WO1999020011A1 - Method and radio station for transmitting data - Google Patents

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WO1999020011A1
WO1999020011A1 PCT/DE1998/002997 DE9802997W WO9920011A1 WO 1999020011 A1 WO1999020011 A1 WO 1999020011A1 DE 9802997 W DE9802997 W DE 9802997W WO 9920011 A1 WO9920011 A1 WO 9920011A1
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WO
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data
midamble
data symbols
transmission power
radio
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PCT/DE1998/002997
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Stefan Bahrenburg
Paul Walter Baier
Dieter Emmer
Johannes Schlee
Tobias Weber
Jürgen Mayer
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04W52/00—Power management, e.g. TPC [Transmission Power Control], power saving or power classes
    • H04W52/04—TPC
    • H04W52/38—TPC being performed in particular situations
    • H04W52/42—TPC being performed in particular situations in systems with time, space, frequency or polarisation diversity
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/24—Radio transmission systems, i.e. using radiation field for communication between two or more posts
    • H04B7/26—Radio transmission systems, i.e. using radiation field for communication between two or more posts at least one of which is mobile
    • H04B7/2618—Radio transmission systems, i.e. using radiation field for communication between two or more posts at least one of which is mobile using hybrid code-time division multiple access [CDMA-TDMA]
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/24—Radio transmission systems, i.e. using radiation field for communication between two or more posts
    • H04B7/26—Radio transmission systems, i.e. using radiation field for communication between two or more posts at least one of which is mobile
    • H04B7/2628—Radio transmission systems, i.e. using radiation field for communication between two or more posts at least one of which is mobile using code-division multiple access [CDMA] or spread spectrum multiple access [SSMA]

Definitions

  • the invention relates to a method and a radio station for data transmission via a radio interface in a radio communication system, in particular a mobile radio network.
  • messages for example voice, image information or other data
  • the electromagnetic waves are emitted at carrier frequencies that lie in the frequency band provided for the respective system.
  • GSM Global System for Mobile Communication
  • the carrier frequencies are in the range of 900 MHz.
  • radio communication systems for example the UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) or other 3rd generation systems, frequencies in the frequency band of approx. 2000 MHz are provided.
  • UMTS Universal Mobile Telecommunication System
  • 3rd generation systems frequencies in the frequency band of approx. 2000 MHz are provided.
  • the emitted electromagnetic waves are attenuated due to losses due to reflection, diffraction and radiation due to the curvature of the earth and the like. As a result, the reception power that is available at the receiving radio station decreases. This damping is location-dependent and also time-dependent for moving radio stations.
  • a radio interface between a transmitting and a receiving radio station, via which a data transmission takes place with the aid of the electromagnetic waves.
  • a radio communication system which uses CDMA subscriber separation (CDMA code division multiple access), the radio interface additionally having a time division multiplex subscriber separation (TDMA time division multiple access).
  • CDMA subscriber separation CDMA code division multiple access
  • TDMA time division multiple access time division multiplex subscriber separation
  • a JD (Joint Detection) process is used to improve detection by knowing the spreading codes of several participants to carry out the transmitted data. It is known that at least two data channels can be assigned to a connection via the radio interface, each data channel being distinguishable by an individual spreading code.
  • transmitted data are transmitted as radio blocks (bursts), middle messages with known symbols being transmitted within a radio block.
  • These midambles can be used in the sense of training sequences for tuning the radio station on the reception side.
  • the receiving radio station uses the midambles to estimate the channel impulse responses for different transmission channels.
  • estimation errors occur in the channel estimation in the presence of noise. These estimation errors propagate in the detection algorithms of the data estimation and cause the detection quality to deteriorate by at least 1 dB for a mobile station and at least 3 dB for a base station if 8 mobile stations are supplied in one time slot. If the signal / noise ratio is poor, the deterioration in the quality of detection is even more significant.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method and a radio station for data transmission in a radio communication system which counteract the deterioration in the quality of detection.
  • This object is achieved by the method with the features of claim 1 and the radio station with the features of claim 15.
  • Advantageous further developments can be found in the subclaims.
  • At least two data channels are transmitted via a radio interface.
  • Data channels can be distinguished by an individual spreading code.
  • a data channel in addition to data Symbols transmit a midamble with known symbols, the mean transmission power of the midamble being greater than the mean transmission power of the data symbols.
  • the channel estimation and data estimation are improved at the receiving end.
  • This solution can be easily implemented since a corresponding margin for a much greater peak power than the average transmission power must be provided for transmitting devices in the transmitting radio station.
  • only one midamble is used for several connections. This means that only a part of the midamble is evaluated at the receiving end for each connection. In this case, the transmission power for the midamble is not set individually for each connection, but for all connections. This measure also simplifies implementation.
  • the data symbols of the at least two data channels of a connection are already superimposed on the transmitter. This means that the midamble for the data channels is generated once in the transmitter and the data symbols of the data channels are added up before transmission by means of high-frequency waves, advantageously as digital signals. This eliminates the considerable effort that would otherwise be necessary to process and transmit the signals of the different data channels in parallel.
  • the data symbols are overlaid with the same weighting, whereby of course different performance classes can be taken into account for the connections.
  • all data channels of a connection or the entire radio interface and their data symbols are prioritized equally.
  • data symbols become a first Category with a higher weight than data symbols superimposed on a second category.
  • the data symbols of the first category are emitted with a higher signal energy per data symbol and are thus better received by the receiver, ie they can also be detected with greater accuracy.
  • the data symbols of the first category could be signaling information, for example, which is better protected against speech information.
  • the necessary signal energy per connection is advantageously taken into account.
  • Mobile stations in the vicinity of the base station for example, require less signal energy than the connections to the other mobile stations.
  • Such a weighting of the data symbols reduces interference for neighboring radio cells.
  • the average transmission power of the midamble is approximately greater in relation to the number of data channels than the average transmission power of the data symbols. If every data channel is sent with a constant envelope, inexpensive amplifiers can be used. The sum of the peak transmission power of the data parts should correspond to the peak transmission power of the midamble. There are therefore no additional requirements between data parts and midamble due to a larger dynamic range.
  • the dynamic range indicates the power range for signals that can be amplified undistorted by signal amplification.
  • the ratio of the average power per symbol between the midamble and the data symbols is adjustable.
  • the ratio can therefore be adapted to the specific transmission conditions. If the channel estimate deteriorates at a receiving radio station, the transmission power for the mid-range is further increased. It is also advantageous to carry out an evaluation of the midamble for channel estimation on the receiving end, the length of an estimated impulse response being adjustable. If only a short channel impulse response is estimated, then a larger number of channel impulse responses, ie a larger number of connections, can be transmitted via the radio interface.
  • the specific terrain conditions for example, fjords or high mountains require long channel impulse responses due to strongly scattered signal propagation times
  • an evaluation of the midamble for channel estimation is carried out at the receiving end, the length of the midamble being adjustable.
  • the length of the midamble With simple terrain conditions (direct propagation path), only short channel impulse responses can be estimated, whereby the data parts can be extended accordingly. This increases the transferable data rate. If the channel conditions are particularly difficult, the length of the midamble can be increased at the expense of the data rate. If the midamble is shortened, the average transmission power of the midamble becomes greater in relation to the midamble lengths than the average transmission power of the data symbols. This counteracts the increase in the noise power of the channel impulse response caused by the shortened midamble.
  • the setting of the power ratio between the midamble and data symbols is based on a constant dynamic range.
  • An existing dynamic range can be used to set the power ratio between the midamble and data symbols in such a way that the transmission power for the midamble is increased. This further improves the channel estimate.
  • the radio interface additionally contains a TDMA component, so that a finite radio block consisting of middle messages and data symbols is transmitted in a time slot.
  • a shorter midamble length is advantageously used in the downward direction than in the upward direction. This means that the data rate can be increased in the downward direction without any loss of quality, since the channel estimation effort is lower with only one connection to be broken down. In this case in particular, an increase in output for the midamble is advantageous.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a mobile radio network
  • IG 4 is a block diagram of the transmitter of a radio station
  • FIG. 5 shows a block diagram of the receiver of a radio station
  • FIG. 6 shows a schematic representation of the power ratios within a radio block.
  • the structure of the radio communication system shown in FIG. 1 corresponds to a known GSM mobile radio network which consists of a multiplicity of mobile switching centers MSC which are networked with one another or which provide access to a fixed network PSTN. Furthermore, these mobile switching centers MSC are each connected to at least one base station controller BSC. Each base station controller BSC in turn enables a connection to at least one base station BS.
  • a base station BS is a radio station which can establish a radio connection to mobile stations MS via a radio interface.
