DE4499436B3 - Verfahren zum zeitlichen Anpassen von Signalen für den Empfang in einem mikrozellularen Codemultiplex-(CDMA)-Kommunikationssystem - Google Patents

Abstract

Ein kohärenter Rückkanal, eine pro-Chip-Ausbreitungsfunktion, orthogonale Ausbreitungsfunktionen und eine Zeitausrichtung aller Verkehrskanäle werden so verwirklicht, daß nach der Erfindung das Hauptsignal eines jeden Kanals innerhalb eines Bruchteils eines Chips von einem anderen ankommt. Damit wird die Orthogonalität zwischen allen Kanälen beibehalten, und nach Demodulation sehen alle Kanäle, außer dem Kanal von Interesse, eine Kreuzkorrelation von im wesentlichen Null bezüglich der verbleibenden Signale vor.

Description

• In Kommunikationssystemen mit Vielfachzugriff durch Codetren nung (CDMA) wird die Kommunikation zwischen einer Basisstation und einer Teilnehmereinheit durch Spreizen jedes gesendeten Signals über das Frequenzband des Kommunikationskanals mit einem einzigartigen Benutzerspreizcode bewirkt. Im Ergebnis sind die gesendeten Signale in demselben Frequenzband des Kommunikationskanals und sind nur durch den einzigartigen Benutzerspreizcode getrennt. Diese einzigartigen Benutzerspreizcodes sind vorzugsweise orthogonal zueinander, so dass die Kreuzkorrelation zwischen den Spreizcodes im wesentlichen Null ist.
• Besondere gesendete Signale können vom Kommunikationskanal wiedergewonnen werden durch Verknüpfen eines Signals, das repräsentativ für die Summe der Signale des Kommunikationskanals ist, mit einem Benutzerspreizcode, der in Beziehung steht zu dem besonderen gesendeten Signal, das vom Kommunikationskanal wiedergewonnen werden soll. Wenn ferner die Benutzerspreizcodes orthogonal zu einander sind, kann das empfangene Signal mit einem besonderen Benutzerspreizcode korreliert werden, so dass nur das gewünschte Benutzersignal, das mit dem besonderen Spreizcode in Beziehung steht, verstärkt wird, während die anderen Signale für alle anderen Benutzer wesentlich abgeschwächt werden.
• Um Orthogonalität unter allen Kanälen zu erhalten, müssen die Kanäle im wesentlichen auf einer pro-Chip-Basis zeitausgerichtet sein. Für Vorwärtskanalübertragung (von der Basisstation zur Teilnehmereinheit) kann diese Zeitausrichtung über einen synchronisierten Prozess der Vereinigung der Verkehrskanäle miteinander in jeder Basisstation leicht erreicht werden. Jedoch ist die Zeitausrichtung der Rückkanäle (von den Teilnehmereinheiten zu einer besonderen Basisstation) nicht so einfach wegen der Zeitzufälligkeit der Übertragungen durch die Teilnehmereinheiten. Versuche wurden gemacht, die Rückkanalsignale in der Basisstation zu synchronisieren, aber solche Versuche benötigen Zusatzschaltkreise in der Basisstation, was wiederum sowohl zu erhöhter Komplexität als auch zu zusätzlichen Kosten für die Basisstation führt.
• Die US-Patentschrift US 5, 164, 958 A offenbart ein Verfahren, um das Überwechseln einer Teilnehmereinheit von einer ersten Mikrozelle, welche eine erste Basisstation enthält, die mit einer ersten Vielzahl von Teilnehmereinheiten kommuniziert, in eine zweite Mikrozelle, die eine zweite Basisstation aufweist, die mit einer zweiten Vielzahl von Teilnehmereinheiten kommuniziert, zu handhaben. In dem dort gezeigten CDMA-System wird ein Zeitanpassungsverfahren durchgeführt, bei dem in jeder Basisstation die Zeitposition eines jeden empfangenen Signals bestimmt wird und von dieser Basisstation jeweils ein Anpassungssignal ausgesendet wird, um innerhalb einer Gruppe von Teilnehmereinheiten eine Zeitanpassung zu erreichen. Wenn die sich bewegende Teilnehmereinheit von einer Mikrozelle in eine andere wechselt, wird die Zeitausrichtung dieser die Mikrozelle wechselnden Teilnehmereinheit so angepasst, dass sie zu der Zeitausrichtung der neuen Gruppe von Teilnehmereinheiten passt.
