DE102005017080B4

DE102005017080B4 - Übertragungsverfahren in einem Funksystem mit mehreren Sende-/Empfangszweigen in der Basisstation

Info

Publication number: DE102005017080B4
Application number: DE200510017080
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. Jäckel; Reinhard Dr. Schiffel; Holger Vogel
Original assignee: ACCELANT COMM GmbH; ACCELANT COMMUNICATIONS GmbH
Current assignee: IQ Technologies for Earth and Space GmbH
Priority date: 2005-04-08
Filing date: 2005-04-08
Publication date: 2007-07-26
Anticipated expiration: 2025-04-09
Also published as: DE102005017080A1; WO2006105770A2; WO2006105770A3; WO2006105770B1

Abstract

Übertragungsverfahren für die Anwendung in einem Funkkommunikationssystem, umfassend eine Basisstation (1) mit einer Mehrzahl von n, mindestens aber zwei unabhängigen Sende-/Empfangszweigen, einem Airinterface (3) und eine Vielzahl von Teilnehmerstationen (4), welches Funkkommunikationssystem im Airinterface mit DS CDM/CDMA und einem eingebetteten TDM/TDMA und TDD arbeitet und bei welchem die durch das TDM/TDMA in den Codekanälen gebildeten Slots mit Präambelsymbolen eingeleitet werden,
dadurch gekennzeichnet, daß die Basisstation im Downlink datentypabhängig unterschiedliche Transmit-Diversity-Verfahren für die Übertragung zu den Teilnehmerstationen benutzt, wobei
– für Präambelsymbole, welche mit Codesequenzen gespreizt werden, die nicht mit den Codesequenzen für die nachfolgend zu übertragenden Daten übereinstimmen müssen, OTD (Orthogonal Transmit Diversity) zur Anwendung kommt und
• in einem ersten Verfahrensschritt die Präambelsymbole über einen Splitter mehreren Spreizungseinrichtungen, deren Anzahl der Anzahl n der Sendezweige entspricht, zugeführt werden,
• in einem zweiten Verfahrensschritt die Präambelsymbole mit zueinander orthogonalen Codes gespreizt, und
• in einem...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Einrichtungen und Verfahren, die stationären Teilnehmern den drahtlosen Zugang zum Internet und zum PSTN ermöglichen, speziell der Art, daß sowohl der Zugang zum Internet als auch der Zugang zum PSTN direkte Zugänge sind, und ein Teilnehmer beide Zugänge simultan und unabhängig voneinander nutzen kann. Im Detail betrifft die Erfindung die Verfahren zur Realisierung des Airinterface, insbesondere des Transmit- und Receive-Diversity in der Basisstation eines derartigen Funksystems sowie der aufwandsgünstigen Lösung des Problems.
Drahtlose lokale Zugangsnetze zum PSTN haben sich im letzten Jahrzehnt immer mehr durchgesetzt und sind inzwischen landläufig unter dem Begriff WLL (Wireless Local Loop) eingeführt. Diese Zugangsnetze sind unter dem Aspekt entwickelt, daß sie dem Teilnehmer die telekommunikative Grundversorgung als POTS (Plain Old Telephone Service) oder ISDN (Integrated Services Digital Network) und im Zuge der neuesten Entwicklungen den Zugang zum Internet mit hohen Datenraten bieten. Sie unterscheiden sich insofern von den Mobilfunknetzen, die das Merkmal der Mobilität zusätzlich zu einer anderweitig bereits vorhandenen Grundversorgung realisieren, ohne diese ersetzen zu wollen oder ersetzen zu können. Ein daraus resultierendes unterscheidendes Merkmal ist, daß bei WLL die Teilnehmerstationen keine Endgeräte darstellen, sondern Schnittstellen für den Anschluß von Endgeräten nach Wahl des Teilnehmers aufweisen, während bei Mobilfunknetzen die Teilnehmerstationen Endgerätefunktion besitzen.

Stand der Technik

Ein typischer Vertreter der ersten Generation von WLL sind die in [1] beschriebenen Einrichtungen und Verfahren. Für heutige Bedingungen sind diese Einrichtungen inclusive der erfolgten Weiterentwicklungen nicht ausreichend. Der Zugang zum Internet ist inzwischen ein unverzichtbares Telekommunikationsangebot. Die existierenden WLL erlauben zwar den Zugang zum Internet mittels Modem über das PSTN, jedoch ist dies auf Grund der geringen Bandbreiten/Datenraten, die der Sprachübertragung im Airinterface von WLL der bisherigen Art zur Verfügung gestellt werden, uneffektiv. Zudem ist der Zugang zum PSTN über WLL meist die einzige Kommunikationsverbindung des Teilnehmers und die Belegung durch einen Internetzugriff lästig und behindernd und der Akzeptanz von WLL abträglich.

Inzwischen sind vielfältige Weiterentwicklungen erfolgt, die vor allem den Übergang von der analogen zur digitalen Übertragung im Airinterface, die Steigerung der Datenraten für Modem- und Faxübertragungen und die Erweiterung des Diensteangebotes, inclusive des breitbandigen Zugangs zum Internet, beinhalten. Ein typischer Vertreter einer solchen zweiten Generation von WLL sind die in [2] beschriebenen Einrichtungen und Verfahren.

Derzeit sind vielerorts Bestrebungen im Gange, die Grenzen der bestehenden Einrichtungen durch neue Lösungsansätze zu überwinden. Beispiele sind in den nachfolgenden Ausführungen beschrieben.

Die Anwendung von mehreren parallelen Sende- und Empfangszweigen in Funksystemen, mit der Möglichkeit, die Informationen über eine Vielzahl von Funkkanäle zu transportieren, wird zunehmend als aussichtsreiches Verfahren zur Steigerung der Übertragungskapazität und/oder zur Erhöhung der Übertragungssicherheit vorgeschlagen und praktisch eingesetzt. Das Ziel dieser Diversität besteht darin, die Unabhängigkeit der Schwundprozesse in unterschiedlichen Funkkanälen für die Verbesserung des Signal-Stör-Abstandes auszunutzen. Mit parallelen Sende- und Empfangseinheiten ist prinzipiell eine Steigerung der Übertragungsrate in Abhängigkeit von der Anzahl der Zweige und der konkreten Funkkanalbedingungen möglich.

Die diesen Systemen zugrunde liegende räumliche Diversität durch getrennte Antennen und die Möglichkeit zur Implementierung sogenannter MIMO-Systeme (Multiple-Input-Multiple-Output) sind gegenwärtiger Stand der Technik. Diese werden insbesondere auch für Punkt-zu-Mehrpunkt-Funksysteme vorgeschlagen, die aus einer zentralen Basisstation und einer Vielzahl von Außen- bzw. Teilnehmerstationen bestehen. Dazu gehören beispielsweise alle Mobilfunksysteme wie GSM, CDMA2000 und UMTS, ebenso wie viele WLAN-Systeme und Systeme des ortsfesten Funkdienstes wie Wireless Local Loop oder entsprechende Datenübertragungssysteme (Wireless Internet Access).

Aus Aufwandsgründen konzentrieren sich viele Implementierungen darauf, Diversität durch eine Mehrzahl paralleler Sende- und Empfangszweige nur in der Basisstation zu realisieren, während die Teilnehmerstationen nur über je einen Sende- und Empfangszweig verfügen. Die nachfolgenden Ausführungen beziehen sich ausschließlich auf diesen Fall.

Als Diversitätsverfahren kommen zur Anwendung

– Antennendiversität, bei der die Nachricht wie beschrieben über unterschiedliche Antennen übertragen wird,
– Polarisationsdiversität, bei der das Informationssignal über Antennenelemente mit unterschiedlicher Polarisation übertragen wird.

Diese Verfahren werden zusätzlich in Kombinationen mit Zeit- und/oder Frequenzdiversität eingesetzt. Bei Zeitdiversität wird die gleiche Nachricht in genügend weit auseinander liegenden Zeitabschnitten beziehungsweise bei Frequenzdiversität über unterschiedliche Frequenzen übertragen.

Die beschriebenen Prinzipien können sowohl für die Senderichtung (Transmit Diversity) als auch für die Empfangsrichtung (Receive Diversity) genutzt werden.