  • An operation and maintenance center OMC implements control and maintenance functions for the mobile radio network or for parts thereof.
  • the functionality of this structure is used by the radio communication system according to the invention; however, it can also be transferred to other radio communication systems in which the invention can be used.
  • the base station BS is connected to an antenna device which, for example, consists of three individual radiators. Each of the individual radiators radiates in a sector of the radio cell supplied by the base station BS. However, it can alternatively, a larger number of individual steelworkers (according to adaptive antennas) can also be used, so that spatial subscriber separation using an SDMA method (space division multiple access) can also be used.
  • the base station BS provides the mobile stations MS with organizational information about all the individual members of the antenna device.
  • connections with the useful information ni and signaling information si between the base station BS and the mobile stations MS are subject to multipath propagation, which is caused by reflections, for example, on buildings in addition to the direct propagation path.
  • the multipath propagation together with further interference leads to the signal components of the different propagation paths of a subscriber signal being superimposed on one another in the receiving mobile station MS. Furthermore, it is assumed that the subscriber signals from different base stations BS overlap at the receiving location to form a receiving signal rx in a frequency channel.
  • the task of a receiving mobile station MS is to detect data d of the useful information ni transmitted in the subscriber signals, signaling information si and data of the organizational information.
  • the frame structure of the radio interface is shown in FIG 2.
  • Each time slot ts within the frequency range B forms a frequency channel.
  • Information from a number of connections is transmitted in radio blocks within the frequency channels provided for the transmission of user data.
  • FDMA Frequency Division Multiple Access
  • the Radio communication system assigned several frequency ranges B.
  • these radio blocks for the transmission of user data consist of data parts with data symbols d, in which sections with middle names m known on the reception side are embedded.
  • the data d are spread individually for each connection with a fine structure, a feed code, so that, for example, K data channels DK1, DK2, DK3,... DKK can be separated at the receiving end by this CDMA component.
  • Each of these data channels DK1, DK2, DK3, .. DKK is assigned a specific energy E per symbol on the transmission side (power setting).
  • the spreading of individual symbols of the data d with Q chips has the effect that Q sub-sections of the duration Tc are transmitted within the symbol duration Ts.
  • the Q chips form the individual spreading code.
  • the midamble m consists of L chips, also of the duration Tc.
  • a protection time guard of the duration Tg is provided within the time slot ts to compensate for different signal propagation times of the connections of successive time slots ts.
  • the successive time slots ts are structured according to a frame structure. Eight time slots ts are thus combined to form a frame, a specific time slot of the frame forming a frequency channel for the transmission of useful data and being used repeatedly by a group of connections. Additional frequency channels, for example for frequency or time synchronization of the mobile stations MS, are not inserted in every frame, but at a predetermined point in time within a multi-frame.
  • the parameters of the radio interface are e.g. as follows: duration of a radio block 577 ⁇ s
  • the parameters can also be set differently in the upward (MS -> BS) and downward direction (BS -> MS).
  • the transmitters and receivers according to FIG. 4 and FIG. 5 relate to radio stations, which can be both a base station BS or a mobile station MS. However, only signal processing for one connection is shown.
  • the scrambled data is then modulated in a MOD 4-PSK modulator, converted into 4-PSK symbols and then spread out in spreading means SPR in accordance with individual spreading codes.
  • This processing is carried out in parallel in a data processing means DSP for all data channels DK1, DK2 of a connection. Not shown is that in the case of a base station BS, the other connections are also processed in parallel.
  • the data processing means DSP can be carried out by a digital signal processor, which is controlled by a control device SE.
  • the spread data of the data channels DK1 and DK2 are superimposed in a summing element S, the data channels DK1 and DK2 having the same weighting in this superimposition experienced and the midamble m is weighted such that the peak power of the midamble m corresponds to the total peak power of the data parts.
  • the different transmission conditions of the individual connections can be met by an appropriately set weighting.
  • the discrete-time representation of the transmission signal s for the m th subscriber can be carried out according to the following equation:
  • K (m) is the number of the data channels of the mth subscriber and N is the number of data symbols d per data part.
  • the superimposed subscriber signal is fed to a radio block generator BG, which compiles the radio block taking into account the connection-specific central am m.
  • the output signal of a chip pulse filter CIF which connects to the radio block generator BG, is modulated by GMSK and has an approximately constant envelope if the connection only uses a data channel.
  • the chip pulse filter CIF performs a convolution with a GMSK main pulse. However, a constant envelope is also achieved for the entire radio block.
  • a digital / analog conversion, a transmission into the transmission frequency band and an amplification of the signal are carried out in a transmitting device TX. 'Then the transmission signal is emitted via the antenna device and possibly reached.
  • the receiving radio station for example a mobile station MS, via different transmission channels.
  • An individual midamble consisting of L complex chips is used for each connection.
  • the necessary M Different middle names are derived from a basic middle code of length M * W, where M represents the maximum number of subscribers (connections) and W the expected maximum number of values of the channel impulse response h.
  • the connection-specific Mitambel m is derived by a rotation to the right of the Grundmitta belcode by W * m chips and periodic expansion to L> (M + 1) * W - 1 chips. Since the complex basic midamble code is derived from a binary midamble ql code by modulation with], the transmission signal of the midamble m is also GMSK modulated.
  • the power ratios of a radio block are shown in FIG. 6 a.
  • the summing device weights the data symbols d in the data part and midamble m such that the peak power in the radio block is constant. This means that the middle one
  • Power of the midamble m is greater than the average power of the data parts. This usually occurs because several data channels DK1, DK2 are transmitted simultaneously in the frequency channel and both have a constant envelope.
  • the increase in the average transmission power of the midamble m corresponds to the number of data channels (for example 4 or 8). However, in order to further improve the channel estimate on the receiving side, it is possible to increase the ratio beyond this ratio (see FIG. 6 b). This is particularly advantageous if shortened middle amps m are used in a transmission direction (in the downward direction).
  • the performance ratio also takes into account the extent to which the mid-length is shortened.
  • the channel estimation of all M channel impulse responses h is carried out in accordance with DE 197 34 936, however, the channel impulse responses h are normalized in accordance with the increase in power of the midamble m.
  • the data estimation in the joint detection data estimator DS is carried out jointly for all connections. After the detection of the data symbols d of the data channels DK1 and DK2, demodulation takes place in a demodulator DMO, a design in a deinterleaver DI and a channel decoding in the convolutional decoder FD.
  • the digital signal processing is controlled by a control device SE on the transmitting side and on the receiving side.
  • the control device SE controls, in particular, the number of data channels DK1, DK2 per connection, the spread codes of the data channels DK1, DK2, the current radio block structure, the setting of the transmission powers of the data part and the central part m and the requirements for the channel estimation.
  • the superimposition of the data symbols d in the summing element S is influenced by the control device SE.
  • the weighting of the data symbols of different data channels DK1, DK2 can thus be set.
  • data symbols d of a first category e.g. signaling information
  • the radio block generator BG is also controlled by the control device SE and thus the energy per symbol is set.
  • FIG. 6 shows the power ratios within a radio block for the peak and average transmission power.
  • the aim here is that the dynamic range offered by the amplifier arrangements within the transmitting device TX is used, but at the same time no additional dynamics are necessary between data parts and midamble. If there is a dynamic reserve in the amplifier arrangements, it can be used to increase the transmission power of the midamble m.
  • the channel estimate is improved at the receiving end by increasing the power of the midamble m, so that the subsequent data detection also delivers a more reliable result. If an estimated value postprocessing is carried out in the channel estimation, ie channel coefficients are set with a power less than a predefinable threshold value equal to zero, additional profits can be achieved.
  • a further influence on the data rate is that it is not assumed that the radio block structure is constant, but that the control device SE changes the radio block structure.
  • the length of the midamble m can be adapted to the terrain conditions. In the case of complicated terrain conditions, e.g. in the high mountains or in fjords, the length of the midamble m is extended at the expense of the data parts. For simple terrain, e.g. flat land, the midamble m can be shortened.
  • the mobile radio network presented in the exemplary embodiments with a combination of FDMA, TDMA and CDMA is suitable for requirements on 3rd generation systems.
  • it is suitable for an implementation in existing GSM mobile radio networks, for which only a small amount of change is required.

Abstract

At least two data channels are transmitted via a radio interface in a radio communications system. The data channels can be distinguished by an individual spread code. A midamble with known symbols is transmitted in addition to data symbols in a data channel, the average transmission power of the midamble being greater than that of the data symbols. The invention is especially suitable for use in 3rd generation TD/CDMA mobile radio networks.

