DE60014935T2

DE60014935T2 - Übertragung in einem cdma-kommunikationssystem unter verwendung eines antennen-arrays

Info

Publication number: DE60014935T2
Application number: DE60014935T
Authority: DE
Inventors: David Mesecher
Original assignee: InterDigital Technology Corp
Current assignee: InterDigital Technology Corp
Priority date: 1999-09-10
Filing date: 2000-08-17
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2020-08-18
Also published as: EP1210777B1; HK1045611B; IL148412A0; NO20021148D0; CN1881832A; DE1210775T1; CN1897482B; US9219522B2; ES2225197T3; CA2498521A1; DE60043903D1; ATE459138T1; HK1045613B; NO20021177D0; EP2230772A3; KR20020035133A; US20070091985A1; CN1897482A; EP2230772A2; IL148412A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Signalübertragung und -empfang bei einem Funk-CDMA-Übertragungssystem (CDMA = engl. code division multiple access, Codeteilung mit Mehrfachzugriff). Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Übertragungssystem und -Verfahren unter Verwendung einer Antennenanordnung zur Verbesserung des Signalempfangs bei einem Funk-CDMA-Übertragungssystem.
Beschreibung des Standes der Technik
Ein CDMA-Übertragungssystem aus dem Stand der Technik ist in 1 gezeigt. Das Übertragungssystem verfügt über eine Vielzahl von Basisstationen 20–32. Jede Basisstation 20 kommuniziert über Spreizspektrum-CDMA mit Endgeräten (EG) 34–38 innerhalb ihres Betriebsbereichs. Übertragungen von der Basisstation 20 an jedes Endgerät 34–38 werden dabei als Downlink-Übertragungen und Übertragungen von jedem Endgerät 34–38 an die Basisstation als Uplink-Übertragungen bezeichnet.
In 2 ist ein vereinfachter CDMA-Sender und -Empfänger dargestellt. Ein Datensignal mit einer gegebenen Bandbreite wird durch einen Mischer 40 mit einer pseudozufälligen Chipcodesequenz gemischt, wodurch ein digitales Spreizspektrumsignal zur Übertragung durch eine Antenne 42 entsteht. Bei Empfang des Signals an einer Antenne 44 werden die Daten nach der Korrelation an einem Mischer 46 mit der selben pseudozufälligen Chipcodesequenz, wie sie zur Übertragung der Daten verwendet wurde, reproduziert. Durch Verwendung unterschiedlicher peudozufälliger Chipcodesequenzen nutzen viele Datensignale die selbe Kanalbandbreite. Insbesondere überträgt dabei eine Basisstation 20 Signale an mehrere Endgeräte 34–38 über die selbe Bandbreite.
Zur Zeitsteuerung der Synchronisation mit einem Empfänger wird ein unmoduliertes Pilotsignal verwendet. Das Pilotsignal ermöglicht jeweiligen Empfängern, sich mit einem gegebenen Sender zu synchronisieren, was ein Entspreizen eines Datensignals am Empfänger ermöglicht. Bei einem typischen CDMA-System sendet jede Basisstation 20 ein eindeutiges Pilotsignal aus, das von allen Endgeräten 34–38 innerhalb der Übertragungsreichweite zur Synchronisation von Übertragungen auf der Abwärtsstrecke empfangen wird. Umgekehrt sendet bei einigen CDMA-Systemen, zum Beispiel bei der B-CDMA^TM-Luftschnittstelle, jedes Endgerät 34–38 ein eindeutiges zugeordnetes Pilotsignal zur Synchronisation von Übertragungen auf der Aufwärtsstrecke.
Sind ein Endgerät 34–36 oder eine Basisstation 20–32 gerade am Empfangen eines spezifischen Signals, dann fallen alle anderen Signale innerhalb der selben Bandbreite bezüglich des spezifischen Signals störungsartig aus. Ein Erhöhen des Leistungspegels des einen Signals führt zu einer Verschlechterung aller anderen Signale innerhalb der selben Bandbreite. Wird jedoch der Leistungspegel zu sehr verringert, dann ergibt sich eine unerwünschte Empfangssignalgüte. Ein zur Messung der Empfangssignalgüte herangezogener Indikator ist der Störabstand (engl. signal to noise ratio, SNR). Am Empfänger wird die Größe des gewünschten Empfangssignals mit der Größe der empfangenen Störung verglichen. Die Daten innerhalb eines gesendeten Signals mit großem SNR lassen sich ohne weiteres am Empfänger wiedergewinnen. Ein geringer Störabstand führt jedoch zu Datenverlust.
Um einen gewünschten Störabstand auf minimalem Übertragungsleistungspegel beizubehalten, wird bei den meisten CDMA-Systemen eine Form der sogenannten Adaptive Power Control (APC) eingesetzt. Durch Minimierung der Übertragungsleistung verringert sich die Störung zwischen Signalen innerhalb der selben Bandbreite. Entsprechend erhöht sich die maximale Anzahl der mit dem gewünschten Störabstand innerhalb der selben Bandbreite empfangenen Signale.