In Bezug auf die Empfangsdiversität gibt es eine Vielzahl von Verfahren, die geeignet sind, die von einer Quelle ausgesandten und parallel in n Empfangszweigen eintreffenden Signale im Empfänger auszuwerten bzw. zu kombinieren. Das Ziel dieser Strategien besteht in einer Signalrekonstruktion mit höherer Genauigkeit gegenüber dem Empfang mit einem einzigen Empfangszweig. Die wichtigsten Kombinationsstrategien sind dabei:

– Maximum-Ratio-Combining, bei dem alle n parallel empfangenen gleichartigen Signale mit dem jeweils geschätzten Fadingfaktor gewichtet und phasenrichtig addiert werden,
– Equal-Gain-Combining, wobei alle n Empfangssignale ungewichtet und phasenrichtig addiert werden,
– Selective-Combining, bei dem das jeweils leistungsstärkste der n Empfangsignale ausgewählt wird,
– Switched-Combining, bei welchem ein über einem Mindestpegel liegendes Empfangssignal ausgewählt und im Weiteren dann auf einen anderen Empfangszweig umgeschaltet wird, wenn der Mindestpegel des Empfangssignals unterschritten wird.

Die benannten Verfahren unterscheiden sich in dieser Reihenfolge beträchtlich hinsichtlich ihres Implementierungsaufwandes, wobei Maximum-Ratio-Combining am aufwendigsten zu implementieren ist. Die erreichbaren Diversitätsgewinne der unterschiedlichen Verfahren hängen naturgemäß von den konkreten Eigenschaften der betrachteten Funkkanäle ab, stehen aber grundsätzlich entgegengesetzt zum Implementierungsaufwand, so dass mit Maximum-Ratio-Combining prinzipiell der größte Diversitätsgewinn erzielt werden kann.

Sendediversität bei mehreren Sendeantennen setzt eine Signalcodierung voraus, die dem Empfänger a priori bekannt ist, und die möglichst eine einfache einkanalige Ausführung des Empfängers gestattet. Die bekanntesten Prinzipien basieren auf:

– Space-Time Transmit Diversity (STTD) auf der Basis von • Blockcodes (Space-Time Block Codes), die systematisch Sendezweig und zu sendendes Symbol in festen Blöcken verknüpfen oder • Trelliscodes (Space-Time Trellis Codes), die diese Verknüpfung zwischen Sendeantenne und zu sendendem Symbol in rekursiver Weise realisieren.
– Orthogonal Transmit Diversity (OTD) durch Spreizung der n Sendesignale mit unterschiedlichen, zueinander orthogonalen Codesequenzen
– andere orthogonale Signalräume, z.B. Frequenz, Polarisation u.a.

Bei den Kodierungsverfahren wird durch die Kombination mit der Zeitdiversität ein höherer Diversitätsgewinn als bei OTD erreicht, da bei OTD nur die Raumdiversität genutzt wird. Außerdem ist zu beachten, dass bei Spreizcodes der Länge k maximal k verschiedene, zueinander orthogonale Sequenzen existieren, so dass bei Anwendung von OTD die theoretisch zur Verfügung stehende Übertragungskapazität um den Faktor N der parallelen Sendezweige reduziert wird.

Bei den Space-Time Verfahren sind Blockcodes am einfachsten zu implementieren. Trelliscodes sind aufwändiger zu implementieren, mit ihnen kann aber im Vergleich zu Blockcodes ein höherer Diversitätsgewinn erzielt werden. Die mit Space-Time Verfahren, die auf Blockcodes basieren, erzielbaren Vorteile sind detailliert in [3] dargestellt.

Das bekannteste und grundlegendste auf Blockcodes basierende Verfahren ist das in [4] von Alamouti/Tarokh beschriebene Prinzip. Hier werden für ein Transmit Diversity mit zwei Sendezweigen unterschiedliche Empfangskonzepte sowohl bei zwei Empfangszweigen (MIMO) als auch bei nur einem Empfangszweig beschrieben.

Nachfolgende Veröffentlichungen beinhalten vor allem die Erweiterung auf größere Anzahlen von Sendezweigen oder/und spezielle Ausführungen der Codematrizen. So wird in [5] eine Lösung für 4 Sendezweige und angepaßte Codematrizen vorgestellt. Die in [6] beschriebene Lösung stellt bezüglich der vorgenannten eine Weiterentwicklung dar, indem unterschiedliche Phasen- oder/und Amplitudenkomponenten in die Übertragung der codierten Signale mit eingebracht werden.

Eine reine Lösung auf der Basis von Trelliscodes wird in [7] beschrieben. Mehrheitlich werden jedoch Lösungen beschrieben, bei welchen ein Trelliscoder mit einem Blockcoder kaskadiert beziehungsweise kombiniert wird, wie dies beispielsweise in [8], [9] und [10] der Fall ist. In [11] wird eine Lösung beschrieben, bei welcher ein Turbo-Produkt-Coder mit einem Trelliscoder kaskadiert ist. In [12] wird zusätzlich zu einer Lösung auf der Basis eines Trelliscoders noch Frequenzdiversität angewandt.

OTD wird nur in seltenen Fällen in reiner Form angewandt, wie dies zum Beispiel in [13] zutrifft.

In [14] wird eine Lösung beschrieben, die wahlweise die Verwendung von OTD oder STTD erlaubt. In gleicher Weise trifft dies auf [15] zu, hier wird jedoch zusätzlich die Umschaltbarkeit der Einrichtung zwischen den beiden Verfahren beansprucht.

In einer Vielzahl von Fällen erfolgt jedoch eine Kombination mit anderen Verfahren. So beinhalten die in [16] und [17] beschriebenen Lösungen ebenfalls die wahlweise Anwendung von OTD oder STTD, in beiden Fällen jedoch kombiniert mit einem Phase Sweep Transmit Diversity. In [18] wird OTD kaskadiert mit einem Trelliscoder angewandt.

In [19] wird eine Einrichtung beschrieben, die universell alle Verfahren der Sendediversity anzuwenden gestattet. Grundprinzip ist, daß die für die Modulation aufbereiteten Daten einem "TX-Diversity-Prozessor" übergeben werden, welcher durch eine Einrichtung "Transmission Mode Control" auf das jeweilige Diversityverfahren eingestellt wird. Die Diversitykanäle werden unabhängig vom Diversityverfahren mittels OFDM für die Aussendung aufbereitet. Als mögliche Diversityverfahren sind Frequency transmit diversity, Walsh transmit diversity, STTD, Walsh STTD, Frequency STTD, Frequency Walsh diversity und Frequency Walsh STTD benannt.

Spezifische Lösungen für die Anwendung in CDMA-Systemen sind in [20] und [21] beschrieben.

In [22] wird eine modifizierte Methode und Einrichtung für ein Mobilfunksystem beschrieben, bei welchem nur die Pilotkanäle mit einer derartigen orthogonalen Sendediversität übertragen werden, während alle übrigen Verkehrskanäle nach herkömmlicher Art und Weise gesendet werden.

Alle vorgestellten Diversitäts- bzw. MIMO-Prinzipien können grundsätzlich unabhängig von einer konkreten Signalstruktur wie Modulationsverfahren, Zugriffsverfahren, Duplexschemata u.ä. angewendet werden. Jedoch müssen die spezifischen Randbedingungen und Anforderungen der Signalstrukturen berücksichtigt werden, um aufwandsgünstige Verfahren und Sende- bzw. Empfängerstrukturen zu bestimmen sowie um eine an die Bedingungen des konkreten Funkkanals angepasste Leistungsfähigkeit erreichen zu können.

In diesem Kontext konzentrieren sich die nachfolgenden Betrachtungen auf ein CDMA-basiertes Funksystem. CDMA-Systeme mit Direktsequenz-Bandspreizung werden in vielen Mobilfunk- und WLL-Systemen eingesetzt (z.B. UMTS, CDMA2000). CDMA-Systeme werden häufig dort eingesetzt, wo mit erheblichen Einflüssen durch Mehrwegeausbreitung und infolge dessen frequenzselektiven Funkkanälen zu rechnen ist. Die CDMA-Systeme zeichnen sich durch eine hohe Resistenz gegenüber derartigen Störungen durch Mehrwegeausbreitung aus, da etwaige Signalechos um den sogenannten Prozessgewinn, das Verhältnis der Übertragungsrate des gespreizten Signals (Chiprate) zur Rate des ungespreizten Signals (Symbol- bzw. Bitrate), unterdrückt werden.