Description

Beschreibungdescription
Verfahren und Funkstation zur DatenübertragungMethod and radio station for data transmission
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Funkstation zur Datenübertragung über eine Funkschnittstelle in einem Funk- Kommunikationssystem, insbesondere einem Mobilfunknetz .The invention relates to a method and a radio station for data transmission via a radio interface in a radio communication system, in particular a mobile radio network.
In Funk-Kommunikationssystemen werden Nachrichten (beispiels- weise Sprache, Bildinformation oder andere Daten) mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen übertragen. Das Abstrahlen der elektromagnetischen Wellen erfolgt dabei mit Trägerfrequenzen, die in dem für das jeweilige System vorgesehenen Frequenzband liegen. Beim GSM (Global System for Mobile Communi- cation) liegen die Trägerfrequenzen im Bereich von 900 MHz.In radio communication systems, messages (for example voice, image information or other data) are transmitted with the aid of electromagnetic waves. The electromagnetic waves are emitted at carrier frequencies that lie in the frequency band provided for the respective system. With GSM (Global System for Mobile Communication), the carrier frequencies are in the range of 900 MHz.
Für zukünftige Funk-KommunikationsSysteme, beispielsweise das UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) oder andere Systeme der 3. Generation sind Frequenzen im Frequenzband von ca. 2000 MHz vorgesehen.For future radio communication systems, for example the UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) or other 3rd generation systems, frequencies in the frequency band of approx. 2000 MHz are provided.
Die abgestrahlten elektromagnetischen Wellen werden aufgrund von Verlusten durch Reflexion, Beugung und Abstrahlung infolge der Erdkrümmung und dergleichen gedämpft. Infolgedessen sinkt die Empfangsleistung, die bei der empfangenden Funk- Station zur Verfügung steht. Diese Dämpfung ist ortsabhängig und bei sich bewegenden Funkstationen auch zeitabhängig.The emitted electromagnetic waves are attenuated due to losses due to reflection, diffraction and radiation due to the curvature of the earth and the like. As a result, the reception power that is available at the receiving radio station decreases. This damping is location-dependent and also time-dependent for moving radio stations.
Zwischen einer sendenden und einer empfangenden Funkstation besteht eine Funkschnittstelle, über die mit Hilfe der elek- tromagnetischen Wellen eine Datenübertragung stattfindet. Aus DE 197 33 336 ist ein Funk-KommunikationsSystem bekannt, das eine CDMA-Teilnehmerseparierung (CDMA Code Division Multiple Access) nutzt, wobei die Funkschnittstelle zusätzlich eine Zeitmultiplex-Teilnehmerseparierung (TDMA Time Division Multiple Access) aufweist. Empfangsseitig wird ein JD-Ver- fahren (Joint Detection) angewendet, um unter Kenntnis von Spreizcodes mehrerer Teilnehmer eine verbesserte Detektion der übertragenen Daten vorzunehmen. Dabei ist es bekannt, daß einer Verbindung über die Funkschnittstelle zumindest zwei Datenkanäle zugeteilt werden können, wobei jeder Datenkanal durch einen individuellen Spreizcode unterscheidbar ist.There is a radio interface between a transmitting and a receiving radio station, via which a data transmission takes place with the aid of the electromagnetic waves. From DE 197 33 336 a radio communication system is known which uses CDMA subscriber separation (CDMA code division multiple access), the radio interface additionally having a time division multiplex subscriber separation (TDMA time division multiple access). At the receiving end, a JD (Joint Detection) process is used to improve detection by knowing the spreading codes of several participants to carry out the transmitted data. It is known that at least two data channels can be assigned to a connection via the radio interface, each data channel being distinguishable by an individual spreading code.
Es ist aus dem GSM-Mobilfunknetz bekannt, daß übertragene Daten als Funkblöcke (Burst) übertragen werden, wobei innerhalb eines Funkblockes Mittambeln mit bekannten Symbolen übertragen werden. Diese Mittambeln können im Sinne von Trai- ningssequenzen zum empfangsseitigen Abstimmen der Funkstation genutzt werden. Die empfangende Funkstation führt anhand der Mittambeln eine Schätzung der Kanalimpulsantworten für verschiedene Übertragungskanäle durch.It is known from the GSM mobile radio network that transmitted data are transmitted as radio blocks (bursts), middle messages with known symbols being transmitted within a radio block. These midambles can be used in the sense of training sequences for tuning the radio station on the reception side. The receiving radio station uses the midambles to estimate the channel impulse responses for different transmission channels.
In diesen Funk-Kommunikationssystemen kommt es in Gegenwart von Rauschen zu Schätzfehlern bei der KanalSchätzung. Diese Schätzfehler pflanzen sich in den Detektionsalgorithmen der Datenschätzung fort und verursachen eine Verschlechterung der Detektionsgüte um mindestens 1 dB bei einer Mobilstation und mindestens 3 dB bei einer Basisstation, falls in einem Zeitschlitz 8 Mobilstationen versorgt werden. Bei einem schlechten Signal/Rausch-Verhältnis ist die Verschlechterung der Detektionsgüte noch bedeutsamer.In these radio communication systems, estimation errors occur in the channel estimation in the presence of noise. These estimation errors propagate in the detection algorithms of the data estimation and cause the detection quality to deteriorate by at least 1 dB for a mobile station and at least 3 dB for a base station if 8 mobile stations are supplied in one time slot. If the signal / noise ratio is poor, the deterioration in the quality of detection is even more significant.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Funkstation zur Datenübertragung in einem Funk-Kommunikationssystem anzugeben, die der Verschlechterung der Detektionsgüte entgegenwirken. Diese Aufgabe wird, durch das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und die Funkstation mit den Merkmalen des Patentanspruches 15 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen .The invention is therefore based on the object of specifying a method and a radio station for data transmission in a radio communication system which counteract the deterioration in the quality of detection. This object is achieved by the method with the features of claim 1 and the radio station with the features of claim 15. Advantageous further developments can be found in the subclaims.
In einem Funk-Kommunikationssystem werden über eine Funk- schnittsteile zumindest zwei Datenkanäle übertragen. DieIn a radio communication system, at least two data channels are transmitted via a radio interface. The
Datenkanäle sind durch einen individuellen Spreizcode unterscheidbar. In einem Datenkanal wird zusätzlich zu Daten- Symbolen eine Mittambel mit bekannten Symbolen übertragen, wobei die mittlere Sendeleistung der Mittambel größer ist als die mittlere Sendeleistung der Datensymbole.Data channels can be distinguished by an individual spreading code. In a data channel, in addition to data Symbols transmit a midamble with known symbols, the mean transmission power of the midamble being greater than the mean transmission power of the data symbols.
Durch die Anhebung der Sendeleistung für die Mittambel wird empfangsseitig die KanalSchätzung und Datenschätzung verbessert . Da für Sendeeinrichtungen in der sendenden Funkstation ein entsprechender Spielraum für eine wesentlich größere Spitzenleistung als die durchschnittliche Sendeleistung be- reitgestellt werden muß, kann diese Lösung leicht implementiert werden.By increasing the transmission power for the midamble, the channel estimation and data estimation are improved at the receiving end. This solution can be easily implemented since a corresponding margin for a much greater peak power than the average transmission power must be provided for transmitting devices in the transmitting radio station.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung, wird für mehrere Verbindungen nur eine Mittambel verwende . Somit wird pro Verbindung empfangsseitig nur ein Teil der Mittambel ausgewertet. Die Einstellung der Sendeleistung für die Mittambel erfolgt in diesem Fall nicht verbindungεindividuell, sondern für alle Verbindungen. Auch durch diese Maßnahme wird die Implementierung vereinfacht.According to an advantageous development of the invention, only one midamble is used for several connections. This means that only a part of the midamble is evaluated at the receiving end for each connection. In this case, the transmission power for the midamble is not set individually for each connection, but for all connections. This measure also simplifies implementation.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Datensymbole der zumindest zwei Datenkanäle einer Verbindung bereits beim Sender überlagert . Dies bedeutet, daß im Sender die Mittambel für die Datenkanäle einmal erzeugt wird und die Datensymbole der Datenkanäle vor einem Senden mittels hochfrequenter Wellen, vorteilhafterweise als digitale Signale, aufaddiert werden. Damit entfällt ein erheblicher Aufwand, der sonst nötig wäre, um die Signale der verschiedenen Datenkanäle parallel zu verarbeiten und abzustrahlen.According to a further advantageous embodiment of the invention, the data symbols of the at least two data channels of a connection are already superimposed on the transmitter. This means that the midamble for the data channels is generated once in the transmitter and the data symbols of the data channels are added up before transmission by means of high-frequency waves, advantageously as digital signals. This eliminates the considerable effort that would otherwise be necessary to process and transmit the signals of the different data channels in parallel.
