DE69823496T2

DE69823496T2 - Orthogonal kodesynchronisationssystem und verfahren für spreizspektrum cdma-nachrichtenübertragung

Info

Publication number: DE69823496T2
Application number: DE69823496T
Authority: DE
Inventors: Gil Lavean
Original assignee: InterDigital Technology Corp
Current assignee: InterDigital Technology Corp
Priority date: 1997-02-28
Filing date: 1998-02-26
Publication date: 2005-04-07
Anticipated expiration: 2018-02-27
Also published as: JP2001504311A; CN1881857A; US6141332A; US5943331A; CN1878042B; CN1878043A; HK1086121A1; WO1998038758A2; EP1434361B1; DE978168T1; JP3697268B2; EP0978168B1; ATE405033T1; HK1098603A1; CN1702990A; ATE265762T1; ES2144987T1; EP1434361A3; CN1249086A; EP1622284B1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Spreizspektrumskommunikation und insbesondere auf ein System und Verfahren, die orthogonale Codes und die Kenntnis der Entfernung zwischen einem mobilen Endgerät und einer Basisstation zum Einstellen und Abstimmen der Phase eines Informationskanals zum Erreichen einer Orthogonalität in der Basisstation verwenden.
Hintergrund
Gemäß 1 werden Nachrichtendaten d(t) durch einen Spreizspektrumsmodulator 51 unter der Verwendung eines Nachrichtenchipcodesignals g₁(t) zum Erzeugen eines Spreizspektrums-Datensignals verarbeitet. Das Spreizspektrums-Datensignal wird vom Sender 52 unter der Verwendung eines Trägersignals bei einer Trägerfrequenz f_o verarbeitet und über den Kommunikationskanal 53 gesendet.
Bei einem Empfänger entspreizt ein Spreizspektrums-Demodulator 54 das empfangene Spreizspektrums-Signal, und die Nachrichtendaten werden durch den Synchron-Datendemodulator 60 als empfangene Daten wiederhergestellt. Der Synchron-Datendemodulator 60 verwendet ein Referenzsignal zum synchronen Demodulieren des entspreizten Spreizspektrums-Signals. Die Quadrat-Vorrichtung 55, ein Bandpassfilter 56 und ein Frequenzteiler 57 sind auf diesem Gebiet zum Erzeugen eines Referenzsignals aus einem empfangenen modulierten Datensignal wohl bekannt. Eine Costas-Schleife oder eine andere Referenzsignal-Erzeugungsschaltung ist zu diesem Zweck angemessen.
Ein Schwundkanal, wie zum Beispiel die Ionosphäre oder ein beliebiger Kanal, bei dem Mehrwegephänomene auftreten oder allgemeiner ein beliebiger Kanal, bei dem die Amplitude des empfangenen Signals über die Zeit fluktuiert, ist eine synchrone Demodulation nicht praktikabel, da die Phase des eintreffenden Signals typischerweise nicht die gleiche ist wie die Phase des Referenzsignals. In solchen Fällen wird eine differenzielle Phasenumtastung (differential phase shift keying/DPSK) verwendet. Bei der DPSK wird das empfangene Signal um ein Symbol verzögert und mit dem darunter liegenden Signal multipliziert. Wenn die resultierende Phase weniger als ±90° ist, wird ein 0-Bit erklärt, sonst wird ein 1-Bit erklärt. Ein solches System ist komplex und leidet unter Signalverschlechterungen von 6 dB bei Fehlerraten von 10^–2.
Im US-Patent Nr. 5,228,056 (Schilling) ist ein System und ein Verfahren zum Senden und Empfangen von Spreizspektrums-CDMA-Signalen offenbart. Nachrichtendaten werden mit einer Pseudozufalls-Chipcodesequenz gemischt und moduliert, um ein Spreizspektrums-CDMA-Signal zu erzeugen. Im US-Patent Nr. 5,544,156 ist ein Spreizspektrums-CDMA-System offenbart, das Pilotsignale zur Synchronisation verwendet.
Im US-Patent Nr. 5,506,864 ist ein System und ein Verfahren zum Geolokalisieren einer entfernten Einheit offenbart. Die Chipcodesequenz des Pilotsignals der Basisstation und des empfangenen Pilotsignals der entfernten Einheit werden verglichen, um die Entfernung zwischen der Basisstation und der entfernten Einheit zu bestimmen.
Im Stand der Technik ist kein System und kein Verfahren zum synchronen Kommunizieren unter der Verwendung einer Spreizspektrums-Modulation mit einer Basisstation und in Kombination damit die Verwendung einer Entfernung bis zum mobilen Endgerät zum Erzielen einer Orthogonalität an der Basisstation vorgesehen.
Offenbarung der Erfindung
Aufgaben der Erfindung
Eine allgemeine Aufgabe der Erfindung ist ein Geolokalisierungssystem und -verfahren, das als ein persönlicher Kommunikationsdienst eingesetzt werden kann.
Eine Aufgabe der Erfindung ist ein System und ein Verfahren zum synchronen Kommunizieren eines modulierten Datensignals, das in einem CDMA-Signal eingebettet ist, und zum Geolokalisieren einer entfernten Einheit, wobei bei schwindendem oder nicht schwindendem Signal die gute Funktionsfähigkeit sichergestellt ist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Geolokalisierungssystem und ein entsprechendes Verfahren, das einen eigenen Spreizspektrumskanal als ein Pilotsignal für eine Datenverbindung zum Geolokalisieren einer entfernten Einheit und zum Demodulieren eines in einem CDMA-Signal eingebetteten modulierten Datensignals verwendet.
Eine zusätzliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung sind synchrone Spreizspektrumskommunikationen und ein Geolokalisierungssystem.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Spreizspektrumssystem und -verfahren zur Verwendung orthogonaler Codes und einer bekannten Entfernung bis zu einem mobilen Endgerät zur Erzielung einer Orthogonalität von Benutzerdatensignalen eines mobilen Endgeräts bei der Basisstation.
Eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein System und Verfahren zur Verwendung orthogonaler Codes auf einer Rückverbindung eines Duplexfunkkanals.
Die derzeit verwendeten zellularen CDMA-Systeme verwenden keine orthogonalen Codes auf der Rückverbindung. Stattdessen verwenden die IS-95-Systme eine nicht kohärente Detektion auf der Rückwärtsverbindung. Der Grund dafür liegt in der Schwierigkeit bei der Synchronisierung der Spreizcodes miteinander, wenn sie von einer Vielzahl mobiler Benutzer bei der Basisstation eintreffen. Damit die Codes orthogonal sind, müssen die unterschiedlichen Codes im Wesentlichen zur gleichen Zeit beginnen und zur richtigen Zeit enden. Da die mobilen Benutzerstationen in unterschiedlichen Entfernungen von einer Basisstation sind und sich wahrscheinlich bewegen, werden, auch wenn alle Signale beim Verlassen der mobilen Station synchronisiert sind, die unterschiedlichen Wegstrecken dazu führen, dass die Signale beim Eintreffen an der Basisstation nicht synchron sind.
Es gibt mindestens drei verschiedene Signale, die beim Detektionsvorgang verstärkt werden, wenn die Abtastung zur entsprechenden Zeit erfolgt, oder wenn die vorbestimmten Wellenformen in der Zeit entsprechend aufeinander ausgerichtet sind. Beide diese Konzepte, d. h. Abtastung zur entsprechenden Zeit oder Ausrichtung bekannter Wellenformen, werden allgemein als Synchronisationszustand bezeichnet. In dem Fall einer Trägersynchronisation muss die korrekte Trägerphase nachgeführt werden. Dies bedeutet, dass die korrekte Frequenz ebenfalls nachgeführt wird und daher eine bekannte Wellenform in der Phase ausgerichtet wird. In dem Fall einer PN-Synchronisation ist es notwendig, die Phase des lokal erzeugten PN-Codes im Verhältnis zum empfangenen PN-Code verrutschen zu lassen, bis die beiden Signale in ihrer Phase exakt aufeinander ausgerichtet sind. Diese Ausrichtung wird dadurch aufrechterhalten, dass der Chiptakt für den lokal erzeugten PN-Code an den Takt des empfangenen PN-Codes angebunden wird. Wieder handelt es sich um die Phasenausrichtung einer bekannten Wellenform.
In dem Fall des Informationssignals tritt immer zu einem bestimmten Grad eine Unsicherheit auf, weil sonst keine Information übertragen würde. Wenn daher die Information Bit für Bit übertragen wird, wird während jedes Informationsbits eine Entscheidung getroffen. Wenn ein Rauschmittelungsfilter oder ein Integrator auf die vorbestimmte Bitrate abgestimmt ist, nicht auf die vorbestimmte Phase oder eine vorbestimmte Wellenform, und wenn die Abtastung am Ende der Bitperiode vorgenommen wird, so dass der Integrationsvorgang ein Maximum erreicht hat, kann die Phase oder Amplitude des empfangenen Signals gemessen werden, um den Informationsgehalt zu bestimmen. Zum Beispiel dauert eine Trägersinuswelle, eine vorbestimmte Wellenform bei f_c, bei einer vorbestimmten Phase über Hunderte von Zyklen. Das Informationssignal kann dann die Phase auf einen anderen vorbestimmten und akzeptablen Phasenwinkel ändern. Diese Veränderung der Phase kann einen Code repräsentieren, der das Informationsbit enthält. Der Stand der Technik enthält eine Anzahl von Verfahren zum Aufrechterhalten eines synchronen lokalen Trägers, auch wenn beim empfangenen Träger die Phase gelegentlich aufgrund der Information geändert wird.