Obwohl sich durch Adaptive Power Control die Interferenz zwischen Signalen innerhalb der selben Bandbreite verringern lässt, ist immer noch Interferenz vorhanden, was die Systemkapazität einschränkt. Eine Technik zur Erhöhung der Anzahl von Signalen unter Verwendung des selben Radiofrequenz- (RF) Spektrums basiert auf dem Einsatz von Sektorierung. Bei der Sektorierung verwendet eine Basisstation Richtantennen zur Unterteilung des Betriebsbereichs der Basisstation in eine Anzahl von Sektoren. Als Ergebnis verringert sich die Interferenz zwischen Signalen in unterschiedlichen Sektoren. Es kommt jedoch zu Interferenz zwischen Signalen innerhalb der selben Bandbreite innerhalb des selben Sektors. Außerdem weisen sektorisierte Basisstationen üblicherweise aneinandergrenzenden Sektoren unterschiedliche Frequenzen zu, wodurch sich die spektrale Effizienz für eine gegebene Frequenzbandbreite verringert.
In der U.S. Patentschrift Nr. 5,652,764 ist ein Sender-Array-System offenbart. Jede Antenne der Array sendet ein gespreiztes Datensignal. Jedes Datensignal wird mit einem unterschiedlichen orthogonalen Code gespreizt. Ein Empfänger empfängt die gesendeten gespreizten Datensignale. Die Empfangssignale werden unter Verwendung der orthogonalen Codes entweder durch Match-Filter oder Korrelatoren entppreizt. Die entspreizten Datensignale werden entweder kombiniert, oder ein entppreiztes Signal wird als die Empfangsdaten ausgewählt.
In der EPO 881 781 A2 ist ein Sendediversitätsschema offenbart. Ein Informationssignal wird von einer Vielzahl von Antennen unter Verwendung eines unterschiedlichen Spreizcodes für jede Antenne gesendet.
In der U.S. Patentschrift Nr. 5,812,542 ist ein System für den sogenannten Soft Handoff, also das gleitende Weiterreichen, für ein CDMA-System offenbart. Dabei sendet eine jede einer Vielzahl von Basisstationen ein Pilotsignal und das selbe Datensignal. Die Mobilstation empfängt die Pilotsignale und entspreizt die selben Datensignale unter Verwendung von Gewichtungsinformation, die aus den Pilotsignalen erhalten wurde. Die entspreizten selben Datensignale werden als ausgegebenes Datensignal kombiniert.
Dementsprechend besteht ein Bedarf an einem System, mit dem sich die Signalgüte von Empfangssignalen weiter verbessern lässt, ohne dabei die Sender-Leistungspegel zu erhöhen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung ermöglicht Senden und Empfangen eines Datensignals unter Verwendung einer Vielzahl von Sendeantennen. Jede Antenne sendet ein unterschiedliches Pilotsignal mit einer pseudozufälligen Chipcodesequenz. Ein Empfänger filtert jedes gesendete Pilotsignal unter Verwendung des Chipcodes dieses Pilotsignals. Die gefilterten Pilotsignale werden gewichtet und kombiniert. Das Gewicht eines jeden Pilotsignals wird teilweise adaptiv auf einer Signalgüte des kombinierten Signals eingestellt. Ein Datensignal wird derart übertragen, dass die unterschiedlichen Spreizspektrumversionen des Datensignals von jeder Sendeantenne übertragen werden. Jede Version hat dabei einen unterschiedlichen Chipcode-Identifikator. Bei Empfang wird jede Version mit ihrem zugehörigen Chipcode gefiltert. Die gefilterten Versionen werden gemäss den eingestellten Gewichten gewichtet, die dem Pilotsignal der entsprechenden Antenne zugeordnet sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 ein Funk-Spreizspektrum-CDMA-Übertragungssystem aus dem Stand der Technik;
2 einen Spreizspektrum-CDMA-Sender und -Empfänger aus dem Stand der Technik;
3 den Sender der Erfindung;
4 den Sender der Erfindung beim Senden mehrerer Datensignale;
5 die erfindungsgemäße Pilotsignalempfangsschaltung;
6 die erfindungsgemäße Datensignalempfangsschaltung;
7 eine Ausführungsform der Pilotsignalempfangsschaltung;
8 eine Least-Mean-Squares- (LMS)-Gewichtungsschaltung;
9 die Datensignalempfangsschaltung bei Verwendung mit der Pilotsignalempfangsschaltung von 7;
10 eine Ausführungsform der Pilotsignalempfangsschaltung, bei der der Ausgang eines jeden RAKE gewichtet wird;
11 die Datensignalempfangsschaltung bei Verwendung mit der Pilotsignalempfangsschaltung von 10;
12 eine Ausführungsform der Pilotsignalempfangsschaltung, bei der die Antennen der Senderanordnung dicht beabstandet sind;
