DE19983621B4

DE19983621B4 - Orthogonales Übertragungs/Empfangs-Diversity-Verfahren und zugeordnetes Gerät

Info

Publication number: DE19983621B4
Application number: DE19983621T
Authority: DE
Inventors: Alexandr Vasilievich Garmonov; Yuri Evgenievich Karpitski
Original assignee: Individual
Current assignee: Jsc Kodofon Ru
Priority date: 1998-10-08
Filing date: 1999-09-22
Publication date: 2009-12-03
Anticipated expiration: 2019-09-23
Also published as: US6510173B1; CN1137552C; DE19983621T1; RU2145152C1; CN1322412A; WO2000021214A8; WO2000021214A1

Abstract

Orthogonales Sende/Empfangs-Diversityverfahren, umfassend – bei der Sendeseite – das Zuordnen eines Spreizcodes zu jedem Informations-Binärsymbolstrom jedes Anwenders, Erzeugen von N Senderaum-Diversitykanälen, Erzeugen eines Pilotsignales für jeden Sende-Raumdiversitykanl, sowie bei der Empfangsseite, Empfangen und Demodulieren der gesendeten Signale, Bestimmen von N empfangenen Vektoren der Pilotsignale, Berechnen der Korrelation des Eingangssignals mit dem Spreizcode über die seriellen Intervalle der Dauer des Binärsymbols des empfangenen Informationsstroms, und Bilden einer Folge von Korrelationsvektoren, dadurch gekennzeichnet, dass an der Sendeseite jeder Informations-Binärsymbolstrom in serielle Informationspakete abgeteilt wird, jeweils mit N seriellen Binärsymbolen, ferner eine Serien/Parallel-Transformation der Binärsymbole in jedem Serien-Informationspaket durchgeführt wird, das parallele Informationspaket der N Binärsymbole gebildet wird, das parallele Informationspaket N mal wiederholt wird, wodurch das Serien/Parallel-Informationspaket der N parallelen und N seriellen Gruppen der Binärsymbole über das Intervall der seriellen Informationspaketdauer gebildet wird, der orthogonale Code der N Binärsymbole für jede serielle Gruppe des Serien/Parallel-Informationspakets des Binärsymbols erzeugt wird, wodurch das...

