können die unterschiedlichen Grundimpulse nach vorgegebenen Regeln aus einer vorgegebenen Menge unterschiedlicher Grundimpulse entnommen werden. Die Form dieser Grundimpulse kann dabei im voraus so bestimmt werden, daß eine angepaßte Verwendung dieser Grundimpulse bei dem verwendeten Übertragungsverfahren zu einem möglichst konstanten Betrag des Sendesignals |s_(t) I führt. Es werden also zur Vermeidung von Überhöhungen im Betrag des Sendesignals einer GMSK- ähnlichen Signalform unterschiedliche Grundimpulse verwendet.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden zumindest drei unterschiedliche Grundimpulse verwendet. Je nachdem welche der beiden Bedingungen (2) oder (3) erfüllt ist, werden unterschiedliche Grundimpulse C₀(t) oder C₀' (t) bzw. Co^{' '} (t) verwendet. Dabei ist C₀(t) ein GMSK-Grundimpuls, C₀ ^' (t) ein modifizierter GMSK-Grundimpuls, der im Zeitbereich schneller mit der Zeit abklingt als C₀(t) und C₀'' (t) ein modifizierter GMSK-Grundimpuls, der im Zeitbereich später mit der Zeit ansteigt als C₀(t). Die unterschiedlichen Grundimpulse werden dabei wie folgt verwendet: s(t) = ∑q_| - C_0J (t - IT_c) , q^ K, |qj = const ,mit l=-∞

C_{0 I} = C₀', wenn argjq J - argj-q = 0 C_0J = C₀", wenn argjqj -argjqj = 0

'0,1 C₀, sonst

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß C₀ ' und Co' ' derart angepaßt werden, daß sie innerhalb des Zeit- Leistungs-Koordinatensystems durch Spiegelung an der Lei- stungsachse und Verschiebung im Zeitbereich aufeinander abgebildet werden können. Diese spezielle Form der Grundimpulse stellte sich bei aufwendigen Simulationen mit eigens für diesen Zweck hergestellten Simulationsverfahren als besonders vorteilhaft heraus.

Durch Einbringen der Erfindung in das Systemkonzept eines CDMA Mobilfunksystems, beispielsweise eines JD-CDMA Mobil- funksystems bei dem komplexwertigen Datensymbolen vor der Übertragung eine GMSK- oder linearisierte GMSK-Signalform aufmoduliert wird und somit in bestimmten Fällen die Bedingung (3) gültig ist, ergeben sich erhebliche Vorteile durch die Verwendung des neuen erfindungsgemäßen Verfahrens.

Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens sind in den Ansprüchen 5 und 6 angegeben.

Zur Erläuterung von Ausführungsformen der Erfindung dienen die nachstehend aufgelisteten Figuren. Es zeigen:

FIG 1 den Ablauf einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung.

FIG 2 Skizze einer möglichen Realisierung der unterschiedlichen Grundimpulse. FIG 3 eine schematische Darstellung der Erzeugung des analogen Sendesignals im äquivalenten Tiefpaßbereich. FIG 4 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung

Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausfüh- rungsbeispiele und mit Hilfe der Figuren näher beschrieben. Dabei wird im Zusammenhang mit dem CDMA-Verfahren im folgenden auch die Begriffe „Chipimpuls", „Chipimpulsfilter" oder „Chip" anstatt des Begriffs „Grundimpuls" verwendet.

In zukünftigen Mobilfunksystemen werden voraussichtlich die Daten unter Verwendung eines hybriden Vielfachzugriffsverfahrens übertragen, wobei neben eventuellen FDMA- bzw. TDMA- Komponenten auch eine CDMA (Code Division Multiple Access) - Komponente verwendet wird. Dabei werden den Verbindungen jeweils ein CDMA-Kanal zugeordnet, wobei die unterschiedlichen CDMA-Kanäle auf unterschiedlichen Spreizfolgen, den CDMA- Codes basieren. Das bedeutet, daß den Datensymbolen einer Da- tenfolge eine, für die Datenfolge spezifische, Spreizfolge aufmoduliert wird. Diese Spreizfolgen werden dabei vorzugsweise durch obengenannte GMSK-Signalformen realisiert. Die dadurch entstehende Signalform ist eine GMSK-ähnliche Signalform, bei der nicht in allen Fällen Bedingung (2) erfüllt ist, sondern in bestimmten Fällen Bedingung (3) erfüllt ist.

