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WO2001037442A1 - Verfahren zur signalübertragung in einem funk-kommunikationssystem - Google Patents

Verfahren zur signalübertragung in einem funk-kommunikationssystem Download PDF

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Publication number
WO2001037442A1
WO2001037442A1 PCT/DE2000/004062 DE0004062W WO0137442A1 WO 2001037442 A1 WO2001037442 A1 WO 2001037442A1 DE 0004062 W DE0004062 W DE 0004062W WO 0137442 A1 WO0137442 A1 WO 0137442A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
base station
subscriber station
radio
subscriber
channel
Prior art date
Application number
PCT/DE2000/004062
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg GUSTRAU
Andreas Höynck
Marcus Purat
Anja Klein
Thomas Ulrich
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to AU23502/01A priority Critical patent/AU2350201A/en
Publication of WO2001037442A1 publication Critical patent/WO2001037442A1/de

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    • H04B1/7103—Interference-related aspects the interference being multiple access interference
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    • H04B2201/707—Orthogonal indexing scheme relating to spread spectrum techniques in general relating to direct sequence modulation
    • H04B2201/70701—Orthogonal indexing scheme relating to spread spectrum techniques in general relating to direct sequence modulation featuring pilot assisted reception

Definitions

  • the invention relates to a method for signal transmission and a base station and a subscriber station of a radio communication system, in particular a mobile radio system, for carrying out the method according to the invention.
  • information such as, for example, voice, picture information or other data
  • a radio interface between a transmitting and a receiving mobile station, such as a base station or a mobile station for the case of one Mobile radio system.
  • the electromagnetic waves are emitted at carrier frequencies that lie in the frequency band intended for the respective system.
  • the carrier frequencies are in the range of 900 MHz, 1800 MHz and 1900 MHz.
  • Carrier frequencies in the range of approx. 2000 MHz are provided for future mobile radio systems with CDMA and TD / CDMA transmission methods via the radio interface, such as the UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) or other 3rd generation systems.
  • UMTS Universal Mobile Telecommunication System
  • the TDD mode is particularly distinguished by the fact that a common frequency band is used both for signal transmission in the upward direction (UL - Uplmk) and in the downward direction (DL - Downlmk), while the FDD mode for the transmission directions uses a respective frequency band uses.
  • the signals m of the base station are predistorted in such a way that the subscriber station experiences ideal channel properties.
  • ISI - Inter Symbol Interference the so-called intersymbol interference
  • MAI - Multiple Access Interference the interference caused by multiple access
  • JP Joint Detection
  • MRF multi-fmger rake receiver
  • SRF single rake finger
  • this method can only be used up to a certain maximum speed - assuming a maximum of 40 km / h - of the subscriber station, since at higher speeds the channel properties m the time interval between the signal transmission in the upward direction and the downward direction or between several sig- nal transmissions can change greatly in the upward direction.
  • the JP-process is switched off and the subscriber station following the reception of the data by means of a Jomt Detection or more -Fmger rake receiver performs.
  • the use of or not the JP method must be signaled to the subscriber station by the base station via higher transmission layers in accordance with the standardized ISO-OSI layer model.
  • the invention is based on the object of specifying a method, a base station and a subscriber station of a radio communication system which enable efficient use of the described Jomt predistortion method. This object is achieved by the method, the base station and by the subscriber station in accordance with the features of the independent claims. Further developments of the invention can be found in the subclaims.
  • Erfmdungsgeclar is based on a radio communication system, which uses a TD / CDMA subscriber and the radio interface is ized in accordance with a TDD method orga ⁇ , from a base station carried out a channel estimation of m uplink direction from a subscriber station transmitted signals.
  • the base station then carries out a predistortion of data and a training sequence of a radio block to be transmitted in the downward direction to the subscriber station.
  • the receiving station selects a receiving method suitable for receiving the data.
  • the implementation according to the invention advantageously enables the subscriber station to make an independent decision about the reception algorithm to be used on the basis of the channel impulse response determined, without this having to be signaled to it via higher transmission layers, as in the prior art described. This ensures a consistently high transmission quality.
  • the autonomous decision-making ability is based on knowledge of the training sequence, which is predistorted by the base station m in the same way as the data of the radio block, whereas in the prior art only predistortion of the data was provided, and from which the subscriber station performed an m of the base station Can detect predistortion.
  • the channel pulse response is determined from the received training sequence.
  • an undistorted training sequence appears at the receiving device of the subscriber station.
  • the subsequent correlation of this undistorted training sequence with the ideal training sequence leads to a channel impulse response corresponding to a delta impulse. If the subscriber station recognizes that the real transmission channel has such an impulse response, it can advantageously receive the data of the radio block, for example by means of an Ein-Fmger rake receiver.
  • this type of receiver enables a lower energy consumption of the subscriber station due to a lower computational complexity compared to a Jomt detection or multi-finger rake receiver, which leads to an advantageous extension of the operating time, particularly in the case of mobile subscriber stations.
  • the subscriber station recognizes that the channel impulse response determined does not correspond to a delta impulse, for example if the base station does not carry out predistortion, or if it does so, the training sequence appears distorted at the receiving device, then the Jomt Detection or Multi-Fmger rake receiver selected to receive the data.
  • the base station carries out predistortion, for example in accordance with the Jo t predistortion method described in the introduction, depending on a determined variation in the channel properties.
  • the properties which change from time frame to time frame are determined by a respective channel estimate of the upward direction of the signals sent by the subscriber station.
  • the Jomt predistortion method is advantageously carried out by the base station if, for example, several successive channel estimates have shown that the subscriber station (s) have a respective time slot
  • the transfer properties for the upward direction can be used to determine the transfer properties for the downward direction.
