DE60126995T2

DE60126995T2 - Datenübertragungsverfahren und -anordnung

Info

Publication number: DE60126995T2
Application number: DE60126995T
Authority: DE
Inventors: Olli Piirainen; Samu Saarinen; Tapio Vuopala
Original assignee: Nokia Inc
Current assignee: Nokia Inc
Priority date: 2001-06-25
Filing date: 2001-06-25
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2021-06-26
Also published as: WO2003001664A1; ES2282272T3; CN1221073C; EP1402633A1; ATE355652T1; CN1449596A; EP1402633B1; DE60126995D1; US20030219079A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Beschränken von Leistungs- oder Amplitudenwerten eines Signals in einem Funksender.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In verschiedenen Datenübertragungssystemen beschränkt die Linearität eines Leistungsverstärkers die erreichbar maximale Sendeleistung, insbesondere wenn das zu übertragende Signal ein hohes Spitzenwert-zu-Mittelwert-Verhältnis aufweist. In einem solchen Fall kann das an dem Leistungsverstärker zu übertragende Signal hohe Augenblicksleistungswerte oder Augenblicksamplitudenwerte zeigen, die beim Design des Leistungsverstärkers berücksichtigt werden müssen. Dies bedeutet in der Praxis, dass ein Ausgangssignal des Verstärkers auf einen niedrigeren Leistungs- oder Amplitudenpegel maßstäblich verringert wird, um die spektralen Anforderungen des tatsächlich verwendeten Datenübertragungssystems zu erfüllen. Aus diesem Grund wird das Verfahren „Backoff"-Verfahren genannt, wobei das zu verstärkende Signal in einem Bereich liegt, in dem die Übertragungsfunktion des Verstärkers linearer ist. Jedoch besteht ein Problem darin, dass das „Backoff"-Verfahren die Effizienz des Verstärkers und/oder des Senders herabsetzt. Zweitens sind Verstärker mit einem breiteren linearen Betriebsbereich teuer und haben eine ziemlich niedrige Effizienz. Der Stand der Technik lehrt außerdem Verfahren zum Abschneiden von Leistungsspitzen des Signals. Bei Abschneideverfahren bzw. Clipping-Verfahren des Standes der Technik wird eine Schwelle für die Leistungs- oder Amplitudenwerte eines Signals eingestellt und Signalbestandteile, welche die Schwelle überschreiten, werden derart abgeschnitten, dass der Schwellenwert als die Amplitude oder die Leistung bestimmt wird, und die anderen Signalwerte werden nicht verändert. Jedoch besteht ein Problem mit einem solchen Abschneideverfahren darin, dass sich das Signalfrequenzspektrum spreizt, das heißt, üblicherweise spreizt sich das Spektrum über das verwendete Frequenzband hinaus, sodass es Störung für andere Anwender verursacht.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Begrenzen eines Signals in einem Funksender zu implementieren. Diese wird gelöst mit einem Verfahren zum Begrenzen eines Signals in einem Funksender. Das Verfahren umfasst Einstellen eines Schwellenwertes und eines Wertabtastintervalls für das Signal, Durchsuchen des modulierten Signals nach Maximum-Werten, die den Schwellwert überschreiten, und Bestimmen des Auftrittzeitpunkts des Maximum-Werts, der den Schwellwert überschreitet, Durchsuchen des modulierten Signals nach zusätzlichen Abtastwerten, die den Schwellwert überschreiten, in einem Abstand von einem oder mehreren Wertabtastintervallen von dem Moment des Auftretens von wenigstens einem Maximum-Wert, Bilden mittels der Maximum-Werte und zusätzlichen Abtastwerte, nach denen gesucht wurde, ein Signal, das den Teil des modulierten Signals darstellt, der den Schwellwert überschreitet, Abziehen des gebildeten Signals, das den Teil, der den Schwellwert überschreitet, darstellt, von dem modulierten Signal.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Begrenzen eines Signals in einem Funksender. Dieses Verfahren umfasst Einstellen eines Schwellwertes und eines Wertabtastintervalls für das Signal, Kombinieren in einer vorbestimmten Weise der für verschiedene Träger modulierten Signale, Durchsuchen des modulierten Signals nach Maximum-Werten, die den Schwellwert überschreiten, und Bestimmen des Auftrittzeitpunkts des Maximum-Werts, der den Schwellwert überschreitet, Durchsuchen des modulierten Signals nach zusätzlichen Abtastwerten, die den Schwellwert überschreiten in einem Abstand von einem oder mehreren Wertabtastintervallen von dem Auftrittzeitpunkts des wenigstens einen Maximum-Werts, Bilden mittels der Maximum-Werte und zusätzlichen Abtastwerte, nach denen gesucht wurde, ein Signal, das den Teil des kombinierten modulierten Signals darstellt, der den Schwellwert überschreitet, Abziehen von dem kombinierten modulierten Signal das gebildete Signal, das den Teil, der den Schwellwert überschreitet, darstellt.