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft das Funkingenieurwesen, insbesondere Übertragungs/Empfangs-Diverstiy-Verfahren und Einrichtungen in Kommunikationssysteme mit Mehrfachzugriff im Codemultiplex (CDMA).
Beschreibung des Stands der Technik
Eines der allgemeinen Probleme für CDMA zellulare Funkkommunikationssysteme ist ein Mehrfachpfadschwundvorgang, der die Systemkapazität reduziert. Die Techniken zum Abschwächen des Schwundvorgangs, die heute angewandt werden, ermöglichen lediglich die Anwendung eines Teils des Potentials der Kanalkapazität ohne Schwundvorgang. Demnach ist momentan die Schaffung neuer Antischwundvorgangtechniken mit dem Zweck einer weiteren Verbesserung der CDMA Systemkapazität sehr kritisch.
Die wirksamste Antischwundvorgangtechnik ist der Diversity-Empfang unter Verwendung von M Raumdiversity-Empfangsantennen. Die Raumpositionen der Antennen werden zum Gewährleisten einer geringen Korrelation der Signalschwundvorgänge bei unterschiedlichen Antennen ausgewählt. Ein Nachteil der Empfangsraumdiversity sind der hohe Preis und die erhöhten Abmessungen der Ausrüstung. Dies behindert insbesondere die Anwendung der Raumempfangsdiversity in Mobilendgeräten. Demnach ist es momentan ein wichtiges Problem, eine alternative Schwundvorgangsbekämpfungstechnik bereitzustellen, die dasselbe Niveau an Wirksamkeit wie Empfangsraumdiversitysysteme aufweist.
Momentan sind zahlreiche Übertragungsdiversityverfahren bekannt, bei denen ein Signal von zwei oder mehr Raumdiversityantennen übertragen wird, wie in 1 gezeigt. Zwei oder mehr Diversityantennen sind üblicherweise bei einer Basisstation zum Erzielen der Empfangsdiversity installiert. Im Fall einer Diversityübertragung werden diese Antennen auch als Übertragungsantennen verwendet. Die bekannten Verfahren der Diversity-Übertragung ermöglichen die Abschwächung des ungünstigen Schwundvorgangseffekts, wenn ein Signal bei einer Antenne empfangen wird. Diese Übertragungsdiverstityverfahren sind jedoch bei weitem weniger wirksam als die Empfangsdiversityverfahren.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung sind aus der EP 0736 979 A2 bekannt. Diese Anmeldung ist ein Rasch-Abkling-Packetdiversity-Übertragungsverfahren und -system zur Minderung der Effekte eines Mehrpfadabklingens auf langsam abklingenden Kanälen. Eine Ausführungsform beinhaltet einen Modulator zum Modulieren von Informationspaketen und eine Anzahl M von Multiplikatoren zum Senden der modulierten Informationspakete von M Antennen mit bis zu M Sätzen von M Festphasenoffsets. Eine andere Ausführungsform sendet eine erste Gruppe von Informationspaketen von M Antennen mit bis zu M Sätzen von M Festphasenoffsets und eine zweite Gruppe Informationspakete mit M langsam zeitvariierenden Phasenoffsets.
Aus US-A 5,109,390 ist ein Übertragungs/Empfangsverfahren bekannt, bei dem ein Datenstrom auf der Übertragungsseite moduliert und dann über einen Raumdiversitykanal (über eine Antenne) übertragen wird. Auf der Empfangsseite wird das Eingangssignal, unter Wiederherstellung des ursprünglichen Datenstroms, demoduliert.
Da der Datenstrom über lediglich einen Raumdiversitykanal übertragen wird, kann das Signal bei dem Empfangspunkt zu einigen Zeitintervallen aufgrund des Schwundvorgangs in dem Kanal verschwinden. Im Ergebnis ist der Empfang eines derartigen Signals durch eine hohe Fehlerrate charakterisiert. Das Verringern der Fehlerrate erfordert das Treffen einiger Maßnahmen zum Erhöhen des Signalrauschabstands (SNR) bei dem Empfängereingang, und als Ergebnis ergibt sich eine Verschlechterung der Kapazität des Kommunikationssystems.
Es gibt ein Verfahren für eine Verzögerungsübertragungsdiversity (vgl. Vahid TAROKH, Nambi SESHADRI und A. R. CALDERBANK: ”Space-Time Codes for High Data Rate Wireless Communication: Performance Criterion and Code Construction”, IEEE Transactions an Information Theory, Bd. 2, März 1998, S. 744–765), und bei diesem wird dasselbe breitbandige Signal ohne Verzögerung über eine erste Antenne übertragen, und mit Verzögerungen relativ zueinander über den Rest der Antennen, und der Verzögerungswert ist nicht kleiner als ein Chip der spreizenden Pseudorausch-(PN)-Folge. In diesem Fall gleicht das Signal bei der Empfangsseite einem Mehrfachpfadsignal, und es lässt sich durch den üblichen Rake-Receiver verarbeiten. Jedoch weist dieses Verfahren einen wesentlichen Nachteil auf. Die bekannten PN-Spreizfolgen haben nicht perfekte Autokorrelationseigenschaften, so dass Signale, die bei der Empfangsseite mit unterschiedlichen Zeitverzögerungen ankommen, wechselseitig stark miteinander interferieren.
Ein Verfahren für die orthogonale Übertragungsdiversity (Orthogonal Transmit Diversity, OTD) in einem CDMA System und ein Algorithmus für dessen Anwendung ist beschrieben in K. H. ROSENBROCK, „Submission of Proposed Radio Transmission Technologies – The ETSI UMTS Terrestrial Radio Access (UTRA) ITU-R RTT Candidate Submission”, Abschnitt 5.6.3.1.; ETSI-SMG2, 29. JAN 1998, S. 51–52.
Das Verfahren gemäß der obigen Lösung ist wie folgt.
Ein Strom von Anwenderinformationssymbolen wird in zwei Teilströme aufgeteilt, und jeder Teilstrom weist unterschiedliche Symbole des Anfangsstroms auf. Jedes Symbol in jedem Teilstrom wird zweimal wiederholt, wodurch dessen Dauer verdoppelt wird. Ein orthogonaler Code mit einer Wiederholungsperiode gleich der Teilstromsymboldauer ist jedem Symbolteilstrom zugeordnet. Symbole des ersten Teilstroms werden über eine erste Antenne übertragen, und Symbole des zweiten Teilstroms werden über eine zweite Antenne übertragen. Vor der Signalübertragung erfolgt eine übliche Verarbeitung mit einer PN Spreizung und einer analogen Modulation. Diese Vorgehensweise führt zu einem Beibehalten der Orthogonalität zwischen den zwei oder mehr Ausgabeteilströmen. Es ist zu erwähnen, dass dieses OTD Verfahren nicht zusätzliche Basisstations-Kanalisierungscodes erfordert, die eine der Grundressourcen darstellen. Die erforderlichen orthogonalen Codes könnten ausgehend von einem orthogonalen Code erzeugt werden, die einem Anwender zugeordnet sind. Dieser Code sei mit P_k bezeichnet. Dann werden zwei neue orthogonale Codes als [P_k, P_k], [P_k, –P_k] erzeugt. Die Klammern bezeichnen den Verknüpfungsbetrieb. Die Wiederholperiode der derart erzeugten orthogonalen Codes beträgt das Doppelte der Dauer des Codes, der dem Anwender zugeordnet ist, und sie ist gleich der Dauer eines Teilstrom-Binärsymbols.
Auf der Grundlage der Beschreibung des Algorithmus lässt sich eine Einrichtung auf der Übertragungsseite gemäß diesem Verfahren so erzielen, wie es in 2 gezeigt ist. Die Einrichtung gemäß 2 enthält M Signalübertragungszweige 1-1–1-M, zwei Modulatoren 8₁ –8₂ und zwei Antennen 9₁ –9₂ . Jeder Übertragungszweig enthält einen Binärsymbol-Stromaufteiler 2, und der Eingang von diesem ist der Eingang der Einrichtung, ferner ein Orthogonalcodegenerator 3, ein Orthogonalmodulator 4, dessen erste Eingänge mit den zugeordneten Ausgängen des Binärsymbol-Stromaufteilers 2 verbunden sind, dessen zweite Eingänge mit den Ausgängen des Orthogonalcodegenerators 3, und die Ausgänge des Orthogonalmodulators 4 sind mit den ersten Eingängen einer PN-Spreizeinheit 5 verbunden, und die zweiten Eingänge hiervon sind mit dem Ausgang des Spreiz-PN-Codegenerators verbunden, und die Ausgänge der PN-Spreizeinheit 5 sind mit den zugeordneten ersten Eingängen des ersten 8₁ und des zweiten 8₂ Modulators verbunden, und die zweiten Eingänge des ersten 8₁ und des zweiten 8₂ Modulators mit den Ausgängen des Pilotsignalgenerators 7 verbunden, und die Ausgänge der Modulatoren 8₁ und 8₂ sind jeweils mit der ersten 9₁ und zweiten 9₂ Antenne verbunden.
Für den Signalempfang schlägt das UMTS Standardprojekt eine Einrichtung vor, die in K. H. ROSENBROCK, „Submission of Proposed Radio Transmission Technologies – The ETSI UMTS Terrestrial Radio Access (UTRA) ITU-R RTT Candidate Submission”, Abschnitt 5.6.3.1.; ETSI-SMG2, 29. JAN 1998, S. 51–52, beschrieben ist. Diese Einrichtung wird so, wie in 3 gezeigt, erzielt.
Die bekannte Einrichtung nach 3 enthält einen Multiplizierer 10, von dem ein erster Eingang der Informationseingang der Einrichtung ist, und ein zweiter Eingang ist der zweite Eingang der Einrichtung, bei dem der PN-Code anliegt, und der Ausgang des Multiplizierers 10 ist mit den ersten Eingängen der Multiplizierer 11, 13, 16 und 18 verbunden, und an den zweiten Eingängen von diesen werden zugeordnete Pilotcodes der Kanäle 1 bis N zugeführt, und die Ausgänge der Multiplizierer werden mit den Eingängen der zugeordneten Kombinatoren 12, 14, 17 und 19 verbunden, und die Ausgänge des Kombinators 12 und des Kombinators 14 sind jeweils mit dem ersten und zweiten Eingang des Multiplizierers 15 verbunden, und die Ausgänge des Kombinators 17 und des Kombinators 18 sind jeweils mit dem ersten und zweiten Eingang des Multiplizierers 20 verbunden, und die Ausgänge des Multiplizierers 15 und 20 sind jeweils mit dem ersten und zweiten Eingang einer Kombinatoreinheit mit bewerteter Entscheidung (Engl.: soft decision combining unit) 21 verbunden, und der Ausgang hiervon ist der Ausgang der Einrichtung.
Die bekannte Einrichtung ist ähnlich zu dem Rake-Empfänger. Die Multiplizierer 10, 13 und der Kombinator 14 bilden einen Korrelator für das Eingangssignal zu dem Pilot-(Referenz)-Signal der ersten Antenne, und die Multiplizierer 10, 18 und der Kombinator 19 bilden einen Korrelator für das Eingangssignal zu dem Pilotsignal der zweiten Antenne.
Die Ausgänge der Multiplizierer 10 und 20 unterliegen einer bewerteten Entscheidung im Hinblick auf die übertragenen Binärsymbole der zugeordneten Teilströme.
Die Einheit 21 kombiniert bewertete Entscheidungen der Symbole auf zwei Teilströmen in einen Strom bewerteter Entscheidungen.
Die bekannte Einrichtung arbeitet wie folgt.
Auf der Übertragungsseite wird ein Eingangsbinärsymbolstrom bei dem Binärsymbolstromaufteiler 2 angewandt, und der Strom wird in zwei Teilströme aufgeteilt, die jeweils unterschiedliche Binärsymbole des anfänglichen Stroms enthalten (beispielsweise b₁ in dem ersten Teilstrom, b₂ in dem zweiten Teilstrom). In jedem Teilstrom wird jedes Binärsymbol zweimal wiederholt, wodurch die Dauer jedes Binärsymbols im Vergleich zu der Dauer des Binärsymbols im anfänglichen Strom verdoppelt ist.
In der Einheit 3 erfolgt ausgehend von dem anwenderbezogenen Orthogonalcode der Wiederholperiode gleich der Dauer des Binärsymbols im anfänglichen Strom die Erzeugung zweier Orthogonalcodes der Wiederholperiode mit der doppelten Dauer des Binärsymbols im anfänglichen Strom. Einer der erzeugten Orthogonalcodes wird einem Teilstrom zugeordnet, und der andere dem anderen Teilstrom. Diese Codes werden dem zweiten Eingang des Orthogonalmodulators 4 zugeführt, zu dessen erstem Eingang ein Ausgangssignal von dem Binärsymbolstrahlaufteiler 2 gesendet wird.
In der Einheit 4 werden die jeweiligen Orthogonalcodes bei den Binärsymbolen der Teilströme angewandt.
In der Einheit 6 wird ein PN-Code erzeugt, und er wird bei dem zweiten Eingang der PN-Spreizeinheit 5 angewandt, an dessen ersten Eingang die codierten Binärsymbole der Teilströme zugeführt werden.
In der Einheit 5 werden die codierten Binärsymbole jedes Teilstroms durch den PN-Code gespreizt, wodurch Teilströme der PN-gespreizten Binärsymbole erzeugt werden.
Die Einheit 5 leitet die PN-gespreizten Binärsymbole des ersten Teilstroms zu dem ersten Eingängen des Modulators 8₁ , und die PN-gespreizten Binärsymbole des zweiten Teilstroms zu den ersten Eingängen des Modulators 8₂ . Das Pilotsignal des zugeordneten Raumdiversitykanals, das in der Einheit 7 erzeugt wird, wird zu den zweiten Eingängen der Modulatoren 8₁ und 8₂ gesendet.
In den Einheiten 8₁ und 8₂ werden die PN-gespreitzten Binärsymbole der Teilströme und die Pilotsignale moduliert und übertragen, und zwar jeweils über die erste 9₁ und die zweite 9₂ Antenne.
Bei der Empfangsseite wird ein Signal empfangen und analog demoduliert.