  • tion can be closed. There is a reciprocity between the two directions of transmission.
  • the training sequence known to the subscriber station and the unknown data are distorted in the same way in order to compensate for the real channel impulse response.
  • the quasi series connection of a predistortion and a distorting real transmission channel results in an ideal transmission system.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a radio communication system, in particular a mobile radio system
  • FIG. 2 shows an exemplary schematic representation of the frame structure of the radio interface and the structure of a radio block
  • FIG. 3 shows a block diagram of a transmission device
  • FIG. 4 shows a block diagram of a receiving device
  • FIG. 5 shows a flowchart of the method according to the invention.
  • Each mobile radio system consists of a large number of mobile switching centers MSC (Mobile Switchmg Center), which belong to a switching network (Switchmg Subsystem) and are networked with one another or provide access to a fixed network PSTN, and each with one or more Mobile switching centers MSC connected base station systems i ⁇ s B ⁇ S (Base Station Subsystem).
  • Em base station system BSS in turn comprises at least one RNC to (Radio Network C ontroller) for allocating radio resources as well as at least one respectively associated base station NB (Node B).
  • RNC Radio Network C ontroller
  • a base station NB can establish and maintain connections to subscriber stations UE (user equipment) via a radio interface. At least one radio cell Z is formed by each base station NB. The size of the radio cell Z is generally determined by the range of an organization channel (BCCH - Broadcast Control Channel), which is transmitted by the base stations NB with a respectively higher and constant transmission power. In the case of sectorization or hierarchical cell structures, a plurality of radio cells Z can also be supplied per base station NB.
  • BCCH - Broadcast Control Channel an organization channel
  • a plurality of radio cells Z can also be supplied per base station NB.
  • FIG. 1 shows a subscriber station UE which is located in the radio cell Z of a base station NB and moves at a speed V.
  • the subscriber station UE has set up a communication link to the base station NB, on which a selected service is transmitted in the upward UL and downward direction DL.
  • the communication connection is separated by one or more spreading codes assigned to the subscriber station UE from communication connections established in parallel in the radio cell Z, the subscriber station UE, for example, all spreading codes currently assigned in each case to the radio cell Z for receiving the signals of the own communication connection in accordance with the known jo t Detection method uses.
  • FIG 2 An exemplary frame structure of the radio interface as it is in the TDD mode of the future mobile radio system of the third generation UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) as well as a modified form of the future Chinese TD-SCDMA mobile radio system is shown in FIG 2.
  • the successive time slots ts are structured according to a frame structure. In this way, 16 time slots ts0 to tsl5 are combined to form a time frame fr. Several subsequent time frames for result in a multiple frame.
  • part of the time slots tsO to tsl5 in the upward direction UL and part of the time slots tsO to tsl5 in the downward direction DL are used, the transmission in the upward direction UL taking place, for example, before the transmission in the downward direction DL.
  • a changeover point SP SP - Switch Point
  • SP SP - Switch Point Due to the variable allocation of the time slots ts for upward or downward direction UL, DL, diverse asymmetrical resource allocations can be made.
  • Information of several connections m radio blocks fb are transmitted within the time slots ts.
  • the data d are spread individually for each connection with a fem structure, a spreading code c, so that on the receiving side a number of connections can be separated by this CDMA component (code division multiple access).
  • a transmission channel is defined which can be used for the transmission of signaling and useful information.
  • the spread of em- causing individual symbols of the data d in that the duration T p c ⁇ be transferred within the Sym ⁇ bold except T sym Q chips.
  • connection-specific spreading code c The connection-specific training sequence tseql ... is also arranged in the radio blocks fb and is used for channel estimation at the receiving end. Furthermore, a protection time gp is provided within the time slot ts to compensate for different signal tents of the connections of successive time slots ts.
  • the examples described below to explain the method according to the invention are not limited to the radio interface structure shown by way of example in accordance with FIG. 2.
  • the method can advantageously the aforementioned Chinese TD-SCDMA mobile radio system (Time Division Synchronized Code Division Multiple Access), in which the signal transmission in the upward direction UL is synchronized, and its structure of the radio interface a few points from the explained TDD mode UMTS systems deviate, can be realized.
  • TD-SCDMA mobile radio system Time Division Synchronized Code Division Multiple Access
  • a transmitter structure according to FIG. 3 is used in a CDMA transmission method.
  • K data streams are to be transmitted via the radio interface.
  • Channel coding, scrambling (mterleavmg), modulation and spreading (spreadmg) of the data are carried out.
  • the spreading is carried out with individual spreading codes cl..cK, which allow a distinction to be made between subscriber signals within the signal mixture.
  • the individual subscriber signals are then summed up and formed with the sum signal in a radio block.
  • the radio block formation relates primarily to a transmission system with "burst start" transmission.
  • the data of a time slot are compiled within the radio block formation. Thereupon the signal becomes one Filtered chip pulse filter and m D / A converter m em converted analog signal, which can be amplified and radiated via antennas AT.
  • the corresponding structure of a receiving device can be seen from FIG. 4.
  • the received signal is sampled and A / D converted so that the received signal can be fed to a digital low-pass filter.
  • the digitized signal is now fed in parallel to a channel estimator KS and a detection device DE. It is assumed for the following consideration that the received signal is in the form of a received matrix e, where
  • A describes a system matrix
  • d specifies the data to be detected in m matrix form
  • n is a matrix containing the noise component.
  • KS channel estimator
  • the system matrix A is set up with the aid of the channel impulse responses.
  • the system matrix A contains values related to the individual channel impulse response words, which are also referred to as a combined channel impulse response.
  • the combined channel impulse response is created by folding the spreading code c with the associated channel impulse response individually for each subscriber signal.
  • a system matrix A is also used mathematically.