In einem CDMA-System gibt es ein besseres Verfahren zum Ableiten eines sauberen lokalen Trägers beim Empfänger, als ihn aus dem Informationskanal abzuleiten. Bei einem CDMA-System ist es möglich, denselben HF-Träger zu senden, der jedoch mit einem anderen PN-Code überlagert ist. Auf diesem Signal ist keine unbekannte Information. Es ist ein vollständig vorbestimmtes Signal, das an beiden Enden der Verbindung bekannt ist. Da dieses Signal einen anderen Code hat als den Benutzerinformationskanalcode, ist es aus dem Benutzerinformationskanal vollständig auflösbar. Daher können die beiden Signale das gleiche Spektrum zur gleichen Zeit besetzen und interferieren nur geringfügig miteinander. Dieses Signal wird als Pilotkanal bezeichnet und kann beim Empfänger mit einem engen Filterband gefiltert werden, wodurch es eine sehr stabile Referenz wird. Die Benutzerinformationskanalphase wird dann mit dieser sauberen Referenz verglichen, um zu bestimmen, welche Veränderungen zum Reflektieren der Information am Benutzerinformationskanal vorgenommen werden. Auf der Vorwärtsverbindung wird der gleiche Pilotkanal als Referenz für viele mobile Benutzerstationen verwendet. Hieraus ergibt sich, dass die Leistung des Pilotkanals um ein Vielfaches stärker sein kann als die Leistung eines einzelnen Benutzerinformationskanals und immer noch eine geringe Auswirkung auf die von der Basisstation ausgesendete gesamte Leistung haben kann. Dieser Leistungsfaktor, kombiniert mit der Tatsache, dass alle Signale den gleichen Ursprungspunkt und die gleiche Zeitabstimmungsquelle haben, macht die Verwendung orthogonaler Codes auf dieser Vorwärtsübertragungsverbindung einfach. Alle mobile Benutzer empfangen das gleiche zusammengesetzte CDMA-Vorwärtsübertragungssignal und verwenden den gleichen Pilotkanal zum Extrahieren ihres zugewiesenen Benutzerinformationskanals aus dem zusammengesetzten CDMA-Signal.
Die Schwierigkeit beim Ableiten und Erfassen orthogonaler Codes führt dazu, dass praktikable orthogonale Codes relativ kurz sind, d. h. 64 Chips für IS- 95-Systeme, es wurden jedoch auch schon 128 Chips vorgeschlagen. Diese kurzen Codes schränken die verfügbare Vor-Erfassungs-Verarbeitungsverstärkung ein. Da die Codes ständig wiederholt werden, besteht die dabei entstehende Struktur des Spektrums aus einer kleinen Anzahl von Linien mit großen Abständen zwischen den Linien. Dies sieht nicht sehr nach Rauschen aus, was auch so gewollt ist. Daher wird, wie auch bei IS-95, ein längerer, dem Rauschen ähnlicherer Code mit den orthogonalen Codes überlagert. Wenn der Pilotkanalcode auch einer der orthogonalen Codes ist, wird er bei den Informationskanälen kein Rauschen beitragen. Im Fall von IS-95 ist der Pilot-Walsh-Code 0, was bedeutet, dass er lediglich der überlagerte rauschähnliche Code ist, weil der Walsh-Code 0 aus lauter Nullen besteht. Zum Erzielen einer vollen Löschung der begleitenden orthogonalen Codes müssen die Codes perfekt aufeinander ausgerichtet sein, wobei alle Nullübergänge exakt zur gleichen Zeit auftreten. Jede Fehlausrichtung führt zu Abstimmungsfehlern, die beim erwünschten Signal zur Interferenz führen. Auf der Vorwärtsverbindung werden die an die mobilen Stationen ausgesendeten vielen Signale zusammen addiert, um ein zusammengesetztes CDMA-Signal zu bilden. Hieraus ergibt sich, dass die Signale perfekt aufeinander ausgerichtet sind, und da alle Signale den gleichen Weg nehmen, bleiben sie auch ausgerichtet. Daher sind orthogonale Code praktikabel und einfach zu implementieren. Die einzigen Nachteile sind die eingeschränkte Verarbeitungsverstärkung und die eingeschränkte Anzahl verfügbarer Codes.
Der Einsatz orthogonaler Codes auf der Rückverbindung ist schwieriger, da die unterschiedlichen Codes von den verschiedenen mobilen Stationen kommen, die in Abhängigkeit von der Entfernung von der Basisstation zufällig verteilt sind, bei der die Signale perfekt ausgerichtet ankommen müssen. Dies bedeutet, dass, damit alle Signale synchron an der Basisstation ankommen, jede mobile Station ihren Referenzpunkt zu einer anderen Zeit setzen müsste, um die unterschiedlichen Weglängen auszugleichen. In den derzeitigen Systemen ging man davon aus, dass dies für die praktische Umsetzung zu schwierig wäre. Im US-Patent Nr. 5,404,376 wird dieses Thema in der Form angesprochen, dass die Basisstation ein Verhältnis zwischen dem mobilen empfangenen C/I und der Entfernung feststellt und rundsendet, das auf der Basis gemessener Daten ständig aktualisiert wird. Auf der Grundlage dieses Verhältnisses schätzt die mobile Station die PN-Phase, was die Auswirkung hat, dass der PN-Code ungefähr synchron mit den anderen mobilen Übertragungen bei der Basisstation eintrifft. Dieses Verfahren ist mit vielen Problemen behaftet. Insbesondere ist es schwierig, ein konsistentes Verhältnis zwischen C/I und der Entfernung von der Basisstation aufrechtzuerhalten. Auch unter idealen Bedingungen wird dieses Verhältnis von der Richtung abhängen, die der Ausbreitungspfad nimmt. Im US-Patent Nr. 5,404,376 sind einige komplizierte Verfahren beschrieben, durch die Korrekturfaktoren addiert werden, um die Richtung oder den Sektor zu berücksichtigen, in dem sich die mobile Station befindet. Bestenfalls ist das Ergebnis nur eine Schätzung, und es besteht immer noch eine große Unsicherheit, die durch Suchen zu überwinden ist. Die vorliegende Erfindung überwindet diese Schwierigkeiten durch eine Bestimmung der Entfernung der mobilen Station von der Basisstation in einer einzigartigen, einfachen und direkten Art und Weise.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie hier ausgeführt und in breiten Zügen beschrieben ist, ist ein Spreizspektrums-Codemultiplex-Vielfachzugriffs(CDMA)-Kommunikationssystem und ein Verfahren zum Kommunizieren über einen Duplex-Funkkanal vorgesehen, das mindestens eine Basisstation und mehrere mobile Endgeräte aufweist. Nachrichtendaten werden zwischen den Basisstationen und den mobilen Endgeräten hin- und hergeschickt. Nachrichtendaten sind zum Beispiel digitale Sprachdaten, Computerdaten, Faxdaten, Videodaten usw. hierauf jedoch nicht eingeschränkt. Die Basisstation leitet Basis-Nachrichtendaten über einen Vorwärtskanal an die mehreren mobilen Endgeräte weiter. Ein mobiles Endgerät leitet Endgerät-Nachrichtendaten über eine Rückwärtsverbindung an die Basisstation. Basis-Nachrichtendaten sind hier als Nachrichtendaten definiert, die von einer Basisstation ausgehen, und Endgerät-Nachrichtendaten sind hier als Nachrichtendaten definiert, die von einem mobilen Endgerät ausgehen.
Endgerät-Nachrichtendaten werden unter der Verwendung eines Pseudorauschcodes spreizspektrumsverarbeitet, um spreizspektrumsverarbeitete Endgerät-Nachrichtendaten zu erzeugen. Ein Endgerät-Pilotsignal wird mit den spreizspektrumsverarbeiteten Endgerät-Nachrichtendaten kombiniert, um ein Endgerät-CDMA-Signal zu erzeugen. Das Endgerät-CDMA-Signal enthält das Endgerät-Pilotsignal und ein Datensignal.
Das Endgerät-CDMA-Signal wird auf einem Rückkanal des Duplex-Funkkanals vom mobilen Endgerät an die Basisstation übertragen. Die Basisstation empfängt das Endgerät-CDMA-Signal und spaltet das Endgerät-CDMA-Signal in einen Pilotkanal und einen Datenkanal auf. Die Basisstation erzeugt ein Basis-Pilotsignal und ein Basis-Pilot-Referenzsignal. Das Basis-Pilot-Referenzsignal wird aufgespaltet und verzögert, um eine zeitgleiche Version des Basis-Pilot-Referenzsignals, eine frühe Version des Basis-Pilot-Referenzsignals und eine späte Version des Basis-Pilot-Referenzsignals zu erzeugen. Die zeitgleiche, die frühe und die späte Version des Basis-Pilot-Referenzsignals werden zum Auskorrelieren einer zeitgleichen, einer frühen bzw. einer späten Version des Endgerät-Pilotsignals verwendet. Die Basisstation erzeugt auch ein Basis-Daten-Referenzsignal und korreliert das Datensignal unter der Verwendung des Basis-Daten-Referenzsignals aus.