• Jedoch besteht ein Bedarf für ein einfaches und kosteneffektives Verfahren, das eine Zeitanpassung von Signalen unterschiedlicher Gruppen von Teilnehmern in einem multimikrozellularen System ermöglicht.
• Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach dem Anspruch 1 gelöst.
• 1 zeigt allgemein und in Blockdiagrammform ein Kommunikationssystem nach der Erfindung.
• 2 zeigt allgemein einen Vorwärtskanalrahmen mit einem darin eingefügten Beschleunigungs-/Verlangsamungsbit nach der Erfindung.
• 3 zeigt allgemein und in Blockdiagrammform eine alternative Ausführungsform eines Senders, der nach der Erfindung verwendet werden kann.
• 4 zeigt ein mikrozellulares System.
• Ein kohärenter Rückkanal, eine pro-Chip-Spreizfunktion, orthogonale Spreizfunktionen und eine Zeitausrichtung aller Ver kehrskanäle werden so verwirklicht, dass nach der Erfindung das Hauptsignal eines jeden Kanals innerhalb eines Bruchteils eines Chips von einem anderen ankommt. Damit wird die Orthogonalität zwischen allen Kanälen. beibehalten, und nach Demodulation sehen alle Kanäle außer dem Kanal von Interesse eine Kreuzkorrelation von im wesentlichen Null bezüglich der verbleibenden Signale. vor. Auf diese Weise kann in üblichen CDMA-Kommunikationssystemen mindestens 3 dB zusätzliche Empfindlichkeit erreicht werden, und soviel wie 10 dB in einer Personal-Communication-System-(PCS)-Umgebung, in der Verzögerungsspreizeffekte mit geringerer Wahrscheinlichkeit begegnet werden.
• 1 zeigt allgemein und in Blockdiagrammform ein Kommunikationssystem nach der Erfindung. In der bevorzugten Ausfüh rungsform ist das Kommunikationssystem von 1 das kohärent Kommunikationssystem, das im wesentlichen in der Patentanmeldung US 5329547 A Seriennr. 08/031 258 mit dem Titel "Method and Apparatus for Coherent Communication in a Spread Spectrum Communication System" gezeigt und beschrieben wurde, die am 11: März 1993 eingereicht und von Fuyun Ling erfunden wurde. Zusätzlich wird in 1 ein Vergleicher 169, ein Modulator 170, ein Demodulator 178 und ein Taktgeber 151 gezeigt.
• Der Vergleicher hat als Eingabe ein Taktsignal 149, das von dem Taktgeber 151 ausgegeben wird, und ein Signalstärkenabschätzungssignal 148, das vom Signalstärkenabschätzer 146. ausgegeben wird. In der bevorzugten Ausführungsform nutzt der Signalstärkenabschätzer 146 eine Summierungs- und Quadrierungstechnik, um die Signalstärkenabschätzung durchzuführen, die in der Technik wohlbekannt ist. Während des Betriebs gibt der Demodulator 122 die Ausgangssignale 148 und 149 (wie es u.a. der Demodulator 123 mit seinem korrespondierenden Taktsignal 153 und Signalstärkenabschätzungssignal 155 abgibt), an den Vergleicher 169 ab, bei dem das Signal mit der größten geschätzten Signalstärke bestimmt wird. In der bevorzugten Ausführungsform werden vier Demodulatoren genutzt, um eine einzelne Übertragung von einer Teilnehmereinheit zu empfangen. Jeder Demodulator demoduliert einen verzögerten Strahl der Übertragung der Teilnehmereinheit auf der Basis einer Zuweisung, die durch die Energie des verzögerten Strahls festgelegt wurde. Obwohl nicht getrennt gezeigt, kann jede der vier Demodulatoren zwischen jeder einer Vielzahl von an die Basisstation angeschalteten Antennen umgeschaltet werden. In Fortsetzung wird dann das Taktsignal von dem Demodulator mit der größten, geschätzten Signalstärke genutzt, um im Vergleicher 169 die Ankunftszeit des verzögerten, empfangenen Strahls mit einem Bezugswert zu vergleichen, um so eine Zeitposition für jedes Signal zu bestimmen. Zwei Strahlen mit im wesentlichen derselben Verzögerung werden im Vergleicher 169 vor dem Vergleich mit dem Bezugswert kombiniert. Zusätzlich kann ein Mittelwert der Ankunftszeiten der Vielzahl (vier) von verzögerten Strahlen, die für das Signal repräsentativ sind, gleicherweise für den Vergleich mit dem Bezugswert im Vergleicher 169 benutzt werden.