Zur Aufwandsverminderung werden die Datensymbole mit gleicher Wichtung überlagert, wobei natürlich unterschiedliche Leistungsklassen für die Verbindungen berücksichtigt werden können. Dadurch werden alle Datenkanäle einer Verbindung oder der gesamten Funkschnittstelle und deren Datensymbole gleich priorisiert. Alternativ dazu werden Datensymbole einer ersten Kategorie mit einer höheren Wichtung als Datensymbole einer zweiten Kategorie überlagert. Durch diese höhere Wichtung werden die Datensymbole der ersten Kategorie mit einer höheren Signalenergie pro Datensymbol abgestrahlt und so beim Empfänger besser empfangen, d.h. auch mit größerer Genauigkeit detektierbar sein. Die Datensymbole der ersten Kategorie könnten z.B. Signalisierungsinformationen sein, die gegenüber Sprachinformationen besser zu schützen sind.To reduce the effort, the data symbols are overlaid with the same weighting, whereby of course different performance classes can be taken into account for the connections. As a result, all data channels of a connection or the entire radio interface and their data symbols are prioritized equally. Alternatively, data symbols become a first Category with a higher weight than data symbols superimposed on a second category. As a result of this higher weighting, the data symbols of the first category are emitted with a higher signal energy per data symbol and are thus better received by the receiver, ie they can also be detected with greater accuracy. The data symbols of the first category could be signaling information, for example, which is better protected against speech information.
Bei der Wichtung der Datensymbole unterschiedlicher Verbindungen wird vorteilhafterweise die nötige Signalenergie pro Verbindung berücksichtigt. So benötigen Mobilstationen, die sich in der Nähe der Basisstation befinden, eine geringere Signalenergie als die Verbindungen zu den übrigen Mobilsta- tionen. Eine solche Wichtung der Datensymbole verringert Interferenzen für benachbarte Funkzellen.When weighting the data symbols of different connections, the necessary signal energy per connection is advantageously taken into account. Mobile stations in the vicinity of the base station, for example, require less signal energy than the connections to the other mobile stations. Such a weighting of the data symbols reduces interference for neighboring radio cells.
Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die mittlere Sendeleistung der Mittambel in etwa im Ver- hältnis der Anzahl der Datenkanäle größer ist als die mittlere Sendeleistung der Datensymbole. Wird jeder Datenkanal mit konstanter Einhüllender gesendet, sind kostengünstig herstellbare Verstärker einsetzbar. Hierbei sollte die Summe der Spitzen-Sendeleistungen der Datenteile der Spitzen-Sende- leistung der Mittambel entsprechen. Zwischen Datenteilen und Mittambel treten somit keine zusätzlichen Anforderungen durch einen größern Dynamikbereich auf. Der Dynamikbereich gibt die Leistungsspanne für durch eine SignalVerstärkung unverzerrt verstärkbare Signale an.According to a further advantageous development of the invention, the average transmission power of the midamble is approximately greater in relation to the number of data channels than the average transmission power of the data symbols. If every data channel is sent with a constant envelope, inexpensive amplifiers can be used. The sum of the peak transmission power of the data parts should correspond to the peak transmission power of the midamble. There are therefore no additional requirements between data parts and midamble due to a larger dynamic range. The dynamic range indicates the power range for signals that can be amplified undistorted by signal amplification.
Es liegt weiterhin im Rahmen der Erfindung, daß das Verhältnis der mittleren Leistung pro Symbol zwischen Mittambel und den Datensymbolen einstellbar ist. Das Verhältnis kann folglich den konkreten Übertragungsbedingungen angepaßt werden. Verschlechtert sich die KanalSchätzung bei einer empfangenden Funkstation, so wird die Sendeleistung für die Mittambel weiter angehoben. Weiterhin ist es vorteilhaft, empfangsseitig eine Auswertung der Mittambel zur KanalSchätzung durchzuführen, wobei die Länge einer geschätzten Impulsantwort einstellbar ist. Wird nur eine kurze Kanalimpulsantwort geschätzt, so können gleichzeitig eine größere Anzahl von Kanalimpulsantworten, d.h. eine größere Anzahl von Verbindungen über die Funkschnittstelle übertragen werden. Andererseits können die konkreten Geländebedingungen (beispielsweise benötigen Fjorde oder Hochgebirge durch stark gestreute Signallaufzeiten lange Kanalimpulsantworten) durch die Einstellung längerer oder kürzerer Kanalimpulsantworten besser berücksichtigt werden.It is also within the scope of the invention that the ratio of the average power per symbol between the midamble and the data symbols is adjustable. The ratio can therefore be adapted to the specific transmission conditions. If the channel estimate deteriorates at a receiving radio station, the transmission power for the mid-range is further increased. It is also advantageous to carry out an evaluation of the midamble for channel estimation on the receiving end, the length of an estimated impulse response being adjustable. If only a short channel impulse response is estimated, then a larger number of channel impulse responses, ie a larger number of connections, can be transmitted via the radio interface. On the other hand, the specific terrain conditions (for example, fjords or high mountains require long channel impulse responses due to strongly scattered signal propagation times) can be better taken into account by setting longer or shorter channel impulse responses.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird empfangsseitig eine Auswertung der Mittambel zur Kanal- Schätzung durchgeführt, wobei die Länge der Mittambel einstellbar ist. Bei einfachen Geländebedingungen (direkter Ausbreitungweg) sind nur kurze Kanalimpulsantworten zu schätzen, wodurch die Datenteile entsprechend verlängert werden können. Damit wird die übertragbare Datenrate vergrößert. Herrschen besonders schwierige Kanalbedingungen, so kann die Länge der Mittambel auf Kosten der Datenrate vergrößert werden. Bei einer Verkürzung der Mittambel wird die mittlere Sendeleistung der Mittambel in etwa im Verhältnis der Mittambellängen größer als die mittlere Sendeleistung der Datensymbole. Dadurch wird der durch die verkürzte Mittambel verursachten Vergrößerung der Rauschleistung der Kanalimpulsantwort entgegengewirkt .According to a further advantageous embodiment of the invention, an evaluation of the midamble for channel estimation is carried out at the receiving end, the length of the midamble being adjustable. With simple terrain conditions (direct propagation path), only short channel impulse responses can be estimated, whereby the data parts can be extended accordingly. This increases the transferable data rate. If the channel conditions are particularly difficult, the length of the midamble can be increased at the expense of the data rate. If the midamble is shortened, the average transmission power of the midamble becomes greater in relation to the midamble lengths than the average transmission power of the data symbols. This counteracts the increase in the noise power of the channel impulse response caused by the shortened midamble.
Es ist auch möglich, daß die Datenkanäle unterschiedlicheIt is also possible that the data channels are different
Datenraten aufweisen. Es ist also nicht notwendig, daß über die Funkschnittstelle nur Datenkanäle einer einzigen Datenrate übertragen werden. Es ergibt sich eine große Flexibilität bei der Gestaltung der Funkschnittstelle.Have data rates. It is therefore not necessary that only data channels of a single data rate are transmitted via the radio interface. There is great flexibility in the design of the radio interface.
Vorteilhafterweise wird empfangsseitig eine Normierung von durch eine KanalSchätzung bestimmten Kanalimpulsantworten im Leistungsverhältnis von Mittambel zu Datensymbolen durchgeführt. Damit bleiben die Kanalimpulsantworten auch bei veränderten Leistungseinstellungen für die Mittambel konstant.At the receiving end, standardization of channel impulse responses determined by a channel estimation is advantageously carried out Performance ratio of midamble to data symbols performed. In this way, the channel impulse responses remain constant even with changed power settings for the midamble.
Zur Auswahl wirtschaftlicher Verstärkeranordnungen ist es vorteilhaft, daß sich die Einstellung des Leistungsverhältnis zwischen Mittambel und Datensymbolen an einem konstanten Dynamikbereich orientiert . Ein vorhandener Dynamikbereich kann dazu genutzt werden, die Einstellung des Leistungsver- haltnisses zwischen Mittambel und Datensymbolen derart vorzunehmen, daß die Sendeleistung für die Mittambel überhöht wird. Dies verbessert weiter die KanalSchätzung.To select economical amplifier arrangements, it is advantageous that the setting of the power ratio between the midamble and data symbols is based on a constant dynamic range. An existing dynamic range can be used to set the power ratio between the midamble and data symbols in such a way that the transmission power for the midamble is increased. This further improves the channel estimate.