Die Phase des Endgerät-Pilotsignals wird nachverfolgt, und in Reaktion auf einen Peak im Endgerät-Pilotsignal wird ein Akquisitionssignal ausgegeben, das eine Synchronisation des Endgerät-Pilotsignals und des Basis-Pilot-Referenzsignals bedeutet. In Reaktion auf das Akquisitionssignal wird die Codephasendifferenz zwischen dem Basis-Pilotsignal und dem Basis-Pilot-Referenzsignal gemessen, um die Entfernung zwischen dem mobilen Endgerät und der Basisstation zu bestimmen. Die Entfernung wird auf einem Vorwärtskanal an das mobile Endgerät übertragen, und im Ansprechen auf die Entfernung stimmt das mobile Endgerät die Phase des Pseudorauschcodes ab, um eine Ankunftszeit des Datensignals bei der Basisstation abzustimmen und um bei der Basisstation eine Orthogonalität mit anderen eintreffenden Mobil-Endgerät-Datensignalen zu erzielen.
Die Basisstation kann auf der Rückverbindung des Duplexkanals Daten vom mobilen Endgerät in einem von vier Steuermodi empfangen. Im ersten Modus sendet das mobile Endgerät einen unabhängigen Benutzerpilot, der mit dem Basisstationspilot nicht synchronisiert ist, auf der Rückverbindung, und der Benutzerdatenkanal wird mit diesem unabhängigen Benutzerpilot synchronisiert. Im zweiten Modus setzt das mobile Endgerät seinen eigenen Benutzerpiloten so ein, dass er sich nach dem von der Basisstation empfangenen Piloten richtet, und der Benutzerdatenkanal wird mit diesem sich nach dem anderen Piloten richtenden Benutzerpilot synchronisiert. Dieser zweite Modus erlaubt es dem Benutzerendgerät, Umlaufzeitinformation zu Zwecken einer Geolokalisierung und einer schnellen Reakquisition zu empfangen. Im dritten Modus richtet sich der Pilot des mobilen Endgeräts wie im Fall des zweiten Modus nach dem eintreffenden Basisstationspiloten, doch wird der Benutzerdatenkanal unter der Verwendung der von der Basisstation empfangenen Entfernungsinformation im orthogonalen Modus betrieben. Das Phasenverhältnis zwischen dem Benutzerpilotkanal und dem Benutzerdatenkanal wird kalibriert. Der Benutzerpilotträger ist auch der Träger für den Benutzerdatenkanal und kann als die Trägerreferenz zum Erfassen des Benutzerdatenkanals verwendet werden. Im vierten Modus wird die Implementierung des sich nach dem anderen Piloten richtenden Piloten des dritten Modus zur Akquisition verwendet, nach der Akquisition wird der Benutzerpilotcode jedoch so phasenverschoben, dass er mit dem Benutzerdatenkanal synchron ist, wodurch auch dieser zu einem orthogonalen Kanal wird. In diesem Modus tragen die Piloten keinerlei Interferenz mehr für die Benutzerdatenkanäle in der Zelle bei und können mit höheren Leistungspegeln gesendet werden.
Zusätzliche Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden teilweise in der folgenden Beschreibung dargelegt und sind teilweise aus der Beschreibung ersichtlich, oder können aus der praktischen Umsetzung der vorliegenden Erfindung erfahren werden. Die Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung können mittels der in den beiliegenden Ansprüchen insbesondere aufgeführten Vorrichtungen und Kombinationen realisiert und erzielt werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die beiliegenden Zeichnungen, die einen integralen Bestandteil der Beschreibung darstellen, veranschaulichen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Prinzipien der Erfindung.
1 ist ein bekanntes Verfahren zum synchronen Wiederherstellen von Nachrichtendaten;
2 zeigt ein synchrones Spreizspektrumssystem mit einem Bitsynchronisierer, der mit einem gattungsgemäßen erfindungsgemäßen Chipcodegenerator synchronisiert ist;
3A zeigt ein synchrones Spreizspektrums-Sendersystem für mehrere Nachrichtendaten;
3B zeigt einen Spreizspektrumsempfänger, der einen synchronen Detektor zum Empfangen mehrerer spreizspektrumsverarbeiteter Signale einsetzt;
3C zeigt einen Spreizspektrumsempfänger, der einen nicht synchronen Detektor zum Empfangen mehrerer spreizspektrumsverarbeiteter Signale einsetzt;
4 zeigt ein synchrones Spreizspektrums-Demodulationsverfahren;
5 ist ein Blockdiagramm einer Basisstation zum synchronen Kommunizieren mit einer entfernten Einheit und zu deren Geolokalisierung;
6 ist ein Blockdiagramm einer entfernten Einheit zum Kommunizieren mit einer Basisstation und zur Geolokalisierung;
7 ist ein Blockdiagramm eines mobilen Endgeräts gemäß dem erfindungsgemäßen orthogonalen Codesynchronisationssystem und dem entsprechenden Verfahren; und
8 ist ein Blockdiagramm einer Basisstation des orthogonalen Codesynchronisationssystems und des entsprechenden Verfahrens.
Beste Art und Weise zur Durchführung der Erfindung
Es wird nun im Einzelnen auf die vorliegenden bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, von denen Beispiele in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht sind, wobei die gleichen Bezugszeichen über die verschiedenen Ansichten hinweg gleiche Elemente bezeichnen.
Das erfindungsgemäße Spreizspektrums-Kommunikations- und Orthogonalcode-Synchronisationssystem und -verfahren ist eine Erweiterung einer in einer US-Patentanmeldung mit dem Titel "SYNCHRONOUS-SPREAD-SPECTRUM COMMUNICATIONS SYSTEM AND METHOD" ("Synchrones Spreizspektrums-Kommunikationssystem und -verfahren") (Donald L. Schilling) mit einer Seriennummer 07/626,109 und einem Einreichungsdatum vom 14. Dezember 1990 das nun als US-Patent Nr. 5,228,056 erteilt wurde, offenbart. Zur vollständigen Offenbarung beinhaltet die folgende Erörterung den Offenbarungsgehalt der ursprünglichen Patentanmeldung und geht folglich auf eine orthogonale Codesynchronisation gemäß der vorliegenden Erfindung ein.
Die erfindungsgemäßen Spreizspektrums-Signale sind so konzipiert, dass für andere Benutzer "transparent" sind, d. h. Spreizspektrumssignale sind so konzipiert, dass sie mit der Kommunikation anderer bestehender Benutzer nur zu einem vernachlässigbaren Grad interferieren. Die Anwesenheit eines Spreizspektrumsignals ist schwierig zu bestimmen. Diese Eigenschaft ist als niedrige Wahrscheinlichkeit eines Abhörens (Low Probability of Interception/LPI) und niedrige Wahrscheinlichkeit einer Entdeckung (Low Probability of Detection/LPD) bekannt. Die LPI- und LPD-Merkmale des Spreizspektrums ermöglichen eine Übertragung zwischen Teilnehmern eines Spreizspektrums-CDMA-Kommunikationssystems, ohne dass die bestehenden Benutzer des mobilen zellularen Systems eine deutliche Interferenz erfahren. Die vorliegende Erfindung nutzt LPI und LPD bezüglich der vorbestimmten Kanäle in den mobilen zellularen Systemen oder im Mikrowellensystem mit einem festen Dienst. Dadurch, dass der Leistungspegel eines jeden Spreizspektrumssignals unter dem vorbestimmten Pegel ist, interferiert die Gesamtleistung aus allen Spreizspektren, die innerhalb einer Zelle verwendet werden, nicht mit mobilen Benutzern in einem mobilen zellularen System, oder bei Mikrowellenbenutzern im Mikrowellensystem mit festem Dienst.
Ein Spreizspektrumssystem ist auch stör- bzw. interferenzsicher. Ein Spreizspektrumsempfänger spreizt das Spektrum des interferierenden Signals. Dies verringert die Interferenz des interferierenden Signals, so dass es sich nicht merklich negativ auf die Leistung des Spreizspektrumsystems auswirkt. Dieses Merkmal einer Interferenzverringerung macht Spreizspektrumssysteme für kommerzielle Kommunikationssysteme nützlich, d. h. die Spreizspektrumswellenformen können mit bestehenden Schmalbandsignalen überlagert werden.
Die vorliegende Erfindung verwendet ein Spreizspektrum mit pseudozufälliger Phasenumtastung, die ein Phasenmodulationsverfahren einsetzt. Ein Spreizspektrum mit pseudozufälliger Phasenumtastung nimmt die Leistung, die zu übertragen ist, und spreizt sie über eine sehr breite Bandbreite, so dass die Leistung pro Bandbreiteneinheit (Watt/Hertz) minimiert wird. Wenn dies gelingt, dann ist die von einem mobilen zellularen Benutzer oder einem Mikrowellenbenutzer empfangene ausgesendete Spreizspektrumsleistung, die eine relativ enge Bandbreite hat, nur ein Bruchteil der tatsächlich übertragenen Leistung.