Die Korrelation des Eingangssignals mit dem PN-Code und den orthogonalen Codes gemäß den Teilströmen wird unter Verwendung der Multiplizierer 10, 11, des Kombinators 12, und der Multiplizierer 10, 16 und des Kombinators 17 berechnet.
Die Korrelation zwischen dem Eingangssignal und dem Pilotsignalen der Raumdiversitykanäle wird unter Verwendung der Multiplizierer 10, 13 und des Kombinators 14 berechnet, die einen Korrelator zwischen dem Eingangssignal und dem Pilotsignal des ersten Space-Diverstitykanals bilden, sowie den Multiplizierern 10, 18 und dem Kombinator 19, die einen Korrelator zwischen dem Eingangssignal und dem Pilotsignal des zweiten Raumdiverstiykanals bilden.
Der Multiplizierer 15 führt eine bewertete Entscheidung für das übertragene Binärsymbol für den ersten Teilstrahl (b₁) durch.
Der Multiplizierer 20 erzeugt eine bewertete Entscheidung (Engl.: soft decision) anhand des übertragenen Binärsymbols des zweiten Teilstroms (b₂).
Die Einheit 21 kombiniert die zwei Teilströme nach der bewerteten Entscheidung in einen einzigen bewerteten Entscheidungsstrom (soft decision stream).
Dieses bekannte Verfahren und diese Einrichtung werden für den Fall von zwei Übertragungsantennen beschrieben. Das zitierte Dokument zeigt jedoch an, dass die offenbarte Struktur für die Anwendung mit einer Zahl von N = 2ⁿ Antennen erweitert werden könnte.
Bei diesem bekannten Verfahren und dieser Einrichtung erfolgt eine Abschwächung der Schwundwirkung aufgrund der kombinierten Anwendung der Faltungscodierung und der Übertragungsdiversity. Vor der Übertragung wird der Binärsymbolstrom in Rahmen unterteilt, und in jedem Rahmen werden Informationsbinärsymbole durch eine Faltungscode codiert. Bei der Empfangsseite unterliegen die über unterschiedliche Antennen übertragenen Signale unabhängigen Schwundvorgängen. Dies führt zu einer Reduktion der Wahrscheinlichkeit, dass die Signale von beiden Antennen während dem Empfang gleichzeitig verschwinden. Aufgrund des Tiefensignalschwundvorgangs bei dem Funkkanal zum Verbinden einer Übertragungsantenne mit der Empfangsantenne kann ein Teil der Rahmensymbole fehlerhaft empfangen werden. Jedoch ermöglicht die während der Codierung eingeführte Redundanz das Wiederherstellen der Informationssymbole auf der Grundlage des korrekt empfangenen Teils des Rahmens. Demnach ist während dem Empfang die Fehlerrate für das Prototypverfahren und die Prototypeinrichtung in K. H. ROSENBROCK (s. o.) geringer als diejenige des Verfahrens nach der US 5 109 390 A . Da die über unterschiedliche Antennen übertragenen Signale orthogonal sind, erzeugen sie nicht wechselweise eine Interferenz während der Verarbeitung bei dem Empfänger. Demnach ist der SNR-Wert pro codiertem Binärsymbol bei diesem Verfahren höher als bei dem Verfahren, das offenbart ist in Vahid TAROKH, Nambi SESHADRI und A. R. CALDERBANK: ”Space-Time Codes for High Data Rate Wireless Communication: Performance Criterion and Code Construction”, IEEE Transactions an Information Theory, Bd. 44, Nr. 2, März 1998.
Dieses bekannte Verfahren ist jedoch erheblich weniger effizient als die übliche Empfangsraumdiversity, bei der jedes codierte Binärsymbol des Rahmens über zwei oder mehr Raumdiversitykanäle (Antennen) empfangen wird. Bei dem Prototypverfahren wird jedes codierte Binärsymbol lediglich über einen Raumdiversitykanal übertragen, und in dem Kanal mit Schwundvorgang ist die Zuverlässigkeit für den Empfang jedes Binärsymbols gering. Zum Verbessern der Zuverlässigkeit beim Empfang ist es erforderlich, den SNR-Wert zu erhöhen, was gleichbedeutend ist mit einer Verringerung der Kapazität des zellularen Kommunikationssystems.
Zusammenfassung der Erfindung
Das technische Problem der vorliegenden Erfindung besteht neben der Bereitstellung eines Verfahrens für eine orthogonale Empfangs/Übertragungsdiversity, dass CDMA Kommunikationssystemparameter verbessert, beispielsweise die Kapazität oder die Datenübertragungszuverlässigkeit, durch substantielles Abschwächen der Schwundvorgangeffekte auf den Datenempfang, sowie eine zuverlässige Einrichtung zum Implementieren eines derartigen Verfahrens.
Dieses technische Problem wird gelöst durch ein Verfahren für die orthogonale Empfangs/Übertragungsdiversity, derart, dass bei der Übertragungsseite ein Spreizcode jedem Informationsstrom der Binärsymbole jedes Anwenders zugeordnet wird, N Übertragungsraumdiversitykanäle gebildet werden, ein Pilotsignal für jeden Übertragungsraumdiversitykanal erzeugt wird, bei der Empfangsseite die übertragenen Signale empfangen und demoduliert werden, N empfangene Vektoren der Pilotsignale bestimmt werden, eine Korrelation des Eingangssignals mit dem Spreizcode bei seriellen Intervallen der Dauer eines Binärsymbols des empfangenen Informationsstroms berechnet werden, eine Folge der Korrelationsvektoren gebildet wird, und zusätzlich ist gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen:
auf der Übertragungsseite wird jeder Informationsstrom der Binärsymbole in serielle Informationspakete mit N seriellen Binärsymbolen aufgeteilt,
es wird eine Serien/Paralleltransformation der Binärsymbole in jedem seriellen Informationspaket durchgeführt, wodurch parallele Informationspakete mit N Symbolen gebildet werden,
das parallele Informationspaket wird N mal wiederholt, wodurch das Serien/Parallel-Informationspaket gebildet wird, das aus N parallelen und N seriellen Gruppen der Binärsymbole in dem Intervall der seriellen Informationspaketdauer besteht,
für jede serielle Gruppe des Serien/Parallel-Informationspakets der Binärsymbole wird ein orthogonaler Code mit N Binärsymbolen erzeugt, wodurch ein Serien/Parallelpaket der binären, orthogonalen Codesymbole gebildet wird, das aus N parallelen und N seriellen Gruppen der binären, orthogonalen Codesymbolen besteht,
Binärsymbole in den parallelen Gruppen des Serien/Parallel-Formationspakets werden so umgeordnet, dass die Binärsymbole jeder Seriengruppe nicht wiederholt werden,
Binärsymbole in dem seriellen/parallelen-binären, orthogonale Codesymbolpaket werden in derselben Weise wie in dem seriellen/parallelen Informationsbinärsymbolpaket umgeordnet,
es erfolgt ein Verscrambeln des seriellen/parallelen Informationspakets der umgeordneten Binärsymbole durch das Serien/Parallelpaket der umgeordneten binären, orthogonalen Codesymbole, wodurch ein Serien/Parallelpaket der binär codierten Symbole gebildet wird,
es wird ein Raumdiversitykanal jeder Seriengruppe der codierten Binärsymbole des Serien/Parallel-Informationspakets zugeordnet, und jedes korrigierte Binärsymbol wird durch den Anwenderpreizcode gespreizt, und die Seriengruppen der gespreizten codierten Binärsymbole jedes Informationsstroms jedes Anwenders und zugeordnete Pilotsignale werden moduliert und gleichzeitig über N Übertragungs-Raumdiversitykanäle übertragen,
und auf der Empfangsseite wird eine Folge von Korrelationsvektoren in serielle Pakete von N Korrelationsvektoren aufgeteilt,
jeder Korrelationsvektor wird mit dem Konjugiert komplexen der empfangenen Pilotsignalvektoren multipliziert, und der Realteil jedes Produkts wird gesammelt, wodurch das Serien/Parallelpaket der Korrelationskoeffizienten gebildet wird,
es wird das Umordnen invers zu der Umordnung der Serien/Parallel-Informationspaket-Binärsymbole auf der Übertragungsseite durchgeführt, in parallele Gruppen des Serien/Parallel-Korrelationskoeffizientenpakets,
es wird ein Serien/Parallelpaket der binären orthogonalen Codesymbole erzeugt, gemäß dem Serien/Parallelpaket der orthogonalen Codesymbole bei der Übertragungsseite und mit N seriellen und N parallelen Gruppen der binären, orthogonalen Codesymbole,
es wird die Korrelation der seriellen Gruppen des Serien/Parallel-Korrelationskoeffizientenpakets zu den seriellen Gruppen des Serien/Parallel-Orthogonalcodesymbolpakets berechnet, unter Bildung eines Parallelpakets von N bewerteten Entscheidungen gemäß den N Binärsymbolen des parallelen Informationspakets bei der Übertragungsseite,
es wird eine Parallel/Serientransformation des Parallelpakets der bewerteten Entscheidung ausgeführt, unter Erzeugung eines bewerteten Ausgangsentscheidungsstroms.
Das Umordnen der Binärsymbole in parallelen Gruppen des Serien/Parallel-Informationspakets ist zum Durchführen einer dyadischen Verschiebung vernünftig, so dass Binärsymbole der K-ten parallelen Gruppe dyadisch um K-1 verschoben sind.
Das Scrambeln des Serien/Parallel-Informationspakets der umgeordneten Binärsymbole durch das Serien/Parallelpaket der umgeordneten Binärorthogonalcodesymbole erfolgt bevorzugt durch Summieren um Moduln zwei jedes Binärsymbols des Serien/Parallel-Informationspakets der umgeordneten Binärsymbole mit dem zugeordneten Binärsymbol des Serien/Parallelpakets der umgeordneten binären, orthogonalen Codesymbole.
Das technische Problem der vorliegenden Erfindung lässt sich auch dadurch lösen, dass die ortogonale Übertragung/Empfangsdiversityeinrichtung enthält: bei der Empfangsseite, M parallele Zweige der Anwendersignalübertragung, einen Pilotsignalgenerator, N Modulatoren, N Antennen, derart, dass jeder Signalübertragungszweig einen seriell verbundenen Orthogonalmodulator und eine PN-Spreizeinheit enthält, und der zweite Eingang der PN-Spreizeinheit ist mit dem Ausgang des PN Codegenerators verbunden, jeder der N Ausgänge der PN-Spreizeinheit ist mit dem Eingang des zugeordneten Modulators verbunden, und der Ausgang jedes Modulators ist mit der zugeordneten Übertragungsantenne verbunden; sowie bei der Empfangsseite: eine Antenne, deren Ausgang mit dem Eingang des Demodulators verbunden ist, ein Korrelator zum Berechnen der Korrelation des Eingangssignals mit dem Spreizcode des Anwenders, N Korrelatoren zum Berechnen der Korrelation des Eingangssignals mit Pilotsignalen der Raumdiversitykanäle, eine Sucheinheit, derart, dass die ersten Eingänge der Korrelatoren und der Sucheinheit kombiniert und mit dem Ausgang des Demodulators verbunden sind, der zweite Ausgang des Korrelators, der die Korrelation des Eingangssignals mit dem Spreizcode des Anwenders berechnet, mit dem ersten Ausgang des Referenzsignalgenerators zum Erzeugen des Spreizcodes des Anwenders bei dem ersten Ausgang verbunden ist, die zweiten Eingänge der N Korrelatoren mit den zweiten Ausgängen des Referenzsignalgenerators zum Erzeugen der Kanalpilotcodes bei diesen Ausgängen verbunden sind, der dritte Ausgang des Referenzsignalsgenerators mit dem Eingang des Paketsynchronisierers verbunden ist, und gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt bei der Übertragungsseite die Einführung der folgenden Einheiten in jeden Signalübertragungszweig: ein Serien/Parallel-Binärsymbolpaketgenerator, dessen Eingang den Eingang der Einrichtung bildet und dessen Ausgang mit dem Eingang der Binärsymbolumordnungseinheit verbunden ist, einen seriell angeschlossenen Serien/Parallel-Binär/Orthogonal-Codesymbol-Paketgenerator und eine Binär/Ortogonal-Codesymbol-Umordungseinheit, und die zweiten Eingänge des Serien/Parallel-Binärsymbolpaketgenerators, der Binärsymbol- Umordnungseinheit, der Serien/Parallel-Binär/Orthogonal-Codesymbolpaketgenerators und der Binär/Orthogonal-Codesymbol-Umordnungseinheit sind zum Bilden des zweiten Eingangs der Einrichtung kombiniert, und die Ausgänge der Binärsymbol-Umordnungseinheit und der Binär/Orthogonal-Codesymbol-Umordnungseinheit sind mit den ersten und zweiten Eingängen der Orthogonalmodulatoren verbunden, und auf der Empfangsseite wird eine serieller Korrelationsvektorpaketgenertor eingeführt, und dessen Eingang ist mit dem Ausgang des Korrelators verbunden, zum Berechnen der Korrelation eines Eingangssignals mit einem Spreizcode eines Anwenders, und der Ausgang zu dem ersten Eingang des Serien/Parallel-Korrelationskoeffizienten-Paketgenerators, die zweiten Eingänge des Serien/Parallel-Korrelationskoeffizienten-Paketgenerators sind mit den Ausgängen der N Korrelatoren verbunden, der zweite Eingang des seriellen Korrelatorsvektor-Paketgenerators und der dritte Eingang des Serien/Parallel-Korrelationskoeffizienten-Paketgenerators sind kombiniert und mit dem Ausgang des Paketsynchronisierers verbunden, der Ausgang des Serien/Parallel-Korrelationskoeffizienten-Paketgenerators ist mit dem Eingang der Korrelationskoeffizienten-Umordnungseinheit verbunden, der Ausgang der Korrelationskoeffizienten-Umordnungseinheit ist mit dem ersten Eingang des Korrelators verbunden, der zweite Eingang des Korrelators ist mit dem Ausgang des Serien/Parallel-Binär/Orthogonal-Codesymbol-Paketgenerators verbunden, der Ausgang des Korrelators ist mit der Parallel/Serien-Transformationseinheit verbunden, und deren Ausgang ist der Ausgang der Einrichtung.