Eine weitere vorteilhafte Ausprägung besteht darin, daß die Funkschnittstelle zusätzlich eine TDMA-Komponente enthält, so daß in einem Zeitschlitz ein endlicher Funkblock bestehend aus Mittambeln und Datensymbolen übertragen wird. In Abwärts- richtung wird vorteilhafterweise eine kürzere Mittambellänge als in Aufwärtsrichtung verwendet. Damit kann in Abwärts- richtung die Datenrate ohne Qualitätseinbußen vergrößert werden, da der Kanalschätzungsaufwand bei nur einer aufzulösenden Verbindung geringer ist. Gerade für diesen Fall ist eine Leistungsanhebung für die Mittambel vorteilhaft .Another advantageous embodiment is that the radio interface additionally contains a TDMA component, so that a finite radio block consisting of middle messages and data symbols is transmitted in a time slot. A shorter midamble length is advantageously used in the downward direction than in the upward direction. This means that the data rate can be increased in the downward direction without any loss of quality, since the channel estimation effort is lower with only one connection to be broken down. In this case in particular, an increase in output for the midamble is advantageous.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert .Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the accompanying drawings.
Dabei zeigenShow
FIG 1 ein Blockschaltbild eines Mobilfunknetzes,1 shows a block diagram of a mobile radio network,
FIG 2 eine schematische Darstellung der Rahmenstruktur der Funkschnittstelle,2 shows a schematic representation of the frame structure of the radio interface,
FIG 3 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Funkblocks , IG 4 ein Blockschaltbild vom Sender einer Funkstation,3 shows a schematic illustration of the structure of a radio block, IG 4 is a block diagram of the transmitter of a radio station,
FIG 5 ein Blockschaltbild vom Empfänger einer Funkstation,5 shows a block diagram of the receiver of a radio station,
FIG 6 eine schematische Darstellung der Leistungsver- hältnisse innerhalb eines Funkblocks.6 shows a schematic representation of the power ratios within a radio block.
Das in FIG 1 dargestellte Funk-Kommunikationssystem ent- spricht in seiner Struktur einem bekannten GSM-Mobilfunknetz, das aus einer Vielzahl von Mobilvermittlungsstellen MSC besteht, die untereinander vernetzt sind bzw. den Zugang zu einem Festnetz PSTN herstellen. Weiterhin sind diese Mobil- Vermittlungsstellen MSC mit jeweils zumindest einem Basis- stationscontroller BSC verbunden. Jeder Basisstationscon- troller BSC ermöglicht wiederum eine Verbindung zu zumindest einer Basisstation BS . Eine solche Basisstation BS ist eine Funkstation, die über eine Funkschnittstelle eine Funkverbindung zu Mobilstationen MS aufbauen kann.The structure of the radio communication system shown in FIG. 1 corresponds to a known GSM mobile radio network which consists of a multiplicity of mobile switching centers MSC which are networked with one another or which provide access to a fixed network PSTN. Furthermore, these mobile switching centers MSC are each connected to at least one base station controller BSC. Each base station controller BSC in turn enables a connection to at least one base station BS. Such a base station BS is a radio station which can establish a radio connection to mobile stations MS via a radio interface.
In FIG 1 sind beispielhaft drei Funkverbindungen zur Übertragung von NutzInformationen ni und SignalisierungsInformationen si zwischen drei Mobilstationen MS und einer Basis- station BS dargestellt, wobei einer Mobilstation MS zwei Datenkanäle DK1 und DK2 und den anderen Mobilstationen MS jeweils ein Datenkanal DK3 bzw. DK4 zugeteilt sind. Ein Ope- rationε- und WartungsZentrum OMC realisiert Kontroll- und Wartungsfunktionen für das Mobilfunknetz bzw. für Teile davon. Die Funktionalität dieser Struktur wird vom Funk-Kom- munmikationssystem nach der Erfindung genutzt; sie ist jedoch auch auf andere Funk-Kommunikationssysteme übertragbar, in denen die Erfindung zum Einsatz kommen kann.1 shows, by way of example, three radio connections for transmitting useful information ni and signaling information si between three mobile stations MS and a base station BS, two data channels DK1 and DK2 being allocated to a mobile station MS and one data channel DK3 and DK4 respectively being assigned to the other mobile stations MS . An operation and maintenance center OMC implements control and maintenance functions for the mobile radio network or for parts thereof. The functionality of this structure is used by the radio communication system according to the invention; however, it can also be transferred to other radio communication systems in which the invention can be used.
Die Basisstation BS ist mit einer Antenneneinrichtung ver- bunden, die z.B. aus drei Einzelstrahlern besteht. Jeder der Einzelstrahler strahlt gerichtet in einen Sektor der durch die Basisstation BS versorgten Funkzelle. Es können jedoch alternativ auch eine größere Anzahl von Einzelstahlern (gemäß adaptiver Antennen) eingesetzt werden, so daß auch eine räumliche Teilnehmerseparierung nach einem SDMA-Verfahren (space division multiple access) eingesetzt werden kann. Die Basis- Station BS stellt den Mobilstationen MS Organisationsinforma- tionen über alle Einzelstahler der Antenneneinrichtung zur Verfügung .The base station BS is connected to an antenna device which, for example, consists of three individual radiators. Each of the individual radiators radiates in a sector of the radio cell supplied by the base station BS. However, it can alternatively, a larger number of individual steelworkers (according to adaptive antennas) can also be used, so that spatial subscriber separation using an SDMA method (space division multiple access) can also be used. The base station BS provides the mobile stations MS with organizational information about all the individual members of the antenna device.
Die Verbindungen mit den NutzInformationen ni und Signalisie- rungsInformationen si zwischen der Basisstation BS und den Mobilstationen MS unterliegen einer Mehrwegeausbreitung, die durch Reflexionen beispielsweise an Gebäuden zusätzlich zum direkten Ausbreitungsweg hervorgerufen werden.The connections with the useful information ni and signaling information si between the base station BS and the mobile stations MS are subject to multipath propagation, which is caused by reflections, for example, on buildings in addition to the direct propagation path.
Geht man von einer Bewegung der Mobilstationen MS aus, dann führt die Mehrwegeausbreitung zusammen mit weiteren Störungen dazu, daß bei der empfangenden Mobilstation MS sich die Signalkomponenten der verschiedenen Ausbreitungswege eines Teilnehmersignals zeitabhängig überlagern. Weiterhin wird davon ausgegangen, daß sich die Teilnehmersignale verschiedener Basisstationen BS am Empfangsort zu einem Empfangs- signal rx in einem Frequenzkanal überlagern. Aufgabe einer empfangenden Mobilstation MS ist es, in den Teilnehmersignalen übertragene Daten d der NutzInformationen ni, Signali- sierungsinfor ationen si und Daten der Organisationsinformationen zu detektieren.If one assumes a movement of the mobile stations MS, the multipath propagation together with further interference leads to the signal components of the different propagation paths of a subscriber signal being superimposed on one another in the receiving mobile station MS. Furthermore, it is assumed that the subscriber signals from different base stations BS overlap at the receiving location to form a receiving signal rx in a frequency channel. The task of a receiving mobile station MS is to detect data d of the useful information ni transmitted in the subscriber signals, signaling information si and data of the organizational information.
Die Rahmenstruktur der Funkschnittstelle ist aus FIG 2 ersichtlich. Gemäß einer TDMA-Komponente ist eine Aufteilung eines breitbandigen Frequenzbereiches, beispielsweise der Bandbreite B = 1,6 MHz, in mehrere Zeitschlitze ts, beispielsweise 8 Zeitschlitze tsl bis ts8 vorgesehen. Jeder Zeitschlitz ts innerhalb des Frequenzbereiches B bildet einen Frequenzkanal. Innerhalb der Frequenzkanäle, die zur Nutz- datenubertragung vorgesehen sind, werden Informationen mehrerer Verbindungen in Funkblöcken übertragen. Gemäß einer FDMA (Frequency Division Multiple Access) -Komponente sind dem Funk-Kommunikationssystem mehrere Frequenzbereiche B zugeordnet .The frame structure of the radio interface is shown in FIG 2. According to a TDMA component, a division of a broadband frequency range, for example the bandwidth B = 1.6 MHz, into a plurality of time slots ts, for example 8 time slots ts1 to ts8, is provided. Each time slot ts within the frequency range B forms a frequency channel. Information from a number of connections is transmitted in radio blocks within the frequency channels provided for the transmission of user data. According to an FDMA (Frequency Division Multiple Access) component, the Radio communication system assigned several frequency ranges B.