In einem Mikrowellensystem mit festem Dienst wird zum Beispiel, wenn ein Spreizspektrumssignal mit einer Leistung von 10 mW über eine für den festen Dienst verwendete Mikrowellenbandbreite von 10 MHz gespreizt wird und ein Mikrowellenbenutzer ein Kommunikationssystem mit einer Kanalbandbreite von nur 2 MHz verwendet, die wirksame Interferenzleistung aufgrund eines Spreizspektrumssignals im Schmalband-Kommunikationssystem um den Faktor von 10 MHz/2 MHz verringert. Für fünfzig gleichzeitige Benutzer eines Spreizspektrumssystems wird die Leistung des interferierenden Signals aufgrund des Spreizspektrums um das Fünfzigfache erhöht.
Das Merkmal des Spreizspektrumssystems, das zu einer Interferenzverringerung führt, besteht darin, dass der Spreizspektrumsempfänger die empfangene Energie beliebiger interferierender Signale über die gleiche breite Bandbreite spreizt, 10 MHz in vorliegendem Beispiel, während die Bandbreite des erwünschten empfangenen Signals auf seine ursprüngliche Bandbreite komprimiert wird. Wenn zum Beispiel die ursprüngliche Bandbreite der erwünschten Nachricht nur 30 kHz beträgt, dann wird die Leistung des interferierenden Signals, das an der Basisstation erzeugt wurde, um 10 MHz/30 kHz verringert.
Ein Spreizspektrum mit pseudozufälliger Phasenumtastung erzielt eine Spreizung des Spektrums durch Modulieren des ursprünglichen Signals mit einem sehr breitbandigen Signal bezüglich der Datenbandbreite. Dieses Breitbandsignal wird so gewählt, dass es zwei mögliche Amplituden hat, +1 und –1, und diese Amplituden werden in einer "pseudozufälligen" Art und Weise periodisch geschaltet. Daher wird bei jedem gleichmäßig beabstandeten Zeitintervall eine Entscheidung darüber getroffen, ob das Breitband-Modulationssignal +1 oder –1 sein sollte. Wenn eine Münze geworfen würde, um diese Entscheidung zu treffen, wäre die resultierende Sequenz echt zufällig. In diesem Fall wüsste der Empfänger jedoch die Sequenz nicht im Voraus und könnte die Übertragung nicht richtig empfangen. Stattdessen erzeugt ein Chipcodegenerator eine annähernd zufällige Sequenz elektronisch, die als Pseudozufallssequenz bezeichnet wird, die dem Sender und dem Empfänger im Voraus bekannt ist.
Codemultiplex-Vielfachzugriff
Codemultiplex-Vielfachzugriff (Code Division Multiple Access/CDMA) ist ein Spreizspektrumsverfahren mit pseudozufälliger Phasenumtastung, bei dem eine Anzahl, mindestens zwei, Spreizspektrums-Signale gleichzeitig kommunizieren, wobei jedes im selben Frequenzband arbeitet. In einem CDMA-System bekommt jeder Benutzer einen eigenen Chipcode. Dieser Chipcode identifiziert den Benutzer. Wenn zum Beispiel ein erster Benutzer einen ersten Chipcode g₁(t) und ein zweiter Benutzer einen zweiten Chipcode g₂(t) usw. hat, dann empfängt ein Empfänger, der den ersten Benutzer empfangen möchte, an seiner Antenne die gesamte von allen Benutzern ausgesendete Energie. Nach dem Entspreizen des Signals des ersten Benutzers gibt der Empfänger aber die gesamte Energie des ersten Benutzers, jedoch nur einen Bruchteil der Energie aus, die von dem zweiten, dem dritten usw. Benutzer ausgesendet wurde.
Bei CDMA ist die Interferenz eingeschränkt. Dies bedeutet, dass die Anzahl von Benutzern, die das gleiche Spektrum nutzen können und immer noch eine akzeptable Leistung aufweisen, durch die Gesamtinterferenzleistung bestimmt wird, die alle Benutzer als Gesamtheit gesehen im Empfänger erzeugen. Wenn jetzt die Leistung nicht mehr sorgfältig gesteuert wird, dann verursachen diejenigen CDMA-Sender, die dem Empfänger nahe sind, eine überwältigende Interferenz. Dieser Effekt ist als das "Nah-Fern-Problem" ("Near-Far" Problem) bekannt. In einer mobilen Umgebung könnte das Nah-Fern-Problem der dominante Effekt sein. Eine Leistungssteuerung eines jeden einzelnen mobilen entfernten Benutzers ist möglich, so dass die empfangene Leistung für jeden mobilen entfernten Benutzer die gleiche ist. Dieses Verfahren wird als "adaptive Leistungssteuerung" bezeichnet. Siehe US-Patent Nr. 5,093,840 mit dem Erteilungsdatum vom 3. März 1992 und dem Titel "ADAPTIVE POWER CONTROL FOR A SPREAD SPECTRUM SYSTEM AND METHOD" (Adaptive Leistungssteuerung für ein Spreizspektrumssystem und -verfahren) von Donald L. Schilling.
Das erfindungsgemäße Spreizspektrums-Kommunikationssystem ist ein Codemultiplex-Vielfachzugriffs(CDMA)-System. Ein Spreizspektrums-CDMA-System kann die Nutzung des Spektrums beträchtlich verbessern. Bei CDMA nutzt jeder Benutzer in einer Zelle das gleiche Frequenzband. Jedoch hat jedes CDMA-Signal einen eigenen Pseudozufallscode, der es einem Empfänger erlaubt, ein gewünschtes Signal von den restlichen Signalen zu unterscheiden. Entfernte Benutzer in benachbarten Zellen verwenden das gleiche Frequenzband und die gleiche Bandbreite und "interferieren" daher miteinander. Ein empfangenes Signal kann dann etwas verrauschter erscheinen, wenn die Anzahl der von einer PCN-Basisstation empfangenen Benutzersignale ansteigt.
Jedes unerwünschte Benutzersignal erzeugt etwas Interferenzleistung, deren Stärke von der Verarbeitungsverstärkung abhängt. Entfernte Benutzer in benachbarten Zellen erhöhen die zu erwartende Interferenzenergie im Vergleich zu entfernten Benutzern innerhalb einer bestimmten Zelle um ungefähr 50%, wenn man annimmt, dass die entfernten Benutzer über die benachbarten Zellen gleichmäßig verteilt sind. Da der Interferenzerhöhungsfaktor nicht schwerwiegend ist, wird keine Frequenzwiederverwendung eingesetzt.
Jede Spreizspektrumszelle kann ein ganzes 10-MHz-Band zum Senden und ein ganzes 10-MHz-Band zum Empfangen verwenden. Daher führt die Verwendung einer Chiprate von fünf Millionen Chips pro Sekunde und einer Codierungsdatenrate von 4800 bps ungefähr zu einer Verarbeitungsverstärkung von 1000 Chips pro Bit. Dem Fachmann auf diesem Gebiet ist es wohl bekannt, dass die maximale Anzahl von entfernten CDMA-Benutzern, die gleichzeitig ein Frequenzband verwenden können, ungefähr gleich der Verarbeitungsverstärkung ist.
Orthogonale Codes
Ein Pilot auf der Rückverbindung wird nun als praktisch angesehen, da er das C/I verringert, das zum Erzielen des gewünschten E_b/N₀ benötigt wird, wie im US-Patent Nr. 5,506,864 und US-Patent Nr. 5,544,156 offenbart. Diese Verbesserung leitet sich von der Fähigkeit her, eine synchrone bzw. kohärente Detektion zu verwenden. Wie in diesen Patenten beschrieben, verbessert die Verwendung eines Piloten oder eines generischen Chipcodes die Leistung sowohl orthogonaler als auch nicht orthogonaler codierter Verbindungen. Da für orthogonale Kanäle jede mobile Einheit einen eigenen Pilot- und einen eigenen Informationscode erfordert, verringert sich die Anzahl aktiver Benutzer um die Hälfte. Wenn es eine eingeschränkte Anzahl von Codes gibt, könnte dies schwerwiegende Auswirkungen haben. Das US-Patent Nr. 5,506,864 verwendet den Piloten von der mobilen Einheit zum Messen der Entfernung zwischen der Basisstation und der keine orthogonalen Codes verwendenden mobilen Einheit. Die vorliegende Erfindung erweitert dieses Patent und schließt auch orthogonale Codes mit ein und verwendet die Kenntnis der Entfernung zum mobilen Endgerät zum Einstellen der Phase des Informationskanals, um ihn auf die anderen mobilen Signale auszurichten, die bei der Basisstation eintreffen. Das mobile Gerät empfängt den Pilot oder das generische Chipcodesignal von der Basisstation und verwendet die Zeitabstimmung und Phase des Basis-Pilotsignals als Ursprung für das Endgerät-Pilotsignal, das an die Basisstation sendet. Das heißt, dass der zurückgegebene Pilot keine durch die mobile Einheit gehende Verzögerung hat. Der zurückgegebene Pilot sieht aus wie eine von der mobilen Einheit zurückgeworfene Radarreflexion. Er hat natürlich eine größere Signalstärke und, da es viele Endgerätpiloten geben wird, die an die Basisstation zurückgesendet werden, ist er ein unterschiedlicher, jedoch ähnlicher Pseudorauschcode wie der Pseudorauschcode des Basisstationspiloten.