13 die Datensignalempfangsschaltung bei Verwendung mit der Pilotsignalempfangsschaltung von 12;
14 eine Darstellung der Strahllenkung (engl. beam steering) in einem CDMA-Übertragungssystem;
15 einen Strahllenkungssender;
16 einen Strahllenkungssender, der mehrere Datensignale sendet;
17 die mit dem Sender von 14 verwendete Datenempfangsschaltung;
18 eine Pilotsignalempfangsschaltung, die verwendet wird, wenn Uplink- und Downlink-Signale die selbe Frequenz nutzen;
19 eine mit der Pilotsignalempfangsschaltung von 18 verwendete Sendeschaltung
20 eine mit der Pilotsignalempfangsschaltung von 18 verwendete Datensignalempfangsschaltung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es folgt eine Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung, in denen durchwegs gleiche Bezugsziffern gleiche Elemente bezeichnen. 3 zeigt einen Sender der Erfindung. Der Sender hat eine Antennenanordnung 48–52, vorzugsweise 3 oder 4 Antennen. Zur Verwendung für die Unterscheidung einer jeden Antenne 48–57 ist jeder Antenne 56–60 ein anderes Signal zugeordnet. Das bevorzugte Signal zur Zuordnung an jede Antenne ist ein Pilotsignal wie in 3 gezeigt. Jedes gespreizte Pilotsignal wird von einem Pilotsignalgenerator 56–60 unter Verwendung einer unterschiedlichen pseudozufälligen Chipcodesequenz erzeugt und durch Kombinatoren 62–66 mit dem jeweiligen gespreizten Datensignal kombiniert. Jedes gespreizte Datensignal wird unter Verwendung eines Datensignalgenerators 54 erzeugt, indem an Mischern 378–382 das erzeugte Datensignal mit einer unterschiedlichen pseudozufälligen Chipcodesequenz pro Antenne 48–52, nämlich D₁-D_N, gemischt wird. Die kombinierten Signale werden auf eine gewünschte Trägerfrequenz moduliert und durch die Antennen 48–52 der Anordnung abgestrahlt.
Durch Verwendung einer Antennenanordnung nutzt der Sender die räumliche Diversität. Bei ausreichend großer Beabstandung erfahren die von jeder Antenne 48–52 abgestrahlten Signale bei ihrem Verlauf an einen gegebenen Empfänger eine unterschiedliche Mehrwegeverzerrung. Da jedes von einer Antenne 48–52 gesendete Signal mehrere Wege an einen gegebenen Empfänger nimmt, hat dann jedes Empfangssignal viele Mehrwegekomponenten. Diese Komponenten erzeugen einen virtuellen Übertragungskanal zwischen jeder Antenne 48–52 des Senders und des Empfängers. Effektiv werden nämlich beim allmählichen Schwinden von Signalen, die von der einen Antenne 48–52 über einen virtuellen Kanal an einen gegebenen Empfänger gesendete werden, Signale von den anderen Antennen 48–52 dazu benutzt, einen hohen Empfangs-SNR aufrechtzuerhalten. Diese Wirkung wird durch die adaptive Kombination der gesendeten Signale am Empfänger erzielt.
4 zeigt den Sender bei Verwendung in einer Basisstation 20 zum Senden mehrerer Datensignale. Jedes gespreizte Datensignal wird durch Mischen eines entsprechenden Datensignals von Generatoren 74–78 mit unterschiedlichen pseudozufälligen Chipcodesequenzen D₁₁-D_NM, an Mischern 360–376 erzeugt. Entsprechend wird jedes Datensignal unter Verwendung einer anderen Chipcodesequenz pro Antenne 48–52 gespreizt, was insgesamt N × M Codesequenzen ergibt. Dabei ist N die Anzahl von Antennen und M die Anzahl von Datensignalen. Anschließend wird jedes gespreizte Datensignal mit dem zur Antenne 48–52 gehörigen gespreizten Pilotsignal kombiniert. Die kombinierten Signale werden moduliert und von den Antennen 48–52 der Anordnung abgestrahlt.
Die Pilotsignalempfangsschaltung ist in 5 dargestellt. Jedes der gesendeten Pilotsignale wird von der Antenne 80 empfangen. Für jedes Pilotsignal wird eine Entspreizvorrichtung, beispielsweise ein RAKE 82–86 (wie in 5 gezeigt) oder ein Vektorkorrelator, zur Entspreizung jedes Pilotsignals unter Verwendung einer Replik der pseudozufälligen Chipcodesequenz des entsprechenden Pilotsignals verwendet. Die Entspreizvorrichtung kompensiert auch Mehrwegeübertragung im Übertragungskanal. Jedes der wiedergewonnenen Pilotsignale wird durch eine Gewichtungsvorrichtung 88-92 gewichtet. Gewicht bezieht sich dabei sowohl auf die Größe als auch auf die Phase des Signals. Obwohl die Gewichtung als mit einem RAKE gekoppelt dargestellt ist, gewichtet die Gewichtungsvorrichtung vorzugsweise auch jeden Finger des BAKE.