Die Erfindung betrifft weiter eine Anordnung, die das Verfahren zum Begrenzen eines Signals in einem Funksender umsetzt. Die Anordnung umfasst Mittel zum Einstellen eines Schwellwerts und eines Wertabtastintervalls für das Signal, die Anordnung umfasst Mittel zum Durchsuchen des modulierten Signals nach Maximum-Werten, die den Schwellwert überschreiten, und zum Bestimmen des Auftrittzeitpunkts des Maximum-Werts, der den Schwellwert überschreitet, die Anordnung umfasst Mittel zum Durchsuchen des modulierten Signals nach zusätzlichen Abtastwerten, die den Schwellwert überschreiten, in einem Abstand von einem oder mehreren Wertabtastintervallen von dem Auftrittszeitpunkt des wenigstens einem Maximalwerts, die Anordnung umfasst Mittel zum Bilden mittels der Maximum-Werte und zusätzlichen Abtastwerte, nach denen gesucht wurde, eines Signals, das den Teil des modulierten Signals darstellt, das den Schwellwert überschreitet, die Anordnung umfasst Mittel zum Abziehen des gebildeten Signals, das den Teil darstellt, das den Schwellwert überschreitet, von dem modulierten Signal.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Anordnung, die das Verfahren zum Begrenzen eines Signals in einem Funksender umsetzt. Die Anordnung umfasst Mittel zum Einstellen eines Schwellwertes und eines Wertabtastintervalls für das Signal, die Anordnung umfasst Mittel zum Kombinieren in einer vorbestimmten Weise, der für verschiedene Träger modulierten Signale, die Anordnung umfasst Mittel zum Durchsuchen des modulierten Signals nach Maximum-Werten, die den Schwellwert überschreiten, und zum Bestimmen des Auftrittzeitpunkts des Maximum-Wertes, der den Schwellwert überschreitet, die Anordnung umfasst Mittel zum Durchsuchen des modulierten Signals nach zusätzlichen Abtastwerten, die den Schwellwert überschreiten, in einem Abstand von einem oder mehreren Wertabtastintervallen von dem Auftrittszeitpunkt von wenigstens einem Maximum-Wert, die Anordnung umfasst Mittel zum Bilden mittels der Maximum-Werte und zusätzlichen Abtastwerte, nach denen gesucht wurde, eines Signals, das den Teil des modulierten Signals darstellt, der den Schwellwert überschreitet, die Anordnung umfasst Mittel zum Abziehen des gebildeten Signals, das den Teil darstellt, der den Schwellwert überschreitet, von dem modulierten Signal.
Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in dem abhängigen Ansprüchen offenbart.
Die Erfindung basiert auf Einstellen eines Schwellwerts für ein moduliertes Signal und Bestimmen eines Wertabtastintervalls zum Abtasten des Signals. Der Schwellwert wird bevorzugt für Leistungs- oder Amplitudenwerte bestimmt. Der nächste Schritt umfasst Kombinieren der für verschiedene Träger modulierten Signale, wenn das System mehrere Träger einsetzt. Als nächstes wird das modulierte Signal nach zusätzlichen Abtastwerten, die den Schwellwert überschreiten, durchsucht. Zusätzliche Abtastwerte können vor und/oder nach dem Maximum-Wert lokalisiert werden. Die lokalisierten Maximum-Werte und zusätzlichen Abtastwerte werden verwendet, um ein Signal zu bilden, das den Teil des kombinierten modulierten Signals darstellt, der den Leistungs- oder Amplitudenschwellwert überschreitet, zu bilden. Dieses Signal wird von dem modulierten Signal abgezogen.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung bieten mehrere Vorteile. Das Abschneiden von Leistungs- oder Amplitudenwerten des Signals gemäß dem Verfahren minimierte Signalspreizung und das Abschneiden des Signals verursacht daher weniger Störung für andere Systemanwender. Darüber hinaus wird aufgrund der verbesserten Effizienz des Leistungsverstärker weniger Sendeleistung benötigt.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Im Folgenden wird die Erfindung in größerem Detail im Zusammenhang mit den bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen
1 ein Beispiel eines Telekommunikationssystems zeigt;
2 ein anderes Beispiel eines Telekommunikationssystems zeigt;
3 ein Flussdiagramm ist, das Verfahrensschritte zum Begrenzen des Leistungs- oder Amplitudenpegels in einem Funksender veranschaulicht;
4 Bestimmung einer Fehlervektorgröße veranschaulicht;
5A, 5B Beispiele eines unbeschnittenen Signals und eines beschnittenen Signals zeigen;
6 ein Beispiel eines Senderaufbaus zeigt, in dem das Verfahren zum Begrenzen des Leistungs- oder Amplitudenpegels angewendet werden kann;
7 ein Beispiel des Ausbaus eines Beschneidungsblockes veranschaulicht;
8 eine komplementäre, kumulative Verteilungsfunktion (CCDF) zeigt, die als ein Ergebnis einer Simulation erhalten wurde.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die erfindungsgemäße Lösung ist insbesondere verwendbar in einem Mehrträgersystem mit codegeteiltem Mehrfachzugriff (Multicarrier Code Division Access, MC-DMA), das eine Direktsequenz (DS)-Technik einsetzt. Andere mögliche Anwendungen schließen Satellitensysteme, militärische Telekommunikationssysteme und private, nicht-zellenförmige Netzwerke ein. Jedoch ist die erfindungsgemäße Lösung nicht darauf beschränkt.
Das folgende Beispiel beschreibt die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung in einem universellen Mobiltelefonsystem (Universal Mobile Telephone System, UMTS), ohne jedoch die Erfindung darauf zu beschränken.
Unter Bezug auf 1 wird die Struktur eines Mobiltelefonsystems im Wege eines Beispiels beschrieben. Die Hauptbestandteile eines Mobiltelefonsystems sind ein Kernnetzwerk (Core Network) CN, ein landgestütztes UMTS-Funkzugriffsnetzwerk UTRAN und eine Anwenderausstattung (User Equipment) Ue. Die Schnittstelle zwischen dem CN und dem UTRAN wird Iu genannt und die Luftschnittstelle zwischen dem UTRAN und der Ue wird Uu genannt.
Das UTRAN besteht auf Funknetz der Untersystemen (Radio Network Subsystems) RNS. Die Schnittstelle zwischen RNSs wird Iur genannt. Ein RNS besteht aus einer Funknetzwerksteuerung (Radio Network Controller) RNC und einem oder mehreren Knoten B. Die Schnittstelle zwischen einer RNC und einem Knoten B wird Iub genannt. Der Abdeckungsbereich eines Knotens B, das heißt, eine Zelle, ist in der Figur mit C gekennzeichnet.