  • the m Kanalim ⁇ impulse responses only certain corresponding fingers of the rake receiver's considered paths. This can also be generalized to multi-user detection based on the rake receiver.
  • the structure of the transmitting and receiving device can be implemented in the same way in the subscriber stations UE, only one data stream branch being taken into account.
  • FIG. 5 shows an example of a sequence diagram to explain the method according to the invention.
  • the subscriber station UE sends radio blocks fb in accordance with the assigned time slot ts within a time frame for signal transmission.
  • the radio blocks fb consist of data d and at least one training sequence tseq. This training sequence tseq is used in the base station NB for channel estimation, the channel estimation for
  • the base station NB can determine a variation in the transmission properties, the transmission properties m generally changing depending on the speed V of the subscriber station UE, or drawing conclusions about a specific speed V of the subscriber station UE from a change in the properties can be.
  • the base station NB determines that the transmission properties change only slightly, ie the subscriber station UE only moves at a low speed V or does not move at all, then it leads for the signal transmission in the downward direction.
  • device DL to the subscriber station UE by predistortion in accordance with a Jomt predistortion method JP.
  • JP Jomt predistortion method
  • the decision as to whether a predistortion is carried out or not can be made, for example, by comparing the determined variation of the transmission properties with a specific threshold value, with exceeding the threshold value for switching off or falling below the threshold value for switching on the Jo t-Predi stortion procedure JP leads.
  • switching off the JP method from a certain variation is not a condition for the advantageous effect of the method. For example, switching off can only take place when the base station NB determines that an incorrectly predistorted channel has a more unfavorable effect than the non-predistorted channel on the reception quality of the subscriber station UE.
  • the a priori known training sequence tseq m the radio blocks fb is used for channel estimation in the same way. If the Jomt predistortion method JP is carried out for the two transmission directions UL, DL of the base station NB on the basis of a determined reciprocity of the transmission properties, the undistorted training sequence tseq appears on the receiving device of the subscriber station UE, since the predistortion was calculated in this way using the JP method that the channel impulse response becomes a delta pulse. Is this the If so, an so-called ideal channel is assumed and an Em-Fmger rake receiver SRF with the known advantages is used for the detection of the data d of the radio block fb.
  • the subscriber station UE concludes that a multi-F ger rake receiver MRF or an Jomt detection receiver JD is required for receiving the data d. This can also be the case if the JP method is still carried out by the base station NB, but due to an increased speed V or transmission disturbances there are nevertheless distortions and there is no longer an ideal channel. If the channel impulse response subsequently approaches a delta impulse, the subscriber station UE uses an Em-Fmger rake receiver SRF as described.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Erfindungsgemäß wird basierend auf einem Funk-Kommunikationssystem, das ein TD/CDMA-Teilnehmerseparierungsverfahren nutzt und dessen Funkschnittstelle gemäß einem TDD-Verfahren organisiert ist, von einer Basisstation eine Kanalschätzung von in Aufwärtsrichtung von einer Teilnehmerstation gesendeten Signalen durchgeführt. Anschließend führt die Basisstation eine Vorverzerrung von Daten und einer Trainingssequenz eines in Abwärtsrichtung zu der Teilnehmerstation zu sendenden Funkblocks durch. Von der Teilnehmerstation wird abhängig von einer Kanalimpulsantwort der bekannten Trainingssequenz ein für den Empfang der Datenteile geeignetes Empfangsverfahren ausgewählt.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Signalubertragung m einem Funk-Kommumkations- syste
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Signalubertragung sowie eine Basisstation und eine Teilnehmerstation eines Funk-Kommunikationssystems, insbesondere eines Mobilfunksy- ste e, zur Durchfuhrung des erfmdungsgemaßen Verfahrens.
In Funk-Ko munikationssystemen werden Informationen wie beispielsweise Sprache, Bildmformationen oder andere Daten, mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen über eine Funkschnitt- stelle zwischen einer sendenden und einer empfangenden Mobil- Station, wie beispielsweise einer Basisstation bzw. einer Mo- bilstation für den Fall eines Mobilfunksystems, bertragen. Das Abstrahlen der elektromagnetischen Wellen erfolgt dabei mit Tragerfrequenzen, die m dem f r das jeweilige System vorgesehenen Frequenzband liegen. Beim GSM-Mobilfunksystem (Global System for Mobile Communication) liegen die Tragerfrequenzen im Bereich von 900 MHz, 1800 MHz und 1900 MHz. Für zuk nftige Mobilfunksysteme mit CDMA- und TD/CDMA-Ubertra- gungsverfahren über die Funkschnittstelle, wie beispielsweise das UMTS (Universal Mobile Teleco munication System) oder an- dere Systeme der 3. Generation sind Tragerfrequenzen im Bereich von ca. 2000 MHz vorgesehen. Für das erwähnte UMTS-Mo- bilfunksystem wird zwischen einem sogenannten FDD-Modus (Fre- quency Division Duplex) und einem TDD-Modus (Time Division Duplex) unterschieden. Der TDD-Modus zeichnet sich msbeson- dere dadurch aus, daß ein gemeinsames Frequenzband sowohl für die Signalubertragung in Aufwartsπchtung (UL - Uplmk) als auch m Abwartsrichtung (DL - Downlmk) genutzt wird, wahrend der FDD-Modus für die Ubertragungsπchtungen ein jeweiliges Frequenzband nutzt. Für den TDD-Modus wird in dem Dokument von Bosch „Joint Pre- distortion: a Proposal to allow for Low Cost UMTS TDD Mode Terminals*, Tdoc SMG2 UMTS-Ll 82/98, ETSI SMG2 UMTS Ll, Pa¬ ris, 28 April 1998, vorgeschlagen, ein Verfahren zu gememsa- en Vorverzerrung (JP - Joint Predistortion) zu verwenden. Dieses Verfahren basiert auf dem Prinzip, daß anstelle einer teilnehmerseitigen Entzerrung von m Abwartsrichtung gesendeten Signalen die Komplexität der Entzerrung in die Basissta- tion verlegt wird, m der eine Vorverzerrung der Daten von zu sendenden Funkblocken vorgenommen wird. Aufgrund einer angenommenen Reziprozität der Kanaleigenschaften bei der Übertragung m Aufwartsrichtung und Abwartsrichtung - die Übertragung erfolgt beim TDD-Modus zeitlich getrennt m einem gemeinsamen Frequenzband - werden die Signale m der Basissta- tion derart vorverzerrt, daß die Teilnehmerstation ideale Ka- naleigenschaften erfahrt. Durch dieses Verfahren kann m der Basisstation sowohl die sogenannte Intersymbol Interferenz (ISI - Inter Symbol Interference) als auch die durch einen multiplen Zugriff verursachte Interferenz (MAI - Multiple Access Interference) entfernt werden.