Gemäß FIG 3 bestehen diese Funkblöcke zur Nutzdatenübertra- gung aus Datenteilen mit Datensymbolen d, in denen Abschnitte mit empfangsseitig bekannten Mittambeln m eingebettet sind. Die Daten d sind verbindungsindividuell mit einer Feinstruktur, einem Speizcode, gespreizt, so daß empfangsseitig beispielsweise K Datenkanäle DK1, DK2 , DK3 , .. DKK durch diese CDMA-Komponente separierbar sind. Jeden dieser Datenkanäle DK1, DK2, DK3, .. DKK wird sendeseitig pro Symbol eine bestimmte Energie E zugeordnet (Leistungseinstellung) .According to FIG. 3, these radio blocks for the transmission of user data consist of data parts with data symbols d, in which sections with middle names m known on the reception side are embedded. The data d are spread individually for each connection with a fine structure, a feed code, so that, for example, K data channels DK1, DK2, DK3,... DKK can be separated at the receiving end by this CDMA component. Each of these data channels DK1, DK2, DK3, .. DKK is assigned a specific energy E per symbol on the transmission side (power setting).
Die Spreizung von einzelnen Symbolen der Daten d mit Q Chips bewirkt, daß innerhalb der Symboldauer Ts Q Subabschnitte der Dauer Tc übertragen werden. Die Q Chips bilden dabei den individuellen Spreizcode. Die Mittambel m besteht aus L Chips, ebenfalls der Dauer Tc . Weiterhin ist innerhalb des Zeitschlitzes ts eine Schutzzeit guard der Dauer Tg zur Kompensation unterschiedlicher Signalaufzeiten der Verbindungen aufeinanderfolgender Zeitschlitze ts vorgesehen.The spreading of individual symbols of the data d with Q chips has the effect that Q sub-sections of the duration Tc are transmitted within the symbol duration Ts. The Q chips form the individual spreading code. The midamble m consists of L chips, also of the duration Tc. Furthermore, a protection time guard of the duration Tg is provided within the time slot ts to compensate for different signal propagation times of the connections of successive time slots ts.
Innerhalb eines breitbandigen Frequenzbereiches B werden die aufeinanderfolgenden Zeitschlitze ts nach einer Rahmenstruk- tur gegliedert. So werden acht Zeitschlitze ts zu einem Rahmen zusammengefaßt, wobei ein bestimmter Zeitschlitz des Rahmens einen Frequenzkanal zur Nutzdatenübertragung bildet und wiederkehrend von einer Gruppe von Verbindungen genutzt wird. Weitere Frequenzkanäle, beispielsweise zur Frequenz- oder Zeitsynchronisation der Mobilstationen MS werden nicht in jedem Rahmen, jedoch zu einem vorgegebenen Zeitpunkten innerhalb eines Multirahmens eingefügt.Within a broadband frequency range B, the successive time slots ts are structured according to a frame structure. Eight time slots ts are thus combined to form a frame, a specific time slot of the frame forming a frequency channel for the transmission of useful data and being used repeatedly by a group of connections. Additional frequency channels, for example for frequency or time synchronization of the mobile stations MS, are not inserted in every frame, but at a predetermined point in time within a multi-frame.
Die Parameter der Funkschnittstelle sind z.B. wie folgt: Dauer eines Funkblocks 577 μsThe parameters of the radio interface are e.g. as follows: duration of a radio block 577 μs
Anzahl Chips pro Mittambel m 243 Schutzzeit Tg 32 μs Datensymbole pro Datenteil N 33 Symboldauer Ts 6,46 μsNumber of chips per midamble m 243 protection time Tg 32 μs Data symbols per data part N 33 symbol duration Ts 6.46 μs
Chips pro Symbol Q 14Chips per symbol Q 14
Chipdauer Tc 6 / 13 μsChip duration Tc 6/13 μs
In Aufwärts- (MS -> BS) und Abwärtsrichtung (BS -> MS) können die Parameter auch unterschiedlich eingestellt werden.The parameters can also be set differently in the upward (MS -> BS) and downward direction (BS -> MS).
Die Sende- bzw. Empfänger nach FIG 4 bzw. FIG 5 beziehen sich auf Funkstationen, die sowohl eine Basisstation BS oder eine Mobilstation MS sein können. Es wird jedoch nur die Signal- Verarbeitung für eine Verbindung gezeigt.The transmitters and receivers according to FIG. 4 and FIG. 5 relate to radio stations, which can be both a base station BS or a mobile station MS. However, only signal processing for one connection is shown.
Der Sender nach FIG 4 nimmt die zuvor digitalisierten Daten- symbole d einer Datenquelle (Mikrofon oder netzseitige Verbindung) auf, wobei die beiden Datenteile mit je N=33 Datensymbolen d getrennt verarbeitet werden. Es findet zuerst eine KanalCodierung der Rate 1/2 und constraint length 5 im Fal- tungscodierer FC statt, worauf sich eine Verwürfelung im Interleaver I mit einer Verwürfelungstiefe von 4 oder 16 anschließt .The transmitter according to FIG. 4 receives the previously digitized data symbols d of a data source (microphone or network-side connection), the two data parts with N = 33 data symbols d each being processed separately. There is first a channel coding of rate 1/2 and constraint length 5 in the fold encoder FC, followed by a scrambling in Interleaver I with a scrambling depth of 4 or 16.
Die verwürfelten Daten werden anschließend in einem Modulator MOD 4-PSK moduliert, in 4-PSK Symbole umgewandelt und darauf- hin in Spreizmitteln SPR entsprechend individueller Spreiz- codes gespreizt . Diese Verarbeitung wird in einem Datenverarbeitungsmittel DSP parallel für alle Datenkanäle DK1, DK2 einer Verbindung durchgeführt. Nicht dargestellt .ist, daß im Fall einer Basisstation BS, die übrigen Verbindungen eben- falls parallel verarbeitet werden. Das Datenverarbeitungs- mittel DSP kann durch einen digitalen Signalprozessor, der durch eine Steuereinrichtung SE gesteuert wird, durchgeführt werden.The scrambled data is then modulated in a MOD 4-PSK modulator, converted into 4-PSK symbols and then spread out in spreading means SPR in accordance with individual spreading codes. This processing is carried out in parallel in a data processing means DSP for all data channels DK1, DK2 of a connection. Not shown is that in the case of a base station BS, the other connections are also processed in parallel. The data processing means DSP can be carried out by a digital signal processor, which is controlled by a control device SE.
In einem Summierglied S werden die gespreizten Daten der Datenkanäle DK1 und DK2 überlagert, wobei bei dieser Überlagerung die Datenkanäle DK1 und DK2 eine gleiche Wichtung erfahren und die Mittambel m derart gewichtet wird, daß die Spitzenleistung der Mittambel m der Summenspitzenleistung der Datenteile entspricht . Den unterschiedlichen Übertragungsbedingungen der einzelnen Verbindungen kann durch eine entsprechend eingestellte Gewichtung entsprochen werden. Die zeit- diskrete Darstellung des Sendesignals s für den m-ten Teilnehmer kann nach folgender Gleichung erfolgen:The spread data of the data channels DK1 and DK2 are superimposed in a summing element S, the data channels DK1 and DK2 having the same weighting in this superimposition experienced and the midamble m is weighted such that the peak power of the midamble m corresponds to the total peak power of the data parts. The different transmission conditions of the individual connections can be met by an appropriately set weighting. The discrete-time representation of the transmission signal s for the m th subscriber can be carried out according to the following equation:
mit q= l..Q,n = l..N
Figure imgf000013_0001
with q = l..Q, n = l..N
Figure imgf000013_0001
Wobei K(m) die Nummer der Datenkanäle des m-ten Teilnehmers und N die Anzahl der Datensymbole d pro Datenteil ist . Das überlagerte Teilnehmersignal wird einem Funkblockbildner BG zugeführt, der unter der Berücksichtigung der verbindungs- individuellen Mittambel m den Funkblock zusammenstellt .Where K (m) is the number of the data channels of the mth subscriber and N is the number of data symbols d per data part. The superimposed subscriber signal is fed to a radio block generator BG, which compiles the radio block taking into account the connection-specific central am m.
Da komplexe CDMA-Codes verwendet werden, die von binären q-l CDMA-Codes durch eine Multiplikation mit j abgeleitet werden, ist das Ausgangssignal eines Chipimpulsfilters CIF, das sich an den Funkblockbildner BG anschließt GMSK moduliert und hat eine in etwa konstante Einhüllende falls die Verbindung nur einen Datenkanal nutzt. Das Chipimpulsfilter CIF führt eine Faltung mit einem GMSK-Hauptimpuls durch. Eine konstante Einhüllende wird jedoch auch für den gesamten Funk- block erreicht.Since complex CDMA codes are used which are derived from binary ql CDMA codes by multiplication by j, the output signal of a chip pulse filter CIF, which connects to the radio block generator BG, is modulated by GMSK and has an approximately constant envelope if the connection only uses a data channel. The chip pulse filter CIF performs a convolution with a GMSK main pulse. However, a constant envelope is also achieved for the entire radio block.