Die Darstellung in 1 ist ziemlich allgemein, wofür 2 ein etwas detailliertes Beispiel eines zellenförmigen Funksystems zeigt. 2 zeigt nur die wesentlichen Blöcke, aber es ist für Fachleute offensichtlich, dass ein herkömmliches zellenförmiges Funknetzwerk außerdem andere Funktionen und Strukturen umfasst, die hier nicht in größerem Detail beschrieben werden müssen. Die Details des zellenförmigen Funksystems können von denen in 2 gezeigten abweichen, aber diese Unterschiede sind für die Erfindung nicht wesentlich.
Ein zellenförmiges Netzwerk umfasst typischerweise eine Festnetzwerkinfrastruktur, das heißt, einen Netzwerkteil 200 und ein Teilnehmerendgerät 202, das fest installierte, in einem Fahrzeug angeordnete oder tragbare in der Hand gehaltene Endgeräteausstattung, wie zum Beispiel Mobiltelefone oder tragbare Computer, sein kann, die verwendet werden kann, um mit einem Funkkommunikationssystem zu kommunizieren. Der Netzwerkteil 200 umfasst Basisstationen 204. Eine Basisstation entspricht einem Knoten B, der in der vorhergehenden Figur gezeigt ist. Mehrere Basisstationen 204 werden wiederum in einer zentralisierten Weise durch eine Funknetzwerksteuerung 206 gesteuert, die mit ihnen kommuniziert. Eine Basisstation 204 umfasst Sende-/Empfangseinrichtungen 208 und eine Multiplexereinheit (bzw. Multiplexer Unit, MUX) 212.
Die Basisstation 204 umfasst weiter eine Steuereinheit (bzw. Control Unit, CNTL) 210, die den Betrieb der Sende-/Empfangseinrichtungen 208 und des Multiplexers 212 steuert. Der Multiplexer 212 platziert Verkehrs- und Steuerkanäle, die durch mehrere Sende-/Empfangseinrichtungen 208 verwendet werden, auf einer einzigen Übertragungsverbindung 214. Die Übertragungsverbindung 214 bildet eine Schnittstelle Iub.
Die Sende-/Empfangseinrichtungen 208 der Basisstation 204 sind mit einer Antenneneinheit 218 verbunden, die eine Funkverbindung 216 zu dem Teilnehmerendgerät 202 implementiert. Die Struktur der Rahmen, die über die Funkverbindung 216 übertragen werden, ist in jedem System spezifiziert und wird eine Luftschnittstelle Uu genannt.
Die Funknetzwerksteuerung 206 umfasst ein Gruppenvermittlungsfeld 220 und eine Steuereinheit (bzw. Control Unit, CNTL) 222. Das Gruppenvermittlungsfeld 220 wird verwendet, um Sprache und Daten zu vermitteln und Signalisierungsleitungen zu kombinieren. Ein Funknetzwerkuntersystem 224 besteht aus der Basisstation 204 und die Funknetzwerksteuerung 206 umfasst außerdem einen Transcoder (TC) 226. Der Transcoder 226 ist üblicherweise so nahe an einer Vermittlungszentrale für mobile Dienste (bzw. Mobile Services Switching Centre, MSC) 228 wie möglich angeordnet, damit Sprache in der Form eines zellenförmigen Netzwerks zwischen dem Transcoder 226 und der Funknetzwerksteuerung 206 übertragen werden kann, wodurch Übertragungskapazität gespart wird.
Der Transcoder 226 passt verschiedene digitale Sprachcodierungsformen, die zwischen einem öffentlichen leitungsvermittelten Telefonnetzwerk und einem Funktelefonnetzwerk verwendet werden, aneinander an, zum Beispiel von einer Festnetzwerkform in eine etwas andere Form des zellenförmigen Netzwerks und umgekehrt. Die Steuereinheit 222 führt Anrufsteuerung, Mobilitätsverwaltung, Sammeln statischer Daten und Signalisierung durch.
2 zeigt weiter die Vermittlungszentrale für mobile Dienste 228 und eine Netzwerkübergangs- bzw. Gateway-Vermittlungszentrale (bzw. Gateway Mobile Services Switching Centre, GMSC) für mobile Dienste 230, welche die Verbindungen vom Mobiltelefonsystem zur Außenwelt verwaltet, in diesem Fall zum öffentlichen leitungsvermittelten Telefonnetzwerk (bzw. Public Switched Telephone Network, PSTN) 232.
Im Folgenden werden Verfahrensschritte zum Begrenzen des Leistungspegels in einem Sender unter Bezug auf 3 beschrieben. Das Verfahren ist besonders geeignet für Mehrträgersysteme, kann aber auch in Einzelträgersystemen verwendet werden. Die Ausführung des Verfahrens beginnt in Block 300. Block 302 umfasst Einstellen eines Schwellwerts für ein moduliertes Signal, bevorzugt entweder für Leistungswerte oder Amplitudenwerte, und Bestimmen eines Wertabtastintervalls, das typischerweise das Abtastungsintervall oder ein Mehrfaches davon ist. Das Abtastwertintervall stellt das Intervall dar, bei dem Leistungs- oder Amplitudenabtastungen genommen werden. Wenn ein Schwellwert bestimmt wird, werden die folgenden durch das verwendete Datenübertragungsverfahren gestellten Anforderungen typischerweise berücksichtigt. Die erlaubte Bandbreite und die Sperrdämpfung oder die Breite des Signalfrequenzbandes, die benötigt werden, damit das Signal sich in andere Frequenzbänder in vorherbestimmten Grenzen erstreckt und die erforderliche Sendeleistung und der erlaubte Maximum-Wert der Fehlervektorgröße (Error Vector Magnitude, EVM) oder des Maximum-Wertes des in WDMA-Systemen verwendeten Spitzencodedomänenfehlers, der einen von ungenauer Modulation herrührenden Fehler im zusammengesetzten Signal bezeichnet. Andere Faktoren können auch beim Bestimmen des Schwellwertes berücksichtigt werden.