Eine Einheit zum Ausführen einer Summation Moduln 2 wird bevorzugt als Orthogonalmodulator verwendet.
Als Ergebnis der neu vorgeschlagenen Folge der Betriebsschritte ergibt sich auf der Übertragungsseite eine Kombination der Binärsymbole des seriellen Informationspakets in jeder seriellen Gruppe. In anderen Worten ausgedrückt, enthält jede serielle Gruppe der Binärsymbole einer Gruppe sämtlicher Symbole des seriellen Informationspakets, jedoch in unterschiedlichen Kombinationen. Das Umordnen der Binärsymbole in dem Serien/Parallel-Binär/Orthogonal-Codesymbolpakets sollte in derselben Weise ausgeführt werden, wie das Umordnen der Binärsymbole in dem Serien/Parallel-Informationsbinärsymbolpaket. Bei Abschluss der Betriebsschritte zum Summieren, Spreizen und Modulieren erfolgt ein gleichzeitiges Übertragen serieller Gruppen gespreizter Binärsymbole, die jeweils dieselbe Gruppe der Binärsymbole des Eingangsinformationsstroms enthalten, über unterschiedliche Raumdiversitykanäle. Die über unterschiedliche Raumdiversitykanäle übertragenen Informationsströme erzeugen keine wechselseitige Interferenz, obgleich ein und derselbe Spreizcode in jedem Raumdiversitykanal verwendet wird. Im Ergebnis geht selbst dann, wenn aufgrund eines Schwundvorgangs ein Signal in sämtlichen Raumdiversitykanälen bis auf einen verschwindet, Information nicht verloren, da ein vollständiger Informationsstrom über jeden Raumdiversitykanal übertragen wird. Die Kombination der über die Raumdiversitykanäle mit unterschiedlichem Schwundvorgang übertragenen Informationsströme reduziert demnach signifikant die Fehlerrate während des Informationsempfangs ohne SNR-Erhöhung bei dem Empfängereingang. Der erhaltene Gewinn an Rauschstabilität lässt sich für eine Kommunikationssystem-Kapazitätserhöhung verwenden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die beiliegende Zeichnung beschrieben; es zeigen:
1 eine Darstellung eines bekannten Verfahrens für die Kanal-Orthogonal-Empfangs/Übertragungs-Diversity;
2 ein Blockschaltbild einer Prototypeinrichtung (bei der Übertragungsseite);
3 ein Blockschaltbild einer Prototypeinrichtung (bei der Empfangsseite);
4 eine Folge der Betriebsschritte des beanspruchten Verfahrens bei der Übertragungsseite;
5A, 5B eine Folge der Betriebsschritte des beanspruchten Verfahrens bei der Empfangsseite, derart, dass 5B eine Fortsetzung der 5A darstellt;
6 eine Einrichtung zum Implementieren des beanspruchten Verfahrens bei der Übertragungsseite;
7 ein Blockschaltbild einer Binärsymbol-Umordnungseinheit für die in 6 gezeigte Einrichtung;
8 eine Einrichtung zum Implementieren des beanspruchten Verfahrens bei der Empfangsseite;
9 Rahmenfehlerratenkurven, die mit Hilfe einer Computersimulation der Algorithmen der orthogonalen Übertragungsdiversity für den Prototyp gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten werden;
10 Rahmenfehlerratenkurven, die mit Hilfe einer Computersimulation der vorliegenden Erfindung mit 2, 4 und 8 Übertragungsantennen erhalten werden.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
Die Einrichtung für die orthogonale Übertragungs/Empfangsdiversity gemäß der vorliegenden Erfindung, die in den 6, 7 und 8 gezeigt ist, enthält auf der Übertragungsseite (6): M Signalübertragungszweige 22-1–22-M (es sei angenommen, dass das System M Anwender enthält), einen Pilotsignalgenerator 30, M Modulatoren 31-1–31-N und N Antennen 32-1–32-N, jeder Signalübertragungszweig 22-1–22-M enthält einen seriell verbundenen Generator als Serien/Parallel-Binärsymbol-Paketgenerator 23 und eine Binärsymbol-Umordungseinheit 24, und ebenso einen serielle angeschlossenen Serien/Parallel-Binär/Orthogonal-Codesymbol-Paketgenerator 25 und eine Binär/Orthogonal-Codesymbol-Umordnungseinheit 26 in jedem Signalübertragungszweig 22-1–22-M; der erste Eingang des Serien/Parallel-Binärsymbol-Paketgenerators 23 ist der Eingang der Einrichtung, der zweite Eingang des Serien/Parallel-Binärsymbol-Paketgenerators 23 wird mit den zweiten Eingängen der Binärsymbol-Umordnungseinheit 24 kombiniert, sowie der Serien/Parallel-Binär/Orthogonal-Codesymbol-Paketgenerators 25 und der Binär/Orthogonal-Codesymbol-Umordnungseinheit 26 zum Bilden des zweiten Eingangs der Einrichtung, der Ausgang der Binärsymbol-Umordnungseinheit 24 ist mit dem ersten Eingang des orthogonalen Modulators 28 verbunden, der zweite Eingang des Orthogonalmodulators 28 ist mit dem Ausgang der Binär/Orthogonal-Codesymbol-Umordnungseinheit 26 verbunden, der Ausgang des Orthogonalmodulators 28 ist mit dem ersten Eingang der PN-Spreizeinheit 29 verbunden, der zweite Eingang der PN-Spreizeinheit 29 ist mit dem Ausgang des PN-Codegenerators verbunden, die Ausgänge der PN-Spreizeinheit 29 sind mit den zugeordneten Eingängen der Modulatoren 31-1–31-N verbunden, die zweiten Eingänge der Modulatoren 31-1–31-N sind mit den Ausgängen des Pilotsignalgenerators 30 verbunden, und die Ausgänge der Modulatoren 31-1–31-N sind mit den zugeordneten Übertragungsantennen 32-1–32-N verbunden.
Die Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung (8) enthält auf der Empfangsseite: eine Antenne 40, deren Ausgang mit dem Eingang des Demodulators 41 verbunden ist, einen Korrelator 42 zum Berechnen der Korrelation des Eingangssignals mit dem Spreizcode des Anwenders, N Korrelatoren 43-1–43-N zum Berechnen der Korrelation des Eingangssignals mit den Pilotsignalen der Raumdiversitykanäle, eine Sucheinheit 44, und die ersten Eingänge der Korrelatoren 42, 43-1–43-N und der Sucheinheit 44 sind kombiniert und verbunden mit dem Ausgang des Demodulators 41, der zweite Eingang des Korrelators 42 zum Berechnen der Korrelation des Eingangssignals mit dem Spreizcode des Anwenders ist mit dem ersten Ausgang eines Referenzsignalgenerators 45 verbunden, der Referenzsignalgenerator 45 erzeugt den Spreizcode des Anwenders bei dem ersten Ausgang, die zweiten Eingänge der N Korrelatoren 43-1–43-N sind mit den zweiten Ausgängen des Referenzsignalgenerator 45 verbunden, der Diversitykanal-Pilotcodes bei diesen Ausgängen erzeugt, der dritte Ausgang des Referenzsignalgenerators 45 ist mit dem Eingang des Paketsynchronisierers 46 verbunden, ferner einen seriellen Korrelationsvektor-Paketgenerator 47, dessen Eingang mit dem Ausgang des Korrelators 42 verbunden ist, und der Ausgang des seriellen Korrelatorsvektor-Paketgenerators 47 ist mit dem ersten Eingang des Serien/Parallel-Korrelationskoeffizienten-Paketgenerators 48 verbunden, und die zweiten Eingänge des Serien/Parallel-Korrelationskoeffizienten-Paketgenerators 48 sind mit den Ausgängen der N Korrelatoren 43-1–43-N verbunden, der zweite Eingang des seriellen Korrelationsvektor-Paketgenerators 47 und der dritte Eingang des Serien/Parallel-Korrelationskoeffizient-Paketgenerators 48 sind kombiniert und mit dem Ausgang des Paketsynchronisierers 46 verbunden, der Ausgang des Serien/Parallel-Korrelationskoeffizienten-Paketgenerators 48 ist mit dem Eingang der Korrelationskoeffizient-Umordnungseinheit 46 verbunden, der Ausgang der Korrelationskoeffizient-Umordnungseinheit 49 ist mit dem ersten Eingang des Korrelators 51 verbunden, der zweite Eingang des Korrelators 51 ist mit dem Ausgang des Serien/Parallel-Binär/Orthogonal-Codesymbol-Paketgenerators 50 verbunden, der Ausgang des Korrelators 51 ist mit der Parallel/Seriell-Transformationseinheit 52 verbunden, und der Ausgang der Parallel/Serien-Transformationseinheit 52 ist der Ausgang der Einrichtung.
Die Binärsymbol-Umordnungseinheit 24 lässt sich auf einen Mikroprozessor oder in Hardware implementieren. Die 7 zeigt eine beispielhafte Hardware-Implementierung der Binärsymbol-Umordnungseinheit 24.
Die Binärsymbol-Umordnungseinheit 24 enthält erste und zweite Schieberegister 33 und 34, und die ersten Eingänge von diesen sind kombiniert, und sie stellen den Eingang der Binärsymbol-Umordnungseinheit 24 dar, und die Ausgänge der ersten und zweiten Schieberegister 33 und 34 sind zu dem ersten Eingang eines RAM 35 kombiniert und verbunden, ferner einen Zähler 37, dessen Eingang mit den zweiten Eingängen der ersten und zweiten Schieberegister 33 und 34 kombiniert ist, zum Bilden des zweiten Eingangs der Binärsymbol-Umordnungseinheit 24, und der Ausgang des Zählers 37 ist mit dem Eingang eines Teilers durch N sowie dem Eingang des Rechners mit Moduln N 39 verbunden, und der Ausgang des Rechners mit Moduln N 39 ist mit den dritten Eingängen der ersten und zweiten Register 34 und 33 und mit einem ersten Eingang eines EXOR 38 verbunden, und der Ausgang des EXOR 38 ist mit dem dritten Eingang des RAM 35 verbunden, und der Ausgang des Teilers durch N 36 ist mit dem zweiten Eingang von EXOR 38 und dem zweiten Eingang des RAM 35 verbunden, und der Ausgang des RAM 35 ist der Ausgang der Binärsymbol-Umordnungseinheit 24.
Das Verfahren der orthogonalen Übertragung/Empfangsdiversity gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die vorangehend erläuterte Einrichtung beschrieben.
Das orthogonale Übertragungs/Empfangs-Diversityverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist in dem Sendebasisstationsgerät und dem empfangenen Mobilstationsgerät implementiert. Die Implementierung des Verfahrens impliziert weder ein komplexeres Sende- und Empfangsbasis- bzw. Mobilstationsgerät noch zusätzliche Spreizcodes.
Die 4 zeigt eine Folge von Betriebsschritten bei der Übertragungsseite. Insbesondere zeigt sie die Betriebsschritte, die für das Verständnis der vorliegenden Erfindung maßgeblich sind. Vier Sende-Raumdiversitykanäle werden zum Darstellen des Betriebs des Verfahrens verwendet.
Bei der Sendeseite wird der Spreizcode P_k jedem Informations-Binärsymbolstrom jedes Anwenders zugeordnet. Jeder Informations-Binärsymbolstrom wird in serielle Informationspakete unterteilt, die jeweils N serielle Binärsymbole enthalten.
Die Binärsymbole des momentanen seriellen Pakets in der Reihenfolge der Folge hiervon sind mit b1, b2, b3 und b4 bezeichnet (dieser Betrieb wird durch die Position ”a” bei der 4 dargestellt).
Die Serien/Parallel-Transformation der Binärsymbole des Serieninformationspakets erfolgt unter Bildung eines parallelen Informationspakets mit vier Binärsymbolen (der Betrieb wird durch die Position ”b” bei der 4 dargestellt). Der Betrieb wird durch die in 6 gezeigte Einheit 23 ausgeführt. Das parallele Informationspaket wird viermal wiederholt, wodurch ein Serien/Parallel- Informationspaket mit vier parallelen und vier seriellen Gruppen der Binärsymbole gebildet wird. Jede parallele Gruppe enthält sämtliche Symbole des seriellen Informationspakets. Jede serielle Gruppe enthält vier ähnliche (wiederholte) Binärsymbole. Dieser Betrieb ist in 4 bei der Position ”c” dargestellt, und er wird ebenso durch die in 6 gezeigte Einheit 23 ausgeführt.
Der Orthogonalcode der vier Binärsymbole wird für jede serielle Gruppe des seriellen/parallelen Informations-Binärsymbolpakets erzeugt. Beispielsweise besteht bei vier Codes C₁, C₂, C₃ und C₄ der erste Code aus den Binärsymbolen C₁₁, C₁₂, C₁₃, C₁₄, und der zweite Code besteht aus Binärsymbolen C₂₁, C₂₂, C₂₃, C₂₄, der dritte Code besteht aus den Binärsymbolen C₃₁, C₃₂, C₃₃, C₃₄, der vierte Code besteh aus Binärsymbolen C₄₁, C₄₂, C₄₃, C₄₄, und demnach erfolgt das Bilden eines Serien/Parallelpakets der Binärsymbole der Orthogonalcodes mit vier parallelen und vier seriellen Gruppen der binären, orthogonalen Codesymbole (siehe Position ”d” in 4). Die Einheit 25, die diesen Betrieb ausführt, ist in 6 gezeigt. Das Serien/Parallelpaket, dessen serielle Gruppen die Form von Walsh Funktionen aufweisen, kann als ein Beispiel des Serien/Parallel-Orthogonalcode-Symbolpakets dienen.