Bei den vorwiegend verwendeten asynchronen CDMA-Verfahren treten jedoch beträchtliche Multiuser-Interferenzen, bedingt durch Übersprechen zwischen nicht perfekt orthogonalen Spreizungscodes, auf. Hierfür kann folgende vereinfachte Formel für den erreichbaren Signal-Stör-Abstand Eb/No angegeben werden:

Dabei bedeuten:

S_av: – Empfangsleistung pro Codesequenz (Nutzer),
R_b: – Symbol- bzw. Bitrate
W: – Übertragungsrate des gespreizten Signals (Chiprate)
M: – Anzahl der parallelen Codesequenzen (Nutzer)
η: – Rauschleistung des Empfängers

Unter Nutzung von Formel (1) kann die maximale Anzahl der Nutzer abgeschätzt werden, die gleichzeitig in einem Frequenzband parallel aktiv sein können:

Dabei bedeutet die Bodenklammer die größte ganze Zahl, die nicht größer als der eingeklammerte Wert ist und W/R_b den Spreizungsfaktor oder Spreizgewinn.

So können bei einem erforderlichen Eb/No von 8 dB und einem Spreizgewinn von 64 maximal M = 11 parallele Datensendungen in einem bestimmten Frequenzband übertragen werden. Bei M = 22 parallelen Datensendungen würde sich der Störabstand Eb/No auf 5 dB reduzieren. Verbesserungen werden durch Einsatz sogenannter Multiuser-Detektoren oder Interference-Canceller erzielt, bei welchen es sich jedoch um aufwendige Verfahren handelt, die eine sehr leistungsfähige und teuere Signalverarbeitungsbasis erfordern.

Eine andere Möglichkeit besteht in der Nutzung von Spreizsequenzen aus einer Familie zueinander orthogonaler Codes. Dieser spezielle Ansatz eines DS-CDMA (Direct Sequence CDMA) erfordert eine exakte zeitliche Synchronisierung aller Übertragungen, da die Orthogonalitätsbedingung nur für eine bestimmte Codephase gilt, die exakt eingehalten werden muß. In einem Punkt-zu-Mehrpunkt-System muß deshalb insbesondere in der Übertragungsrichtung von den Außenstationen zur Basisstation ein hoher Synchronisationsaufwand betrieben werden, da hier untereinander unabhängige Quellen senden. Es kann jedoch auch bei idealer Synchronisation in der Praxis grundsätzlich keine vollständige Code-Orthogonalität im Empfänger gesichert werden, da Orthogonalitätsverluste auch infolge weiterer Effekte wie Mehrwegeausbreitung, Bandbegrenzung u.ä. auftreten. Trotzdem kann eine größere Zahl von Nutzkanälen im Vergleich zu der durch Formel (2) für asynchrones CDMA ermittelten maximalen Zahl zugelassen werden.

Bei der Kombination eines CDMA-Verfahrens mit räumlicher Sendediversität über mehrere Antennen potenzieren sich diese Multiuserinterferenz-Effekte, so dass eine Anwendung wenig aussichtsreich erscheint und bisher auch noch wenig wissenschaftlich untersucht wurde. Beschreibungen diesbezüglicher Verfahren und Anordnungen, die durch die entsprechende Anzahl paralleler Sende- und Empfangszüge extrem aufwendig sind, findet man beispielsweise in US2004105489. Dort wird eine Anwendung von DS-CDMA-Übertragungsverfahren in einem MIMO-System beschrieben. Zum Stand der Technik wird auch auf [23] verwiesen.

Aufgabenstellung

Das Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht dann, in einem stationären Funksystem mit Punkt-zu-Mehrpunkt-Struktur und DS-CDMA-Zugriffsverfahren räumliche Diversitätsverfahren einzusetzen. Diese sollen als Transmit- und Receive Diversity im Bereich der Basisstation implementiert werden und sich durch folgende weitere Eigenschaften auszeichnen:

– geringe Multiuserinterferenzen,
– hohe Übertragungskapazität,
– geringer Implementierungsaufwand.

Die möglichst hohe Übertragungskapazität bei gegebener Funkkanalbandbreite soll in erster Linie nur durch die Anzahl der zur Verfügung stehenden orthogonalen Spreizungscodes begrenzt werden und die Übertragungssicherheit soll gegenüber einem äquivalenten Verfahren ohne Raumdiversität erhöht sein. Die Lösung der Aufgabe erfolgt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend den Merkmalen der Ansprüche 1 und 9. Ein wesentlicher Aspekt ist, daß unterschiedliche und abgestufte räumliche Diversitätsprinzipien zum Einsatz kommen. Je nach Art, Quelle und Senke der vorgesehenen Informationsübertragung wird die Diversität als Orthogonale Transmit Diversity, Space-Time Coding oder geschalteter selektiver Sendung über einen Sendezweig ausgeführt.

Das bedeutet, daß Präambeln, Broadcast-Kanäle (BCH – Bradcast Channel) und Verkehrs-Kanäle (TCH – Traffic Channel) bezüglich der Sendediversität unterschiedlich implementiert werden.

Die Präambeln werden von der Basisstation mittels OTD über alle Sendezweige übertragen. Die Spreizungssequenzen müssen nicht mit den Codesequenzen für BCH und TCH übereinstimmen. Die Aussendung erfolgt in allen Sendezweigen mit identischer Bezugsträgerphase Null und gleicher Sendeleistung, wobei die Symbolenergie größer als die von BCH und TCH gewählt ist, jedoch kleiner als die Summe der Symbolenergien aller TCH.

Die Präambeln dienen der Teilnehmerstation neben der Synchronisation aller Empfängerkomponenten der Ermittlung des optimalen Empfangsbezugs für die Außenstation und die Schätzung der Impulsantwort der Funkkanäle. Da die Verknüpfung von Sendezweig und Codesequenz a-priori allen Außenstationen bekannt ist, können die Außenstationen die individuellen Funkkanalschätzungen jedem Sendezweig der Basisstation eindeutig zuordnen. Die auftretenden Multiuserinterferenzen sind erheblich eingeschränkt, weil nur Präambeln entsprechend der Anzahl der parallelen Sendezüge gesendet werden, die in der Praxis meist die Zahl vier nicht überschreitet.

Die Schätzung der Impulsantwort der Funkkanäle wird wie folgt genutzt:

– Die ermittelten Werte werden an den Space-Time Decoder übergeben, welcher die BCH-Signale dekodiert.
– Die ermittelten Werte dienen dazu, den für die Übertragung der TCH-Signale optimalen Sendezweig der Basisstation kontinuierlich aktuell zu bestimmen. Nachfolgend wird im Uplink an die Basisstation eine Information über den für die TCH-Übertragung zu verwendenden Sendezweig übertragen.

Die BCH-Signale werden in der Basisstation Space-Time codiert und die Ausgangssignale des Space-Time Coder parallel mit einer gleichen Codesequenz aus der Menge der für die TCH zur Verfügung stehenden Codesequenzen gespreizt und parallel über alle Sendezweige übertragen. Es können mehr als ein BCH genutzt werden. Die Spreizungscodes für den/die BCH werden in den Zeiten der Downlinkperiode ohne BCH-Übertragung für TCH genutzt.

In der Teilnehmerstation werden die Space-Time codierten BCH-Signale nach Entspreizung einem Space-Time Decoder zugeführt. Der Space-Time Decoder nutzt die aus dem Präambelempfang resultierende Schätzung der Impulsantwort der Funkkanäle für die Dekodierung. Für die Space-Time Dekodierung ist dies eine wesentliche Eingangsgröße. Andere bekannte Systeme, wie zum Beispiel in [4], leiten die Schätzung der Impulsantwort der Funkkanäle aus dem Space-Time codierten Empfangssignal ab. Unterschiedliche Anordnungen und Konfigurationen eines Kanalschätzers sind in der benannten und auch anderen Schriften beschrieben. Die entsprechend vorliegender Erfindung aus dem Präambelempfang ermittelten Werten haben jedoch eine höhere Genauigkeit als eine Kanalschätzung aus einem Space-Time codierten Signal, so daß derart die Dekodierung der BCH-Signale sicherer wird. Gleichzeitig tritt eine Aufwandsverringerung ein, da die Kanalschätzung an Hand der Präambeln einfacher zu realisieren ist als die Kanalschätzung an Hand eines Space-Time codierten Signals.