Wird beispielsweise bei einer Übertragung komplexer Datensymbole, die einem mindestens vierwertigen Symbolvorrat (z.B. QPSK, 8PSK, ... ) entnommen werden, das oben beschriebenen CDMA-Verfahren verwendet, so kann nicht vermieden werden, daß Bedingung (3) auftritt, d.h. es ist nicht mehr möglich in allen Fällen eine resultierende GMSK-Signalform zu erreichen, die Bedingung (2) erfüllt. Insbesondere ist in 50% der Fälle zwischen letztem Grundimpuls (Chip) des vergangenen Datensym- bols und dem ersten Grundimpuls (Chip) des aktuellen Daten- symbols Bedingung (2) verletzt. Unter Umständen kann die Verletzung von Bedingung (2) auch innerhalb eines gesendeten Bursts zwischen einem Datenblock und einer Mittambel, die teilnehmerspezifische Testsignale enthält, auftreten.

In Figur 1 ist ein möglicher Verfahrensablauf dargestellt, mit dem der Betrag |s_(t) | des Signals js(t) annähernd konstant gehalten werden kann, auch wenn das Paar {q, q } die Gleichung (3) erfüllt. Bei bestimmten Kombinationen von gesende- ten Datensymbolfolgen (DS) und verwendeten CDMA-Codes (CC) kann, Bedingung (3) (B3) erfüllt sein. Wenn Bedingung (3) erfüllt ist, werden zur Übertragung angepaßte, modifizierte GMSK-Grundimpulse angepaßt so verwendet (ACF) , daß der Betrag |_s(t) I des Signals s_^(t) der resultierenden GMSK-ähnlichen Si- gnalform (GMSK) nahezu konstant ist. Dies kann dadurch realisiert werden, daß für q und q zwei im Zeitbereich veränderte Grundimpulse C₀' (t) bzw. C₀' ' (t) in die Summe von Gleichung (1) eingefügt werden, falls Bedingung (3) erfüllt ist.

Wenn beispielsweise gilt

arg{q_|}-arg{q } = 0,

dann wird für q —,1-1 in die Summe von Gleichung (1) ein verän- derter Grundimpuls C₀ ' (t) eingefügt, der im Vergleich zum GMSK-Grundimpuls C₀(t) schneller mit der Zeit t „abklingt". Für q wird in die Summe von Gleichung (1) ein veränderter

Grundimpuls C₀''(t) eingefügt, der im Vergleich zum GMSK- Grundimpuls C₀(t) zeitlich später „ansteigt". Formen mögli- eher GMSK-Grundimpulse C₀(t) bzw. modifizierter GMSK- Grundimpulse Co'(t), C₀'^'(t) sind in Figur 2 skizziert. Diese unterschiedlichen Formen können durch unterschiedliche Chipimpulsfilter realisiert werden. Es sind auch Grundimpuls- formen denkbar, bei denen sich die Steigung beider Flanken der modifizierten Grundimpulse von der Steigung der Flanken des Grundimpulses C₀ unterscheidet oder die Maxi a der Grundimpulse bei der in Figur 2 gewählten Darstellung aufeinander liegen oder gegeneinender verschoben sind.

Durch aufwendige Simulationen konnte gezeigt werden, daß bei Erfüllen von Bedingung (3) bei der Verwendung derart modifizierte Grundimpulse der Betrag des Sendesignals, insbesondere im interessierenden Bereich (Überlappungsbereich) nahezu konstant ist.

Durch weitere Simulationen konnten modifizierte Grundimpulsformen entwickelt werden, die für das erfindungsgemäße Ver- fahren besonders vorteilhaft sind. Dies sind all jene Grundimpulsformen, die innerhalb des Zeit-Leistungs- Koordinatensystems durch Spiegelung an der Leistungsachse und Verschiebung im Zeitbereich aufeinander abgebildet werden können.

Eine mögliche Realisierung der Erzeugung eines Sendesignals ist in Figur 3 dargestellt. Dabei werden, je nach Folge der Gewichte ( q_ ) aus Gleichung (1), angepaßte Grundimpulse bzw.

Chipimpulsfilter angepaßt so verwendet (ACF) , daß ein Sende- signal mit möglichst konstantem Betrag des Sendesignals

| (t) | entsteht. Nach einer digital/analog-Wandlung (D/A), einer Filterung mit einem analogen Sendefilter (ASF) und der Verstärkung durch einen nichtlinearen Sendeverstärker (SV) werden die Signale schließlich von der Sendeantenne (SA) übertragen.