1 1 1 1 C₁₁, C₁₂, C₁₃, C₁₄

1 –1 1 –1 C₂₁, C₂₂, C₂₃, C₂₄

1 –1 –1 1 C₃₁, C₃₂, C₃₃, C₃₄

1 1 –1 –1 C₄₁, C₄₂, C₄₃, C₄₄
Demnach ist das Ordnen der Walsh Funktionen wichtig
N. Ahmed – K. R. Rao, Orthogonal Transforms for Digital Signal Processing, Moskau.: – ”Svyaz”. 1980, Abschnitt 6).
Die Binärsymbole in den parallelen Gruppen des Serien/Parallel-Informationspakets werden so umgeordnet, dass die Binärsymbole jeder seriellen Gruppe nicht wiederholt werden. Demnach enthält jede serielle Gruppe eine Gruppe sämtlicher Symbole des seriellen Informationspakets, jedoch in unterschiedlicher Kombination.
Es gibt zahlreiche Verfahren für die Binärsymbolumordnung, die die oben beschriebenen Bedingungen erfüllen. Hier sei eines von diesen betrachtet. Die Binärsymbole der ersten parallelen Gruppe werden nicht umgeordnet. Die Binärsymbole der zweiten parallelen Gruppe werden in der folgenden Weise umgeordnet. Das erste Binärsymbol – zu der zweiten seriellen Gruppe, das zweite Binärsymbol – zu der ersten seriellen Gruppe, das dritte Binärsymbol – zu der vierten seriellen Gruppe, das vierte Binärsymbol – zu der dritten seriellen Gruppe. Binärsymbole der dritten parallelen Gruppe werden in der folgenden Weise umgeordnet. Das dritte Binärsymbol – zu der ersten seriellen Gruppe, das vierte Binärsymbol – zu der zweiten seriellen Gruppe, das erste Binärsymbol – zu der dritten seriellen Gruppe, das zweite Binärsymbol – zu der vierten seriellen Gruppe. Binärsymbole der vierten parallelen Gruppe werden in der folgenden Weise umgeordnet. Das erste Binärsymbol – zu der vierten seriellen Gruppe, das zweite Binärsymbol – zu der dritten seriellen Gruppe, das dritte Binärsymbol – zu der zweiten seriellen Gruppe, das vierte Binärsymbol – zu der ersten seriellen Gruppe. Der Betrieb des Verfahrens ist durch die 4 dargestellt, Position ”e”. Die in 6 gezeigte Binärsymbol-Umordnungseinheit führt diesen Betrieb aus.
Das obige Beispiel für die Umordnung entspricht der dyadischen Verschiebung (N. Ahmed – K. Rao. a. a. o., Seiten 109–111), und die erste parallele Gruppe verbleibt unverändert, die Binärsymbole der zweiten parallelen Gruppe werden dyadisch um eins verschoben, die Binärsymbole der dritten parallelen Gruppe werden dyadisch um zwei verschoben, und die Binärsymbole der vierten parallelen Gruppe werden dyadisch um drei verschoben.
Die Binärsymbole des Serien/Parallel-Binär/Orthogonal-Codesymbolpakets werden in derselben Weise wie die Binärsymbole des Serien/Parallel-Informations-Binärsymbolpakets umgeordnet (dieser Betrieb ist in 4 bei der Position ”f” dargestellt). Der Betrieb wird durch die in 6 gezeigte Einheit 26 ausgeführt.
Das umgeordnete Serien/Parallel-Binär/Orthogonal-Codesymbolpaket wird auf das umgeordnete Serien/Parallel-Informations-Binärsymbolpaket angewandt. Dieser Betrieb lässt sich auf zahlreiche Weisen ausführen, in Abhängigkeit von dem Typ der Binärsymboldarstellung. Beispielsweise dann, wenn die Binärsymbole den Wert von entweder ”0” oder ”1” annehmen, erfolgt der obige Betrieb durch Summation mit Moduln 2 (oder EXOR-Betrieb). In diesem Fall wird jedes Binärsymbol des Serien/Parallelpakets der umgeordneten Informations-Binärsymbole durch Moduln 2 mit dem zugeordneten Binärsymbol des parallelen Pakets der umgeordneten Binär/Orthogonal-Codesymbole addiert, wodurch das Serien/Parallelpaket der codierten Binärsymbole gebildet wird. Dieser Betrieb ist in 4 unter der Position ”g” dargestellt. In der Einrichtung wird dieser Betrieb durch den Orthogonalmodulator 28 implementiert (siehe 6).
Ein Raumdiversitykanal wird jeder seriellen Gruppe der codierten Binärsymbole des Serien/Parallel-Informationspakets zugeordnet.
Jedes codierte Binärsymbol jeder seriellen Gruppe wird durch den Spreizcode des Anwenders gespreizt. Ähnlich zu der Serien/Parallel-Umordnungs-Binärorthogonal-Codesymbol-Paketanwendung lässt sich dieser Betrieb auf zahlreiche Weise erfüllen, in Abhängigkeit von dem Typ der Binärsymboldarstellung, beispielsweise durch Summation mit Moduln 2 jedes codierten Binärsymbols mit dem Spreizcode, der dem Anwenderstrom zugeordnet ist. Dieser Betrieb ist in 4 bei der Postition ”h” dargestellt. In der Einrichtung wird dieser Betrieb durch die PN-Spreizeinheit 29 ausgeführt.
Es werden vier Raumdiversitykanäle erzeugt (dieser Betrieb ist bei der Position ”i” in 4 gezeigt). In der Einrichtung wird dieser Betrieb durch die Einheiten 32-1–32-N (siehe 6) implementiert.
Die seriellen Gruppen der gespreizten codierten Binärsymbole jedes Informationsstroms jedes Anwenders und zugeordnete Pilotsignale werden moduliert und gleichzeitig über vier Senderaumdiversitykanäle übertragen. Diese Betriebsabläufe werden durch die Einheiten 31-1–31-N und 32-1–32-N (siehe 6) ausgeführt.
Die 5A und die 5B zeigen eine Folge der Betriebsschritte gemäß dem vorliegenden Verfahren bei der Empfangsseite. Insbesondere zeigen sie die Betriebsschritte, die für das Verständnis der vorliegenden Erfindung wesentlich sind.
Bei der Empfangsseite werden Sendesignale empfangen und zum Erzeugen eines Eingangssignals demoduliert. Diese Betriebsschritte sind in 5A gezeigt, und zwar jeweils bei den Positionen ”a” und ”b”. Die Einheiten, die diesen Betrieb des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung implementieren, sind in der 8 gezeigt (Antenne 40 und Demodulator 41).
Es werden Referenzsignale (Pilotsignale und Spreizcode für jeden Informationsstrom der Binärsymbole eines vorgegebenen Anwenders bei der Empfangsseite) gleichzeitig zu der Sendeseite erzeugt. Die Betriebsschritte gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung sind in der 5A, Position ”c”, dargestellt, und bei der in 8 gezeigten Einrichtung, implementiert durch den Referenzsignalgenerator 45.
N empfangene Pilotsignalvektoren P₁...P₄ werden definiert. Dieser Betrieb des vorliegenden Verfahrens wird in 5A, Position ”e”, dargestellt, und gemäß der Einrichtung, deren Betrieb mittels der Korrelatoren 43-1–43-N implementiert ist (siehe 8).
Die Korrelation des Eingangssignals mit dem Spreizcode des Anwenders wird über das serielle Intervall der Informations-Binärsymboldauer berechnet, unter Erzeugung der Folge der Korrelationsvektoren K₁, K₂, K₃, K₄, ... (der Betrieb ist in 5A, Position ”e” gezeigt). In der Einrichtung ist dieser Betrieb implementiert durch den Korrelator 42 (8). Dieser Betrieb lässt sich mittels anderer Einheiten implementieren, beispielsweise einem abgestimmten Filter.
Die Folge der Korrelationsvektoren K₁, K₂, K₃, K₄, ... wird in serielle Pakete von N Korrelationsvektoren aufgeteilt. Der Betrieb ist in 5A, Position ”f”, dargestellt. In der Einrichtung wird dieser Betrieb durch die Einheit 47 implementiert (siehe 8).
Jeder Korrelationsvektor wird paarweise mit dem konjugiert komplexen der Pilotsignalvektoren (P₁...P₄) multipliziert, und der Realteil jedes Produkts wird zum Bilden des Serien/Parallelpakets der Korrelationskoeffizienten herangezogen (dieser Betrieb ist in 5A, Position ”g”, gezeigt. In der Einrichtung wird er durch die Einheit 48 implementiert (siehe 8).
Das Umordnen, umgekehrt zu dem Umordnen der Binärsymbole des Serien/Parallel-Informationspakets bei der Sendeseite, erfolgt in den parallelen Gruppen der Serien/Parallel-Korrelationskoeffizientenpakets (der Betrieb ist in 5B dargestellt, Position ”h”. In der Einrichtung wird der Betrieb durch die Einheit 49 implementiert (siehe 8).
Das Serien/Parallelpaket der Binär/Orthogonal-Codesymbole gemäß den Serien/Parallel-Binär/Orthogonal-Codesymbolpaket bei der Sendeseite, enthaltend vier serielle und vier parallele Gruppen der Binärsymbole der Orthogonalcodes, wird erzeugt (dieser Betrieb ist in 5B, Position ”i”, dargestellt). In der Einrichtung wird er durch die Einheit 50 implementiert (8).
Die Korrelation der seriellen Gruppen des Serien/Parallelpakets der Korrelationskoeffizienten mit den seriellen Gruppen des Serien/Parallelpakets der Binär/Orthogonal-Codesymbole wird zum Erzeugen des Parallelpakets mit vier bewerteten Entscheidungen berechnet. Der Betrieb wird in 5B, Position ”j”, dargestellt) in der Einrichtung wieder durch die Einheit 51 implementiert (8).
Die Parallel/Seriell-Transformation der bewerteten Entscheidung des parallelen Pakets wird ausgeführt, wodurch der Ausgangsstrom der bewerteten Entscheidungen gebildet wird (der Betrieb ist in 5B, Postition ”k”, gezeigt). In der Einrichtung wird er durch die Einheit 52 implementiert (8).
Das orthogonale Übertragungs-Empfangs-Diversityverfahren der vorliegenden Erfindung ergibt sich anhand der Beschreibung der in der 6 bis 8 gezeigten Einrichtung.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird bei der Sendeseite unter Verwendung eines Signalsenders implementiert, und dessen Blockschaltbild ist in 6 gezeigt.
Bei der beschriebenen Ausführungsform enthält der Sender, der zum Implementieren des vorliegenden Verfahrens verwendet wird, gemäß der 6 M ähnliche Zweige 22-1–22-M der Signalübertragung (einen pro Anwender). Jeder Signalübertragungszweig enthält die folgenden Einheiten.
Bei einem Serien/Parallel-Binärsymbol-Paketgenerator 23 legt an dem ersten Eingang ein Eingangsinformations-Binärsymbolstom an, und bei dem zweiten – das Paketsynchronisiersignal. In der Einheit 23 wird der Informations-Binärsymbolstrom in serielle Informationspakete aufgeteilt, es wird eine Serien/Parallel-Transformation der Binärsymbole in jedem seriellen Informationspaket ausgeführt, unter Bildung des Parallelpakets der N Binärsymbole. Das parallele Informationspaket wird N mal wiederholt, zum Erzeugen des Serien/Parallel-Informationspakets der Binärsymbole, d. h. es werden die Betriebsschritte gemäß dem vorliegenden Verfahren, dargestellt durch die Positionen ”a”, ”b” und ”c” in 4, in der Einheit 23 ausgeführt. Es ist zu erwähnen, dass die Verarbeitung, denen die Binärsymbole unterzogen werden, bevor sie bei dem Eingang der Einheit 22 angewandt werden, nicht wesentlich ist. Insbesondere können umgeordnete Codesymbole des Rahmens verwenden werden, wie bei dem üblichen CDMA-Standards, TIA/EIA/IS-95-A, „Mobile Station-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System”, Mai 1995; Telecommunications Industry Association (TIA), „The cdma2000 ITU-R-RTT Candidate Submission”, 1998; und K. H. ROSENBOCK, a. a. o.
Einer Binärsymbol-Umordnungseinheit 24 wird an dem ersten Eingang das Serien/Parallel-Binärsymbolpaket von N parallelen und N seriellen Gruppen der Binärsymbole von der Einheit 23 mit dem Intervall der Serieninformationspaketdauer zugeführt, und bei dem zweiten Eingang – das Paketsynchronisiersignal. Die Binärsymbol-Umordnungseinheit 24 bewirkt ein Umordnen der Binärsymbole in den parallelen Gruppen des Serien/Parallel-Informationspakets, so dass Binärsymbole jeder seriellen Gruppe nicht wiederholt werden. Ein derartiges Umordnen lässt sich beispielsweise durch ein dyadisches Verschieben implementieren (d. h. die Einheit 24 führt den in 4 bei der Position ”e” gezeigten Betrieb aus).
Der Serien/Parallel-Binär/Orthogonal-Codesymbol-Paketgenerator 25 erzeugt das Serien/Parallelpaket der Binärsymbole der orthogonalen Codes durch das Paketsynchronisiersignal (d. h., die Einheit 25 führt den Betrieb des in 4, Position ”d”, gezeigten Verfahrens aus).
Bei der Binär/Orthogonal-Codesymbol-Umordnungseinheit 26 wird dem ersten Eingang das Serien/Parallelpaket der Binär/Orthogonal-Codesymbole der N parallelen und N seriellen Gruppen der binären orthogonalen Codesymbole von der Einheit 25 zugeführt, und zu dem zweiten Eingang wird das Paketsynchronisiersignal gesendet. Die Binär/Orthogonal-Codesymbol-Umordnungseinheit 26 bewirkt ein Umordnen der Binärsymbole der Orthogonalcodes in derselben Weise wie in dem Serien/Parallel-Informationspaket der Binärsymbole (d. h., die Einheit 26 führt den Betrieb des in 4, Position ”f”, gezeigten Verfahrens aus).