Der Vorteil des JP-Verfahrens gegenüber dem bekannten Jomt- Detection-Verfahren (JD - Joint Detection - gemeinsame Detektion) oder dem Mehr-Fmger-Rake-Empfanger (MRF - Multi Rake Finger) zur Detektion liegt m einer deutlich geringeren Komplexität der Empfangsalgorithmen durch die Tatsache, daß beispielsweise ein Em-Finger-Rake-Empfanger (SRF - Single Rake Finger) zur Datendetektion ausreichend ist, welches eine Energieersparnis m der Teilnehmerstation ermöglicht. Nach- teiligerweise ist dieses Verfahren jedoch nur bis zu einer bestimmten maximalen Geschwindigkeit - angenommen werden maximal 40 km/h - der Teilnehmerstation einsetzbar, da sich bei höheren Geschwindigkeiten die Kanaleigenschaften m dem zeitlichen Abstand zwischen der Signalubertragung m Auf- wartsrichtung und Abwartsrichtung bzw. zwischen mehreren Sig- nalubertragungen m Aufwartsπchtung stark andern können. Er¬ folgt eine derart starke Veränderung der Kanaleigenschaften, so kann das JP-Verfahren aufgrund einer fehlerhaft angenomme¬ nen Reziprozität die Vorverzerrung nicht ausreichend schnell nachfuhren und es kommt zu einer deutlichen Verschlechterung der Empfangsqualltat in der Teilnehmerstation.
Aus diesem Grund wird vorgeschlagen, daß bei einer Über¬ schreitung einer bestimmten Geschwindigkeit der Teilnehmer- Station, die durch sich ändernde Kanaleigenschaften gekennzeichnet ist, das JP-Verfahren ausgeschaltet wird und die Teilnehmerstation nachfolgend den Empfang der Daten mittels eines Jomt-Detection- oder Mehr-Fmger-Rake-Empfangers durchfuhrt. Das Verwenden oder nicht des JP-Verfahrens muß der Teilnehmerstation von der Basisstation ber höhere Uber- tragungsschichten gemäß dem standardisierten ISO-OSI-Schich- tenmodell signalisiert werden. Eine derartige Signalisierung birgt neben einer bestimmten Verzögerung der Signalisierung - ein Wechsel des Empfangsverfahrens sollte möglichst auf Zeitrahmenbasis möglich sein - das Problem, daß die Teilnehmerstation gegebenenfalls nicht mehr m der Lage ist, die zu ihr gesendeten Signale zu detektieren, da sie weiterhin von idealen Kanalverhaltnissen ohne notwendige Entzerrung ausgeht, und die Verbindung abbricht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, eine Basisstation und eine Teilnehmerstation eines Funk-Kommunikationssystems anzugeben, die eine effiziente Nutzung des beschriebenen Jomt-Predistortion-Verfahrens ermöglichen. Diese Aufgabe wird durch das Verfahren, die Basisstation sowie durch die Teilnehmerstation gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelost. Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteranspruchen zu entnehmen. Erfmdungsgemaß wird basierend auf einem Funk-Kommunikations- system, das ein TD/CDMA-Teilnehmerseparierungsverfahren nutzt und dessen Funkschnittstelle gemäß einem TDD-Verfahren orga¬ nisiert ist, von einer Basisstation eine Kanalschatzung von m Aufwartsrichtung von einer Teilnehmerstation gesendeten Signalen durchgeführt. Anschließend fuhrt die Basisstation eine Vorverzerrung von Daten und einer Trainingssequenz eines m Abwartsrichtung zu der Teilnehmerstation zu sendenden Funkblocks durch. Von der Teilnehmerstation wird abhangig von einer Kanalimpulsantwort der bekannten Trainingssequenz ein für den Empfang der Daten geeignetes Empfangsverfahren ausgewählt .
Die erfmdungsgemaße Realisierung ermöglicht vorteilhaft, daß die Teilnehmerstation aufgrund der ermittelten Kanalim- pulsantwort eine selbststandige Entscheidung über den zu verwendenden Empfangsalgoπthmus treffen kann, ohne daß ihr dieses wie beim beschriebenen Stand der Technik über höhere Ubertragungsschichten signalisiert werden muß. Hierdurch wird eine konstant hohe Ubertragungsqualitat sichergestellt. Die autonome Entscheidungsfahigkeit basiert auf der Kenntnis der Trainingssequenz, die von der Basisstation m gleicher Weise wie die Daten des Funkblocks vorverzerrt wird, währenddessen in dem Stand der Technik nur eine Vorverzerrung der Daten vorgesehen wurde, und aus der die Teilnehmerstation eine m der Basisstation durchgef hrte Vorverzerrung erkennen kann.