Die TCH werden von der Basisstation nur in jeweils einem Sendezweig übertragen. Der zu benutzende Sendezweig wird entsprechend obigen Ausführungen durch die Teilnehmerstation bestimmt. Liegt eine Meldung der Teilnehmerstation dazu nicht oder noch nicht vor, so wählt die Basisstation, von der Annahme der Reziprozität ausgehend, den Sendezweig derjenigen RF-Baugruppe, die den besten Empfang der Präambelsendungen der Teilnehmerstation liefert. Das Verfahren sichert einen deutlichen Diversitätsgewinn und vermeidet die Erhöhung der Multiuser-Interferenzen, wie sie entsprechend obigen Ausführungen bei Aussendung der TCH in allen Sendezweigen auftreten würde. Es kann im statistischen Mittel sogar von einer Verringerung der Multiuser-Interferenzen ausgegangen werden, wenn eine Gleichverteilung der aktiven Teilnehmerstationen und damit TCH auf die Sendezweige der Basisstation erfolgt und die Teilnehmerstation die von ihr nicht ausgewählten Sendezweige mit deutlich verringerter Eingangsleistung empfängt.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Reduzierung des Power-Backoffs und damit der Leistungsklasse, Größe, Preis und Leistungsumsatzes der Verstärker der Basisstation, da typischerweise die Anzahl der parallel zu sendenden Codekanäle pro Sendezweig kleiner als deren Gesamtzahl ist.

In der Basisstation werden in der Empfangsrichtung ebenfalls abgestufte Diversitätsverfahren implementiert.

Der Empfang des Random Access Channel (RACH) erfolgt in allen Empfangszweigen und es wird

– zur Dekodierung des Inhalts als Diversitätsverfahren Maximum-Ratio-Combining angewandt, welches den höchsten Diversitätsgewinn bietet, das heißt, die Symbolentscheidung wird an Hand der phasenkorrigierten Addition aller Empfangswerte durchgeführt (Maximum-Likelihood-Prinzip). Der im Verhältnis zu anderen oben genannten Verfahren höchste Aufwand relativiert sich, da die Anwendung sich auf einen Codekanal eines Zeitschlitzes der Uplinkperiode beschränkt.
– der für die Übertragung von der jeweiligen Teilnehmerstation optimale Empfangszweig bestimmt, wofür als Kriterium die einfache Detektion und Vergleich der Leistung in den Empfangszweigen dient.

Der Empfang der Präambelsendung einer Teilnehmerstation erfolgt in allen Empfangszweigen und es wird der für die Übertragung von der jeweiligen Teilnehmerstation optimale Empfangszweig bestimmt, wofür als Kriterium die einfache Detektion und Vergleich der Leistung in den Empfangszweigen dient. Dies ist mit gleicher Präzision wie im RACH möglich, da Präambeln exclusiv immer nur von einer Teilnehmerstation mit etwa gleicher Kanalleistung wie im TCH gesendet werden. Hierzu wird bei k Timeslots pro Uplinkperiode und m Codekanälen ein Überrahmen mit k*m Timeslots gebildet. Innerhalb dieses Überrahmens wird in jedem Timeslot jeweils einem der Codekanäle und damit einer Teilnehmerstation exclusiv die Berechtigung zugeordnet, der Datensendung eine Präambelsendung voranzustellen. Die Zuordnungsvorschrift ist als a-priori-Festlegung im Kommunikationssystem bekannt. Der Empfang des RACH und der Präambelsendungen werden weiterhin in der Basisstation genutzt, um zeitliche Abweichungen der Sendungen der Teilnehmerstation zu erkennen und über Steuerbefehle an die Teilnehmerstation zu korrigieren, wobei der RACH nur in der Phase des Verbindungsaufbaus wirksam ist und die Präambelsendungen während des Bestehens der Verbindung eine kontinuierliche Aktualisierung bewirken.

Der Empfang der TCH erfolgt jeweils in dem Empfangszweig, der entsprechend obigen Ausführungen beim Empfang von RACH oder Präambelsendungen als optimale für die Übertragung von der jeweiligen Teilnehmerstation bestimmt wurde, wobei ebenfalls gilt, daß der RACH nur in der Phase des Verbindungsaufbaus wirksam ist und die Präambelsendungen während des Bestehens der Verbindung eine kontinuierliche Aktualisierung bewirken.

Es kann im statistischen Mittel von einer Verringerung der Multiuser-Interferenzen ausgegangen werden, wenn eine Gleichverteilung der aktiven Teilnehmerstationen und damit TCH auf die Empfangszweige der Basisstation erfolgt und die Empfangsleistung der TCH in den von ihnen jeweils nicht ausgewählten Empfangszweigen deutlich verringert ist. Das Verfahren bewirkt außerdem, daß jeder TCH nur in einem der Empfangszweige entspreizt und dekodiert wird, so daß der für die Summe aller TCH erforderliche Gesamtaufwand nicht wesentlich größer ist als bei nur einem Empfangszweig ohne Diversität.

Ausführungsbeispiel
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 die Architektur des Funkkommunikationssystems in seiner Gesamtheit,
2 die Einrichtung der Basisstation für die Aussendung der Präambelsymbole mittels OTD (Orthogonal Transmit Diversity),
3 die Einrichtung der Basisstation für die Aussendung des BCH (Broadcast Channel) mittels STTD (Space Time Transmit Diversity),
4 eine Einrichtung der Basisstation für die Aussendung eines TCH (Traffic Channel) in den für die Übertragung ausgewählten Sendezweigen,
5 einen Sendezweig der RF-Baugruppen der Basisstation,
6 die Struktur der Downlinkperiode im TDD (Time Division Duplex),
7 die Struktur der Uplinkperiode im TDD (Time Division Duplex),
8 den Empfangskomplex der Teilnehmerstation,
9 einen Empfangszweig dner RF-Baugruppen der Basisstation
10 die Einrichtung der Basisstation für Empfang des RACH
11 die Einrichtung der Basisstation für den Präambelempfang
12 eine Einrichtung der Basisstation für den Empfang eines TCH
Sowohl die vorausgehenden allgemeinen Beschreibungen als auch die folgende detaillierte Beschreibung besitzen nur Beispielcharakter als mögliche Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und schränken die Ansprüche zur Erfindung nicht ein.
1 beschreibt die Architektur einer Einrichtung zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Eine Basisstation 1 besitzt n, mindestens aber 2, Sende-/Empfangsbaugruppen 2 als Schnittstellen zum Airinterface 3 für die drahtlose Verbindung zu einer Vielzahl von Teilnehmerstationen 4. Die Basisstation 1 besitzt des weiteren eine Schnittstelle zum PSTN 5 und eine Schnittstelle zum Internet 6, über welche sowohl POTS und ISDN als auch höherratige Internetverbindungen bedient werden.
Die Teilnehmerstationen 4 besitzen eine Sende-/Empfangsbaugruppe als Schnittstelle zum Airinterface 3 für die drahtlose Verbindung zur Basisstation 1. Des weiteren besitzen die Teilnehmerstationen 4 jeweils ein PSTN-Teilnehmerinterface 7, welches für POTS (TIP/RING, a/b) oder ISDN (Basisanschluß, 2B + D) ausgelegt ist, und ein Ethernet-Interface 8, welches für den Internetzugang mitels PC bestimmt ist.
Das dargestellte Funkkommunikationssystem arbeitet im Airinterface mit DS CDM/CDMA und einem eingebetteten TDM/TDMA und TDD.
An Hand der 2 werden die Aufbereitung und Aussendung der Präambelsymbole im Downlink, bei welcher OTD (Orthogonal Transmit Diversity) zur Anwendung kommt, beschrieben. Die durch das TDM/TDMA gebildeten Slots werden mit Präambelsymbolen eingeleitet, für deren Spreizung orthogonale Codes benutzt werden, welche nicht mit den Codes der nachfolgenden TCH (Traffic Channels) übereinstimmen müssen.
Die Präambelsymbole werden einem Splitter 12 über dessen Eingang 13 zugeführt. Der Splitter verteilt die Präambelsymbole parallel an n Spreizungseinrichtungen 14, in welchen die Spreizung mit n orthogonalen Codes erfolgt, die über Eingänge 15 zugeführt werden. Die derart gespreizten n Signale werden jeweils über einen der Sendezweige 10 (5) der Sende-/Empfangsbaugruppen 2 der Basisstation abgestrahlt. Als a priori Festlegung gilt, daß die Aussendung der gespreizten Präambelsymbole mit der Bezugsträgerphase Null und mit exakt gleicher Sendeleistung in den Sendezweigen erfolgt, wobei die Symbolenergie größer als die im einzelnen Codekanal, jedoch kleiner als bei der Summe aller Codekanäle ist.
An Hand der 3 werden die Aufbereitung und Aussendung der Daten des BCH (Broadcast Channel) im Downlink, bei welcher STTD (Space Time Transmit Diversity) zur Anwendung kommt, beschrieben. Die Daten des BCH werden in einem der durch das TDM/TDMA gebildeten Slots, vorzugsweise im ersten Slot der Downlinkperiode, übertragen. Die n differenten space-time codierten Datenfolgen werden dabei in allen Sendezweigen im gleichen Codekanal übertragen. Da der BCH den Codekanal nur in diesem einen Slot belegt, werden die restlichen Slots als TCH genutzt.
Die BCH-Daten werden einer Baugruppe für FEC-Codierung und Interleaving 20 über deren Eingang 21 zugeführt. Die codierten Signale werden von einem Demultiplexer 22 auf n Signalwege als Signale S1 bis Sn verteilt und an einen STC (Space Time Coder) 23 übergeben. Der STC stellt an seinen Ausgängen die space-time-codierten Signale T1 bis Tn bereit, welche in n Spreizungseinrichtungen 24 gespreizt werden. Die Spreizung erfolgt mit einer für alle gleichen Codesequenz aus dem Vorrat der TCH-Codesequenzen, die über einen Eingang 25 zugeführt wird. Die derart gespreizten Signale werden anschließend über jeweils einen der Sendezweige 10 (5) der Sende-/Empfangsbaugruppen 2 der Basisstation abgestrahlt.
An Hand der 4 werden die Aufbereitung und Aussendung der Daten der TCH (Traffic Channel) im Downlink beschrieben. Die TCH-Daten werden jeweils nur in dem Sendezweig abgestrahlt, der für den Empfang in der Teilnehmerstation als optimal ermittelt wurde. Die Festlegung des Sendezweiges erfolgt entsprechend den Ansprüchen 7 und 9,