Bei dem Orthogonalmodulator 28 liegt an dem ersten Eingang das Serien/Parallel-Informationspaket der umgeordneten Binärsymbole von der Einheit 24 an, und zu dem zweiten Eingang hiervon wird das Serien/Parallelpaket der umgeordneten Binär/Orthogonal-Codesymbole von der Einheit 26 gesendet. Das symbolweise Addieren der Codes lässt sich vielgestaltig ausführen, in Abhängigkeit von dem Typ der Binärsymboldarstellung. Beispielsweise in dem Fall, in dem die Darstellung ”0” und ”1” verwendet wird, lässt er sich durch Summation mit Moduln 2 ausführen. Dann kann der Summierer mit Moduln 2 oder das EXOR-Schema als orthogonaler Modulator 28 verwendet werden. Die Einheit 28 bewirkt eine Summation mit Moduln 2 jedes Binärsymbols des Serien/Parallel-Informationspakets der umgeordneten Binärsymbole mit dem zugeordneten Binärsymbol des Serien/Parallelpakets der umgeordneten Binär/Orthogonal-Codesymbole aus, wodurch das Serien/Parallelpaket der binär codierten Symbole gebildet wird (d. h., die Einheit 28 führt den Betrieb aus, der in 4, Position ”g”, gezeigt ist).
Funktionell lassen sich die Einheiten 23, 24, 25, 26 und 28 beispielsweise durch einen Mikroprozessor implementieren.
Der Spreizcodegenerator 27 erzeugt den Spreizcode für den Anwender-Informationsstrom.
Bei der Spreizeinheit 29 liegt an dem ersten Eingang das seriell/parallel-codierte-Binärsymbolpaket von der Einheit 28 an, und bei dem zweiten Eingang wird der Spreizcode des Anwenders von dem Generator 27 zugeführt. Der Betrieb zum Spreizen der codierten Binärsymbole für das Serien/Parallel-codierte-Binärsymbolpaket lässt sich, wie zuvor für die Einheit 28 erläutert, auf zahlreiche Weise in Abhängigkeit von dem Typ der Binärsymboldarstellung ausführen. Beispielsweise kann er durch Summation mit Moduln 2 jedes codierten Binärsymbols mit dem Spreizcode erfolgen, der dem Anwenderinformationsstrom zugeordnet ist. Demnach lässt sich der Summierer mit Moduln 2 als Spreizeinheit 29 verwenden (d. h., die Spreizeinheit 29 führt den Betrieb aus, der in 4, Position ”h”, gezeigt ist).
Zudem enthält der Sender gemäß der 4 den Pilotsignalgenerator 30, N Modulatoren 31-1–31-N und N Antennen 32-1–32-N.
Der Pilotsignalgenerator 30 erzeugt unterschiedliche Pilotsignale für jeden Sende-Raumdiversitykanal.
Die Modulatoren 31-1–31-N modulieren die seriellen Gruppen der gespreizten codierten Binärsymbole jedes Informationsstroms für jeden Anwender gemäß den Pilotsignalen.
Die seriellen Gruppe der gespreizten codierten Binärsymbole jedes Informationsstroms jedes Anwenders in Zuordnung zu den Pilotsignalen werden über die 32-1–32-N Antennen gesendet. Es ist zu erwähnen, dass über eine Antenne deren eigene serielle Gruppe der gespreizten codierten Binärsymbole und das zugeordnete Pilotsignal gesendet werden.
Wie oben erläutert, ist die Implementierung der Binärsymbol-Umordnungseinheit 26 unter Verwendung eines Mikroprozessors möglich. Für ein besseres Verständnis von deren Arbeitsweise ist deren Hardware-Implementierung nachfolgend angegeben. Das Blockschaltbild der Einheit ist in 7 gezeigt.
Die Binärsymbol-Umordnungseinheit 24 arbeitet in der folgenden Weise (siehe 7).
Der Eingangsstrom der binären Symbole (von dem Serien/Parallel-Binärsymbol-Paketgenerator 23, 6) liegt an dem ersten 33 und zweiten 34 Schieberegister an. Der Eingangsstrom wird durch Binarsymbole des Serien/Parallel-Informationspakets der Binarsymbole erzeugt, und zunächst liegen die Binärsymbole der ersten parallelen Gruppe vor, gefolgt anschließend von den Binärsymbolen der zweiten Gruppe, usw., bis zu der n-ten parallelen Gruppe.
Das erste 33 und zweite 34 Schieberegister wird durch das Paketsynchronisiersignal aktiviert (dieses Signal ist eine Steuer – ”1”). Beispielsweise dann, wenn das Steuersignal bei ”1” liegt, wird das Schieberegister 33 aktiviert, und gilt ”0” – so wird das zweite Schieberegister 34 aktiviert. In dem aktiven Modus stoppt das Schieberegister das Fixieren der Eingangsstromsymbole. In dem inaktiven Modus fixiert das Schieberegister die Eingangssymbole, schaltet jedoch den Ausgangsdatenbus in den hochimpedanten Zustand.
Das Paketsynchronisiersignal hat die Form einer Mäanderdauer der Halbperiode, die gleich der Dauer des seriellen Informationspakets ist. Die Mäandervorderseiten werden seitlich auf die Anfänge oder die Enden der seriellen Pakete abgestimmt.
An dem Eingang des Zählers 37 liegt das Paketsynchronisiersignal an, und die ansteigende oder absteigende Front initialisieren der Zähler 37 zu Null. Der Zähler 37 berechnet die Zahl der Binärsymbole in dem Serien/Parallel-Informationspaket der Binärsymbole, und er führt das Ergebnis den Eingängen des Tellers durch N 36 und dem Rechner mit Moduln N 39 zu.
Bei dem Ausgang des Rechners mit Moduln N 39, wird der Moduln N Wert der Eingangszahl berechnet und anschließend den dritten Eingängen des zweiten 34 und ersten 33 Schieberegisters jeweils zugeführt, und ebenso dem ersten Eingang der EXOR Einheit 38.
Der Ausgang des Tellers durch N 36 ist ein ganzzahliger Teil des Teilungsergebnisses der Eingangszahl durch N. Das Ausgangssignal wird dem zweiten (Adress-)Eingang des RAM Speichers 35 (Matrixspaltennummer) zugeführt, und dem zweiten Eingang der EXOR Einheit 38. Der Ausgang des EXOR 38 ist der dritte (Adress-)Eingang des RAM-Speichers 35 (Matrixzeilennummer).
Die Inhalte der aktiven Schieberegister (erste 33 oder zweite 34) Zelle mit der voreingestellten Zahl bei der Adresseingabe, liegt an dem ersten Eingang des RAMs an, und sie wird in der Zelle mit der Spalten- und Zeilennummer gesichert, die bei den Adresseingängen voreingestellt ist.
Demnach erzeugt der RAM 35 das Serien/Parallelpaket (beispielsweise dargestellt als Matrix) der umgeordneten Binärsymbole. Der Ausgang des RAMs 35 ist der Ausgang der Binärsymbol-Umordnungseinheit 24.
Die Einrichtung für das orthogonale Sende/Empfangs-Diversityverfahren an der Empfangsseite ist in 8 gezeigt.
Die Einrichtung arbeitet in der folgenden Weise.
Die Antenne 40 empfängt das Eingangssignal (der Betrieb ist in 5A, Position ”a”, dargestellt).
Der Demodulator 41 demoduliert das empfangene Signal (der Betrieb ist in 5A, Position ”b”, dargestellt).
Der Korrelator 42 berechnet die Korrelation des Eingangssignals zu dem Spreizcode des Anwenderinformationsstroms (dieser Betrieb ist in 5A, Postition ”e”, gezeigt).
Die Korrelatoren 43-1–43-N berechnen die Korrelation des Eingangssignals zu den Pilotsignalen jeweils der Raumdiversitykanäle 1-N (der Betrieb ist in 5A, Position ”e”, dargestellt).
Der Referenzsignalgenerator 45 erzeugt den Anwender-Spreizcode und Pilotsignale der Raumdiversitykanäle (der Betrieb ist in 5A, Position ”c”, gezeigt).
Die Sucheinheit 44 führt ein Eingangssignalsuchen und eine Zeitsynchronisation unter Verwendung der N übertragenen Diversitykanal-Pilotsignale aus (der Betrieb ist in 5A, Position ”d”, gezeigt).
Der serielle Korrelationsvektor-Paketgenerator 47 unterteilt die Folge der Korrelationsvektoren bei dem Ausgang der Einheit 42 in serielle Pakete mit N Korrelationsvektoren (dieser Betrieb ist in 5A, Position ”f”, dargestellt).
Der Serien/Parallel-Korrelationskoeffizient-Paketgenerator 48 multipliziert paarweise jeden Korrelationsvektor des seriellen Korrelationsvektorpakets mit den Konjugiert-Komplexen der Pilotsignalevektoren, und der Realteil jedes Produkts wird zum Erzeugen des Serien/Parallelpakets der Korrelationskoeffizienten aufgesammelt (dieser Betrieb ist in 5A, Position ”g”, gezeigt).
Die Korrelationskoeffizient-Umordnungseinheit 49 bewirkt ein Umordnen bei den parallelen Gruppen des Serien/Parallel-Korrelationskoeffizientenpakets invers zu der Umordnung der Binärsymbole des Serien/Parallel-Informationspakets bei der Sendeseite (dieser Betrieb ist in 5B, Position ”h”, gezeigt).
Der Serien/Parallel-Binär/Orthogonal-Codesymbol-Paketgenerator 50 erzeugt das Serien/Parallelpaket der Binär/Orthogonal-Codesymbole gemäß der Serien/Parallel-Binär/Orthogonal-Codesymbolpaket bei der Sendeseite (dieser Betrieb ist in 5B bei der Position ”i” gezeigt).
Der Korrelator 51 berechnet die Korrelation der seriellen Gruppe des Serien/Parallel-Korrelationskoeffizientenpakets zu den seriellen Gruppen des Serien/Parallel-Binär/Orthogonal-Codesymbolpakets, zum Bilden des parallelen Pakets mit den N bewerteten Entscheidungen, gemäß den N Binärsymbolen des parallelen Informationspakets bei der Sendeseite (diese Betriebsschritte sind in 5B, Position ”j”, gezeigt).
Die Parallel/Serien-Transformationseinheit 52 führt eine Parallel-Serien-Transformation der bewerteten Entscheidungen des Parallelpakets durch, zum Bilden des Ausgangsstroms der bewerteten Entscheidungen (dieser Betrieb ist in 5B, Position ”k”, gezeigt).
Funktionell lassen sich die Einheiten 47, 48, 49, 51, 52 beispielsweise durch einen Mikroprozessor implementieren.
Die vorliegende Erfindung wird durch verfügbare Vorrichtungen implementiert, die für den mit dem Stand der Technik Vertrauten bekannt sind.
Die Einheiten, die als mit einem Mikroprozessor implementiert beschrieben sind (6, 7, 8), lassen sich durch moderne digitale Signalprozessoren (DSP) implementieren, z. B. TMS 320C xx, Motorola 56 xxx, Intel, etc..
Anhand der detaillierten Beschreibung ergibt sich der Vorteil der vorliegenden Erfindung offensichtlicher gegenüber den üblichen technischen Lösungen, die darin bestehen, dass jedes Binärsymbol des Informationsstroms über alle Antennen übertragen wird. Demnach ist die Diversityfolge während dem Empfang jedes Binärsymbols gleich der Zahl der Sendeantennen (eine Empfangsantenne wird angenommen). Zur selben Zeit ist ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung nicht offensichtlich, der darin besteht, dass Binärsymbole, die simultan von unterschiedlichen Antennen gesendet werden, keine wechselseitige Interferenz zueinander während dem Empfang bewirken. Es sei nun betrachtet, wie dies gelingt.
Für eine weitergehende Analyse ist die Anwendung der Matrixnotation günstig. Bei der Sendeseite wird der Strom der Binärsymbole in serielle Pakete jeweils mit N Binärsymbolen aufgeteilt. Wie zuvor sei angenommen, dass gilt N = 4. Jedes derartige Paket lässt sich darstellen als Vektorkette der Binärsymbole: b = [b1b2b3b4] (1)
Der Betrieb der Serien/Parallel-Transformation wird über das serielle Paket ausgeführt, und ist äquivalent zu dem über die Vektorreihe ausgeführten Transponierbetrieb.
Durch Wiederholen der Vektorspalte 4 mal wird eine Matrix der Binärsymbole mit der Größe 4×4 erzeugt.
Das Umordnen der Binärsymbole in jeder Spalte der Matrix b^ wird so durchgeführt, dass unterschiedliche Binärsymbole in jeder Reihe auftreten. Es gibt zahlreiche Varianten der Umordnung, die die obigen Bedingungen erfüllen, jedoch wird es später offensichtlich, dass lediglich bestimmte Typen des Umordnens die beste Rauschstabilität für das Sende/Empfangs-Diversityverfahren gewährleisten. Eine der bevorzugten Ausführungsformen zum Umordnen basiert auf der Regel der dyadischen Verschiebung (Ahmed – K. R. Rao. Orthogonale Transformationen in Digitaler Signalverarbeitung. Moskau.: – ”Svyaz”. 1980, Abschnitt 6).
Demnach wird die folgende Matrix erzeugt.
Der nächste Schritt betrifft das Bilden des Serien/Parallelpakets der binären orthogonalen Codesymbole oder einfach der orthogonalen Codematrix. Die Matrix der Walsh-Codes könnte als ein Beispiel einer derartigen Matrix genannt werden, obgleich andere Systeme orthogonaler Codes eingesetzt werden könnten.
Nun richtet sich die Aufmerksamkeit auf die Walsh Code Ordnung, die keine der drei bekannten Ordnungstypen darstellt – Walsh, Hadamar, Paley [Ahmed – K. R. Rao. Orthogonale Transformationen in der Digitalen Signalverarbeitung. Moskau.: – ”Svyaz”. 1980]. Wie später deutlicher wird, ist der Typ der Ordnung auch für die Rauschstabilität wichtig.
Das Umordnen der Matrix C^ Elemente erfolgt in derselben Weise wie zuvor bei der Matrix b^ zum Erzeugen der Matrix:
Das Serien/Parallelpaket der umgeordneten, binären, orthogonalen Codesymbole wird auf das umgeordnete Binärsymbolpaket der Serien/Parallel-Information angewandt. Dieser Betriebsschritt der Matrixtheorie ist äquivalent zu dem Kronecker-Produkt der Matrizen b^{^1} und C¹. Das Ergebnis ist die Matrix D (das Serien/Parallelpaket der codierten Symbole)
Nach dem Betrieb zum Spreizen mit dem Spreizcode des Anwenders P_k und dem Modulieren wird jede Zeile der Matrix D über ihre eigene Antenne (die erste Reihe über die erste Antenne, die zweite Reihe über die zweite Antenne, usw.) übertragen.
Das Hochfrequenzsignal bei dem Empfangspunkt lässt sich darstellen als: X = S + N, (7)mit