Nach der Gewichtung werden alle der gewichteten wiedergewonnenen Pilotsignale in einem Kombinator 94 kombiniert. Unter Verwendung eines Fehlersignalgenerators 98 wird eine von der gewichteten Kombination bereitgestellte Schätzung des Pilotsignals zur Erzeugung eines Fehlersignals verwendet. Auf der Grundlage des Fehlersignals werden die Gewichte einer jeden Gewichtungsvorrichtung 88–92 zur Minimierung des Fehlersignals unter Verwendung eines adaptiven Algorithmus, beispielsweise eines Least-Mean-Squares- (LMS)- oder eines Recursive-Least-Squares- (RLS)-Algorithmus, eingestellt. Als Ergebnis maximiert sich die Signalgüte des kombinierten Signals.
6 zeigt eine Datensignalempfangsschaltung, bei der die von der Pilotsignal-Wiedergewinnungsschaltung bestimmten Gewichte verwendet werden. Das gesendete Datensignal wird von der Antenne 80 wiedergewonnen. Für jede Antenne 48–52 der Sendeanordnung werden die Gewichte von einer entsprechenden Entspreizvorrichtung, die als RAKE 82–86 gezeigt ist, zum Filtern des Datensignals unter Verwendung einer Replik des für die entsprechende Sendeantenne verwendeten Spreizcodes des Datensignals verwendet. Unter Verwendung der bestimmten Gewichte für das Pilotsignal einer jeden Antenne gewichtet jede Gewichtungsvorrichtung 106–110 das entspreizte Signal des BAKE mit dem zum entsprechenden Pilotsignal zugehörigen Gewicht. Zum Beispiel entspricht die Gewichtungsvorrichtung 88 der Sendeantenne 48 für das Pilotsignal 1. Das vom Pilot-RAKE 82 für Pilotsignal 1 bestimmte Gewicht wird auch an die Gewichtungsvorrichtung 106 von 6 angelegt. Außerdem werden, wenn die Gewichte der Finger des RAKE für den RAKE 82–88 des entsprechenden Pilotsignals eingestellt wurden, die selben Gewichte an die Finger des RAKE 100–104 des Datensignals angelegt. Nach der Gewichtung werden die gewichteten Signale vom Kombinator 112 kombiniert, um das ursprüngliche Datensignal wiederzugewinnen.
Durch Verwendung der selben Gewichte für das Datensignal, wie sie auch bei dem Pilotsignal einer jeden Antenne verwendet wurden, kompensiert jeder RAKE 82–86 die Kanalverzerrung, die die Signale einer jeden Antenne erfahren. Als Ergebnis optimiert die Datensignalempfangsschaltung den Empfang von Datensignalen über jeden virtuellen Kanal. Durch optimale Kombination des optimierten Signals eines jeden virtuellen Kanals wird die Signalgüte des empfangenen Datensignals erhöht.
7 zeigt eine Ausführungsform der Pilotsignal-Wiedergewinnungsschaltung. Jedes der gesendeten Pilotsignale wird von der Antenne 80 des Empfängers wiedergewonnen. Zur Entspreizung jedes der Pilotsignale verwendet jeder BAKE 82–86 eine Replik der pseudozufälligen Chipcodesequenz P₁-P_N des entsprechenden Pilotsignals. Verzögerte Versionen eines jeden Pilotsignals werden von Verzögerungsvorrichtungen 114–124 erzeugt. Jede verzögerte Version wird von einem Mischer 126–142 mit dem Empfangssignal gemischt. Die Mischsignale verlaufen durch so genannte Sum-and-Dump-Schaltungen 424–440 und werden unter Verwendung von Mischern 144–160 um einen von der Gewichteinstellungsvorrichtung 170 bestimmten Betrag gewichtet. Die gewichteten Mehrwegekomponenten für jedes Pilotsignal werden von einem Kombinator 162–164 kombiniert. Der kombinierte Ausgang eines jeden Pilotsignals wird von einem Kombinator 94 kombiniert. Da ein Pilotsignal keine Daten enthält, sollte das kombinierte Pilotsignal einen Wert von 1+j0 haben. Das kombinierte Pilotsignal wird an einem Subtrahierer 168 mit dem Idealwert, 1+j0, verglichen. Auf Grundlage der Abweichung des kombinierten Pilotsignals vom Idealwert werden die Gewichte der Gewichtungsvorrichtungen 144–160 unter Verwendung eines adaptiven Algorithmus von der Gewichtungseinstellungsvorrichtung 170 eingestellt.
Ein LMS-Algorithmus, wie er zur Erzeugung eines Gewichts verwendet wird, ist in 8 gezeigt. Der Ausgang des Subtrahierers 168 wird unter Verwendung eines Mischers 172 mit der entsprechenden entspreizten verzögerten Version des Pilotsignals multipliziert. Das multiplizierte Ergebnis wird von einem Verstärker 174 verstärkt und von einem Integrator 176 integriert. Das integrierte Ergebnis wird zur Gewichtung, W_IM, des RAKE-Fingers verwendet.