Die Bestimmung der Fehlervektorgröße wird unten unter Bezug auf 4 beschrieben. 4 zeigt ein einfaches Beispiel eines Signalraumdiagramms, das den Ort von modulierten Symbolen in Bezug zueinander veranschaulicht. Das Beispiel zeigt ein zweidimensionales Signalraumdiagramm eines phasenmodulierten Signals, wenn die Modulation vier Pegel umfasst. Das System setzt so vier verschiedene Signale oder Pulsformen ein. Im Beispiel der 4 bezeichnen Punkte 404, 406, 408 und 410 verschiedene Signale oder Zustände des Signalraumdiagramms. In den verschiedenen Zuständen 404, 406, 408, 410 des Signalraumdiagramms verändert sich die Phasendifferenz des Signals. Die Anzahl der Zustände im Signalraumdiagramm verändert sich bei verschiedenen Modulationsverfahren: umso mehr Zustände umso größer ist die Datenübertragungskapazität des Systems. Wie in 4 gezeigt, kann das Signalraumdiagramm als Einheitskreis veranschaulicht werden, aber es bestehen auch andere mögliche Darstellungsweisen. In der Figur zeigt die horizontale Achse 400 die Quadratur-Komponente des modulierten Signals und die vertikale Achse 402 zeigt die In-Phase-Komponente. Mit anderen Worten bei diesem Modulationsverfahren wird das Signal in In-Phase- und Quadratur-Komponenten unterteilt. Die Kreise 412, 414, 416, 418 bezeichnen den Bereich, in dem die Signale, die durch verschiedene Symbole dargestellt sind, sich tatsächlich aufgrund verschiedener Störungsarten befinden.
Ein Signalraumdiagramm wird so gebildet, dass die Zeigerdiagramme der verschiedenen Signale mit bestimmten Phasendifferenzen in dem gleichen Diagramm angeordnet werden. 4 zeigt ein Zeigerdiagramm 420, dass die Amplitude eines Signals darstellt. Der Winkel 424 gekennzeichnet die Signalphasendifferenz. Das in der Figur gezeigte Zeigerdiagramm stellt das Signal Acos(2πf₀t + Φ), wobei A die Signalamplitude, f₀ die Durchschnittsfrequenz, t die Zeit und Φ die Phasendifferenz sind.
Ein Pfeil 422 gekennzeichnet einen Vektor, der den Abstand zwischen dem störungsfreien Ort eines Symbols und seines tatsächlichen Ortes gekennzeichnet. In diesem Fall umfasst das modulierte Signal summierte Störung. Dieser Vektor wird Fehlervektorgröße (Error Vector Magnitude, EVM) genannt. Die EVM ist ein Indikator des Standes der Technik für die Qualität der Modulation.
Wenn das System mehrere Träger einsetzt, ist der nächste Schritt in Block 304 die Kombination der modulierten Einzelträgersignale in einer gewünschten Weise. Die Signale werden typischerweise mittels eines Addierers kombiniert. Wenn die Signale In-Phase- und Quadratur-Signale sind, werden die verschiedenen modulierten Einzelträgersignale durch zwei Addierer derart kombiniert, dass ein Addierer die In-Phase-Komponenten der Signale und der andere Addierer die Quadratur-Komponenten kombiniert. Dies führt zu einem kombinierten modulierten Signal.
In Block 306 wird das modulierte oder das kombinierte modulierte Signal nach Maximum-Werten, die den Schwellwert überschreiten, durchsucht und der Auftrittszeitpunkt der lokalisierten Maximum-Werte wird bestimmt, das heißt, der Zeitpunkt, an dem jeder Maximum-Wert aufgetreten ist. Die Anzahl der zu lokalisierenden Maximum-Werte ist von der Form des Signals, das untersucht wird, abhängig, insbesondere davon, wie der Signalleistungspegel oder Amplitude sich ändert: umso abrupter und/oder umso größer die Änderungen sind, umso mehr Maximum-Werte müssen lokalisiert werden, um ein verlässliches Bild zu erhalten.
In Block 308 wird das modulierte oder das kombinierte modulierte Signal nach zusätzlichen Abtastwerten, die den Schwellwert überschreiten, in einem Abstand von einem oder mehreren Wertabtastintervallen von dem Auftrittszeitpunkt des wenigstens einen Maximum-Wertes durchsucht, bevorzugt von den Auftrittszeitpunkten aller lokalisierter Maximum-Werte. Zusätzliche Abtastwerte können gesucht werden, entweder vor oder nach einem lokalisierten Maximum-Wert. Dies ist möglich, wenn das Verhalten des Signals genau genug vorhergesagt werden kann. Jedoch wird üblicherweise am meisten bevorzugt, nach zusätzlichen Abtastwerten sowohl vor als auch nach dem Maximum-Wert zu suchen. Die Anzahl der zusätzlichen vor und nach dem Maximum-Wert zu lokalisierenden Abtastwerte kann entweder dieselbe oder unterschiedlich sein, zum Beispiel einen Abtastwert vor und nach, ein Wert vor und zwei Werte danach oder zwei Werte davor und ein Wert danach. Die Anzahl der zusätzlich benötigten Abtastwerte hängt von der Anwendung des Verfahrens ab. Darüber hinaus kann das Wertabtastintervall variieren, aber typischerweise wird ein bestimmter Wert zu Beginn des Verfahrens zugewiesen.