– sofern beim Verbindungsaufbau oder aus anderen Gründen noch keine Anforderung von der Teilnehmerstation vorliegt, durch die Basisstation durch Auswertung des Receive Diversity unter Annahme der Reziprozität von Up- und Downlinkübertragung, indem für die Sendung der Sendezweig 10 (5) der Sende-/Empfangsbaugruppe 2 gewählt wird, die den besten Empfang der Signale der Teilnehmerstation liefert. Die Ermittlung der entsprechenden Sende-/Empfangseinrichtung erfolgt an Hand der Sendung der Teilnehmerstation im RACH oder der Präambelsendungen, indem diese in allen Empfangszweigen parallel dekodiert werden und an Hand der detektierten Leistung die Auswahl nach dem Prinzip des Selective-Combining getroffen wird, oder,
– nach Vorliegen einer Rückinformation der Teilnehmerstation über den zu wählenden Sendezweig entsprechend dieser Anforderung, welche Vorrang vor dem Ergebnis des Receive Diversity der Basisstation besitzt. Die Teilnehmerstation ermittelt den von der Basisstation zu wählenden Sendezweig nach Anspruch 3 aus dem Empfang der Präambeln, indem die Leistung der Präambelsymbole detektiert und als Kriterium für die Auswahl nach dem Prinzip des Selective-Combining benutzt wird.

Die TCH-Daten werden einer Baugruppe für FEC-Codierung und Interleaving 30 über deren Eingang 31 zugeführt. Die codierten TCH-Signale werden in einer Spreizungseinrichtung 32 gespreizt. Die Spreizung erfolgt mit einer der TCH-Codesequenzen, die über den Eingang 33 zugeführt wird. Das gespreizte Signal wird durch einen Auswahlschalter 34, welcher von der zentralen Steuerung über einen Eingang 35 gestellt wird, an einen der Sendezweige 10 (5) zur Aussendung übergeben.
In 5 ist der Sendezweig 10 einer der n RF-Baugruppen 2 der Basisstation dargestellt. Der Sendezweig 10 umfaßt einen Addierer 40 mit

– einem Eingang für Präambeldaten 41,
– einem Eingang für BCH-Daten 42,
– den Eingängen 1 bis m für TCH-Daten 43 und
– einem Steuereingang 44.

Die Daten werden von den Baugruppen entsprechend den 2, 3 und 4 bereitgestellt, wobei die zentrale Steuerung der Basisstation die Bereitstellung entsprechend dem zeitlichen Aufbau der Downlinkperiode nach 6 durchführt. Die addierten Signale passieren zur Aussendung einen Digital-Analog-Wandler 45, einen Modulator 46 und Verstärker 47. Nicht dargestellt ist, daß zwischen Verstärker 47 und Antenne ein Antennenumschalter angeordnet ist, welcher die alternative Nutzung der Antenne für Sende- und Empfangsbetrieb realisiert.
Der Addierer 40 umfaßt Einrichtungen zur selektiven Leistungsstellung der an den Eingängen für TCH-Daten 43 anliegenden Signale. Die Steuerung erfolgt von der zentralen Steuerung über einen Steuereingang 44 auf der Grundlage von Rückinformationen der Teilnehmerstation nach Anspruch 6, indem die Teilnehmerstation beim Empfang jedes der ihr zugewiesenen TCH eine Bewertung der Empfangsqualität durchführt, wofür als Kriterium der Signal-Stör-Abstand (SIR, Signal to Interference Ratio) jedes der TCH benutzt wird, und ausgehend von den ermittelten SIR-Werten eine Rückinformation zur Steuerung der Sendeleistung des/der jeweiligen TCH an die Basisstation sendet.
In 6 ist der Aufbau der Downlinkperiode 50 dargestellt, welche eine variablen Anzahl von j Timeslots 51 umfaßt, die jeweils aus einer Präambelsendung 52 und einem Datenblock mit m Codekanälen (TCH) 57 bestehen. In der Vertikalen ist die relative Symbolenergie in den parallelen Kanälen dargestellt. Die Aussendung der Präambeln erfolgt mittels OTD in allen Sendezweigen, wobei die Symbolenergie entsprechend Darstellung größer als in den TCH ist. Die Präambeln sind mit Codesequenzen gespreizt, die nicht mit den Codesequenzen der TCH identisch sind. Im ersten Timeslot ist mindestens einer der Codekanäle als BCH 53 benutzt. Die Aussendung des/der BCH erfolgt Space- Time-codiert in allen Sendezweigen. In den folgenden Timeslots wird dieser Codekanal als TCH 55 benutzt. Die TCH werden wie oben beschrieben jeweils nur in einem der Sendezweige gesendet. In 7 ist der Aufbau der Uplinkperiode dargestellt, umfassend jeweils den RACH 60, den Uplinkrahmen 61 mit einer variablen Anzahl von k Timeslots 62, umfassend jeweils eine Präambel 67 und einen Datenblock mit m Codekanälen (TCH) 69.
Der RACH als Random Access Channel wird, sofern kein Hazard zweier Teilnehmerstationen vorliegt, in der Basisstation entsprechend Anspruch 9 genutzt, um

– die Verbindungsanforderung einer Teilnehmerstation zu erkennen, wofür als Receive-Diversity-Verfahren Maximum-Ratio-Combining zur Anwendung kommt,
– zeitliche Abweichungen der Sendungen der Teilnehmerstation entsprechend Anspruch 12 zu erkennen, wofür als Receive-Diversity-Verfahren Selective-Combining zur Anwendung kommt, und über Steuerbefehle an die Teilnehmerstation zu korrigieren, und
– den für den Empfang der TCH-Sendungen der Teilnehmerstation optimalen Empfangszweig 110 (12) zu bestimmen, wofür als Receive-Diversity-Verfahren Selective-Combining zur Anwendung kommt.