Die Basisstation empfängt die Pilotsignale von allen aktiven mobilen Einheiten und misst die Phasendifferenz, wenn möglich bis zu einer Auflösung von 0,1 Chips, zwischen den zurückgegebenen Pseudorauschsequenzen und den ausgesendeten Pseudorauschsequenzen für jede mobile Station. Was gemessen wird, ist die Umlaufzeit. Die tatsächliche Entfernung ist die Hälfte dieser Zahl, in Chips gemessen, mit einer Genauigkeit von 0,1 Chips. Diese Information wird zum mobilen Benutzer gesendet, und wenn der mobile Benutzer auf der Rückverbindung in einem orthogonalen Modus arbeitet, benutzt der mobile Benutzer diese Information zum Einstellen der Phase des PN-Codes auf der Endgerätnachricht, damit diese bei der Basisstation zu einer vorbestimmten Zeit eintrifft, die von der Basisstation festgelegt wird. Daher wird der PN-Code des Endgerätpiloten und die Endgerät-Benutzernachrichtenkanäle bei unterschiedlichen Phasen sein, doch haben sie beide das selbe Trägersignal, und der Pilotträger kann zum Erzeugen einer Referenz für eine kohärente Detektion im Benutzernachrichtenkanal verwendet werden.
Der Datenabtastpunkt ist normalerweise an die Wiederholungsrate der PN-Sequenz geknüpft und wird phasengleich eingestellt, damit er mit der Datenzeitabstimmung auf dem Benutzernachrichtenkanal übereinstimmt. Daher ist es möglich, die durch die Benutzernachrichtenkanäle, die mit einer gemeinsamen Basisstation in Kommunikation sind, verursachte gegenseitige Interferenz beträchtlich zu verringern.
Die von den mobilen Einheiten in benachbarten Zellen verursachte Interferenz ist nicht orthogonal und erscheint als nicht orthogonale Interferenz. Die meisten CDMA-Systeme mit orthogonalem Code verwenden sektorisierte Antennen zum Erreichen einer Codewiederverwendung und zum Verringern der Interferenz. Daher senden die mobilen Stationen in der jeweiligen Zelle am Rand der Zelle über die Fläche des Sektors hinweg mit maximaler Leistung und erzeugen daher eine in beiden Zellen gerichtete Strahlung mit maximaler Energie. Während sich jedoch die mobilen Benutzer in der benachbarten Zelle zu ihrer Basisstation hin bewegen, verringern sie ihre Leistung, um sie auf dem selben Niveau zu halten, als wenn sie sich am Rand der Zelle befinden. Unter der Annahme einer Dämpfkurve in der vierten Potenz verringern sie ihre Leistung in der vierten Potenz in Abhängigkeit von der Entfernung, und da sie sich auch von der Basisstation entfernen, mit der sie interferieren, bewegt sich ihr verringerter gesendeter Leistungspegel, der sich ebenfalls in der vierten Potenz verringert, über eine weitere Entfernung, die auch zu einer Verringerung mit der vierten Potenz beiträgt. Dies verdoppelt den Effekt des Faktors in der vierten Potenz, was bedeutet, dass die von mobilen Benutzern in benachbarten Zellen ausgehende Interferenz viel kleiner ist, als wenn die Leistungssteuerung nicht eingesetzt würde. Daher ist die externe Interferenz, d. h. die von mobilen Benutzern verursachte Interferenz, die mit anderen Basisstationen arbeiten, die bei der primären Basisstation eingeführt wird, mindestens um 6 db kleiner als die Interferenz, die innerhalb der Zelle von anderen mobilen Benutzern verursacht wird, die mit der primären Basisstation zusammenarbeiten. Es ist daher möglich, die Anzahl von Benutzern um einen Faktor 4 zu erhöhen. Wie schon erwähnt, sendet jeder aktive mobile Benutzer einen Pilotkanal und einen Informations- oder Nachrichtenkanal. Die Informationskanäle werden so eingestellt, dass sie orthogonal sind, wenn sie bei der Basisstation eintreffen. Die Pilotkanäle sind jedoch nicht orthogonal, sondern es wird, nachdem der Informationskanal funktioniert, die Pilotkanalleistung um 6 db verringert. Daher wird auch mit der externen Interferenz und den Pilotkanälen die Kapazität aufgrund der vorliegenden Erfindung verdoppelt. Noch eine weitere Verbesserung ist dadurch möglich, dass die Phase des Endgerätpiloten nach der Akquisition verschoben wird, so dass sie mit dem Benutzerinformationskanal koinzidiert. Wenn dies erreicht wurde, werden die Endgerätpiloten ebenfalls orthogonal, und die einzige Interferenz ist die externe Interferenz, die von Benutzern benachbarter Zellen in die Primärzelle eingestrahlt wird. Wie schon zuvor erwähnt, ist diese Interferenz um mindestens 6 dB kleiner, was zu einer Vervierfachung der Kapazität führt. Die Codenachführung auf der Rückverbindung wird schwieriger, da der Fehler in der Basisstation erzeugt wird und der Oszillator, der durch diese Fehlerspannung gesteuert wird, sich in der mobilen Station befindet. Daher muss die Vorwärtsverbindung zum Übertragen dieser Fehlerspannung an die mobile Station verwendet werden. Allgemein verändert sich die Entfernung relativ langsam, und diese entfernte Steuerung des Mobilcodetakts ist kein Problem. Wenn plötzliche Fluktuationen auftreten, die so beträchtlich sind, dass sie eine schnelle schwerwiegende Fehlausrichtung verursachen, schaltet das mobile Endgerät den Endgerätpilotcode zurück in den Akquisitionsmodus. Nach der Reakquisition und Abschluss der notwendigen Einstellungen, um den Informationskanal in die richtige Ausrichtung zu bringen, schaltet das mobile Endgerät auf den orthogonalen Nachführungsmodus zurück. Daher sind die nicht orthogonalen Endgerätpiloten nur über einen kleinen Teil der Zeit "ein" und ist die daraus resultierende Auswirkung auf die Kapazität gering. Die Kapazität sollte immer noch fast das Vierfache eines Systems mit nicht orthogonalem Code sein, wenn es genügend orthogonale Codes im Codesatz gibt, um von diesem Vorteil zu profitieren.
Synchrone Spreizspektrums-Kommunikationen
Wie veranschaulichend in 2 gezeigt, ist ein Spreizspektrum-Codemultiplex-Vielfachzugriffs(CDMA)-Kommunikationssystem zur Verwendung über einen Kommunikationskanal 110 vorgesehen, das generische Mittel, Nachrichtenmittel, Spreizmittel, Summierungsmittel, Übertragungsmittel, generische Spreizspektrums-Verarbeitungsmittel, Nachrichten-Spreizspektrums-Verarbeitungsmittel, Akquisitions- und Nachführmittel, Detektionsmittel und Synchronisierungsmittel umfasst. Die generischen Mittel und Nachrichtenmittel sind als ein Sender-Generisch-Chipcodegenerator 101 und Sender-Nachrichten-Chipcodegenerator 102 implementiert. Die Spreizmittel sind als eine EXKLUSIV-ODER-Vorrichtung 103 gezeigt, die ein EXKLUSIV-ODER-Gatter sein kann. Die Summierungsmittel sind ein Kombinierer 105 und die Sendemittel enthalten einen Sender, der als eine mit einem Modulator 107 verbundene Signalquelle 108 ausgeführt ist. Der Sender-Nachrichten-Chipcodegenerator 102 ist mit der EXKLUSIV-ODER-Vorrichtung 103 verbunden. Der Sender-Generisch-Chipcodegenerator 101 ist mit dem Sender-Nachrichten-Chipcodegenerator 102 und der Quelle für die Nachrichtendaten verbunden dargestellt. Die EXKLUSIV-ODER-Vorrichtung 103 und der Sender-Generisch-Chipcodegenerator 101 sind mit dem Kombinierer 105 verbunden. Der Modulator 107 ist zwischen den Kombinierer 105 und den Kommunikationskanal 110 geschaltet.
Beim Empfänger ist die generische Spreizspektrums-Verarbeitungseinrichtung als der Empfänger-Generisch-Chipcodegenerator 121, der generische Mischer 123 und das generische Bandpassfilter 125 herausgeführt. Der generische Mischer 123 ist zwischen den Empfänger-Generisch-Chipcodegenerator 121 und das generische Bandpassfilter 125 geschaltet. Die Nachrichten-Spreizspektrums-Verarbeitungsmittel sind als ein Empfänger-Nachrichten-Chipcodegenerator 122, ein Nachrichtenmischer 124 und ein Nachrichten-Bandpassfilter 126 ausgeführt. Der Nachrichtenmischer 124 ist zwischen den Empfänger-Nachrichten-Chipcodegenerator 122 und das Nachrichten-Bandpassfilter 126 geschaltet. Ein Leistungssplitter 115 ist zwischen den Kommunikationskanal 110 und den generischen Mischer 123 und den Nachrichtenmischer 124 geschaltet.