Anschließend an die digitale Signalverarbeitung wird in einer Sendeeinrichtung TX sendeseitig eine Digital/Analog-Wandlung, eine Übertragung ins Sendefrequenzband und eine Verstärkung des Signals durchgeführt. 'Daraufhin wird das Sendesignal über die Antenneneinrichtung abgestrahlt und erreicht ggf . über verschiedene Übertragungskanäle die empfangende Funkstation, beispielsweise eine Mobilstation MS.Subsequent to the digital signal processing, a digital / analog conversion, a transmission into the transmission frequency band and an amplification of the signal are carried out in a transmitting device TX. 'Then the transmission signal is emitted via the antenna device and possibly reached. the receiving radio station, for example a mobile station MS, via different transmission channels.
Pro Verbindung wird dabei eine individuelle Mittambel m bestehend aus L komplexen Chips genutzt . Die notwendigen M unterschiedlichen Mittambeln werden von einem Grundmitta bel- code der Länge M * W abgeleitet, wobei M die maximale Anzahl von Teilnehmern (Verbindungen) und W die erwartete maximale Anzahl von Werten der Kanalimpulsantwort h darstellt. Die verbindungsindividuelle Mitambel m wird durch eine Rotation nach rechts des Grundmitta belcodes um W * m Chips und periodischer Dehnung bis L > (M + 1)* W - 1 Chips abgeleitet. Da der komplexe Grundmittambelcode von einem binären Mittambel- q-l code durch Modulation mit ] abgeleitet wird, ist das Sendesignal der Mittambel m ebenfalls GMSK moduliert.An individual midamble consisting of L complex chips is used for each connection. The necessary M Different middle names are derived from a basic middle code of length M * W, where M represents the maximum number of subscribers (connections) and W the expected maximum number of values of the channel impulse response h. The connection-specific Mitambel m is derived by a rotation to the right of the Grundmitta belcode by W * m chips and periodic expansion to L> (M + 1) * W - 1 chips. Since the complex basic midamble code is derived from a binary midamble ql code by modulation with], the transmission signal of the midamble m is also GMSK modulated.
Die Leistungsverhältnisse eines Funkblocks sind in FIG 6 a gezeigt. Die Summiereinrichtung wichtet die Datensymbole d in Datenteil und Mittambel m derart, daß die Spitzenleistung im Funkblock konstant ist. Dies bedeutet, daß die mittlereThe power ratios of a radio block are shown in FIG. 6 a. The summing device weights the data symbols d in the data part and midamble m such that the peak power in the radio block is constant. This means that the middle one
Leistung der Mittambel m größer ist als die mittlere Leistung der Datenteile. Dieser Fall tritt in der Regel ein, da mehrere Datenkanäle DK1, DK2 gleichzeitig im Frequenzkanal übertragen werden und beide eine konstante Einhüllende haben.Power of the midamble m is greater than the average power of the data parts. This usually occurs because several data channels DK1, DK2 are transmitted simultaneously in the frequency channel and both have a constant envelope.
Die Überhöhung der mittleren Sendeleistung der Mittambel m entspricht dabei der Anzahl der Datenkanäle (beispielsweise 4 oder 8) . Es ist jedoch zur weiteren Verbesserung der Kanal- Schätzung auf der Empfangsseite möglich, eine Überhöhung über dieses Verhältnis hinaus vorzunehmen (siehe FIG 6 b) . Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn in einer Übertragungsrichtung (in Abwärtsrichtung) verkürzte Mittambeln m verwendet werden. Das Leistungsverhältnis berücksichtigt dabei auch das Maß der Verkürzung der Mittambellänge.The increase in the average transmission power of the midamble m corresponds to the number of data channels (for example 4 or 8). However, in order to further improve the channel estimate on the receiving side, it is possible to increase the ratio beyond this ratio (see FIG. 6 b). This is particularly advantageous if shortened middle amps m are used in a transmission direction (in the downward direction). The performance ratio also takes into account the extent to which the mid-length is shortened.
Empfangsseitig findet nach einer analogen Verarbeitung, d.h. Verstärkung, Filterung, Konvertierung ins Basisband, eine digitale Tiefpaßfilterung der Empfangssignale e in einen digitalen Tiefpaßfilter DLF statt. Ein Teil des Empfangs- signals e, der durch einen Vektor em der Länge L = M * W repräsentiert wird und keine Interferenzen des Datenteils enthält, wird einem Kanalschätzer KS übermittelt. Die Kanalschätzung aller M Kanalimpulsantworten h wird gemäß DE 197 34 936 durchgeführt, jedoch wird eine Normierung der Kanalimpulsantworten h entsprechend der Leistungsanhebung der Mittambel m vorgenommen. Die Datenschätzung im Joint Detec- tion Datenschätzer DS wird für alle Verbindungen gemeinsam durchgeführt . Nach der Detektion der Datensymbole d der Datenkanäle DKl und DK2 findet eine Demodulation in einem Demo- dulator DMO, eine Entwurfelung in einem Deinterleaver DI und eine Kanaldecodierung im Faltungsdecodierer FD statt .On the receiving side, after analog processing, ie amplification, filtering, conversion to baseband, digital low-pass filtering of the received signals e into a digital low-pass filter DLF takes place. A part of the received signal e, which is represented by a vector em of length L = M * W and contains no interference from the data part, is transmitted to a channel estimator KS. The channel estimation of all M channel impulse responses h is carried out in accordance with DE 197 34 936, however, the channel impulse responses h are normalized in accordance with the increase in power of the midamble m. The data estimation in the joint detection data estimator DS is carried out jointly for all connections. After the detection of the data symbols d of the data channels DK1 and DK2, demodulation takes place in a demodulator DMO, a design in a deinterleaver DI and a channel decoding in the convolutional decoder FD.
Sendeseitig und empfangsseitig wird die digitale Signalverarbeitung durch eine Steuereinrichtung SE gesteuert . Die Steuereinrichtung SE steuert insbesondere die Anzahl der Da- tenkanale DKl, DK2 pro Verbindung, die Spreizcodes der Datenkanäle DKl, DK2, die aktuelle Funkblockstruktur, die Einstellung der Sendeleistungen von Datenteil und Mittambel m und die Anforderungen an die KanalSchätzung.The digital signal processing is controlled by a control device SE on the transmitting side and on the receiving side. The control device SE controls, in particular, the number of data channels DK1, DK2 per connection, the spread codes of the data channels DK1, DK2, the current radio block structure, the setting of the transmission powers of the data part and the central part m and the requirements for the channel estimation.
Insbesondere wird durch die Steuereinrichtung SE die Überlagerung der Datensymbole d im Summierglied S beeinflußt. Damit kann die Gewichtung der Datensymbole verschiedener Datenkanäle DKl, DK2 eingestellt werden. Außer einer Gleichgewich- tung können auch Datensymbole d einer ersten Kategorie (z.B. Signalisierungsinformationen) höher gewichtet werden. Durch die Steuereinrichtung SE wird ebenfalls der Funkblockbildner BG gesteuert und somit die Energie pro Symbol eingestellt.In particular, the superimposition of the data symbols d in the summing element S is influenced by the control device SE. The weighting of the data symbols of different data channels DK1, DK2 can thus be set. In addition to equilibrium, data symbols d of a first category (e.g. signaling information) can also be weighted higher. The radio block generator BG is also controlled by the control device SE and thus the energy per symbol is set.