In einer Kanalschatzeinrichtung der Teilnehmerstation wird die Kanali pulsantwort aus der empfangenen Trainingssequenz ermittelt. Bei einer genauen Vorverzerrung durch die Basisstation, d.h. bei einer angenommenen Reziprozität zwischen den Ubertragungseigenschaften der Funkschnittstelle m Auf- und Abwartsrichtung, erscheint an der Empfangseinrichtung der Teilnehmerstation eine unverzerrte Trainingssequenz. Die an- schließende Korrelation dieser unverzerrten Trainingssequenz mit der idealen Trainingssequenz fuhrt zu einer einem Deltaimpuls entsprechenden Kanalimpulsantwort. Erkennt die Teilnehmerstation, daß der reale Ubertragungskanal eine derartige Impulsantwort besitzt, so kann sie den Empfang der Daten des Funkblocks vorteilhaft beispielsweise mittels eines Ein-Fm- ger-Rake-Empfangers durchfuhren. Dieser Empfangertyp ermöglicht, wie einleitend erläutert, aufgrund einer geringeren Rechenkomplexitat im Vergleich zu einem Jomt-Detection- oder Multi-Finger-Rake-Empfanger einen geringeren Energieverbrauch der Teilnehmerstation, welches insbesondere bei mobilen Teil- nehmerstationen zu einer vorteilhaften Verlängerung der Betriebszeit fuhrt. Erkennt die Teilnehmerstation jedoch, daß die ermittelte Kanalimpulsantwort nicht einem Deltaimpuls entspricht, beispielsweise wenn die Basisstation keine oder eine fehlerbehaftete Vorverzerrung durchfuhrt, die Trainingssequenz also verzerrt an der Empfangseinrichtung erscheint, so wird der Jomt-Detection- bzw. Multi-Fmger-Rake-Empfanger zum Empfangen der Daten gewählt.
Die Basisstation fuhrt gemäß Weiterbildungen der Erfindungen eine Vorverzerrung, beispielsweise entsprechend dem einleitend beschriebenen Jo t-Predistortion-Verfahren, abhangig von einer ermittelten Variation der Kanaleigenschaften durch. Die von Zeitrahmen zu Zeitrahmen sich verändernden Eigen- Schäften werden durch eine jeweilige Kanalschatzung der Auf- wartsπchtung von der Teilnehmerstation gesendeten Signale ermittelt. Von der Basisstation wird das Jomt-Predistortion- Verfahren vorteilhaft durchgeführt, wenn beispielsweise mehrere sukzessive Kanalschatzungen ergeben haben, daß sich die Teilnehmerstation (en) einem jeweiligen Zeitschlitz eines
Zeitrahmens nicht oder nur mit einer geringen Geschwindigkeit bewegt (en). Ist diese Bedingung erfüllt, kann aus den ermittelten Ubertragungseigenschaften für die Aufwartsrichtung direkt auf die Ubertragungseigenschaften für die Abwartsrich- tung geschlossen werden. Es existiert eine Reziprozität zwischen den beiden Ubertragungsrichtungen.
Bei dem Jomt-Predistortion-Verfahren werden die der Teilnen- merstation bekannte Trainingssequenz sowie die unbekannten Daten gleicher Weise verzerrt, um die reale Kanalimpuls- antwort zu kompensieren. Die Quasi-Reihenschaltung einer Vorverzerrung und eines verzerrenden realen Ubertragungskanals ergibt ein ideales Ubertragungssystem.
Das erf dungsgemaße Verfahren und die damit zusammenwirkenden Komponenten des Funk-Kommunikationssystems werden nun anhand von zeichnerischen Darstellungen naher erläutert. Dabei zeigen
FIG 1 em Blockschaltbild eines Funk-Kommunikationssystems, insbesondere eines Mobilfunksystems,
FIG 2 eine beispielhafte schematische Darstellung der Rah- enstruktur der Funkschnittstelle und des Aufbaus eines Funkblocks,
FIG 3 em Blockschaltbild einer Sendeeinrichtung,
FIG 4 em Blockschaltbild einer Empfangseinrichtung, und
FIG 5 em Ablaufdiagramm des erfmdungsgemaßen Verfahrens.
Die FIG 1 zeigt einen Teil eines Mobilfunksystems als Bei- spiel für die Struktur eines Funk-Kommunikationssystems . Em Mobilfunksystem besteht jeweils aus einer Vielzahl von Mobilvermittlungsstellen MSC (Mobile Switchmg Center) , die zu einem Vermittlungsnetz (Switchmg Subsystem) gehören und untereinander vernetzt sind bzw. den Zugang zu einem Festnetz PSTN herstellen, und aus jeweils einem oder mehreren mit diesen Mobilvermittlungsstellen MSC verbundenen Basisstationssyste- iαen BΞS (Base Station Subsystem) . Em Basisstationssystem BSS weist wiederum zumindest eine Einrichtung RNC (Radio Network Controller) zum Zuweisen von funktechnischen Ressourcen sowie zumindest eine jeweils damit verbundene Basisstation NB (Node B) auf.
Eine Basisstation NB kann über eine Funkschnittstelle Verbindungen zu Teilnehmerstationen UE (User Equipment) aufbauen und unterhalten. Durch jede Basisstation NB wird zumindest eine Funkzelle Z gebildet. Die Große der Funkzelle Z wird m der Regel durch die Reichweite eines Organisationskanals (BCCH - Broadcast Control Channel) , der von den Basisstatio- nen NB mit einer jeweils höheren und konstanten Sendeleistung gesendet wird, bestimmt. Bei einer Sektorisierung oder bei hierarchischen Zellstrukturen können pro Basisstation NB auch mehrere Funkzellen Z versorgt werden.