• In der bevorzugten Ausführungsform kann der Bezugswert eine (absolute) erwartete Ankunftszeit für das Signal (d.h., eine Übertragung einer einzelnen Teilnehmereinheit) oder ein Wert bezogen auf die Ankunftszeit von Signalen mit Bezug auf einander (d.h., der Übertragungen einer Gruppe von Teilnehmereinheiten) sein. Zum Beispiel kann ein Wert bezogen auf die Ankunftszeit von Signalen mit Bezug auf einander der Mittelwert der Ankunftszeiten aller Signale (und/oder ihrer verzögerten Strahlen), die letzte Ankunftszeit aller Signale, u.s.w. sein. Wie jemand mit normalen Fähigkeiten in der Technik einschätzen wird, gibt es viele Kennwerte/Kombinationen der Signale/Strahlen, um den Bezugswert zu bestimmen.
• Nachdem die Zeitposition des Signals bestimmt ist, erzeugt der Vergleicher 169 ein Ausrichtungssignal 171, das zu einer Teilnehmereinheit übertragen wird, so dass eine Teilnehmereinheit das Ausrichtungssignal empfängt, einen Taktgeber aufgrund des Ausrichtungssignals einstellt, und Informationen an eine Basisstation unter Benutzung des eingestellten Taktgebers überträgt. Auf diese Weise wird die Technik nach der Erfindung genutzt, um die Übertragungen einer Teilnehmereinheit aus Sicht der Basisstation zu beschleunigen/verlangsamen.
• In der bevorzugten Ausführungsform ist der Betrieb des Modulators 170 im wesentlichen gleichwertig dem Betrieb des Modulators 117. Das Ausrichtungssignal 171 wird in den Modulator 170 eingegeben, wie auch Signal 172 (im wesentlichen gleichwertig zu Signal 114). Der Modulator 170 überträgt dann u.a. das Ausrichtungssignal 171 an die korrespondierende Teilnehmereinheit (und andere Ausrichtungssignale an andere korrespondierende Teilneh mereinheiten), so dass alle nachfolgenden, durch die Vielzahl von Teilnehmereinheiten übertragenen Signale durch die Basisstation im wesentlichen in Zeitausrichtung empfangen werden.
• In der bevorzugten Ausführungsform kann das Ausrichtungssignal 171 auf verschiedene Weise erzeugt werden. Als erstes kann es als Nachricht erzeugt werden. In IS 95, veröffentlicht durch die Telecommunication Industry Association, 2001 Pennsyl vania Avenue NW, Washington, D.C., gibt es eine Bestimmung mit dem Titel "Ordered Messages", die einem Gerätehersteller erlaubt, Kundennachrichten zu kreieren. Für das Ausrichtungssignal 171 nach der Erfindung, kann die Nachricht wie die in untenstehender Tabelle 1 aussehen: Tabelle 1

  

  wobei nnnnnnn ein Zeitwertfeld mit dem Wert der Zeitänderung (in Nanosekunden) und s ein Vorzeichenänderungsfeld mit dem Vorzeichen der Änderung (beschleunigen/verlangsamen) ist. Die Nachricht würde auf dem Vorwärtsverkehrskanal mit einem Auftragscode (zum Beispiel) von "011111" und dem Titel "Zeitausrichtungsauftrag" übertragen werden.