– komplexe Amplitude oder Schwundvorgang des über die i-te Sendeantenne übertragenen Signals in der Empfangsantenne.
das Rauschen wird hier als
Additives Weißes Rauschen, Additive White Gaussian Noise (AWGN) mit einem Erwartungswert von Null und einer Leistungsspektraldichte von N₀/2 angenommen.
Bisher wurde direkt den Betriebsschritten des Verfahrens gefolgt, das in den Patentansprüchen herausgestellt ist. Für die weitergehende Analyse wird jedoch der Signalvektor S günstigerweise umgeschrieben zu: S = Pk·T ^r·b T, (8)
Sendediversitymatrix.
N Zeilen der Sendediversitymatrix entsprechen den N seriellen Übertragungsintervallen der Binärsymbole des seriellen Informationspakets. N Spalten entsprechen den Binärsymbolen des seriellen Informationspakets. Demnach zeigt der Inhalt der Zelle bei dem Kreuzungspunkt der i-ten Zeile und der j-ten Spalte, mit welchem Vorzeichen und über welche Antenne das j-te Binärsymbol des Serieninformationspakets über den i-ten Zeitintervall gesendet werden sollte, (i = 1,N, j = 1,N).
Das Verarbeiten bei der Empfangsseite erfolgt gemäß den folgenden Ausdrücken:
Hier bezeichnet M – den Vektor der bewerteten Entscheidungen für die Binärsymbole des gesendeten seriellen Informationspakets; Re(*) bezeichnet den Betrieb zum Extrahieren des Realteils einer komplexen Zahl; (.)^T – bezeichnet den Transponierbetrieb, und X⊗P_k – bezeichnet dem Betrieb zum Heranziehen des bekannten Anwenderspreizcodes P_k, der sich durch den üblichen Korrelator implementieren lässt; – T – bezeichnet dem Betrieb der Transponierung, und * – ist der Betrieb gemäß der Komplex-Konjugierten; T~r ist die Sendediversitymatrix, die vollständig ähnlich zu der T~r Matrix ist, jedoch bei dem Empfänger durch Schätzen der komplexen Amplituden der N Sendeantennensignale gebildet wird. Die Schätzung jeder komplexen Amplitude basiert auf einem Pilotsignal der zugeordneten Sendeantenne.
Unter der Annahme, dass der Schwundvorgang ausreichend langsam erfolgt, um komplexe Einhüllende der Sendeantennensignale nahezu konstant über N aneinandergrenzende Zeitintervalle der Informations-Binärsymboldauer sind und ihre Schätzung im Empfänger perfekt erfolgt, führt die Erweiterung der Gleichung (9) zu dem folgenden Ergebnis:
mit G als Zahl der Chips in dem Anwender Spreizcode P_k, dieser Parameter wird in der Literatur auch als Verarbeitungsgewinn bezeichnet (William C. Y. Lee, Overview of Cellular CDMA/IEEE Transactions an Vehicular Technology, Band 40, Nr. 2, Mai 1991, S. 294),
als Rauschvektor, und die Elemente desselben sind die reellen zufälligen Werte, die gemäß dem Gauss'schen Gesetz mit einem Erwartungswert von Null und einer Varianz von
verteilt sind.
Demnach ist das Verfahren für die Binärsymbol-Umordnung in der Matrix der Binärsymbole b^ und der Matrix der orthogonalen Codes C^ zum Bilden der Sendediversitymatrix T^r erforderlich, mit dem Merkmal
wobei
die Einheitsmatrix ist.
Anhand der Gleichung (10) lassen sich die folgenden zwei Hauptschlussfolgerungen ableiten.

1. Der Multiplikator
bei jedem Binärsymbol bezeichnet die Diversitywirkung der 4-ten Ordnung.
2. Jede bewertete Entscheidung enthält nicht interferierende Punkte aufgrund anderer Binärsymbole, d. h. während dem Empfang für ein Binärsymbole des Serienpakets nicht zu einer wechselseitigen Interferenz. Eine Interferenz wird bewirkt durch AWGN bei dem Eingang lediglich des Empfängers, und der Wert dieser Interferenz bzw. Störung bei dem Ausgang des Empfängers ist lediglich derselbe wie derjenige des Empfängers, der einen Diversityempfang mit vier Empfangs-Raumdiversityantennen gemäß dem MRC Algorithmus ausführt. Das Signal-zu-Rausch-Verhältnis ist dasselbe für alle Binärsymbole des seriellen Informationspakets, und es bildet den Wert

Unter Vorgabe ähnlicher Werte für A_i, i = 1, N und N₀, liegt derselben SNR Wert pro Binärsymbol bei dem Ausgang des Empfängers zum Ausführen des Diversityempfangs mit vier Empfangsantennen mit dem MRC Algorithmus vor (William C. Y. Lee,
/Mobile Communications Engineering”,
/Moskau „Radio y Svyaz”, 1985]. Demnach ist das vorliegende Verfahren im Hinblick auf das Kriterium des SNR Maximums am Ausgang des Empfängers (MRC) optimal.
Die obige Analyse lässt sich direkt auf eine beliebige Zahl von Sendeantennen N erweitern.
Demnach kann man eine Schlussfolgerung dahingehend ziehen, dass soweit es um die Wirksamkeit zum Abschwächen des Schwundvorgangeinflusses auf den Empfang betroffen ist, die angemeldete Erfindung in vollem Umfang äquivalent zu dem Diversityempfang mit N Empfangs-Raumdiversityantennen gemäss dem MRC Algorithmus ist.
Zum Bestätigen der Vorteile der vorliegenden Erfindung wurde eine vergleichende Analyse der vorliegenden Erfindung und bekannter technischer Lösungen in diesem Gebiet ausgeführt. Es erfolgte ein Vergleich der Rauschstabilität und der Zellkapazität.
Ein Vergleich des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung und den aus dem Stand der Technik bekannten technischen Lösungen wurde unter Bedingungen des CDMA IS-95 Vorwärtskanal ausgeführt (TIA/EIA IS-95-A, a. a. o.). Es wurden die folgenden Verkehrskanalparameter festgelegt: Datenübertragungsrate – 9600 kbps, 192 Binärsymbole pro Rahmen einschließlich 8 Nachlaufbit und 12 CRC Bits, Codierrate – ½, Coderlänge – 9, Verschachtler bzw. Interleaver-Einheit als 16 × 24 Matrix. Das Ausbreitungskanalmodell umfasst unabhängige Rayleigh-Schwundvorgänge des Signals, das von jeder BS Antenne mit der Frequenz von 30 Hz gesendet wird. Zahlreiche Zugangsinterferenzen von anderen Zellen und natürliche Rauschvorgänge wurden mit AWGN simuliert. Die Zahl der Sendeantennen bei BS betrug N = 2, 4, 8.
Die 9 zeigt FER-(Rahmen Fehler Raten)-Kurven, die durch Computersimulation des Prototyp-OTD-Algorithmus und der vorliegenden Erfindung unter den obigen Bedingungen erhalten wurden.
Eine Analyse der in 9 gezeigten Kurven zeigt, dass das orthogonale Sende/Empfangsdiversityverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zu der besten Rauschstabilität führt.

Die Tabelle enthält die erforderlichen SNR-Werte pro Codesymbol zum Erzielen der Empfangsrahmenfehler-Wahrscheinlichkeit von 0.01. Tabelle Erforderliche SNR Werte pro Codesymbol zum Erhalten der Empfangsrahmenfehler-Wahrscheinlichkeit von 0.01.