Das Beispiel der FIG 1 zeigt eine Teilnehmerstation UE, die sich in der Funkzelle Z einer Basisstation NB befindet und sich mit einer Geschwindigkeit V bewegt. Die Teilnehmerstation UE hat eine Kommunikationsverbindung zu der Basisstation NB aufgebaut, auf der m Aufwärts- UL und Abwartsrichtung DL eine Signalubertragung eines gewählten Dienstes erfolgt. Die Kommunikationsverbindung wird durch einen oder mehrere der Teilnehmerstation UE zugeteilte Spreizkodes von parallel m der Funkzelle Z aufgebauten Kommunikationsverbindungen separiert, wobei die Teilnehmerstation UE beispielsweise alle jeweils aktuell m der Funkzelle Z zugeteilten Spreizkodes für den Empfang der Signale der eigenen Kommunikationsverbindung gemäß dem bekannten Jo t-Detection-Verfahren nutzt.
Eine beispielhafte Rahmenstruktur der Funkschnittstelle, wie sie m dem TDD-Modus des zukunftigen Mobilfunksystem der dritten Generation UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) sowie m abgewandelter Form dem zukunftigen chinesischen TD-SCDMA-Mobilfunksystem verwirklicht wird, ist aus der FIG 2 ersichtlich. Gemäß einer TDMA-Komponente ist eine Aufteilung eines breitbandigen Frequenzbandes, beispielsweise der Bandbreite B = 5 MHz, mehrere Zeitschlitze ts, beispielsweise 16 Zeitschlitze tsO bis tsl5 vorgesehen. Jeder Zeitschlitz ts innerhalb des Frequenzbandes B bildet einen Frequenzkanal. Innerhalb eines breitbandigen Frequenzbandes B werden die aufeinanderfolgenden Zeitschlitze ts nach einer Rahmenstruktur gegliedert. So werden 16 Zeitschlitze tsO bis tsl5 zu einem Zeitrahmen fr zusammengefaßt. Mehrere nachfolgende Zeitrahmen fr ergeben einen Mehrfachrahmen.
Bei einer Nutzung eines TDD-Ubertragungsverfahrens wird em Teil der Zeitschlitze tsO bis tsl5 Aufwartsrichtung UL und e Teil der Zeitschlitze tsO bis tsl5 m Abwartsrichtung DL genutzt, wobei die Übertragung m Aufwartsrichtung UL beispielsweise vor der Übertragung m Abwartsrichtung DL erfolgt. Dazwischen liegt em Umschaltzeitpunkt SP (SP - Swit- ch g Point) , der entsprechend dem jeweiligen Bedarf an Uber- tragungskanalen für die Auf- und Abwartsrichtung flexibel positioniert werden kann. Durch die variable Zuordnung der Zeitschlitze ts für Auf- oder Abwartsrichtung UL, DL können vielfaltige asymmetrische Ressourcenzuteilungen vorgenommen werden.
Innerhalb der Zeitschlitze ts werden Informationen mehrerer Verbindungen m Funkblocken fb übertragen. Die Daten d sind verbindungsindividuell mit einer Femstruktur, einem Spreiz- kode c, gespreizt, so daß empfangsseitig eine Anzahl von Verbindungen durch diese CDMA-Komponente (code division multiple access) separierbar sind. Aus der Kombination aus einem Frequenzkanal und einem Spreizkode c wird em Ubertragungskanal definiert, der für die Übertragung von Signalisierungs- und Nutzinformationen genutzt werden kann. Die Spreizung von em- zelnen Symbolen der Daten d bewirkt, daß innerhalb der Sym¬ boldauer Tsym Q Chips der Dauer Tc ιp übertragen werden. Die
Q Chips bilden dabei den verbmdungsmdividuellen Spreizkode c. In den Funkblocken fb ist weiterhin eine m der Regel ver- bmdungsmdividuelle Trainingssequenz tseql ... angeordnet, die einer empfangsseitigen Kanalschatzung dient. Weiterhin ist innerhalb des Zeitschlitzes ts eine Schutzzeit gp zur Kompensation unterschiedlicher Signallaufzelten der Verbindungen aufeinanderfolgender Zeitschlitze ts vorgesehen.
Die nachfolgend beschriebenen Beispiele zur Erläuterung des erfmdungsgemaßen Verfahren sind nicht auf die beispielhaft angegebene Funkschnittstellenstruktur gemäß der FIG 2 beschrankt. In gleicher Weise kann das Verfahren vorteilhaft dem bereits erwähnten chinesischen TD-SCDMA-Mobilfunksystem (Time Division Synchronised Code Division Multiple Access) , bei dem die Signalubertragung m Aufwartsrichtung UL synchronisiert erfolgt, und dessen Struktur der Funkschnittstelle einigen Punkten von dem erläuterten TDD-Modus des UMTS-Sy- stems abweicht, verwirklicht werden.
Bei einem CDMA-Ubertragungsverfahren kommt eine Senderstruktur nach Fig 3 zu Einsatz. Über die Funkschnittstelle sollen K Datenstrome übertragen werden. Es wird eine Kanalkodierung, eine Verwurfelung ( mterleavmg) , eine Modulation und eine Spreizung (spreadmg) der Daten durchgeführt. Die Spreizung wird mit individuellen Spreizkodes cl..cK ausgeführt, die eine Unterscheidung von Teilnehmersignalen innerhalb des Sig- nalgemischs zulaßt. Anschließend werden die einzelnen Teil- nehmersignale aufsummiert und mit dem Summensignal em Funkblock gebildet. Die Funkblockbildung bezieht sich vor allem auf em Ubertragungssystem mit "burstartigem" Senden. Zum kontinuierlichen Senden, wie im W-CDMA-Betrieb, werden innerhalb der Funkblockbildung die Daten eines Zeitschlitzes (slot) zusammengestellt. Daraufhin wird das Signal einem Chipimpulsfilter gefiltert und m einem D/A-Wandler m em analoges Signal umgewandelt, das verstärkt und über Antennen AT abgestrahlt werden kann.