• Eine zweite Ausführungsform würde ein in den Vorwärtskanalrahmen eingefügtes Beschleunigungs-/Verlangsamungsbit beinhalten, wie in 2 gezeigt. Der Rahmen würde eine modifizierte Version des in dem IS-95-Standard definierten Vorwärtskanalrahmens sein. Wenn der Nachrichtenmode (MM) in Bitposition 1 eine "0" ist, dann würde eine Teilnehmereinheit wissen, dass eine Beschleunigung/Verlangsamung erforderlich ist. Ein Beschleunigungs-/Verlangsamungsbit (AR) in Bitposition 2 würde bezeichnen, welche Aktion durchzuführen ist; wenn AR = "1" ist, dann ist die Zeiteinteilung zu beschleunigen, und wenn AR = "0" ist, dann ist die Zeiteinteilung zu verlangsamen. Üblicherweise ist die Zeiteinteilungsänderung ein kleiner Bruchteil eines Chips (z.B., weniger als 1/10-tel der Dauer des Chip).
• Für jede Teilnehmereinheit innerhalb des Kommunikationssystems gibt es einen einzigartigen, ihr zugeordneten Spreizcode. Wenn eine Basisstation ein Zeitausrichtungssignal 171 an jede einzelne Teilnehmereinheit überträgt, dann wird jede Teilnehmereinheit seine Übertragung beschleunigen/verlangsamen, so dass alle nachfolgenden Übertragungen zeitausgerichtet sein werden, wenn sie durch die Basisstation empfangen und demoduliert werden.
• 3 zeigt allgemein und in Blockdiagrammform eine alternative Ausführungsform eines Übertragers, der nach der Erfindung verwendet werden kann. In dieser Ausführungsform enthält der Sendeabschnitt 116 einen in der Technik wohlbekannten QPSK-Modulator, der an einen linearen Leistungsverstärker (LPA) 318 gekoppelt ist. Der Sendeabschnitt 116 von 3 kann auch als Π/4-QSPK-Modulator verwirklicht werden, wenn der Schaltkreis 306 die Phase für jeden Chip um den Winkel Π/4 in Bogenmaß dreht. Ein in der Technik Geübter würde auch erkennen, dass der Sendeabschnitt 116 leicht angepasst werden kann, um Offset-QSPK-Modulation zu verwirklichen.
• Wie jedem in der Technik normal Befähigten bekannt, verwenden CDMA-Kommunikationssysteme weiche Weiterreichung. In einer weichen Weiterreichungssituation empfängt eine Teilnehmereinheit (synchronisierte) Übertragungen von mehr als einer Basisstation. Eine Teilnehmereinheit, die das nach der Erfindung ausgesendete Zeitausrichtungssignal empfängt, würde in einer bevorzugten Ausführungsform mehrfache Übertragungen empfangen, aber nur den innerhalb einer der Übertragungen enthaltenen Beschleunigungs/Verlangsamungsauftrag befolgen (z.B., den der Übertragung mit der aus Sicht der Teilnehmereinheit größten Leistung). In einer alternativen Ausführungsform könnte eine Teilnehmereinheit durch eine Basisstation beauftragt werden, den Zeitausrichtungsaufträgen einer besonderen der empfangenen Basisstationen zu folgen.
• Zeitausrichtung nach der Erfindung ist anwendbar auf ein übliches mikrozellulares System, wie in 4 gezeigt, in dem ei ne Steuerung 400 die Basisstationen 409 bzw. 412 in den Mikrozellen 403 bzw. 406 mit einander koppelt. Ebenso wird in 4 eine Zelle 415 eines zellularen Systems mit einer Basisstation 418 gezeigt, die in gleicher Weise mit der Steuerung 400 gekoppelt ist (die Koppelverbindung wird nicht gezeigt). In üblichen mikrozellularen Systemen sind die Zellen 403, 406 wesentlich kleiner als die Zelle 415 eines traditionellen, zellularen Systems, wie aus 4 erkannt werden kann.