In Block 310 werden die lokalisierten Maximum-Werte und zusätzlichen Abtastwerte verwendet, um ein Signal zu bilden, das den Teil des modulierten oder kombinierten modulierten Signals darstellt, der den Schwellwert überschreitet. Das Signal, das den Teil des modulierten oder des kombinierten modulierten Signals, der den Schwellwert überschreitet, wird bevorzugt durch Filtern eines Impulsfolgesignals, das aus einem Maximum-Wert und zusätzlichen Werten besteht, gebildet. In einem solchen Fall ist das Signal typischerweise einem Pseudorauschsignal ähnlich, das dem Signal zusätzliches Rauschen hinzufügt, das heißt, zum Beispiel verlängert es die Fehlervektorgröße. Mittels Filterung kann die Bandbreite begrenzt werden, um zu dem aktuell verwendeten Datenübertragungsverfahren zu passen. Der Filter wird in einer im Stand der Technik üblichen Weise implementiert, zum Beispiel mittels eines programmierbaren Filters mit endlicher Impulsantwort (Finite Impulse Response, FIR), wobei in diesem Fall die Filterantwort, wie gewünscht, eingestellt werden kann. Es sei angemerkt, dass die meisten der Impulswerte, die bei dem Filter nkommen, Null sind, was die Implementierung des Filters weniger kompliziert macht.
In Block 312 wird das gebildete Signal, das den Teil, der den Schwellwert überschreitet, darstellt, von dem modulierten oder dem kombinierten modulierten Signal abgezogen. 5A und 5B veranschaulichen ein Beispiel eines unbeschnittenen kombinierten oder modulierten kombinierten Signals und eines beschnittenen modulierten oder kombinierten modulierten Signals. 5A zeigt ein unbeschnittenes Signal 500. 5B zeigt das Signal 500 in einer gewünschten Weise 502 beschnitten. Die Figuren zeigen, dass das beschnittene Signal einen kürzeren Variationsbereich der Amplituden und/oder Leistungswerte aufweist.
Pfeil 314 zeigt die verschiedenen Ausführungsbeispiele des Verfahrens im Fall eines Einzelträgersystems oder eines Mehrträgersystems. Pfeil 316 zeigt die Wiederholbarkeit des Verfahrens an. Die Ausführung des Verfahrens endet in Block 318.
Im Folgenden wird ein Blockdiagramm, das in 6 gezeigt ist, verwendet, um einen Sender zu veranschaulichen, in dem das vorstehend erwähnte Verfahren angewendet werden kann. Es ist offensichtlich für einen Fachmann, dass eine Sende-/Empfangseinrichtung außerdem andere Teile als die in 6 gezeigten umfassen kann. Der in 6 veranschaulichte Sender ist ein Mehrträgersender. Der Sender kann auch ein Einzelträgersender sein. Es ist anzumerken, dass im Unterschied zu der Figur die Funkteile des Senders und des Empfängers auch kombiniert sein können, genauso gut wie ein Signalverarbeitungsblock. 6 zeigt einen Mehrträgersender, der vier verschiedene Träger einsetzt. Jedoch variiert in unterschiedlichen Anwendungen die Anzahl der zu verwendenden Träger genauso wie die Anzahl der Signal verarbeitenden Blöcke 600A-600D, Datenmodulatoren 602A-602D, Spreizblöcke 604A-604D und Modulatoren 606A-606D, die in einem Mehrträgersystem benötigt werden.
Die Signalverarbeitungsblöcke 600A bis 600D stellen die Teile der Basisstationsausstattung dar, die benötigt werden, um Anwendersprache oder Daten in dem Sender zu formen. Ein Signal oder eine Kette von Informationen, die aus Symbolen, das heißt, einem oder mehreren Bits besteht, wird in dem Sender auf unterschiedlichen Arten verarbeitet. Die Signalverarbeitung, die zum Beispiel Codierung und Verschlüsselung einschließt, wird üblicherweise in einem digitalen Signalprozessor DSP ausgeführt. Wenn die Übertragung in dem System in Rahmen durchgeführt wird, die aus Zeitschlitzen bestehen, werden die Rahmen typischerweise gebildet und Symbole werden in dem DSP verschachtelt. Der Zweck der Signalcodierung und Verschachtelung besteht darin, sicherzustellen, dass die übertragene Information in dem Empfänger wieder hergestellt werden kann, selbst wenn nicht alle Informationsbits empfangen werden können. In den Blöcken 602A bis 602D wird das Datensignal durch ein gewünschtes Modulationsverfahren moduliert. Im in 6 gezeigten Beispiele implementieren die Datenmodulatoren 602A bis 602D ein Modulationsverfahren, in dem das Signal in In-Phase I- und Quadratur Q-Komponenten unterteilt wird. Ein Beispiel eines sol chen Modulationsverfahrens ist Quadratur Phase Shift Keying (QPSK) und Modifikationen davon, wie zum Beispiel das QPSK-Verfahren mit Offset bzw. Versatz.
In Blöcken 604A bis 604D werden die auf Träger modulierten Schmalbanddatensignale mit einem Spreizcode multipliziert, um das Band zu spreizen. Ein Beispiel eines solchen Breitbandsystems ist das UMTS. Wenn das System ein Schmalband verwendet, wird das Band nicht gespreizt. Ein Spreizbandsignal kann in eine Breitbandform umgesetzt werden, wie zum Beispiel ein Spreizspektrumsignal, auch durch einige andere Verfahren des Standes der Technik.
Die in Blöcken 606A bis 606D ausgeführte Modulation bezieht sich auf Mehrträgersysteme, in denen unterschiedliche Träger in der Frequenzdomäne in der auf das aktuell verwendete System anwendbaren Weise organisiert werden. Es ist daher möglich, einen Sender mit mehreren Trägern vorzusehen. Die Modulation in den Blöcken 606A bis 606D kann in einer Weise des Standes der Technik implementiert werden.