Die bei der Ausführungsform von 7 verwendete Datenempfangsschaltung ist in 9 für einen Basisstationsempfänger dargestellt. Das empfangene Signal wird an einen Satz von RAKEs 100–104 gesendet, welche jeweils jeder Antenne 48–52 der Anordnung zugeordnet sind. Jeder BAKE 100–104 erzeugt unter Verwendung von Verzögerungsvorrichtungen 178–188 verzögerte Versionen des Empfangssignals. Die verzögerten Versionen werden unter Verwendung von Mischern 190–206 auf der Grundlage der für das Pilotsignal der entsprechenden Antenne bestimmten Gewichte gewichtet. Die gewichteten Datensignale für einen gegebenen RAKE 100–104 werden von einem Kombinator 208–212 kombiniert. Ein Kombinator 208–212 ist jeder der N Sendeantennen 48–52 zugeordnet. Jedes kombinierte Signal wird M Mal entspreizt, indem das kombinierte Signal an einem Mischer 214–230 mit einer Replik der zur Erzeugung der M gespreizten Datensignale am Sender verwendeten Spreizcodes, D₁₁-D_NM, gemischt wird. Jedes entspreizte Datensignal verläuft durch eine Sum-and-Dump-Schaltung 232–248. Für jedes Datensignal werden die Ergebnisse der entsprechenden Sum-and-Dump-Schaltungen von einem Kombinator 250–254 zur Wiedergewinnung eines jeden Datensignals kombiniert.
Eine weitere Pilotsignalempfangsschaltung ist in 10 gezeigt. Die Entspreizschaltungen 82–86 dieser Empfangsschaltung sind die selben wie in 7. Der Ausgang eines jeden RAKE 82–86 wird unter Verwendung eines Mischers 256–260 vor der Kombination der entspreizten Pilotsignale gewichtet. Nach der Kombination wird das kombinierte Pilotsignal mit dem Idealwert verglichen und das Vergleichsergebnis wird zur Einstellung des Gewichts eines jeden RAKE-Ausgangs unter Verwendung eines adaptiven Algorithmus benutzt. Zur Einstellung der Gewichte innerhalb eines jeden BAKE 82–86 wird der Ausgang eines jeden RAKE 82–86 unter Verwendung eines Subtrahierers 262–266 mit dem Idealwert verglichen. Auf der Grundlage des Vergleichsergebnisses wird das Gewicht einer jeden Gewichtungsvorrichtung 144–160 von den Gewichtseinstellungsvorrichtungen 268–272 bestimmt.
Die bei der Ausführungsform von 10 verwendete Datensignalempfangsschaltung ist in 11 gezeigt. Diese Schaltung ist ähnlich der Datensignalempfangsschaltung von 9 unter Zugabe von Mischern 274–290 zur Gewichtung des Ausgangs einer jeden Sum-and-Dump-Schaltung 232–248. Der Ausgang einer jeden Sum-and-Dump-Schaltung 232–248 wird um den selben Betrag gewichtet wie der RAKE 82–86 des entsprechenden Pilotsignals gewichtet wurde. Alternativ kann der Ausgang des Kombinators 208–212 eines jeden BAKE, anstelle der Gewichtung nach dem Mischen, auch vor dem Mischen durch die Mischer 214–230 um den Betrag des RAKE 82–86 des entsprechenden Pilotsignals gewichtet werden.
Ist die Beabstandung der Antennen 48–52 in der Sendeanordnung gering, dann sind die Signale einer jeden Antenne einer ähnlichen Mehrwegeumgebung ausgesetzt. In derartigen Fällen kann die Pilotsignalempfangsschaltung von 12 verwendet werden. Die Gewichte für ein ausgewähltes der Pilotsignale werden auf die selbe An und Weise wie in 10 bestimmt. Da jedoch jedes Pilotsignal den selben virtuellen Kanal durchläuft, werden zur Vereinfachung der Schaltung die selben Gewichte auch zum Entspreizen der anderen Pilotsignale verwendet. Verzögerungsvorrichtungen 292–294 erzeugen verzögerte Versionen des Empfangssignals. Jede verzögerte Version wird von einem Mischer 296–300 um das selbe Gewicht gewichtet, um das die entsprechende verzögerte Version des ausgewählten Pilotsignals gewichtet wurde. Die Ausgänge der Gewichtungsvorrichtungen werden von einem Kombinator 302 kombiniert. Das kombinierte Signal wird von den Mischern 304–306 unter Verwendung von Repliken der pseudozufälligen Chipcodesequenzen, P₂-P_n, der Pilotsignale entspreizt. Der Ausgang des Mischers 304-306 eines jeden Pilotsignals wird durch eine Sum-and-Dump-Schaltung 308–310 geleitet. Auf die selbe Art und Weise wie in 10 wird jedes entspreizte Pilotsignal gewichtet und kombiniert.
Die bei der Ausführungsform von 12 verwendete Datensignal-Wiedergewinnungsschaltung ist auch in 13 gezeigt. Verzögerungsvorrichtungen 178–180 erzeugen verzögerte Versionen des Empfangssignals. Jede verzögerte Version wird unter Verwendung eines Mischers 190–194 um das selbe Gewicht gewichtet, wie es von den Pilotsignalen in 12 verwendet wurde. Die Ausgänge der Mischer werden von einem Kombinator 208 kombiniert. Der Ausgang des Kombinators 208 wird jedem Datensignalentspreizer von 13 eingegeben.