Zahl der Antennen bei BS (N)	Erforderliches E_b/N₀ für Signalübertragung über eine Antenne, dB	Erforderliches E_b/N₀ für den Prototyp, dB	Erforderliches E_b/N₀ für die vorliegende Erfindung, dB
2	11.5	8.5	7.5
4	11.5	6.3	4.6

Es ergibt sich anhand der Tabelle, dass er Energiegewinn der vorliegenden Erfindung gegenüber dem Prototyp den Wert 1.5 dB in N = 2 aufweist, sowie 3.3 dB bei N = 4. Die zugeordnete Zellkapazitätszunahme beträgt das 1.41-fache bei N = 2 und das 2.14-fache bei N = 4.
Insbesondere erwähnenswert ist die Wirkung, die durch die vorliegende Erfindung dann erzeugt wird, wenn ein Vergleich zu der Übertragung von Signalen über eine Antenne durchgeführt wird. In diesem Fall beträgt die zugeordnete Kapazitätszunahme das 2.6-fache bei N = 2 und das 5.13-fache bei N = 4.
Die 10 zeigt die Abhängigkeit von FER über SNR pro Codesymbol für das Verfahren der vorliegenden Erfindung bei N = 2, 4, 8. Für einen Vergleich sind die FER-Kurven für eine Signalübertragung über eine Antenne und eine FER-Kurve für den statischen Kanal (ohne Schwundvorgang) dargestellt. Anhand dieser Figur ist zu erkennen, dass der Einsatz der vorliegenden Erfindung mit 8 Sendeantennen das Implementieren einer Kanalkapazität ohne Schwundvorgang in praktischer Weise ermöglicht. In diesem Fall beträgt die Zellkapazitätszunahme im Vergleich zu der Signalübertragung über eine Antenne näherungsweise das 7-fache.
Da gezeigt wurde, dass die vorliegenden Erfindung dieselbe Wirkung für eine Schwundvorgangabschwächung wie ein Diversityempfang mit der jeweiligen Zahl der Empfangsantennen hat, sind zahlreiche Kombinationen dieser beiden Verfahren möglich. Beispielsweise ergibt sich anhand von 10 das zum Erzielen einer Kanalkapazität ohne Schwundvorgang eine Diversity-Größenordnung von 8 erforderlich ist. Diese Größenordnung kann unter Verwendung des Verfahrens mit 4 Antennen bei der Sendeseite und 2 Antennen bei der Empfangseite erhalten werden. Unterschiedliche Kombinationen des Verfahrens und der vorliegenden Erfindung und der Sendediversity mit Empfangsdiversityverfahren sind möglich, unter Einsatz von N Sendediversityantennen und M Empfangsdiversityantennen. Die sich ergebende Diversity-Größenordnung wird durch den Wert N·M gebildet.
Demnach ist es möglich zu schließen, dass der Einsatz der vorliegenden Erfindung in dramatischer Weise den ungünstigen Einfluss des Schwundvorgangs bei einem Kommunikationssystem reduziert, was zu dessen vollständiger Elimination, sofern eine ausreichende Zahl der Sende- und Empfangsantennen gegeben ist. Im Ergebnis lassen sich viele Kommunikationssystemparameter verbessern, einschließlich der Kommunikationsqualitäten der Zellkapazität, die sich um ein Vielfaches erhöhen lässt.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Das vorliegende Verfahren und die Einrichtung für das orthogonale Sende/Empfangsdiversityverfahren sind für den Eilnsatz in CDMA Telekommunikationssysteme bereitgestellt.

Claims

Orthogonales Sende/Empfangs-Diversityverfahren, umfassend – bei der Sendeseite – das Zuordnen eines Spreizcodes zu jedem Informations-Binärsymbolstrom jedes Anwenders, Erzeugen von N Senderaum-Diversitykanälen, Erzeugen eines Pilotsignales für jeden Sende-Raumdiversitykanl, sowie bei der Empfangsseite, Empfangen und Demodulieren der gesendeten Signale, Bestimmen von N empfangenen Vektoren der Pilotsignale, Berechnen der Korrelation des Eingangssignals mit dem Spreizcode über die seriellen Intervalle der Dauer des Binärsymbols des empfangenen Informationsstroms, und Bilden einer Folge von Korrelationsvektoren, dadurch gekennzeichnet, dass an der Sendeseite jeder Informations-Binärsymbolstrom in serielle Informationspakete abgeteilt wird, jeweils mit N seriellen Binärsymbolen, ferner eine Serien/Parallel-Transformation der Binärsymbole in jedem Serien-Informationspaket durchgeführt wird, das parallele Informationspaket der N Binärsymbole gebildet wird, das parallele Informationspaket N mal wiederholt wird, wodurch das Serien/Parallel-Informationspaket der N parallelen und N seriellen Gruppen der Binärsymbole über das Intervall der seriellen Informationspaketdauer gebildet wird, der orthogonale Code der N Binärsymbole für jede serielle Gruppe des Serien/Parallel-Informationspakets des Binärsymbols erzeugt wird, wodurch das Serien/Parallelpaket der Binärsymbole der orthogonalen Codes gebildet wird, das aus N parallelen und N seriellen Gruppen der Binärsymbole der orthogonalen Codes besteht, und ferner werden Binärsymbole der parallelen Gruppe der Serien/Parallel-Informationspakets so umgeordnet, dass die Binärsymbole jeder seriellen Gruppe nicht wiederholt werden, die Binärsymbole des Serien/Parallelpakets der Binärsymbole der orthogonalen Codes werden in derselben Weise wie in dem Serien/Parallel-Informations-Binärsymbolpaket umgeordnet, es erfolgt zudem ein Verscrambeln des Serien/Parallel-Informationspakets der umgeordneten Binärsymbole durch das Serien/Parallelpaket der umgeordneten Binärsymbole der orthogonalen Codes, wodurch das Serien/Parallelpaket der binär codierten Symbole gebildet wird, und jeder Seriengruppe der codierten Binärsymbole des Serien/Parallel-Informationspakets wird ein Raumdiversitykanal zugeordnet, jedes codierte Binärsymbol wird durch den Spreizcode des Anwenders gespreizt, die seriellen Gruppen der gespreizten codierten Binärsymbole jedes Informationsstroms jedes Anwenders und zugeordnete Pilotsignale werden moduliert und gleichzeitig über N Raumdiversitykanäle übertragen, und bei der Empfangsseite wird die Folge der Korrelationsvektoren in serielle Pakete von N Korrelationsvektoren aufgeteilt, jeder Korrelationsvektor wird mit dem Konjugiert-Komplexen des empfangenen Vektors der Pilotsignale multipliziert, der Realteil jedes Produkts wird herangezogen, wodurch das Serien/Parallelpakte der Korrelationskoeffizienten erzeugt wird, zudem erfolgt ein Umordnen in den parallelen Gruppen des Serien/Parallelpakets der Korrelationskoeffizienten umgekehrt zu dem Umordnen der Binärsymbole des Serien/Parallel-Informationspakets bei der Sendeseite, es wird das Serien/Parallelpaket der Binärsymbole der orthogonalen Codes gemäß dem Serien/Parallelpaket der Binärsymbole der orthogonalen Codes bei der Sendeseite und mit N Serien und N parallelen Gruppen der Binärsymbolen der orthogonalen Codes erzeugt, es wird die Korrelation der seriellen Gruppen des Serien/Parallelpakets der Korrelationskoeffizienten zu den seriellen Gruppen des Serien/Parallelpakets der Symbole der orthogonalen Codes berechnet, es erfolgt ein Bilden des Parallelpakets der N bewerteten Entscheidungen gemäß den N binären Symbolen des Parallel-Informationspakets bei der Sendeseite, und eine Parallel/Serientransformation des Parallelpakets der bewerteten Entscheidungen wird zum Erzeugen des Ausgangsstroms der bewerteten Entscheidungen durchgeführt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Umordnen der Binärsymbole in den parallelen Gruppen des Serien/Parallel-Informationspakets durch dyadisches Verschieben so ausgeführt wird, dass die Binärsymbole der k-ten parallelen Gruppe dyadisch um k – 1 verschoben werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Serien/Parallel-Informationspaket der umgeordneten Binärsymbole durch das Serien/Parallelpaket der umgeordneten Binärsymbole der orthogonalen Codes verscrambelt wird, durch Summieren mit Moduln 2 jedes Binärsymbols des Serien/Parallel-Informationspakets der umgeordneten Binärsymbole mit dem zugeordneten Binärsymbol des Serien/Parallelpakets der umgeordneten Binärsymbole der Orthogonalcodes.
Einrichtung für ein orthogonales Sende/Empfangs-Diversityverfahren, enthaltend bei der Sendeseite: N parallele Zweige (22) für die Anwendersignalübertragung, einen Pilotsignalgenerator (30), N Modulatoren (31), N Antennen (32), derart, dass jeder Signalübertragungszweig (22) seriell verbunden einen orthogonalen Modulator (28) und eine PN-Spreizeinheit 29 enthält, der zweite Eingang der PN-Spreizeinheit mit dem Ausgang des PN-Codegenerators (27) verbunden ist, jeder der N Ausgänge der PN-Spreizeinheit (29) mit dem Eingang des zugeordneten Modulators (31) verbunden ist, der Ausgang jedes Modulators mit der zugeordneten Sendeantenne (32) verbunden ist, ferner bei der Empfangsseite: eine Antenne (40), deren Ausgang mit dem Eingang eines Demodulators (41) verbunden ist, einen Korrelator (42) zum Berechnen der Korrelation des Eingangssignals zu dem Spreizcode des Anwenders, N Korrelatoren (43) zum Berechnen der Korrelation des Eingangssignals zu Pilotsignalen der Raumdiversitykanäle, eine Sucheinheit (44), derart, dass die ersten Eingänge der Korrelatoren (42, 43) und der Sucheinheit (44) kombiniert sind und mit dem Ausgang des Demodulators (41) verbunden sind, der zweite Eingang des Korrelators (42) zum Berechnen der Korrelation des Eingangssignals zu dem Spreizcode des Anwenders mit dem ersten Ausgang des Referenzsignalgenerators (45) verbunden ist, und Erzeugung des Spreizcodes des Anwenders bei dem ersten Ausgang, die zweiten Eingänge der N Korrelatoren mit den zweiten Ausgängen des Referenzsignalgenerators (45) verbunden sind, unter Erzeugung der Kanalpilotcodes bei diesen Ausgängen, und der dritte Ausgang des Referenzsignalgenerators (45) mit dem Eingang einer Paketsynchronisiereinheit verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Sendeseite: bei jedem Sendezweig (22) ein Serien/Parallel-Binärsymbolpaketgenerator (23) ergänzt ist, dessen Eingang der erste Eingang der Einrichtung ist und dessen Ausgang mit der Binärsymbol-Umordnungseinheit (24) verbunden ist, mit serieller Verbindung zu dem Serien/Parallel-Orthogonalcode-Binärsymbol-Paketgenerator (25) und der Orthogonalcode-Binärsymbol-Umordnungseinheit (26), und die zweiten Eingänge des Serien/Parallel-Binärsymbol-Paketgenerators (23), der Binärsymbol-Umordnungseinheit (24), des Serien/Parallel-Orthogonalcode-Binärsymbol-Paketgenerators (25) und der Orthogonalcode-Binärsymbol-Umordnungseinheit (26) sind zum Bilden des zweiten Eingangs der Einrichtung kombiniert, und die Ausgänge der Binärsymbol-Umordnungseinheit (24) und der Orthogonalcode-Binärsymbol-Umordnungseinheit (26) sind mit dem ersten und zweiten Eingang des Orthogonalcode-Modulators (28) verbunden, und derart, dass bei der Empfangsseite ein Serien-Korrelationsvektor-Paketgenerator (47) eingefügt ist, dessen Eingang mit dem Ausgang des Korrelators (42) verbunden ist, zum Berechnen der Korrelation des Eingangssignals mit dem Spreizcode des Anwenders, und der Ausgang hiervon ist mit dem ersten Eingang des Serien/Parallel-Korrelationskoeffizienten-Paketgenerators (48) verbunden, und die zweiten Eingänge hiervon sind mit den Ausgängen der N Korrelatoren (43) verbunden, der zweite Eingang des Serien-Korrelationsvektor-Paketgenerators (47) und der dritte Eingang des Serien/Parallel-Korrelationskoeffizienten-Paketgenerators (48) sind kombiniert und mit dem Ausgang der Paketsynchronisiereinheit (46) verbunden, der Ausgang des Serien/Parallel-Korrelationskoeffizienten-Paketgenerators (48) ist mit dem Eingang der Korrelationskoeffizienten-Umordnungseinheit (49) verbunden, und der Ausgang hiervon ist mit dem ersten Eingang des Korrelators (51) verbunden, von dem der zweite Eingang mit dem Ausgang des Serien/Parallel-Orthogonalcode-Binärsymbol-Paketgenerators (50) verbunden ist, und der Ausgang des Korrelators (41) ist mit dem Eingang der Parallel-Serien-Transformationseinheit (52) verbunden, deren Ausgang der Ausgang der Einrichtung ist.
Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Summationseinheit mit Moduln 2 als orthogonaler Modulator (28) verwendet wird.