Da das Signal nach dem Einzelträgermodulator in Form der In-Phase- und Quadratur-Komponenten vorliegt, umfasst der Mehrfachträgermodulator zwei Addierer 608, 610, von denen einer die In-Phase-Komponenten der unterschiedlichen Träger, und die andere die Quadratur-Komponenten davon zusammenaddiert. Wenn das verwendete Modulationsverfahren die modulierten Träger nicht in einer unterteilten Form umsetzt, gibt es keinen Addierer. Der Summierungsvorgang kann auch in Stufen durchgeführt werden, das heißt, zuerst werden eine gewünschte Anzahl der Ausgänge der Einzelträgermodulatoren zusammenaddiert, wonach die erhaltenen Zwischenergebnisse der Summierung addiert werden, um ein Endsummensignal zu bilden. Zum Beispiel wenn es acht Einzelträgermodulatoren gibt, ist es möglich, zuerst vier Signal zusammenzuaddieren, wonach die Zwischensummierungsergebnisse zusammenaddiert werden. Es kann außerdem mehr als zwei aufeinanderfolgende Schritte der Summierung geben. Dieses Ausführungsbeispiel kann vorteilhaft sein, wenn es mehrere Einzelträgermodulatoren gibt.
Ein Beschneidungsblock 612 umfasst Beschneidung der Leistung- oder Amplitudenpegel, die den Schwellwert überschreiten, in der in Verbindung mit 3 be schriebenen Weise. Ein Beispiel der Struktur des Beschneidungsblock 612 wird unten unter Bezug auf 7 beschrieben.
Ein Signal wird von einer digitalen in eine analoge Form in Block 614 umgesetzt. HF-Teile 616 setzen das Signal auf eine ausgewählte Übertragungsfolge herauf, entweder direkt oder durch erstes Umsetzen des Signals auf eine Zwischenfrequenz, wonach das Signal, wenn erforderlich, verstärkt und gefiltert wird. Die Antenne 616 kann entweder eine Einzelantenne oder ein Antennenfeld, das aus mehreren Antennenelementen besteht, sein. Wenn sowohl der Sender als auch der Empfänger dieselbe Antenne verwendet, wird ein Duplex-Filter benötigt, um das zu sendende von dem zu empfangenden Signal zu trennen.
Block 620 ist ein Steuerblock, der den Betrieb des Beschneidungsblock 612 steuert, zum Beispiel bestimmt er die Schwell zum Beschneiden, auf die in der vorliegenden Anmeldung als ein Schwellwert Bezug genommen wird. Wenn ein Schwellwert bestimmt wird, werden die folgenden durch das verwendete Datenübertragungsverfahren gesetzten Anforderungen üblicherweise berücksichtigt: Die erlaubte Bandbreite und die Sperrdämpfung oder die Breite des Signalfrequenzbandes, die benötigt werden, damit das Signal sich innerhalb vorherbestimmter Grenzen in andere Frequenzbänder erstreckt und die erforderliche Sendeleistung und den erlaubten Maximum-Wert der Fehlervektorgröße (EVM), oder dem Maximum-Wert des in UMTSs verwendeten Spitzencodedomänenfehlers, der den größten möglichen Codetimingfehler darstellt. Andere Faktoren können außerdem beim Einstellen des Schwellwerts berücksichtigt werden. Der Steuerblock 620 kann außerdem den Betrieb der anderen Blöcke steuern.
Unter Bezug auf 7 wird ein Beispiel der Struktur des Beschneidungsblock 612 unten beschrieben. Der veranschaulichte Beschneidungsblock ist für ein Signal, das in In-Phase- und Quadratur-Komponenten unterteilt ist, bestimmt, die so zwei Verzögerungselemente 700, 702, zwei Filter 710, 712 und zwei Addierer 714, 716 erfordern. Wenn das zu beschneidende Signal nicht in verschiedene Komponenten unterteilt ist, umfasst der Beschneidungsblock nur ein Verzögerungselement, einen Filter und einen Addierer. Die Verzögerungselemente 700, 702 verzögern das modulierte Signal für die Dauer des Beschneidungsprozesses.
In Block 704 wird der Betrag oder die Wurzel davon für das zu beschneidende Signal bestimmt. Die Wurzel des Betrags wird in dem Fall eines komplexen Signals (typischerweise ein Signal, das in In-Phase- und Quadratur-Komponenten unterteilt ist) bevorzugt, da ein komplexes Signal so in einer Real-Wert-Form (i² = –1) dargestellt werden kann.
Das Betragssignal wird dann an Block 706 angelegt, wo der Maximum-Wert und der Leistungsamplitude gesucht wird. Der Maximum-Wert muss außerdem einen vorbestimmten Schwellwert überschreiten. Block 708 umfasst Suchen nach zusätzlichen Abtastwerten, die sich bei Intervallen von einem zusätzlichen Abtastintervall oder einem Vielfachen davon von dem Maximum-Wert befinden. Zusätzliche Abtastwerte werden bevorzugt sowohl vor als auch nach dem Maximum-Wert gesucht. Die Anzahl der zusätzlichen Abtastwerte variiert in jeder Situation. Der Maximum-Wert und die zusätzlichen Abtastwerte werden verwendet, um eine Impulsfolge zu bilden. Die Filter 710, 712 beschränken das Frequenzband der Impulsfolge auf ein gewünschtes Band, welches bevorzugt das über den Funkweg verwendete Band ist. Schließlich, wie in dem Beispiel der Figur gezeigt, werden die In-Phase- und Quadratur-Komponenten des Signals an die Addierer 714, 716 angelegt, die von dem modulierten Signal, das den Teil des modulierten Signals darstellt, das den Schwellwert überschreitet, abziehen. Leistungs- oder Amplitudenwerten, die den Schwellwert überschreiten, können auf diese Weise abgeschnitten werden. Wenn die Signale In-Phase- und Quadratur-Komponenten umfassen, wird die Subtraktion getrennt für In-Phase-Komponenten und Quadratur-Komponenten durchgeführt. Wenn kein Wert, der den Schwellwert überschreitet, gefunden wird, wird kein Signal, das den Teil des modulierten Signals, das den Schwellwert überschreitet, darstellt, erzeugt.