Die Erfindung stellt ebenfalls eine Technik zur adaptiven Strahllenkung zur Verfügung, wie sie in 14 dargestellt ist. Jedes von der Antennenanordnung gesendete Signal erzeugt konstruktive und destruktive Interferenz in einem Muster basierend auf den von jeder Antenne 48–52 der Antennenanordnung bereitgestellten Gewichten. Als Ergebnis wird durch Auswählen der geeigneten Gewichte der Strahl 312–316 der Antennenanordnung in eine gewünschte Richtung gerichtet.
15 zeigt die Strahllenkungs-Sendeschaltung. Die Schaltung ähnelt der in 3 gezeigten Schaltung, jedoch sind bei ihr zusätzlich Gewichtungsvorrichtungen 318–322 vorhanden. Ein Zielempfänger empfängt die von der Anordnung gesendeten Pilotsignale. Unter Verwendung der Pilotsignalempfangsschaltung von 5 bestimmt der Zielempfänger die Gewichte zur Einstellung des Ausgangs des RAKE eines jeden Pilotsignals. Diese Gewichte werden auch an den Sender geschickt, beispielsweise unter Verwendung eines Signalisierungskanals. Diese Gewichte werden auf das gespreizte Datensignal angewandt, wie es in 15 gezeigt ist. Für jede Antenne wird das gespreizte Datensignal von den Gewichtungsvorrichtungen 318–322 mit einem Gewicht belegt, das dem zur Einstellung des Pilotsignals der Antenne am Zielempfänger verwendeten Gewicht entspricht, was zu einer räumlichen Verstärkung führt. Als Folge wird das ausgestrahlte Datensignal dann auf den Zielempfänger hin fokussiert. 16 zeigt den Strahllenkungssender bei Verwendung in einer Basisstation, die mehrere Datensignale an verschiedene Zielempfänger sendet. Die vom Zielempfänger empfangenen Gewichte werden von Gewichtungsvorrichtungen 324–340 auf die entsprechenden Datensignale angewandt.
17 zeigt die Datensignalempfangsschaltung für den Strahllenkungssender von 15 und 16. Da das gesendete Signal bereits gewichtet wurde, kommt die Datensignalempfangsschaltung ohne die Gewichtungsvorrichtungen 106–110 von 6 aus.
Die Strahllenkung gemäss der Erfindung ist in zweifacher Hinsicht von Vorteil. Das gesendete Datensignal wird auf den Zielempfänger hin fokussiert, wodurch sich die Signalgüte des Empfangssignals verbessert. Umgekehrt wird das Signal von den anderen Empfängern weg fokussiert, was die Interferenz zu deren Signalen verringert. Aufgrund dieser beiden Faktoren erhöht sich die Kapazität eines Systems, das die Strahllenkung gemäss der Erfindung verwendet. Außerdem werden aufgrund des von der Pilotsignalempfangsschaltung verwendeten adaptiven Algorithmus die Gewichte dynamisch eingestellt. Durch Einstellung der Gewichte reagiert der Strahl eines Datensignals dynamisch auf einen sich bewegenden Empfänger oder Sender sowie auf Veränderungen in der Mehrwegeumgebung.
Bei einem System, das für Downlink- und Uplink-Signale die selbe Frequenz verwendet, beispielsweise Zeitduplex (TDD), wird eine alternative Ausführungsform eingesetzt. Aufgrund von Reziprozität sind Downlink-Signale der selben Mehrwegeumgebung ausgesetzt, da Uplink-Signale über die selbe Frequenz senden. Zur Nutzung von Reziprozität werden die vom Empfänger der Basisstation bestimmten Gewichte auf den Sender der Basisstation angelegt. Bei einem derartigen System ist die Empfangsschaltung der Basisstation von 18 zusammen mit der Sendeschaltung von 19 angeordnet, beispielsweise innerhalb einer Basisstation.
In der Empfangsschaltung von 18 empfängt jede Antenne 48–52 ein entsprechendes Pilotsignal, das vom Endgerät gesendet wird. Jedes Pilotsignal wird von einem RAKE 406–410 gefiltert und von einer Gewichtungsvorrichtung 412–416 gewichtet. Die gewichteten und gefilterten Pilotsignale werden von einem Kombinator 418 kombiniert. Unter Verwendung des Fehlersignalgenerators 420 und der Gewichtseinstellungsvorrichtung 422 werden die zu den Gewichtungsvorrichtungen 412–416 gehörigen Gewichte unter Verwendung eines adaptiven Algorithmus eingestellt.
Die Sendeschaltung von 19 hat einen Datensignalgenerator 342 zur Erzeugung eines Datensignals. Das Datensignal wird unter Verwendung von Mischer 384 gespreizt. Das gespreizte Datensignal wird von Gewichtungsvorrichtungen 344–348 gewichtet, wie sie von der Empfangsschaltung von 19 für jeden virtuellen Kanal bestimmt wurden.