FIG 6 zeigt die Leistungsverhältnisse innerhalb eines Funk- blocks für die Spitzen- und die mittlere Sendeleistung. Dabei wird angestrebt, daß der Dynamikbereich, den die Verstärkeranordnungen innerhalb der Sendeeinrichtung TX anbieten, ausgenutzt wird, aber gleichzeitig zwischen Datenteilen und Mittambel m keine zusätzliche Dynamik notwendig wird. Besteht in den Verstärkeranordnungen eine Dynamikreserve, so kann sie zur Überhöhung der Sendeleistung der Mittambel m verwendet werden . Durch die Leistungsanhebung der Mittambel m wird empfangsseitig die KanalSchätzung verbessert, so daß auch die anschließende Datendetektion ein zuverlässigeres Ergebnis liefert. Wird bei der KanalSchätzung eine Schätzwertnachverarbeitung durchgeführt, d.h. Kanalkoeffizienten mit einer Leistung kleiner einem vorgebbaren Schwellwert gleich Null gesetzt, so können zusätzliche Gewinne erzielt werden.6 shows the power ratios within a radio block for the peak and average transmission power. The aim here is that the dynamic range offered by the amplifier arrangements within the transmitting device TX is used, but at the same time no additional dynamics are necessary between data parts and midamble. If there is a dynamic reserve in the amplifier arrangements, it can be used to increase the transmission power of the midamble m. The channel estimate is improved at the receiving end by increasing the power of the midamble m, so that the subsequent data detection also delivers a more reliable result. If an estimated value postprocessing is carried out in the channel estimation, ie channel coefficients are set with a power less than a predefinable threshold value equal to zero, additional profits can be achieved.
Eine weitere Beeinflussung der Datenrate besteht darin, daß nicht von einer konstanten Funkblockstruktur ausgegangen wird, sondern eine Veränderung der Funkblockstruktur durch die Steuereinrichtung SE veranlaßt wird. Die Länge der Mittambel m kann den Geländebedingungen angepaßt werden. Bei komplizierten Geländebedingungen, z.B. im Hochgebirge oder in Fjorden, wird die Länge der Mittambel m auf Kosten der Datenteile verlängert. Bei einfachen Geländen, z.B. flachen Land kann die Mittambel m verkürzt werden.A further influence on the data rate is that it is not assumed that the radio block structure is constant, but that the control device SE changes the radio block structure. The length of the midamble m can be adapted to the terrain conditions. In the case of complicated terrain conditions, e.g. in the high mountains or in fjords, the length of the midamble m is extended at the expense of the data parts. For simple terrain, e.g. flat land, the midamble m can be shortened.
Das in den Ausfuhrungsbeispielen vorgestellte Mobilfunknetz mit einer Kombination von FDMA, TDMA und CDMA ist für Anforderungen an Systeme der 3. Generation geeignet . Insbesondere eignet es sich für eine Implementierung in bestehende GSM- Mobilfunknetze, für die ein nur geringer Änderungsaufwand nötig ist. The mobile radio network presented in the exemplary embodiments with a combination of FDMA, TDMA and CDMA is suitable for requirements on 3rd generation systems. In particular, it is suitable for an implementation in existing GSM mobile radio networks, for which only a small amount of change is required.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Datenübertragung über eine Funkschnittstelle in einem Funk-Kommunikationssystem, bei dem über die Funkschnittstelle zumindest zwei Datenkanäle (DKl,1. Method for data transmission via a radio interface in a radio communication system, in which at least two data channels (DK1,
DK2) übertragen werden, die Datenkanäle (DKl, DK2) durch einen individuellen Spreiz- code unterscheidbar sind, in einem Datenkanal (DKl, DK2) zusätzlich zu DatensymbolenDK2) are transmitted, the data channels (DKl, DK2) can be distinguished by an individual spreading code, in a data channel (DKl, DK2) in addition to data symbols
(d) eine Mittambel (m) mit bekannten Symbolen übertragen wird, wobei die mittlere Sendeleistung der Mittambel (m) größer ist als die mittlere Sendeleistung der Datensymbole (d) .(d) a midamble (m) with known symbols is transmitted, the mean transmission power of the midamble (m) being greater than the mean transmission power of the data symbols (d).
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem für mehrere Verbindungen eine Mittambel (m) verwendet wird.2. The method according to claim 1, in which a central arm (m) is used for several connections.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Datensymbole (d) der zumindest zwei Datenkanäle (DKl,3. The method according to any one of the preceding claims, wherein the data symbols (d) of the at least two data channels (DKl,
DK2) einer Verbindung beim Sender überlagert werden.DK2) overlay a connection at the transmitter.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Datensymbole (d) sendeseitig mit gleicher Wichtung über- lagert werden.4. The method according to claim 3, in which the data symbols (d) are superimposed on the transmission side with the same weighting.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die mittlere Sendeleistung der Mittambel (m) in etwa im Verhältnis der Anzahl der Datenkanäle (DKl, DK2) größer ist als die mittlere Sendeleistung der Datensymbole (d) .5. The method according to any one of the preceding claims, in which the average transmission power of the midamble (m) is approximately greater than the average transmission power of the data symbols (d) in the ratio of the number of data channels (DK1, DK2).
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das Verhältnis der mittleren Leistung pro Symbol zwischen Mittambel (m) und den Datensymbolen (d) einstellbar ist.6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the ratio of the average power per symbol between the midamble (m) and the data symbols (d) is adjustable.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem empfangsseitig eine Auswertung der Mittambel (m) zur Kanal-7. The method according to any one of the preceding claims, in which an evaluation of the midamble (m) for channel
Schätzung durchgeführt wird, wobei die Länge der Mittambel (m) einstellbar ist .Estimation is carried out, the length of the midamble (m) being adjustable.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem empfangsseitig eine Normierung von durch eine KanalSchätzung bestimmten Kanalimpulsantworten im Leistungsverhältnis von Mittambel (m) zu Datensymbolen (d) erfolgt.8. The method as claimed in one of the preceding claims, in which on the receiving end there is normalization of channel impulse responses determined by a channel estimate in the power ratio of midamble (m) to data symbols (d).
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Mittambel (m) verkürzt wird und die mittlere Sendeleistung der Mittambel (m) etwa im Verhältnis der Mittambel- längen größer ist als die mittlere Sendeleistung der Datensymbole (d) .9. The method as claimed in one of the preceding claims, in which the midamble (m) is shortened and the average transmission power of the midamble (m) is greater than the average transmission power of the data symbols (d), approximately in the ratio of the midamble lengths.
10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Datenkanäle (DKl, DK2 , DK3) unterschiedliche Datenraten aufweisen.10. The method according to any one of the preceding claims, wherein the data channels (DK1, DK2, DK3) have different data rates.
11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Einstellung des Leistungsverhältnis zwischen Mittambel (m) und Datensymbolen (d) sich an einem konstanten Dynamikbereich orientiert.11. The method according to any one of the preceding claims, wherein the setting of the power ratio between the midamble (m) and data symbols (d) is based on a constant dynamic range.
12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Einstellung des Leistungsverhältnis zwischen Mittambel (m) und Datensymbolen (d) derart vorgenommen wird, daß die Sendeleistung für die Mittambel (m) überhöht wird.12. The method according to any one of the preceding claims, in which the setting of the power ratio between midamble (m) and data symbols (d) is carried out in such a way that the transmission power for the midamble (m) is increased.
13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Funkschnittstelle zwischen einer Basisstation (BS) und einer Mobilstation (MS) zusätzlich eine TDMA-Komponente enthält, so daß in einem Zeitschlitz (ts) ein endlicher Funkblock bestehend aus Mittambel (m) und Datensymbolen (d) über- tragen wird. 13. The method according to any one of the preceding claims, in which the radio interface between a base station (BS) and a mobile station (MS) additionally contains a TDMA component, so that in a time slot (ts) a finite radio block consisting of midamble (m) and Data symbols (d) is transmitted.
14. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem in Abwärtsrichtung eine kürzere Mittambellänge als in Aufwärts- richtung verwendet wird.14. The method according to any one of the preceding claims, in which a shorter midamble length is used in the downward direction than in the upward direction.
15. Funkstation (MS, BS) zur Datenübertragung in einem Funk- Kommunikationssystem über eine Funkschnittstelle, mit einer Steuereinrichtung (SE) zum Zuteilen von zumindest zwei Datenkanäle (DKl, DK2) zu einem Frequenzkanal,15. radio station (MS, BS) for data transmission in a radio communication system via a radio interface, with a control device (SE) for allocating at least two data channels (DK1, DK2) to a frequency channel,
- wobei jeder Datenkanal (DKl, DK2) durch einen individuellen Spreizcode unterscheidbar ist, und- Each data channel (DK1, DK2) can be distinguished by an individual spreading code, and
- in einem Datenkanal (DKl, DK2) zusätzlich zu Datensymbolen (d) Mittambeln (m) mit bekannten Symbolen übertragen werden, mit einer Summiereinrichtung (S) zum Einstellen der Sendelei- stung, wobei die mittlere Sendeleistung der Mittambel (m) größer ist als die mittlere Sendeleistung der Datensymbole (d) . - In a data channel (DK1, DK2), in addition to data symbols (d), midambles (m) with known symbols are transmitted, with a summing device (S) for setting the transmission power, the mean transmission power of the midamble (m) being greater than the average transmission power of the data symbols (d).
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