Das Signal, das den Teil des modulierten Signals darstellt, das den Schwellwert überschreitet, erhöht die Fehlervektorgröße, welche berücksichtigt werden muss, wenn der Schwellwert gesetzt wird.
Die Erfindung wird zum Beispiel mittels Software implementiert, wobei in diesem Fall die Basisstation 204 einen Mikroprozessor umfasst, in dem die Funktionen des oben beschriebenen Verfahrens in der Form von Software ausgeführt werden. Die Erfindung kann außerdem zum Beispiel mittels bestimmter Ausstattung, die den gewünschten Funktionen bereitstellt, implementiert werden, wie zum Beispiel mit einem anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (Application-Specific Integrated Circuit, ASIC) oder separaten logischen Bauteilen.
8 zeigt ein Beispiel des Ergebnisses einer Simulation in einem System mit zwei Trägern. Das Abtastintervall wurde auf 6 und der Schwellwert auf 5,5 dB über der Durchschnittsamplitude gesetzt. In 8 zeigt die horizontale Achse 800 die durchschnittliche Sendeleistung eines Signals in Dezibel und die vertikale Achse 802 zeigt die Wahrscheinlichkeit für den Anteil der Zeit, in dem sich die Signalamplitude über den vorherbestimmten Schwellwert befindet. Der Maßstab auf der vertikalen Achse ist logarithmisch. Kurve 804 veranschaulicht ein unbeschnittenes Signal und Kurve 806 stellt ein beschnittenes oder Amplitudenbegrenztes Signal dar. Die Figur zeigt, dass die Beschneidung der Amplitudenspitzen von einem modulierten Signal die Variation in der Amplitude des zu übertragenden Signals bei hoher Sendeleistungen merklich ausgleicht.
Obgleich die Erfindung oben unter Bezug auf ein Beispiel gemäß den begleitenden Figuren beschrieben wurde, ist es offensichtlich, dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, sondern in verschiedensten Arten innerhalb des Bereichs der erfinderischen Idee, die in den angehängten Ansprüchen offenbart ist, modifiziert werden kann.

Claims

Verfahren zum Begrenzen eines Signals in einem Funksender, gekennzeichnet durch (302) Setzen eines Schwellwerts und eines Abtastintervalls für das Signal, (306) Durchsuchen des modulierten Signals nach den Schwellwert überschreitenden Maximum-Werten und Bestimmen des Auftrittzeitpunkts des den Schwellwert überschreitenden Maximum-Werts, (308) Durchsuchen des modulierten Signals nach zusätzlichen den Schwellwert überschreitenden Abtastwerten in einem Abstand von einem oder mehreren Wertabtastintervallen von dem Moment des Auftretens von wenigstens einem Maximum-Wert, (310) Bilden mittels der Maximum-Werte und zusätzlichen Abtastwerte, nach denen gesucht wurde, eines Signals, das den Teil des den Schwellwert überschreitenden modulierten Signals darstellt, (312) Abziehen des gebildeten Signals, das den den Schwellwert überschreitenden Teil darstellt, von dem modulierten Signal.
Verfahren zum Beschränken eines Signals in einem Funksender, gekennzeichnet durch (302) Setzen eines Schwellwerts und eines Wertabtastintervalls für das Signal, (304) Kombinieren in einer vorbestimmten Weise der für unterschiedliche Träger modulierten Signale, (306) Durchsuchen des modulierten Signals nach den Schwellwert überschreitenden Maximum-Werten und Bestimmen des Zeitpunkts des Auftretens des den Schwellwert überschreitenden Maximum-Werts, (308) Durchsuchen des modulierten Signals nach zusätzlichen den Schwellwert überschreitenden Abtastwerten in einem Abstand von einem oder mehreren Wertabtastintervallen von dem Moment des Auftretens von wenigstens einem Maximum-Wert, (310) Bilden mittels der Maximum-Werte und zusätzlichen Abtastwerte, nach denen gesucht wurde, ein Signal, das den Teil des kombinierten modulierten Signals, das den Schwellwert überschreitet, darstellt, (312) Abziehen des gebildeten Signals, das den den Schwellwert überschreitenden Teil darstellt, von dem kombinierten modulierten Signal.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Setzen eines Schwellwerts für Leistungswerte eines modulierten Signals.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Setzen eines Schwellwerts für Amplitudenwerte eines modulierten Signals.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Suchen nach wenigstens einem zusätzlichen Abtastwert vor dem Maximum-Wert.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Suchen nach wenigstens einem zusätzlichen Abtastwert nach dem Maximum-Wert.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Suchen nach zusätzlichen Abtastwerten vor und nach dem Maximum-Wert.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal, das den Teil des modulierten oder des kombinierten modulierten Signals darstellt, das den Schwellwert überschreitet, wenigstens im Wesentlichen einem Pseudorauschsignal ähnlich ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wertabtastintervall gleich dem Abtastungsintervall (Sampling Interval) ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Bilden eines Signals, das den Teil des modulierten oder des kombinierten modulierten Signals darstellt, das den Schwellwert überschreitet, mittels Filtern eines Impulsfolgesignals, das aus dem Maximum-Wert und den zusätzlichen Werten besteht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Setzen eines Schwellwerts im Hinblick auf den Maximum-Wert, der als Fehlervektorgröße (Error Vector Magnitude) vorbestimmt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Setzen eines Schwellwerts im Hinblick auf die Frequenzbandbreite des Signals, das den Teil des modulierten oder des kombinierten modulierten Signals darstellt, das den Schwellwert überschreitet, sodass das Signal, das den Teil des modulierten oder des kombinierten modulierten Signals darstellt, das den Schwellwert überschreitet, sich in andere Frequenzbänder innerhalb vorbestimmter Grenzen erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Setzen eines Schwellwerts im Hinblick auf den Maximum-Wert, der als ein Spitzen-Code-Domänen-Fehler (Peak Code Domain Error) vorbestimmt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Bilden eines Signals, das den Teil des modulierten oder des kombinierten modulierten Signals darstellt, das den Schwellwert überschreitet, mittels Filtern eines Impulsfolgesignals, das aus dem Maximum-Wert und den zusätzlichen Werten besteht, mittels eines programmierbaren Filters.