Die Schaltung von 20 wird als Datensignalempfangsschaltung an der Basisstation verwendet. Das gesendete Datensignal wird von den mehreren Antennen 48–52 empfangen. Ein Daten-RAKE 392–396 ist zum Filtern des Datensignals mit jeder Antenne 48-52 gekoppelt. Die gefilterten Datensignale werden von Gewichtungsvorrichtungen 398-402 um die Gewichte gewichtet, wie sie für das empfangene Pilotsignal der entsprechenden Antenne bestimmt wurden, und werden zur Wiedergewinnung des Datensignals am Kombinator 404 kombiniert. Da die Senderschaltung von 19 das Datensignal mit den optimalen Gewichten sendet, hat dann das wiedergewonnene Datensignal am Endgerät eine höhere Signalgüte als sie im Stand der Technik möglich ist.

Claims

Verfahren zur Verwendung bei einem Spreizspektrum-Kommunikationssystem mit einer Vielzahl von Sendeantennen (48–52), wobei das Verfahren durch folgende Schritte gekennzeichnet ist: Senden eines Pilotsignals mit einer pseudozufälligen Chipcodesequenz, die ausschließlich dieser Antenne (48–52) zugeordnet ist, von jeder Sendeantenne (48–52); Empfangen aller gesendeten Pilotsignale am Empfänger; Filtern jedes gesendeten Pilotsignals unter Verwendung der pseudozufälligen Chipcodesequenz dieses Pilotsignals; Gewichtung eines jeden gefilterten Pilotsignals durch ein bestimmtes Gewicht; Kombinieren der gewichteten Pilotsignale zu einem kombinierten Signal; adaptives Einstellen des bestimmten Gewichts jedes Pilotsignals zum Teil auf der Grundlage einer Signalqualität des kombinierten Signals; Senden eines Datensignals, so dass unterschiedliche Spreizspektrumversionen des Datensignals von jeder Antenne (48–52) gesendet werden, wobei jede Version eine unterschiedliche Chipcode-Identifizierung für die betreffende Sendeantenne (48–52) hat; sowie Empfangen des Datensignals über das Filtern jeder Version mit ihrem zugehörigen Chipcode und Kombinieren der gefilterten Versionen, wobei die unterschiedlichen Datensignalversionen gemäß den eingestellten Gewichten, die zu dem Pilotsignal der betreffenden Antenne (48–52) gehören, gewichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtung der unterschiedlichen Datensignalversionen gemäß den eingestellten Gewichten vor dem Senden erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtung der unterschiedlichen Datensignalversionen gemäß den eingestellten Gewichten nach dem Empfang erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das adaptive Einstellen unter Verwendung eines Least-Mean-Squares- (LMS) Algorithmus erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das adaptive Einstellen unter Verwendung eines Recursive-Least-Squares- (RSL) Algorithmus erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das adaptive Einstellen durch Vergleichen des kombinierten Signals mit einem Idealwert zur Erzeugung eines Fehlersignals und Einstellen des bestimmten Gewichts jedes Pilotsignals zum Teil auf der Grundlage des Fehlersignals erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Idealwert 1 + j0 beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte des Filterns und des Gewichtens zeitlich zusammenfällend erfolgen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtern jedes gesendeten Pilotsignals und jeder Version des Datensignals durch einen RAKF (82–86, 100–104) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtern jedes gesendeten Pilotsignals und jeder Version des Datensignals durch einen Vektorkorrelator erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichten jedes Pilotsignals durch Gewichten jedes Fingers (144–148, 150–154, 156–160) des RAKE (82–86) dieses Pilotsignals um einen bestimmten Betrag erfolgt und das Gewichten jedes Fingers (190–194, 196–200, 202–286, 274–290) jeder Version des RAKE des Datensignals gemäß den eingestellten Gewichten, die zu dem betreffenden Finger (144-148, 150–154, 156–160) des RAKE (82–86) des Pilotsignals für das Pilotsignal der betreffenden Antenne (48–52) gehören, erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichten jedes Pilotsignals durch Gewichten jedes Fingers (144–148, 150–154, 156–160) des RAKE (82–86) dieses Pilotsignals und durch Gewichten eines Ausgangs des RAKE (82–86) dieses Pilotsignals erfolgt, und das Gewichten jeder Version des Datensignals durch Gewichten jedes Fingers (190–194, 196–200, 202–286, 274–290) und eines Ausgangs jeder Version des RAKE (100–104) des Datensignals gemäß den eingestellten Gewichten, die zum betreffenden Finger (144–148, 150–154, 156–160) und dem Ausgang des BAKE (82–86) des Pilotsignals für das Pilotsignal der betreffenden Antenne (48–52) gehören, erfolgt.