Die Präambeln werden exclusiv immer nur von einer Teilnehmerstation mit etwa gleicher oder geringfügig größerer Kanalleistung als die Daten im TCH gesendet. Hierzu wird bei k Timeslots pro Uplinkperiode 59 und m Codekanälen 66 ein Überrahmen mit k*m Timeslots gebildet. Innerhalb dieses Überrahmens wird in jedem Timeslot jeweils einem der Codekanäle exclusiv die Berechtigung zugeordnet, der Datensendung eine Präambelsendung voranzustellen. Die Zuordnungsvorschrift ist als a-priori-Festlegung im Kommunikationssystem bekannt. So ist beispielhaft im Fall des aktuellen Uplinkrahmens im ersten Timeslot die Präambel 63 dem TCH 64, im zweiten Timeslot die Präambel 65 dem TCH 66 und im k-ten Timeslot die Präambel 67 dem k-ten TCH 68 zugeordnet. In der folgenden Uplinkperiode wird das Verfahren fortgeschrieben bis allen TCH einmal eine Präambelsendung zugeordnet ist.
Die Präambelsendungen werden in der Basisstation entsprechend Anspruch 9 genutzt, um

– zeitliche Abweichungen der Sendungen der Teilnehmerstation entsprechend Anspruch 12 zu erkennen, wofür als Receive-Diversity-Verfahren Selective-Combining zur Anwendung kommt, und über Steuerbefehle an die Teilnehmerstation zu korrigieren, und
– den für den Empfang der TCH-Sendungen der Teilnehmerstation optimalen Empfangszweig 110 (12) zu bestimmen, wofür als Receive-Diversity-Verfahren Selective-Combining zur Anwendung kommt.

Das Verfahren der exclusiven Präambelsendungen bewirkt, daß

– bei niedrigratigen und fehlertoleranten Sprachverbindungen, welche in der Uplinkperiode nur in einem Timeslot einen Codekanal belegen, einmal innerhalb des Überrahmens von k*m Timeslots eine Präambelsendung vorgenommen wird, während
– bei höherratigen und fehlerkritischen Datenverbindungen, die in allen Timeslots einen oder auch mehrere Codekanäle belegen, entsprechend häufiger Präambelsendungen vorgenommen werden, und somit bei kritischen Verbindungen in kürzeren Abständen Korrekturen der Zeitablage und Sendeleistung vorgenommen werden.

In 8 ist der Empfangskomplex der Teilnehmerstation dargestellt. Dieser umfaßt den analogen Empfangszweig 74 der RF-Baugruppe der Teilnehmerstation, einen Analog-Digital-Wandler 75 und einen Splitter 76, über welchen die Empfangssignale den Baugruppen für die Detektierung der verschiedenen Datentypen bereitgestellt werden.
Die Detektion der Präambeln erfolgt in n Entspreizungseinrichtungen 77, die jeweils Eingänge 78 für die Spreizungscodes der Präambeln besitzen. Die Ausgangssignale dieser n parallelen Zweige werden an eine Einrichtung zur Kanalschätzung 79 für n Kanäle übergeben, welche

– an n Ausgängen 80 die geschätzten komplexen Kanalimpulsantworten an den Space-Time Decoder 87 übergibt und
– ein Receive Diversity nach dem Prinzip des Selective-Combining realisiert und an einem Ausgang 81 die Information über den Kanal mit der höchsten Empfangsleistung ausgibt, welche Information von der Teilnehmerstation als Rückmeldung an die Basisstation gesendet wird zwecks Bestimmung des Kanals, in welchem die Übertragung der TCH-Daten erfolgen soll.

Die Detektion der BCH-Daten umfaßt die Entspreizungseinrichtung 85 mit dem Eingang 86 für den Spreizungscode der BCH-Daten, den Space-Time Decoder 87, den Multiplexer 88 und die Baugruppe 89 mit Deinterleaver und FEC-Decoder, welche an ihrem Ausgang 90 die BCH-Daten bereitstellt. Der Space-Time Decoder 87 nutzt bei der Dekodierung die von der Einrichtung zur Kanalschätzung 79 übergebenen komplexen Kanalimpulsantworten, die aus der Bewertung des Präambelempfangs resultieren.
Eine Teilnehmerstation kann mehrere Baugruppen für TCH-Empfang 93 für die parallele Detektion von mehreren Codekanälen besitzen, welche jeweils eine Entspreizungseinrichtung 94 mit einem Eingang 95 für den Spreizungscode der TCH-Daten besitzen. Die Zuweisung des Spreizungscode erfolgt von der Basisstation beim Verbindungsaufbau und kann während des Verbindungszustandes gegebenenfalls auch verändert werden. Ein nachgeschalteter Symbolentscheider und SIR-Bewerter 96

– übergibt die Daten an die Baugruppe 98 mit Deinterleaver und FEC-Decoder, welche an ihrem Ausgang 99 die TCH-Daten bereitstellt und
– gibt an einem Ausgang 97 den SIR-Wert aus, auf Grund welchen Wertes die Teilnehmerstation bei Bedarf eine Rückmeldung an die Basisstation sendet zwecks Veränderung der Sendeleistung des Codekanals in der Basisstation.

In 9 ist der Empfangszweig 110 einer der n RF-Baugruppen 2 der Basisstation dargestellt. Der Empfangszweig 110 umfaßt einen Eingangsverstärker 111, gefolgt von Demodulator 112, Analog-Digital-Wandler 113 und Splitter 114. Der Splitter 114 besitzt

– einen Ausgang 115 zur Anschaltung der Einrichtung der Basisstation für Detektion des RACH,
– einen Ausgang 116 zur Anschaltung der Einrichtung der Basisstation für Detektion der Präambeldaten und
– Ausgänge 1 bis m 117 zur Anschaltung der Einrichtungen der Basisstation für Detektion der TCH- Daten.

In 10 ist die Einrichtung der Basisstation für Empfang des RACH dargestellt. Die demodulierten und A-D-gewandelten Empfangssignale werden von den Empfangszweigen 110 der RF-Baugruppen 2 der Basisstation bereitgestellt. Die Signale werden in den n Entspreizungseinrichtungen 112, welchen die Codesequenz des RACH über den Eingang 113 parallel zugeführt wird, entspreizt und anschließend

– an eine Einrichtung 118 zur Dekodierung mittels Maximum Ratio Combining (Maximum Likelihood Verfahren) und
– an eine Einrichtung 135 zur Bestimmung des Delaywertes, der die Ablage des Empfangszeitpunktes der Sendung der Teilnehmerstation vom Optimalwert beinhaltet,

118

129

130

– der zentralen Steuerung bereitgestellt, welche auf Grund dieser Information realisiert, daß die Detektion der TCH-Daten der betreffenden Teilnehmerstation in dem ausgewählten Empfangszweig erfolgt, und des weiteren
– der Speichereinrichtung 136 zur Auswahl des Delaywertes bereitgestellt, welcher in dem als optimal ermittelten Empfangszweig gemessen wurde.

Die Einrichtung 135 übergibt die Meßwerte an die Speichereinrichtung 136. Von diesen Meßwerten wird, wie oben beschrieben, der Wert ausgewählt, der im Empfangszweig mit dem besten Empfang ermittelt wurde, und am Ausgang 137 bereitgestellt. Besagter Delaywert wird von der Basisstation als Rückinformation zur Steuerung des Startzeitpunktes der Sendungen der Teilnehmerstation an die jeweilige Teilnehmerstation gesendet.
In 11 ist die Einrichtung der Basisstation für den Präambelempfang dargestellt. Die demodulierten und A-D-gewandelten Empfangssignale werden von den Empfangszweigen 110 der RF-Baugruppen 2 der Basisstation bereitgestellt. Die Signale werden in den n Entspreizungseinrichtungen 142, welchen die Präambelcodesequenz über den Eingang 143 parallel zugeführt wird, entspreizt und anschließend

– an eine Einrichtung 148 übergeben, welche den für die Übertragung von der jeweiligen Teilnehmerstation optimalen Empfangszweig bestimmt, wofür als Kriterium die detektierte Leistung in den Empfangszweigen genutzt wird. und diese Information an einem Ausgang 150 ausgibt, sowie
– an eine Einrichtung 155 zur Bestimmung des Delaywertes übergeben, der die Ablage des Empfangszeitpunktes der Sendung der Teilnehmerstation vom Optimalwert beinhaltet.

Die Information am Ausgang 150 wird

– der zentralen Steuerung bereitgestellt, welche auf Grund dieser Information realisiert, daß die Detektion der TCH-Daten der betreffenden Teilnehmerstation in dem ausgewählten Empfangszweig erfolgt, und des weiteren
– der Speichereinrichtung 156 zur Auswahl des Delaywertes bereitgestellt, welcher in dem als optimal ermittelten Empfangszweig gemessen wurde.