Anordnung zum Beschränken eines Signals in einem Funksender, gekennzeichnet dadurch, dass die Anordnung Mittel (620) zum Setzen eines Schwellwerts und eines Wertabtastintervalls für das Signal umfasst, dass die Anordnung Mittel (706) zum Durchsuchen des modulierten Signals nach Maximum-Werten, die den Schwellwert überschreiten, und zum Bestimmen des Zeitpunkts des Auftretens des Maximum-Werts, der den Schwellwert überschreitet, umfasst, dass die Anordnung Mittel (708) zum Durchsuchen des modulierten Signals nach zusätzlichen Abtastwerten, die den Schwellwert überschreiten, in einem Abstand von einem oder mehreren Wertabtastintervallen von dem Moment des Auftretens des wenigstens einen Maximum-Wertes umfasst, dass die Anordnung Mittel (709) zum Bilden mittels der Maximum-Werte und zusätzlichen Abtastwerte, nach denen gesucht wurde, eines Signals, das den Teil des modulierten Signals darstellt, der den Schwellwert überschreitet, umfasst, dass die Anordnung Mittel (714, 716) zum Abziehen des gebildeten Signals, das den Teil darstellt, der den Schwellwert überschreitet, von dem modulierten Signal umfasst.
Anordnung zum Beschränken eines Signals in einem Funksender, gekennzeichnet dadurch, dass die Anordnung Mittel (620) zum Setzen eines Schwellwerts und eines Wertabtastintervalls für das Signal umfasst, dass die Anordnung Mittel (608, 610) zum Kombinieren in einer vorbestimmten Weise der für verschiedene Träger modulierten Signale umfasst, dass die Anordnung Mittel (706) zum Durchsuchen des modulierten Signals nach Maximum-Werten, die den Schwellwert überschreiten, und zum Bestimmen des Zeitpunkts des Auftretens des Maximum-Werts, der den Schwellwert überschreitet, umfasst, dass die Anordnung Mittel (708) zum Durchsuchen des modulierten Signals nach zusätzlichen Abtastwerten, die den Schwellwert überschreiten, in einem Abstand von einem oder mehreren Wertabtastintervallen von dem Moment des Auftretens des wenigstens einen Maximum-Werts, umfasst, dass die Anordnung Mittel (708) zum Bilden mittels der Maximum-Werte und der zusätzlichen Abtastwerte, nach denen gesucht wurde, eines Signals, das den Teil des modulierten Signals darstellt, das den Schwellwert überschreitet, umfasst, dass die Anordnung Mittel (714, 716) zum Abziehen des gebildeten Signals, das den Teil darstellt, der den Schwellwert überschreitet, von dem modulierten Signal umfasst.
Anordnung nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch Setzen eines Schwellwerts für Leistungswerte eines modulierten Signals.
Anordnung nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch Setzen eines Schwellwerts für Amplitudenwerte eines modulierten Signals.
Anordnung nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch Suchen nach wenigstens einem zusätzlichen Abtastwert vor dem Maximum-Wert.
Anordnung nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch Suchen nach wenigstens einem zusätzlichen Abtastwert nach dem Maximum-Wert.
Anordnung nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch Suchen nach zusätzlichen Abtastwerten vor und nach dem Maximum-Wert.
Anordnung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal, das den Teil des modulierten oder des kombinierten modulierten Signals darstellt, das den Schwellwert überschreitet, wenigstens im Wesentlichen einem Pseudorauschsignal ähnlich ist.
Anordnung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Wertabtastintervall gleich dem Abtastungsintervall (Sampling Interval) ist.
Anordnung nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch Bilden eines Signals, das den Teil des modulierten oder des kombinierten modulierten Signals darstellt, das den Schwellwert überschreitet, mittels Filtern eines Impulsfolgesignals, das aus dem Maximum-Wert und den zusätzlichen Werten besteht.
Anordnung nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch Setzen eines Schwellwerts im Hinblick auf den Maximum-Wert, der als eine Fehlervektorgröße (Error Vector Magnitude) vorbestimmt ist.
Anordnung nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch Setzen eines Schwellwerts im Hinblick auf die Frequenzbandbreite des Signals, das den Teil des modulierten oder des kombinierten modulierten Signals darstellt, das den Schwellwert überschreitet, sodass das Signal, das den Teil des modulierten oder des kombinierten modulierten Signals darstellt, das den Schwellwert überschreitet, in andere Frequenzbänder innerhalb vorbestimmter Grenzen gespreizt ist.
Anordnung nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch Setzen eines Schwellwertes im Hinblick auf den Maximum-Wert, der als ein Spitzen-Code-Domänen-Fehler (Peak Code Domain Error) vorbestimmt ist.
Anordnung nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch Bilden eines Signals, das den Teil des modulierten oder des kombinierten modulierten Signals darstellt, das den Schwellwert überschreitet, mittels Filtern eines Impulsfolgesignals, das aus dem Maximum-Wert und den zusätzlichen Werten besteht, mittels eines programmierbaren Filters.