Die korrespondierende Struktur einer Empfangseinrichtung ist aus Fig 4 ersichtlich. Nachdem die Signale bei der empfangenden Funkstation über eine Antenne empfangen, anschließend verstärkt und ms Basisband umgewandelt wurden, findet eine Abtastung des Empfangssignals und eine A/D-Wandlung statt, so daß das Empfangssignal einem digitalen Tiefpaß zugeführt werden kann. Das digitalisierte Signal wird nun parallel einem Kanalschatzer KS und einer Detektionsemπchtung DE zugeführt. Dabei wird für die folgende Betrachtung angenommen, daß das Empfangssignal m Form einer Empfangsmatrix e vor- liegt, wobei
e = A*d + n gilt.
A beschreibt eine Systemmatrix, d gibt die zu detektierenden Daten m Matrixform an und n ist eine den Rauschanteil enthaltende Matrix.
Im Kanalschatzer KS werden Trainingssequenzen, die im Empfangssignal verzerrt vorhanden sind, mit im Empfanger vorlie- genden unverzerrten Trainingssequenzen verglichen und aus dem Vergleich Kanali pulsantworten bestimmt, die teilnehmermdi- viduell den Ubertragungskanal beschreiben. Mit Hilfe der Kanalimpulsantworten wird die Systemmatrix A aufgestellt. Die Systemmatrix A enthalt auf die individuellen Kanalimpulsant- Worten bezogene Werte, die auch als kombinierte Kanalimpulsantwort bezeichnet werden. Die kombinierte Kanalimpulsantwort entsteht durch eine Faltung des Spreizkodes c mit der zugehörigen Kanalimpulsantwort individuell für jedes Teilnehmersig- nal . Beim einen Rake-Empfanger wird mathematisch gesehen auch mit einer Systemmatrix A gearbeitet. Hier sind m den Kanalim¬ pulsantworten nur bestimmte, den Fingern des Rake-Empfangers entsprechende, Pfade berücksichtigt. Dies laßt sich auch auf auf dem Rake-Empfanger basierende Mehrnutzerdetektion verallgemeinern.
Die Struktur der Sende- und Empfangseinrichtung laßt sich m gleicher Weise m den Teilnehmerstationen UE verwirklichen, wobei nur jeweils em Datenstrom-Zweig ber cksichtigt wird.
In der FIG 5 ist beispielhaft em Ablaufdiagra m zur Erläuterung des erfmdungsgemaßen Verfahrens dargestellt. Bei einer aufgebauten Kommunikationsverbindung erfolgt von der Teilneh- merstation UE entsprechend dem zugewiesenen Zeitschlitz ts innerhalb eines Zeitrahmens fr eine Signalubertragung Funkblocken fb . Die Funkblocke fb bestehen, wie vorangehend beschrieben, aus Daten d und zumindest einer Trainingssequenz tseq. Diese Trainingssequenz tseq wird m der Basisstation NB zur Kanalschatzung verwendet, wobei die Kanalschatzung zur
Nachbildung der realen Ubertragungsverhaltnisse auf der Funkschnittstelle zwischen der Teilnehmerstation UE und der Basisstation NB dient. Durch eine Auswertung mehrerer aufeinanderfolgender Kanalschatzungen kann die Basisstation NB eine Variation der Ubertragungseigenschaften feststellen, wobei sich die Ubertragungseigenschaften m der Regel abhangig von der Geschwindigkeit V der Teilnehmerstation UE andern, bzw. aus einer Veränderung der Eigenschaften Rückschlüsse auf eine bestimmte Geschwindigkeit V der Teilnehmerstation UE gezogen werden können.
Stellt die Basisstation NB fest, daß sich die Ubertragungseigenschaften nur wenig andern, d.h. sich die Teilnehmerstation UE nur mit einer geringen Geschwindigkeit V oder garnicht be- wegt, so fuhrt sie für die Signalubertragung in Abwartsrich- tung DL zu der Teilnehmerstation UE eine Vorverzerrung entsprechend einem Jomt-Predistortion-Verfahren JP durch. Variieren die bestimmten Ubertragungseigenschaften jedoch stark, beispielsweise durch eine hohe Geschwindigkeit V der Teilneh- merstation UE, so fuhrt die Basisstation NB keine Vorverzerrung mehr durch, da eine genaue Nachfuhrung der Vorverzerrung nicht mehr möglich ist und kein „idealer Kanal' am Ort der Teilnehmerstation UE sichergestellt werden kann. Dieses erfolgt auch, wenn nur eine der von der Basisstation NB ver- sorgten Teilnehmerstationen eine starke Variation hervorruft.
Die Entscheidung, ob eine Vorverzerrung durchgeführt wird oder nicht, kann beispielsweise durch einen Vergleich der ermittelten Variation der Ubertragungseigenschaften mit einem bestimmten Schwellenwert erfolgen, wobei em Überschreiten des Schwellenwertes zu einem Abschalten bzw. em Unterschreiten des Schwellenwertes zu einem Einschalten des Jo t-Predi- stortion-Verfahrens JP fuhrt. Em Abschalten des JP-Verfah- rens ab einer bestimmten Variation ist jedoch keine Bedingung für die vorteilhafte Wirkung des Verfahrens. So kann em Abschalten beispielsweise auch erst erfolgen, wenn die Basisstation NB feststellt, daß e fehlerhaft vorverzerrter Kanal ungunstiger als em nicht vorverzerrter Kanal auf die Emp- fangsqualitat der Teilnehmerstation UE wirkt.