Die Einrichtung 155 übergibt die Meßwerte an die Speichereinrichtung 156. Von diesen Meßwerten wird, wie oben beschrieben, der Wert ausgewählt, der im Empfangszweig mit dem besten Empfang ermittelt wurde, und am Ausgang 157 bereitgestellt. Besagter Delaywert wird von der Basisstation als Rückinformation zur Steuerung des Startzeitpunktes der Sendungen der Teilnehmerstation an die jeweilige Teilnehmerstation gesendet.
Die Delaysteuerung durch die Messung im RACH sichert eine Startsynchronisation der Teilnehmerstation, während die Delaysteuerung durch die Messung beim Präambelempfang eine fortlaufende Synchronisation der Teilnehmerstation während des Verbindungszustandes sichert, in beiden Fällen auf der Basis eines Receive Diversity mit Selective-Combining.
In 12 ist eine Einrichtung der Basisstation für den Empfang eines TCH dargestellt. Die demodulierten und A-D-gewandelten Empfangssignale werden von den n Empfangszweigen 110 (9) der RF-Baugruppen 2 der Basisstation bereitgestellt. Ein Auswahlschalter 160 ist jeweils mit einem der m Ausgänge 117 (9) der n Empfangszweigen 110, deren Anzahl mit der Anzahl der Codesequenzen übereinstimmt, verbunden. Über den Steuereingang 161 wird der Auswahlschalter 160 gestellt und eines der Empfangssignale ausgewählt. Die Auswahl stellt ein modifiziertes Receive Diversity mit Selective-Combining dar, bei welchem die Auswahl an Hand des Empfangs von RACH und Präambeln erfolgt, wie oben zu den 10 und 11 beschrieben. Das ausgewählte Signal wird in der Entspreizungseinrichtung 162 entspreizt. An einem Eingang 163 der Entspreizungseinrichtung liegt eine der m Codesequenzen an. Das entspreizte Signal wird einem Symbolentscheider 164 zugeführt. Der Symbolentscheider

– übergibt die entschiedenen Symbole an eine Einrichtung 166 für Deinterleaving und FEC-Dekodierung, an deren Ausgang 167 die TCH-Daten ausgegeben werden, und
– führt eine SIR-Schätzung durch und gibt das Ergebnis an einem Ausgang 165 aus. Auf Grund dieses Ergebnisses erfolgt von der Basisstation eine Rückinformation zur Steuerung der Sendeleistung der Teilnehmerstation an die jeweilige Teilnehmerstation.

Bezugsliteraturliste

[1] DE 42 40 249 C1
[2] DE 100 56 087 B4
[3] Vahid Tarokh, Hamid Jafarkhani, Robert Calderbank: "Space-Time Block Coding for Wireless Communication: Performance Results", IEEE Journal on selected Areas in communications, Vol. 17, No. 3, March 1999
[4] US 2004/0234003 A1
[5] US 2002/0118770 A1
[6] US 2003/0174782 A1
[7] WO 03/085877 A1
[8] WO 99/23766 A2
[9] US 2002/090035 A1
[10] WO 03/085837 A1
[11 ] WO 03/092206 A1
[12] WO 03/088503 A1
[13] US 6,421,327 B1
[14] US 6,317,410 B1
[15] US 6,392,988 B1
[16] US 2003/021352 A1
[17] US 2003/022635 A1
[18] WO 02/28043 A2
[19] WO 2004/002011 A1
[20] US 6,304,581 B1
[21] US 2001/055329 A1
[22] US 6.038263 A
[23] Changjiang Xu, Hongjun Xu, Kyung Sup Kwak: "The Application of Space-Time Codes in CDMA Systems", Proceedings IEEE VTS 53rd, VTC 2001

1: Basisstation
2: Sende-/Empfangsbaugruppen der Basisstation 1
3: Airinterface
4: Teilnehmerstation
5: Interface der Basisstation zum PSTN
6: Interface der Basisstation zum Internet
7: PSTN-Teilnehmerinterface der Teilnehmerstation
8: Ethernet-Interface der Teilnehmerstation
10: Sendezweig der Sende-/Empfangsbaugruppen 2 der Basisstation
12: Splitter
13: Eingang des Splitter 12
14: Spreizungseinrichtungen 1 bis n für Präambelsymbole
15: Eingang für Spreizungscodes der Spreizungseinrichtungen 14
20: Baugruppe für FEC-Codierung und Interleaving
21: Eingang für BCH-Daten
22: Demultiplexer
23: Space Time Coder
24: Spreizungseinrichtung für space-time-codierte BCH-Daten
25: Eingang für Spreizungscode für Spreizungseinrichtung 24
30: Baugruppe für FEC-Codierung und Interleaving
31: Eingang für TCH-Daten
32: Spreizungseinrichtung für TCH-Daten
33: Eingang für Spreizungscode für Spreizungseinrichtung 32
34: Auswahlschalter
35: Steuereingang für Auswahlschalter 34
40: Addierer der RF-Baugruppe 2
41: Eingang für Präambeldaten
42: Eingang für BCH-Daten
43: Eingänge 1..m für TCH-Daten
44: Steuereingang für Addierer 40
45: Digital-Analog-Wandler
46: Modulator
47: Verstärker
50: Downlinkperiode
51: Timeslot der Downlinkperiode
52: Präambel
53: Broadcast Channel
55: Traffic Channel
56: m überlagerte Codekanäle
60: Random Access Channel
61: Uplinkperiode
62: Timeslot der Uplinkperiode
63: Präambel
64: Traffic Channel, verknüpft mit Präambel 63
65: Präambel
66: Traffic Channel, verknüpft mit Präambel 65
67: Präambel
68: Traffic Channel, verknüpft mit Präambel 67
69: m überlagerte Codekanäle der Uplinkperiode
74: Analoger Empfangszweig der RF-Baugruppe der Teilnehmerstation
75: Analog-Digital-Wandler
76: Splitter
77: Entspreizungseinrichtungen 1 bis n für Präambelempfang
78: Eingang für Spreizungscodes der Entspreizungseinrichtungen 77
79: Kanalschätzeinrichtung für n Kanäle
80: Ausgänge 1 bis n für geschätzte komplexe Kanalimpulsantwort
81: Ausgang für Vergleichsergebnis der Sendezweige der Basisstation
85: Entspreizungseinrichtung für BCH-Empfang
86: Eingang für Spreizungscode der Entspreizungseinrichtung 85
87: Space-Time Decoder
88: Multiplexer
89: Deinterleaver und FEC-Decoder
90: Ausgang für BCH-Daten
93: Baugruppe für TCH-Empfang
94: Entspreizungseinrichtung für TCH-Empfang
95: Eingang für Spreizungscode der Entspreizungseinrichtung 94
96: Symbolentscheider und SIR-Bewerter
97: Ausgang für SIR-Bewertung
98: Deinterleaver und FEC-Decoder
99: Ausgang für TCH-Daten
110: Empfangszweig der Sende-/Empfangsbaugruppen 2 der Basisstation
111: Eingangsverstärker
112: Demodulator
113: Analog-Digital-Wandler
114: Splitter
115: Ausgang für Präambeldaten
116: Ausgang für BCH-Daten
117: Ausgänge 1 bis m für TCH-Daten
118: Steuereingang
122: n Entspreizungseinrichtungen für RACH
123: Eingang für Codesequenz des RACH
128: Einrichtung für Maximum Ratio Combining (Maximum Likelihood Verfahren)
129: Ausgang für RACH-Daten
130: Ausgang für Signal "bester Empfangszweig"
135: Einrichtung für n parallele Delaymessungen
136: Speicher für gemessene Delaywerte
137: Ausgang für ausgewählten Delaywert
142: n Entspreizungseinrichtungen für Präambelempfang
143: Eingang für Präambel-Codesequenz
148: Einrichtung für Selective-Combining
150: Ausgang für Signal "bester Empfangszweig"
155: Einrichtung für n parallele Delaymessungen
156: Speicher für gemessene Delaywerte
157: Ausgang für ausgewählten Delaywert
160: Auswahlschalter
161: Steuereingang für Auswahlschalter 160
162: Entspreizungseinrichtung für TCH-Daten
163: Eingang für TCH-Codesequenz
164: Symbolentscheider
165: Ausgang für SIR-Wert
166: Einrichtung für Deinterleaving und FEC-Dekodierung
167: Ausgang für TCH-Daten