Die Akquisitions- und Nachführmittel sind als eine Akquisitions- und Nachführschaltung 131 ausgeführt. Die Akquisitions- und Nachführschaltung 131 ist mit einem Ausgang des generischen Bandpassfilters 125 und dem Empfänger-Generisch-Chipcodegenerator 121 verbunden. Der Empfänger-Nachrichten-Chipcodegenerator 122 ist vorzugsweise mit dem Empfänger-Generisch-Chipcodegenerator 121 verbunden.
Die Detektionsmittel sind als ein Detektor 139 ausgeführt. Der Detektor 139 ist mit dem Nachrichten-Bandpassfilter 126 und dem generischen Bandpassfilter 125 verbunden. Der Detektor 139 kann ein nicht synchroner Detektor sein, wie zum Beispiel ein Hüllkurvendetektor oder ein Quadrat-Detektor. Alternativ dazu kann der Detektor 139 ein synchroner Detektor sein, der ein wiedergewonnenes Trägersignal aus dem generischen Bandpassfilter 125 verwendet.
Die Synchronisierungsmittel weisen eine Biteinrichtung, ein Tiefpassfilter 128 und einen elektronischen Schalter 130 auf. Die Biteinrichtung ist als ein Bitsynchronisierer 129 ausgeführt. Das Tiefpassfilter 128 und der elektronische Schalter 130 sind mit dem Bitsynchronisierer 129 verbunden. Der Bitsynchronisierer 129 ist, wie in 2 gezeigt, vorzugsweise mit dem Empfänger-Generisch-Chipcodegenerator 121 verbunden. Alternativ dazu kann der Bitsynchronisierer 129 mit einem Ausgang des Detektors 139 verbunden sein.
Der Sender-Generisch-Chipcodegenerator 101 erzeugt ein generisches Chipcodesignal g₀(t), und der Sender-Nachrichten-Chipcodegenerator 102 erzeugt ein Nachrichten-Chipcodesignal g₁(t). Eine synchrone Zeitabstimmung der Nachrichtendaten d₁(t) und des Nachrichten-Chipcodesignals in 2 ist durch das generische Chipcodesignal gegeben, auch wenn andere Quellen, wie zum Beispiel ein gemeinsames Taktsignal zur Synchronisierung verwendet werden können. Die EXKLUSIV-ODER-Vorrichtung 103 erzeugt ein Spreizspektrums-Signal durch eine Spreizspektrums-Verarbeitung von Nachrichtendaten mit dem Nachrichten-Chipcodesignal. Die Spreizspektrumsverarbeitung kann durch eine Modulo-2-Addition der Nachrichtendaten mit dem Nachrichten-Chipcodesignal bewerkstelligt werden. Der Kombinierer 105 kombiniert das generische Chipcodesignal mit dem spreizspektrumsverarbeiteten Signal. Das kombinierte generische Chipcodesignal und das spreizspektrumsverarbeitete Signal kann ein Mehrpegelsignal sein, das die augenblicklichen Spannungspegel des generischen Chipcodesignals und des spreizspektrumsverarbeiteten Signals aufweist.
Der Modulator 107 moduliert als ein Teil des Senders das kombinierte generische Chipcodesignal und spreizspektrumsverarbeitete Signal durch ein Trägersignal cos ω₀t mit einer Trägerfrequenz f₀. Das modulierte generische Chipcodesignal und das spreizspektrumsverarbeitete Signal werden über den Kommunikationskanal 110 als ein Codemultiplex-Vielfachzugriffs(CDMA)-Signal x_c(t) gesendet. Daher enthält das CDMA-Signal das generische Chipcodesignal und das spreizspektrumsverarbeitete Signal, als ob sie jeweils getrennt und synchron auf getrennten Trägersignalen moduliert worden wären, welche die gleiche Trägerfrequenz f₀ aufweisen und über den Kommunikationskanal gesendet werden.
Bei einem Empfänger stellen die generischen Spreizspektrums-Verarbeitungsmittel das Trägersignal cos ω₀t aus dem CDMA-Signal x_c(t) wieder her, und die Nachrichten-Spreizspektrums-Verarbeitungsmittel entspreizen das CDMA-Signal x_c(t) als ein moduliertes Datensignal d₁(t). Insbesondere wird mit Bezug auf 2 das aus dem Kommunikationskanal 110 empfangene CDMA-Signal durch den Leistungssplitter 115 aufgeteilt. Der Empfänger-Generisch-Chipcodegenerator 121 erzeugt eine Replik des generischen Chipcodesignals g₀(t). Der generische Mixer 123 verwendet die Replik des generischen Chipcodesignals zum Entspreizen des CDMA-Signals x_c(t) aus dem Leistungssplitter 115 als ein wiederhergestelltes Trägersignal. Das Spreizspektrumssignal des CDMA-Signals, das das generische Chipcodesignal g₀(t) cos ω₀t aufweist, enthält im Allgemeinen keine Daten, so dass das Entspreizen des CDMA-Signals lediglich das Trägersignal hervorbringt. Das generische Bandpassfilter 125 filtert das wiederhergestellte Trägersignal mit der Trägerfrequenz oder in äquivalenter Weise bei einer Zwischenfrequenz. Im Vergleich zum Nachrichten-Bandpassfilter 126, das eine zum Filtern eines modulierten Datensignals ausreichende Bandbreite aufweist, kann das generische Bandpassfilter 125 eine sehr enge Bandbreite zum Filtern des wiederhergestellten Trägersignals aufweisen. Die sehr enge Bandbreite des generischen Bandpassfilters 125 hilft bei der Extraktion des wiederhergestellten Trägersignals aus dem Rauschen.
Die Akquisitions- und Nachführschaltung 131 akquiriert und verfolgt das wiederhergestellte Trägersignal aus einer Ausgabe des generischen Bandpassfilters 125. Die Replik des generischen Chipcodesignals aus dem Empfänger-Generisch-Chipcodegenerator 121 wird über die Akquisitions- und Nachführschaltung 131 mit dem wiederhergestellten Trägersignal synchronisiert.
Der Empfänger-Nachrichten-Chipcodegenerator 122 erzeugt eine Replik des Nachrichten-Chipcodesignals g₁(t). Die Replik des Nachrichten-Chipcodesignals g₁(t) wird mit der Replik des generischen Chipcodesignals g₀(t) aus dem Empfänger-Generisch-Chipcodegenerator 121 synchronisiert. Auf diese Weise hat der Empfänger-Nachrichten-Chipcodegenerator 122 über die Synchronisation mit dem Empfänger-Generisch-Chipcodegenerator 121 die gleiche Synchronisation wie der Sender-Nachrichten-Chipcodegenerator 102 über die Synchronisation mit dem Sender-Generisch-Chipcodegenerator 101. Daher liefert der Spreizspektrumskommunikationskanal mit dem generischen Chipcodesignal eine kohärente Spreizspektrumsdemodulation der Spreizspektrumskanäle mit Daten.
Der Nachrichtenmischer 124 verwendet die Replik des Nachrichten-Chipcodesignals zum Entspreizen des CDMA-Signals aus dem Leistungssplitter 115 zum Erzeugen eines modulierten Datensignals d₁(t) cos ω₀t. Das modulierte Datensignal besteht aus den durch das Trägersignal modulierten Nachrichtendaten. Das Nachrichten-Bandpassfilter 126 filtert das modulierte Datensignal mit der Trägerfrequenz oder äquivalent mit einer Zwischenfrequenz (IF). Empfangsumsetzer, die das modulierte Datensignal auf eine IF umwandeln, können wahlweise auch verwendet werden, ohne dass sie die Zusammenarbeitsfunktionen oder die Lehre der vorliegenden Erfindung ändern.
Der Detektor 139 demoduliert das modulierte Datensignal als ein detektiertes Signal. Das detektierte Signal wird durch das Tiefpassfilter 128 gefiltert, durch den elektronischen Schalter 130 abgetastet und als empfangene Daten d₁(t) ausgegeben. Die empfangenen Daten sind – ohne Fehler – mit den Nachrichtendaten identisch. Das Tiefpassfilter 128 und der elektronische Schalter 130 werden in einer "Integrations-" bzw. "Abspeicher"-Funktion unter der Steuerung des Bitsynchronisierers 129 betrieben. Der Bitsynchronisierer 129 steuert das Integrieren und das Abspeichern des Tiefpassfilters 128 bzw. des elektronischen Schalters 130. Der Bitsynchronisierer 129 leitet vorzugsweise die Synchronisation unter der Verwendung der Replik des generischen Chipcodesignals vom Empfänger-Generisch-Chipcodegenerator 121 ab, wie in 2 gezeigt. Der Bitsynchronisierer 129 kann auch die Synchronisation von einer Ausgabe des Detektors 139 ableiten, wie in 1 gezeigt ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform empfängt der Bitsynchronisierer 129 die Replik des generischen Chipcodesignals g₀(t) vom Empfänger-Generisch-Chipcodegenerator 121. Die Replik des generischen Chipcodesignals kann beispielsweise ein Chipcodewort mit 8250 Chips enthalten. Unter der Annahme, dass es elf Bits pro Chipcodewort gibt, sind dies 750 Chips pro Datenbit. Da die Replik des generischen Chipcodesignals Information an den Bitsynchronisierer 129 darüber liefert, wo das Chipcodewort beginnt, hat der Bitsynchronisierer 129 dadurch Kenntnis über die Zeitabstimmung der entsprechenden Bits zur Synchronisation.