Figur 4 zeigt in schematischer Weise, ein Ko munikationsgerät (KG) zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, das über die bekannten Mittel verfügt, mit denen man GMSK-Signale erzeugen und übertragen kann (TM) . Außerdem verfügt es über unterschiedliche Chipimpulsfilter (CM) , deren Form so angepaßt ist, daß auch GMS-K-ähnliche Signale mit möglichst konstantem Betrag des Sendesignals |s_(t) | übertragen werden können. Mit einem programmgesteuerten Prozessor kann die Verwendung der unterschiedlichen Chipimpulsilter je nach Folge der q geeignet so gesteuert werden, daß der Betrag des Sendesignals |s(t) I annähernd konstant ist.

Im Rahmen dieser Anmeldung wurden folgende Dokumente zitiert:

[1] Jung, P.: Laurent 's representation of binary digital con- tinuousphase modulated Signals with modilation index revi- sted. IEEE Transactions on Communications, Vol. 42 (1994), S. 221-224.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Übertragung von GMSK-ähnlichen Signalformen, die aus einer Folge von Grundimpulsen C₀ bestehen:

s(t) = ∑q,-C_0ιI(t-IT_o)_l q,eK, |qj = const

dadurch gekennzeichnet, daß unterschiedliche Grundimpulse verwendet werden, die so angepaßt sind und angepaßt so verwendet werden, daß der Betrag des Sendesignals |s_(t) | unabhängig von den zu übertragenden Datensymbolen im wesentlichen konstant ist.

2. Verfahren zur Übertragung von GMSK-ähnlichen Signalformen, die aus einer Folge von Grundimpulsen C₀ bestehen:

s(t)=∑q-C_0,,(t-IT_c), α eK, |ql = const -¹

dadurch gekennzeichnet, daß unterschiedliche Grundimpulse verwendet werden, die so angepaßt sind und angepaßt so verwendet werden, daß der Betrag des Sendesignals |^(t) | unabhängig von den zu übertragenden Datensymbolen nahezu konstant ist oder zumindest keine Überhöhungen aufweist.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest drei unterschiedliche Grundimpulse C₀, C₀' und C₀ ^{' '} wie folgt verwendet werden: s(t) = ∑q_ι - C_0J (t - IT_e) , q, e K, |q | = const , mit h-oo

C_0,ι = C₀', wenn argjq -argjq = 0

C_0I = C₀". wenn argjqj -argjqj = 0 C_0I = C₀, sonst

wobei Co ein GMSK-Grundimpulse ist, C₀ ' ein modifizierter GMSK-Grundimpuls ist, der im Zeitbereich schneller mit der Zeit abklingt als C₀ und C₀ ' ' ein modifizierter GMSK- Grundimpuls ist, der im Zeitbereich später mit der Zeit ansteigt als Co -

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassung von C₀' und C₀' ^' derart erfolgt, daß sie innerhalb des Zeit-Leistungs-Koordinatensystems durch Spiegelung an der Leistungsachse und Verschiebung im Zeitbereich aufeinander abgebildet werden können.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die GMSK-ähnliche Signalform _s(t) aus der Übertragung von komplexwertigen Datensymbolen hervorgeht, wobei jedem der Da- tensymbole vor der Übertragung eine GMSK- oder GMSK-ähnliche oder linearisierte GMSK-Signalform aufmoduliert wird.

6. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit a) Mitteln zur Übertragung von GMSK-Signalformen die aus einer Folge von Grundimpulsen C₀ bestehen; b) Mitteln zur Erzeugung unterschiedlicher angepaßter Grundimpulse; c) Mitteln zur angepaßten Verwendung dieser unterschiedlichen Grundimpulse.

7. Anordnung nach Anspruch 6, mit Mitteln zur Erzeugung von zumindest drei unterschiedlichen Grundimpulsen C₀, C₀ ' und C₀'', wobei C₀ ein GMSK- Grundimpuls ist, Co' ein modifizierter GMSK-Grundimpuls ist, der im Zeitbereich schneller mit der Zeit abklingt als C₀ und Co ' ' ein modifizierter GMSK-Grundimpuls ist, der im Zeitbereich später mit der Zeit ansteigt als C₀.