Claims

Übertragungsverfahren für die Anwendung in einem Funkkommunikationssystem, umfassend eine Basisstation (1) mit einer Mehrzahl von n, mindestens aber zwei unabhängigen Sende-/Empfangszweigen, einem Airinterface (3) und eine Vielzahl von Teilnehmerstationen (4), welches Funkkommunikationssystem im Airinterface mit DS CDM/CDMA und einem eingebetteten TDM/TDMA und TDD arbeitet und bei welchem die durch das TDM/TDMA in den Codekanälen gebildeten Slots mit Präambelsymbolen eingeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisstation im Downlink datentypabhängig unterschiedliche Transmit-Diversity-Verfahren für die Übertragung zu den Teilnehmerstationen benutzt, wobei – für Präambelsymbole, welche mit Codesequenzen gespreizt werden, die nicht mit den Codesequenzen für die nachfolgend zu übertragenden Daten übereinstimmen müssen, OTD (Orthogonal Transmit Diversity) zur Anwendung kommt und • in einem ersten Verfahrensschritt die Präambelsymbole über einen Splitter mehreren Spreizungseinrichtungen, deren Anzahl der Anzahl n der Sendezweige entspricht, zugeführt werden, • in einem zweiten Verfahrensschritt die Präambelsymbole mit zueinander orthogonalen Codes gespreizt, und • in einem dritten Verfahrensschritt die derart gespreizten Signale über jeweils einen der Sendezweige abgestrahlt werden, – für in einem BCH (Broadcast Channel) zu übertragende Daten STTD (Space Time Transmit Diversity) zur Anwendung kommt und • in einem ersten Verfahrensschritt die BCH-Daten einer FEC-Codierung und Interleaving unterzogen werden, • in einem zweiten Verfahrensschritt die BCH-Daten einem Demultiplexer zugeführt werden, welcher an mehreren Ausgängen, deren Anzahl der Anzahl n der Sendezweige entspricht, die Signale S1 bis Sn bereitstellt, • in einem dritten Verfahrensschritt die Signale S1 bis Sn in einem STC (Space Time Coder) codiert werden, welcher an n Ausgängen die space-time-codierten Signale T1 bis Tn bereitstellt, • in einem vierten Verfahrensschritt die Signale T1 bis Tn in n Spreizungseinrichtungen mit einer für alle Spreizungseinrichtungen identischen Codesequenz gespreizt werden, und • in einem fünften Verfahrensschritt die derart gespreizten Signale über jeweils einen der Sendezweige abgestrahlt werden, – Trafficdaten für eine Teilnehmerstation • in einem ersten Verfahrensschritt einer FEC-Codierung und Interleaving unterzogen werden, • in einem zweiten Verfahrensschritt mit einer der Codesequenzen gespreizt werden, • in einem dritten Verfahrensschritt die gespreizten Signale von einem Selektor zu jeweils einer der Sendeeinrichtungen durchgeschaltet werden, und • in einem vierten Verfahrensschritt die Signale über den ausgewählten Sendezweig abgestrahlt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisstation die Präambelsymbole in den Sendezweigen mit der Bezugsträgerphase Null sowie mit gleicher Leistung und mit einer Symbolenergie sendet, die größer ist als die Symbolenergie der anderen Datentypen, wobei der Erhöhungsfaktor kleiner ist als die Zahl der verfügbaren Codekanäle im Nutzdatenbereich.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilnehmerstation die Präambelsymbole aller Sendezweige empfängt und ausgehend von den a priori bekannten Eigenschaften gleicher Leistung und Bezugsträgerphase Null – den für die Übertragung im Downlink optimalen Sendezweig der Basisstation bestimmt, wofür als Kriterium die detektierte Leistung der empfangenen Präambelsymbole genutzt wird, und in einem RACH (Random Access Channel) bei Verbindungsaufbau oder im Signalisierungsteil eines zugewiesenen TCH (Traffic Channel) im Verbindungszustand an die Basisstation übermittelt, und – eine komplexe Kanalimpulsantwort für jeden der Sendezweige bestimmt und die ermittelten Werte an den Space-Time-Dekoder zwecks Verwendung bei der Dekodierung der Übertragung des BCH (Broadcast Channel) übergibt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß – die Codesequenz für die Spreizung der BCH-Daten eine Codesequenz aus der Menge der TCH-Codesequenzen ist, und – die BCH-Codesequenz in Timeslots ohne Übertragung von BCH-Daten als Codesequenz für TCH-Daten genutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilnehmerstation – in einem ersten Verfahrensschritt das Empfangssignal in einem Entspreizer mit der BCH-Codesequenz entspreizt, – in einem zweiten Verfahrensschritt das entspreizte Signal in einem Space Time Dekoder dekodiert, wobei in die Dekodierung die aus dem Präambelempfang abgeleiteten komplexen Kanalimpulsantworten der n Downlink-Übertragungswege einbezogen werden, und an den n Ausgängen des Dekoders die Signale S1 bis Sn ausgibt, – in einem dritten Verfahrensschritt die Signale S1 bis Sn in einem Multiplexer in den originalen seriellen Datenstrom wandelt, und – in einem vierten Verfahrensschritt den Datenstrom einem Deinterleaving und FEC-Dekoding unterzieht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilnehmerstation – beim Empfang jedes der ihr zugewiesenen TCH eine Bewertung der Empfangsqualität durchführt, wofür als Kriterium der Signal-Stör-Abstand (SIR, Signal to Interference Ratio) jedes der TCH benutzt wird, und – ausgehend von den ermittelten SIR-Werten eine Rückinformation zur Steuerung der Sendeleistung des/der jeweiligen TCH an die Basisstation sendet.
Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisstation für die Übertragung der Trafficdaten im Downlink – den Sendezweig der RF-Baugruppe wählt, dessen Empfangszweig sich aus dem Receive Diversity beim Empfang von RACH-Daten oder Präambeln der jeweiligen Teilnehmerstation als optimal erweist, sofern eine Rückinformation der Teilnehmerstation über den zu wählenden Sendezweig nicht vorliegt, und andernfalls – den durch die Rückinformation der Teilnehmerstation vorgegebenen Sendezweig wählt, welche Angabe Vorrang vor dem Ergebnis des Receive Diversity besitzt.
Verfahren nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisstation im Downlink auf Grund der Rückinformation der Teilnehmerstation zur Steuerung der Sendeleistung des/der der Teilnehmerstation zugewiesenen TCH die Sendeleistung dieser TCH verändert.
Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisstation im Uplink datentypabhängig unterschiedliche Receive-Diversity-Verfahren benutzt, wobei – beim Empfang des RACH • zur Dekodierung des Inhalts alle Empfangszweige parallel dekodiert und die Symbolentscheidung an Hand der phasenkorrigierten Addition aller Empfangswerte durchgeführt wird (Maximum-Ratio-Combining), und • der für die Übertragung von der jeweiligen Teilnehmerstation optimale Empfangszweig bestimmt wird, wofür als Kriterium die detektierte Leistung in den Empfangszweigen genutzt wird, – beim Empfang von Präambelsymbolen diese in allen Empfangszweigen parallel dekodiert werden und der für die Übertragung von der jeweiligen Teilnehmerstation optimale Empfangszweig bestimmt wird, wofür als Kriterium die detektierte Leistung in den Empfangszweigen genutzt wird, – beim Empfang der TCH • die Dekodierung jeweils in dem Empfangszweig erfolgt, der a priori für die jeweilige Teilnehmerstation durch die Bewertung des Empfangs von RACH oder Präambelsymbolen als der optimale Empfangszweig bestimmt wurde und • in dem besagten Empfangszweig eine Bestimmung der Kanalleistung der Sendung der Teilnehmerstation vornimmt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Uplink in jedem Timeslot jeweils nur eine Teilnehmerstation eine Präambel sendet und die Sendeberechtigung nach einem a priori vorgegebenen Schema in einem Überrahmen jedem Codekanal jedes Timeslots der Uplinkperiode des TDD einmal erteilt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisstation im Downlink, ausgehend von den beim Empfang der TCH ermittelten Kanalleistungswerten, eine Rückinformation zur Steuerung der Sendeleistung des/der TCH an die jeweilige Teilnehmerstation sendet.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisstation – bei Empfang des RACH und der Präambelsymbole parallel in allen Empfangszweigen einen Delaywert bestimmt, der die Ablage des Empfangszeitpunktes der Sendung der Teilnehmerstation vom Optimalwert beinhaltet, – das Ergebnis der Messungen speichert, – nach Bestimmung des für die Übertragung von der jeweiligen Teilnehmerstation optimalen Empfangszweiges den in diesem Zweig ermittelten Delaywert auswählt und – den so bestimmten Delaywert als Rückinformation zur Steuerung des Startzeitpunktes der Sendungen der Teilnehmerstation an die jeweilige Teilnehmerstation sendet.