Die vorliegende Erfindung kann weiter das Senden mehrerer spreizspektrumsverarbeiteter Signale als das CDMA-Signal zur Handhabung mehrerer Nachrichtendaten beinhalten. In diesem Fall beinhaltet die Erfindung mehrere Nachrichtenmittel und mehrere Spreizmittel. Gemäß 3A können die mehreren Nachrichtenmittel als mehrere Sender-Nachrichten-Chipcodegeneratoren und die mehreren Spreizmittel als mehrere EXKLUSIV-ODER-Gatter ausgebildet sein. Die mehreren Sender-Nachrichten-Chipcodegeneratoren erzeugen mehrere Nachrichten-Chipcodesignale. In 3A sind die mehreren Sender-Nachrichten-Chipcodegeneratoren als ein erster Sender-Nachrichten-Chipcodegenerator 102, der ein erstes Nachrichten-Chipcodesignal g₁(t) erzeugt, ein zweiter Sender-Nachrichten-Chipcodegenerator 172, der ein zweites Nachrichten-Chipcodesignal g₂(t) erzeugt, bis zum N-ten Sender-Nachrichten-Chipcodegenerator 182 gezeigt, der das N-te Nachrichten-Chipcodesignal g_N(t) erzeugt. Die mehreren EXKLUSIV-ODER-Gatter sind als ein erstes EXKLUSIV-ODER-Gatter 103, ein zweites EXKLUSIV-ODER-Gatter 173 bis zum N-ten EXKLUSIV-ODER-Gatter 183 gezeigt. Die mehreren EXKLUSIV-ODER-Gatter erzeugen mehrere spreizspektrumsverarbeitete Signale durch eine Modulo-2-Addition der mehreren Nachrichtendaten d₁(t), d₂(t), ..., d_N(t) mit den mehreren Nachrichten-Chipcodesignalen g₁(t), g₂(t) ... bzw. g_N(t). Insbesondere werden die ersten Nachrichtendaten d₁(t) mit dem ersten Nachrichten-Chipcodesignal g₁(t), die zweiten Nachrichtendaten d₂(t) mit dem zweiten Nachrichten-Chipcodesignal g₂(t) bis zu den N-ten Nachrichtendaten d_N(t) mit dem N-ten Nachrichten-Chipcodesignal g_N(t) modulo-2-addiert.
Der Sender-Generisch-Chipcodegenerator 101 ist mit den mehreren Sender-Nachrichten-Chipcodegeneratoren und der Quelle für die mehreren Nachrichtendaten d₁(t), d₂(t)... d_N(t) verbunden. Das generische Chipcodesignal liefert in einer bevorzugten Ausführungsform eine synchrone Zeitabstimmung für die mehreren Nachrichten-Chipcodesignale g₁(t), g₂(t), ... g_N(t) und die mehreren Nachrichtendaten d₁(t), d₂(t), ... d_N(t).
Der Kombinierer 105 kombiniert das generische Chipcodesignal und die mehreren spreizspektrumsverarbeiteten Signale durch ein lineares Addieren des generischen Chipcodesignals mit den mehreren spreizspektrumsverarbeiteten Signalen. Das kombinierte Signal ist typischerweise ein Mehrfachpegelsignal, das die gleichzeitigen Spannungspegel des generischen Chipcodesignals und der mehreren spreizspektrumsverarbeiteten Signale hat.
Der Modulator 107 moduliert als Teil des Senders das kombinierte generische Chipcodesignal und die mehreren spreizspektrumsverarbeiteten Signale mit einem Trägersignal cos ω₀t mit einer Trägerfrequenz f₀. Das modulierte generische Chipcodesignal und die mehreren spreizspektrumsverarbeiteten Signale werden über den Kommunikationskanal 110 als ein CDMA-Signal x_c(t) übertragen. Das CDMA-Signal x_c(t) hat die folgende Form:
Auf diese Weise enthält das CDMA-Signal das generische Chipcodesignal und die mehreren spreizspektrumsverarbeiteten Signale, als ob sie jeweils getrennt und synchron auf getrennten Trägersignalen mit der gleichen Trägerfrequenz f₀ moduliert und über den Kommunikationskanal übertragen worden wären.
Die vorliegende Erfindung beinhaltet das Empfangen eines CDMA-Signals, das mehrere spreizspektrumsverarbeitete Signale aufweist. Der Empfänger weist weiter mehrere Nachrichten-Spreizspektrumsverarbeitungsmittel, mehrere Detektionsmittel und mehrere Synchronisierungsmittel auf. Die mehreren Nachrichten-Spreizspektrums-Verarbeitungsmittel können, wie in 3B gezeigt, als mehrere Nachrichten-Chipcodegeneratoren, mehrere Nachrichtenmischer und mehrere Nachrichten-Bandpassfilter ausgebildet sein. Ein Mischer ist zwischen einen entsprechenden Nachrichten-Chipcodegenerator und ein Nachrichten-Bandpassfilter geschaltet. Die mehreren Nachrichtenmischer sind mit dem Leistungssplitter 115 verbunden. Insbesondere sind die mehreren Nachrichten-Chipcodegeneratoren als ein erster Nachrichten-Chipcodegenerator 122, ein zweiter Nachrichten-Chipcodegenerator 172 bis zum N-ten Nachrichten-Chipcodegenerator 182 ausgebildet gezeigt. Die mehreren Nachrichtenmischer sind als ein erster Nachrichtenmischer 124, ein zweiter Nachrichtenmischer 174 bis zum N-ten Nachrichtenmischer 184 ausgebildet gezeigt. Die mehreren Nachrichten-Bandpassfilter sind als ein erstes Nachrichten-Bandpassfilter 126, ein zweites Nachrichten-Bandpassfilter 176 bis zum N-ten Nachrichten-Bandpassfilter 186 gezeigt.
Die mehreren Detektionsmittel können als mehrere Synchrondetektoren ausgebildet sein, die als ein erster Synchrondetektor 127, ein zweiter Synchrondetektor 177 bis zum N-ten Synchrondetektor 187 gezeigt sind. Jeder der mehreren Synchrondetektoren ist mit einem der mehreren Nachrichten-Bandpassfilter verbunden.
Die mehreren Synchronisierungsmittel können einen Bitsynchronisierer 129, mehrere Tiefpassfilter und mehrere elektronische Schalter aufweisen. Die mehreren Tiefpassfilter sind als ein erstes Tiefpassfilter 128, ein zweites Tiefpassfilter 178 bis zum N-ten Tiefpassfilter 188 gezeigt. Die mehreren elektronischen Schalter sind als ein erster elektronischer Schalter 130, ein zweiter elektronischer Schalter 180 bis zum N-ten elektronischen Schalter 190 gezeigt. Jeder der mehreren Synchrondetektoren ist mit einem Ausgang des generischen Bandpassfilters 125 verbunden. Das wiederhergestellte Trägersignal aus dem generischen Bandpassfilter 125 dient als das Referenzsignal zum synchronen Demodulieren eines jeden der mehreren Nachrichten-Datensignale durch die mehreren Synchrondetektoren, als mehrere empfangene Daten d₁(t), d₂(t) ... d_N(t).
Die Detektionsmittel können alternativ auch als mehrere nicht synchrone Detektoren, wie zum Beispiel Hüllkurvendetektoren 139, 189, 199, wie in 3C gezeigt, ausgebildet sein. Typischerweise erfordern die nicht synchronen Detektoren kein wiederhergestelltes Trägersignal.
Der Bitsynchronisierer 129 leitet die Zeitabstimmung von der Replik des generischen Chipcodesignals g₀(t) ab und steuert die Zeitabstimmung der Integrations- und Abspeicherungsfunktion der mehreren Tiefpassfilter und der mehreren elektronischen Schalter.
Mit der Verwendung der Erfindung, wie sie in 3B ausgeführt ist, sieht ein generischer Spreizspektrumskanal als ein Teil des CDMA-Signals das wiederhergestellte Trägersignal vor, wie oben erörtert. Die Akquisitions- und Nachführschaltung 131 akquiriert und verfolgt das wiederhergestellte Trägersignal aus einem Ausgang des generischen Bandpassfilters 125. Die Replik des generischen Chipcodesignals des Empfänger-Generisch-Chipcodegenerators 121 wird mit dem wiederherstellten Trägersignal über die Akquisitions- und Nachführschaltung 131 synchronisiert. Der Empfänger-Generisch-Chipcodegenerator 121 erzeugt eine Replik des generischen Chipcodesignals g₀(t), das eine Zeitabstimmung an den Bitsynchronisierer 129 und die mehreren Empfänger-Nachrichten-Chipcodegeneratoren 122, 172, 182 liefert.