In der Teilnehmerstation UE wird m gleicher Weise die apriori bekannte Trainingssequenz tseq m den Funkblocken fb für eine Kanalschatzung verwendet. Wird aufgrund einer festgestellten Reziprozität der Ubertragungseigenschaften für die beiden Ubertragungsrichtungen UL, DL der Basisstation NB das Jomt-Predistortion-Verfahren JP durchgeführt, so erscheint an der Empfangseinrichtung der Teilnehmerstation UE die unverzerrte Trainingssequenz tseq, da die Vorverzerrung mittels des JP-Verfahrens derart berechnet wurde, daß die Ka- nalimpulsantwort zu einem Deltai puls wird. Ist dieses der Fall, so wird em sogenannter idealer Kanal angenommen und em Em-Fmger-Rake-Empfanger SRF mit den bekannten Vorteilen für die Detektion der Daten d des Funkblocks fb verwendet. Ergibt dagegen die Kanalschatzung m der Teilnehmerstation eine Verzerrung der Trainingssequenz tseq, so wird von der Teilnehmerstation UE geschlußfolgert, daß em Multi-F ger- Rake-Empfanger MRF oder em Jomt-Detection-Empfanger JD für den Empfang der Daten d erforderlich ist. Dieses kann auch der Fall sein, wenn von der Basisstation NB noch das JP-Ver- fahren durchgeführt wird, es aufgrund einer erhöhten Geschwindigkeit V oder Ubertragungsstorungen jedoch trotzdem zu Verzerrungen kommt und kein idealer Kanal mehr vorliegt. Nähert sich die Kanalimpulsantwort nachfolgend wiederum einem Deltaimpuls, so verwendet die Teilnehmerstation UE wie be- schrieben einen Em-Fmger-Rake-Empfanger SRF.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Signalubertragung m einem Funκ-Kommunιka- tionssystem, das em TD/CDMA-Teilneh erseparierungsverfahren nutzt, wobei die Signalubertragung auf einer Funkschnittstelle zwischen einer Basisstationen (NB) und zumindest einer Teilnehmerstation (UE) gemäß einem TDD-Verfahren durchgeführt wird, bei dem von der Basisstation (NB) eine Kanalschatzung von in Auf- wartsrichtung (UL) von der Teilnehmerstation (UE) gesendeten Signalen und eine Vorverzerrung (JP) von Daten (d) und einer Trainingssequenz (tseq) eines nachfolgend m Abwartsrichtung (DL) zu der zumindest einen Teilnehmerstation (UE) zu sendenden Funkblocks (fb) durchgeführt wird, und von der zumindest einen Teilnehmerstation (UE) abhangig von einer Kanalimpulsantwort der bekannten Trainingssequenz (tseq) em für den Empfang der Daten (d) geeignetes Empfangsverfahren (SRF, JD, MRF) ausgewählt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem von der zumindest einen Teilnehmerstation (UE) als Empfangsverfahren em Jomt-Detection-Verfahren (JD), em Em-Fmger- Rake-Verfahren (SRF) oder em Multi-Fmger-Rake-Verfahren (MRF) verwendet wird.
3. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem von der Basisstation (NB) abhangig von einer mittels der Kanalschatzung bestimmten Variation der Kanaleigenschaften eine Vorverzerrung (JP) durchgeführt wird oder nicht.
4. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem von der Basisstation (NB) abhangig von einer ermittelten Geschwindigkeit (V) der Teilnehmerstation (UE) die Vorverzerrung (JP) durchgeführt wird oder nicht.
5. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem von der Basisstation (NB) zur Vorverzerrung em Jo t-Predi- stortion-Verfahren (JP) durchgeführt wird, wobei die Funk¬ blocke (fb) aller durch die Basisstation (NB) versorgten ak- tiven Teilnehmerstationen (UE) gemeinsam vorverzerrt werden.
6. Basisstation (NB) eines Funk-Kommunikationssystems, das em TD/CDMA-Teilnehmersepaπerungsverfahren nutzt und bei dem eine Signalubertragung auf einer Funkschnittstelle zwischen der Basisstationen (NB) und zumindest einer Teilnehmerstation (UE) gemäß einem TDD-Verfahren erfolgt, mit zumindest einer Kanalschatzeinrichtung (KS) zur Ermittlung von Ubertragungseigenschaften der Funkschnittstelle anhand von m Aufwartsrichtung (UL) gesendeter Signale zumindest ei- ner Teilnehmerstation (UE) , und zumindest einer Modulationseinrichtung (Modulator) für eine Vorverzerrung (JP) von Daten (d) und einer Trainingssequenz (tseq) eines nachfolgend in Abwartsrichtung (DL) zu der zumindest einen Teilnehmerstation (UE) zu sendenden Funkblocks (fb) .
7. Teilnehmerstation (UE) eines Funk-Kommunikationssystems, das em TD/CDMA-Teilneh erseparierungsverfahren nutzt und bei dem eine Signalubertragung auf einer Funkschnittstelle zwi- sehen einer Basisstationen (NB) und zumindest einer Teilnehmerstation (UE) gemäß einem TDD-Verfahren erfolgt, mit zumindest einer Kanalschatzeinrichtung zur Ermittlung einer Kanalimpulsantwort einer von der Basisstation (NB) m Abwartsrichtung (DL) vorverzerrten und gesendeten bekannten Trainingssequenz (tseq) m einem Funkblock (fb), und einer
Auswerteeinrichtung zur Auswahl eines geeigneten Empfangsverfahrens (SRF, JD, MRF) für den Empfang von Daten (d) m dem Funkblock (fb) abhangig von der ermittelten Kanalimpulsantwort .
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