Spreizspektrum-Übertragungsystem, gekennzeichnet durch: einen Sender, der folgendes umfasst: eine Vielzahl von Sendeantennen (48–52); eine Vorrichtung (56–60) zum Senden eines Pilotsignals mit einer pseudozufälligen Chipcodesequenz, die ausschließlich dieser Antenne zugeordnet ist, von jeder Sendeantenne (48–52); sowie eine Vorrichtung (378–382, 360–376) zum Senden eines Datensignals, so dass unterschiedliche Spreizspektrumversionen des Datensignals von jeder Sendeantenne gesendet werden, wobei jede Version eine unterschiedliche Chipcode-Identifizierung für die betreffende Sendeantenne aufweist; sowie einen Empfänger, der folgendes umfasst: eine Empfangsantenne (80); eine mit der Empfangsantenne gekoppelte Vorrichtung (82–86, 88–92) zum Filtern jedes gesendeten Pilotsignals unter Verwendung der pseudozufälligen Chipcodesequenz dieses Pilotsignals und zum Gewichten jedes gefilterten Pilotsignals um ein bestimmtes Gewicht; eine Vorrichtung (94) zum Kombinieren der gewichteten Pilotsignale zu einem kombinierten Signal; eine Vorrichtung (98) zum adaptiven Einstellen des bestimmten Gewichts jedes Pilotsignals zum Teil auf der Grundlage einer Signalqualität des kombinierten Signals; sowie eine Vorrichtung (100–104, 106–110, 112) zum Empfangen des Datensignals durch Filtern jeder Version mit ihrem zugehörigen Chipcode und Kombinieren der gefilterten Versionen, wobei die Gewichtung der unterschiedlichen Versionen des Datensignals gemäß den eingestellten Gewichten, die zum Pilotsignal der betreffenden Antenne (48–52) gehören, erfolgt.
System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender des weiteren eine Vorrichtung zum Gewichten der unterschiedlichen Datensignalversionen gemäß den eingestellten Gewichten umfasst.
System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger des weiteren eine Vorrichtung (82–86) zum Gewichten der unterschiedlichen Versionen des Datensignals gemäß den eingestellten Gewichten umfasst.
System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (98) zum adaptiven Einstellen einen Least-Mean-Squares- (LMS) Algorithmus zum adaptiven Einstellen des bestimmten Gewichts jedes Pilotsignals verwendet.
System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (98) zum adaptiven Einstellen einen Recursive-Least-Squares (RSL) Algorithmus zum adaptiven Einstellen des bestimmten Gewichts des Pilotsignals verwendet.
System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (98) zum adaptiven Einstellen eine Vorrichtung (168) zum Vergleichen des kombinierten Signals mit einem Idealwert umfasst, um ein Fehlersignal zu erzeugen, und das adaptive Einstellen des bestimmten Gewichts jedes Pilotsignals zum Teil auf dem Fehlersignal basiert.
System nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Idealwert 1 + j0 beträgt.
System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (82–86, 88–92) zum Filtern und Gewichten des Pilotsignals eine Vielzahl von RAKEs (82–86) zum jeweiligen Filtern jedes gesendeten Pilotsignals umfasst, und die Vorrichtung (100-104, 106–110, 112) zum Empfang des Datensignals eine Vielzahl von RAKEs (100-104)zum jeweiligen Filtern jeder Version des Datensignals umfasst.
System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (82–86, 88–92) zum Filtern und Gewichten des Pilotsignals eine Vielzahl von Vektorkorrelatoren zum jeweiligen Filtern jedes gesendeten Pilotsignals umfasst, und die Vorrichtung (100–104, 106–110, 112) zum Empfang des Datensignals eine Vielzahl von Vektorkorrelatoren zum jeweiligen Filtern jeder Version des Datensignals umfasst.
System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtung jedes Pilotsignals durch die Vorrichtung (82–86, 88–92) zum Filtern und Gewichten des Pilotsignals durch Gewichten jedes Fingers (144–148, 150–154, 156–160) des BAKE (82–86) dieses Pilotsignals um einen bestimmten Betrag erfolgt, und dass die Gewichtung jedes Fingers (190–194, 196–200, 202–286, 274–290) jeder Version des RAKE (100–104) des Datensignals gemäß den eingestellten Gewichten, die zu dem betreffenden Finger (144-148, 150–154, 156–160) des RAKE (82–86) des Pilotsignals für das Pilotsignal der betreffenden Antenne (48–52) gehören, erfolgt.
System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtung jedes Pilotsignals durch die Vorrichtung (82–86) zum Filtern und Gewichten des Pilotsignals durch Gewichtung jedes Fingers (144–148, 150–154, 156–160) des BAKE (82–86) dieses Pilotsignals und durch Gewichtung eines Ausgangs des RAKE (82–86) des Pilotsignals erfolgt, und dass die Gewichtung jeder Version des Datensignals durch Gewichten jedes Fingers (190–194, 196–200, 202–286, 274–290) und eines Ausgangs jeder Version des RAKE (100–104) des Datensignals gemäß den eingestellten Gewichten, die zu dem entsprechenden Finger (144–148, 150–154, 156–160) und dem Ausgang des RAKE (82-86) des Pilotsignals für das Pilotsignal der betreffenden Antenne (48–52) gehören, erfolgt.