• Folglich ist Zeitbeschleunigungs-/verlangsamung gewöhnlich ohne Bedeutung in mikrozellularen Systemen, da die Übertragungen einzelner Teilnehmereinheiten wegen der geringen Größe der Zelle innerhalb einer Mikrozelle 403 oder 406 im wesentlichen zeitausgerichtet ankommen. Jedoch führen benachbarte Mikrozellen 403, 406 immer noch zu Interferenz untereinander, was auch in benachbarten Zellen von zellularen Systemen geschieht. Folglich kann der Wert, der sich auf die Ankunftszeit der Signale relativ zu einander bezieht, benutzt werden, um eine ganze Gruppe von Teilnehmereinheitenübertragungen (innerhalb einer bestimmten Mikrozelle) um eine gemeinsame Zeit auszurichten, so dass das Orthogonalitätsprinzip vorteilhafterweise zwischen benachbarten Mikrozellen benutzt werden kann. Wenn z.B. orthogonale Spreizcodes zwischen Mikrozellen verwirklicht werden (als im Vergleich zu orthogonalen, zwischen Teilnehmereinheiten verwirklichten Spreizcodes), wird eine Einstellung, um eine ganze Gruppe von Teilnehmereinheitenübertragungen (innerhalb einer besonderen Mikrozelle) mit einer ganzen Gruppe von Teilnehmereinheitenübertragungen (innerhalb einer benachbarten Mikrozelle) im wesentlichen zeitauszurichten, die Orthogonalitätsvorteile zwischen Mikrozellen vorsehen, wie sie zwischen Teilnehmereinheiten in der obigen bevorzugten Ausführungsform gesehen werden. In dieser alternativen Ausführungsform würde der Vergleicher 169 für jeden Empfänger, der eine Übertragung einer einzelnen Teilnehmereinheit demoduliert, einen (nicht gezeigten) Ausgang haben, der in die Steuerung 400 eingegeben würde. Die Steuerung 400 würde ein "Gruppen"-Zeitausrichtungssignal festlegen, und die Basisstationen 409, 412 beauftragen, dass sich jede Teilnehmereinheit in der Gruppe entsprechend ausrichtet. Durch Ausrichten einer ganzen Gruppe innerhalb einer Mikrozelle 403, 406 kann das Orthogonalitätsprinzip vorteilhafterweise zwischen be nachbarten Mikrozellen genutzt werden, so dass jede Kreuzkorrelation zwischen Mikrozellen im wesentlichen Null ist. Ein Beispiel u.a. einer Anwendung von Gruppenzeitbeschleunigung/verlangsamung würde sein, eine Gruppe von Teilnehmern in einer schwach ausgelasteten Mikrozelle zum Vorteil einer stark ausgelasteten Mikrozelle in der Zeitausrichtung zu beschleunigen/verlangsamen.

Claims (3)

1. Verfahren zum zeitlichen Anpassen von Signalen für den Empfang in einem mikrozellularen Codemultiplex-(CDMA)-Kommunikationssystem, gekennzeichnet durch die Schritte: Empfangen von Signalen durch eine erste und eine zweite Basisstation (409, 412) innerhalb entsprechender erster und zweiter Mikrozellen (403, 406), welche von einer entsprechenden ersten und zweiten Gruppe von Teilnehmereinheiten gesendet wurden, Bestimmen einer zeitlichen Position der Signale innerhalb der empfangenen Gruppe in Bezug zueinander in Abhängigkeit von Leistungsabschätzungen der Signale bei jeder Gruppe von Signalen, Vergleichen der zeitlichen Position bei jeder Gruppe und, basierend auf dem Vergleichsschritt, Übertragen eines Anpassungssignals von der ersten Basisstation (409) an die entsprechende erste Gruppe von Teilnehmereinheiten, so dass nachfolgende Signale, die durch die erste Gruppe von Teilnehmereinheiten gesendet werden, durch die erste Basisstation (409) innerhalb der ersten Mikrozelle (403) innerhalb eines Bruchteils eines Chips zeitlich angepasst an Signale, die durch die zweite Basisstation (412) innerhalb der zweiten Mikrozelle (406) empfangen werden, empfangen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste und zweite Mikrozelle nebeneinander angeordnet sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Vergleichsschritt weiterhin den Schritt des Vergleichens der Zeitposition jeder Gruppe mit einem Referenzwert umfasst.