Die vorliegende Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum synchronen Demodulieren eines CDMA-Signals. Nachrichtendaten werden in die Spreizmittel eingegeben. Gemäß 4 umfasst das Verfahren die Schritte des Erzeugens 403 eines generischen Chipcodesignals. Das Verfahren weist ferner das Erzeugen 405 von Nachrichtendaten auf, die mit dem generischen Chipcodesignal synchronisiert sind, sowie das Erzeugen 407 eines Nachrichten-Chipcodesignals, das mit dem generischen Chipcodesignal synchronisiert ist. Nachrichtendaten werden unter der Verwendung eines Spreizspektrums-Modulators mit dem Nachrichten-Chipcodesignal verarbeitet, um ein spreizspektrumsverarbeitetes Signal zu erzeugen. Das generische Chipcodesignal wird mit dem spreizspektrumsverarbeiteten Signal kombiniert 409. Das Verfahren überträgt 411 das kombinierte generische Chipcodesignal und das spreizspektrumsverarbeitete Signal auf einem Trägersignal über den Kommunikationskanal als ein CDMA-Signal.
An einem Empfänger weist das Verfahren das Wiederherstellen 413 des Trägersignals aus dem CDMA-Signal und das Entspreizen 415 des CDMA-Signals als ein moduliertes Datensignal auf. Das wiederhergestellte Trägersignal wird zum Synchronisieren des Schritts des Entspreizens des CDMA-Signals und zum wahlweisen synchronen Demodulieren 417 und Ausgeben 419 des modulierten Datensignals als empfangene Daten verwendet.
Bei der Verwendung des Systems wie in 3A angegeben, erzeugt der Sender-Generisch-Chipcodegenerator 101 das generische Chipcodesignal g₀(t). Nachrichtendaten werden durch die EXKLUSIV-ODER-Vorrichtung 103 mit dem Nachrichten-Chipcodesignal g₁(t) vom Sender-Nachrichten-Chipcodegenerator 102 spreizspektrumsverarbeitet. Der Kombinierer 105 kombiniert das generische Chipcodesignal mit dem spreizspektrumsverarbeiteten Signal. Das kombinierte Signal kann zum Beispiel ein Mehrpegelsignal sein, das durch lineares Addieren der Spannungspegel des generischen Chipcodesignals und des spreizspektrumsverarbeiteten Signals oder durch Addieren der Spannungspegel des generischen Chipcodesignals mit mehreren spreizspektrumsverarbeiteten Signalen erzeugt wird. Der Sender sendet auf einem Trägersignal mit einer Trägerfrequenz f₀ das kombinierte generische Chipcodesignal und die mehreren spreizspektrumsverarbeiteten Signale. Das CDMA-Signal wird durch den Kommunikationskanal 110 übertragen.
Beim Empfänger arbeiten, wie in 3B gezeigt, die generischen Spreizspektrums-Verarbeitungsmittel, die als der Empfänger-Generisch-Chipcodegenerator 121, der generische Mischer 123 und das generische Bandpassfilter 125 ausgebildet sind, zusammen, um das Trägersignal aus dem CDMA-Signal auszukoppeln. Die Nachrichten-Spreizspektrums-Verarbeitungsmittel, die als der Empfänger-Nachrichten-Chipcodegenerator 122, der Nachrichtenmischer 124 und das Nachrichten-Bandpassfilter 126 ausgebildet sind, entspreizen in Zusammenwirkung das CDMA-Signal als das modulierte Datensignal. Der Empfänger-Nachrichten-Chipcodegenerator 122 ist vorzugsweise mit der Replik des generischen Chipcodesignals aus dem Empfänger-Generisch-Chipcodegenerator 121 synchronisiert. Mehrere Empfänger-Nachrichten-Chipcodegeneratoren können verwendet werden, die mit der Replik des generischen Chipcodesignals synchronisiert sind. Die Synchronisierungsmittel, die als der Synchrondetektor 127, der mit dem wiederhergestellten Trägersignal synchronisiert ist, ausgebildet ist, demoduliert das modulierte Datensignal als empfangene Daten.
Die empfangenen Daten werden durch das Tiefpassfilter 128 und den elektronischen Schalter 130 unter der Steuerung des Bitsynchronisierers 129 integriert und abgespeichert. Der Bitsynchronisierer 129 verwendet vorzugsweise die Replik des generischen Chipcodesignals zum Synchronisieren der Integrations- und Abspeicherungsfunktionen.
Spreizspektrums-Geolokalisierung
Ein Spreizspektrums-Codemultiplex-Vielfachzugriffs(CDMA)-Kommunikations- und -Geolokalisierungssystem und ein entsprechendes Verfahren zur Verwendung über einen Kommunikationskanal ist vorgesehen, das mindestens eine Basisstation und mehrere entfernte Einheiten aufweist. Die entfernten Einheiten können mobil sein oder an einem festen, stationären Standort sein. Nachrichten werden zwischen den Basisstationen und den entfernten Einheiten kommuniziert. Nachrichtendaten sind unter anderem, jedoch hierauf nicht eingeschränkt, digitale Sprachdaten, Computerdaten, Faxdaten, Videodaten usw. Die Basisstation kommuniziert Basis-Nachrichten an die mehreren entfernten Einheiten. Eine entfernte Einheit kommuniziert Endgerät-Nachrichtendaten an die Basisstation. Basis-Nachrichtendaten sind hier so definiert, dass sie Nachrichtendaten sind, die von einer Basisstation ausgehen, und Endgerät-Nachrichtendaten sind hier so definiert, dass sie Nachrichtendaten sind, die von einer entfernten Einheit ausgehen. Die folgende Erörterung bezieht sich auf eine bevorzugte Ausführungsform, bei der die Entfernung zwischen der Basisstation und der entfernten Einheit bei der Basisstation bestimmt wird. Die Rollen der Basisstation und der entfernten Einheit können auch vertauscht werden, was für einen Fachmann äquivalent erscheint, wobei dann die Entfernung von der entfernten Einheit bestimmt wird.
Bei der in 5 gezeigten beispielhaften Anordnung enthält eine Basisstation Basis-Spreizmittel, Basis-Generisch-Mittel, Basis-Kombiniermittel, Basis-Sendermittel und eine Basis-Antenne. Der Ausdruck "Basis" wird als Präfix verwendet, das anzeigt, dass sich ein Element an der Basisstation befindet, oder dass ein Signal von der Basisstation ausgeht.
Die Basis-Spreizmittel spreizspektrumsverarbeiten die Basis-Nachrichtendaten d₁(t). Die Basis-Spreizmittel sind als ein Basis-Spreizspektrumsmodulator ausgebildet. Der Basis-Spreizspektrumsmodulator ist als ein Nachrichten-Chipcodegenerator 502 und ein EXKLUSIV-ODER-Gatter 503 gezeigt. Das EXKLUSIV-ODER-Gatter 503 ist mit dem Nachrichten-Chipcodegenerator 502 verbunden. Der Nachrichten-Chipcodegenerator 502 verwendet ein Chipcodewort zum Generieren einer Chipcodesequenz zur Spreizspektrumsverarbeitung von Basis-Nachrichtendaten d₁(t). Die Chipcodesequenz aus dem Nachrichten-Chipcodegenerator 502 wird durch eine Modulo-Addition durch das EXKLUSIV-ODER-Gatter 503 spreizspektrumsverarbeitet. Viele äquivalente Schaltungen können für den Basis-Spreizspektrumsmodulator verwendet werden, so zum Beispiel, hierauf jedoch nicht eingeschränkt, Produktvorrichtungen zum Multiplizieren der Chipcodesequenz durch die Basis-Nachrichtendaten, abgestimmte Filter und oberflächenakustische Wellengeräte, die eine Impulsantwort haben, die auf die Chipcodesequenz abgestimmt ist, wie dem Fachmann auf diesem Gebiet wohl bekannt ist.
Die Basis-Generisch-Mittel erzeugen ein Basis-Generisch-Chipcodesignal. Der Ausdruck "generisch" wird hier als Präfix verwendet, um anzuzeigen, dass das generische Chipcodesignal ein unmoduliertes Signal bzw. ein Signal mit pseudozufälliger Phasenumtastung und niedriger Datenrate ist, das als ein Pilotkanal dienen kann. Der Pilotkanal erlaubt es einem Benutzer, eine Zeitabstimmung zu akquirieren, und liefert eine Phasendifferenz für eine kohärente Demodulation. Die Basis-Generisch-Mittel sind als ein Basis-Generisch-Chipcodegenerator 501 ausgebildet. Der Basis-Generisch-Chipcodegenerator 501 erzeugt ein Basis-Generisch-Chipcodesignal unter der Verwendung eines Chipcodeworts, das üblicherweise von allen entfernten Einheiten, die mit der Basisstation kommunizieren, gemeinsam genutzt wird. Der Nachrichten-Chipcodegenerator 501 ist mit dem Basis-Generisch-Chipcodegenerator 502 zum Ableiten einer gemeinsamen Zeitabstimmung verbunden. Alternativ dazu kann ein gemeinsamer Takt verwendet werden, um das Zeitabstimmungssignal an den Nachrichten-Chipcodegenerator 502 und den Basis-Generisch-Chipcodegenerator 501 zu liefern.
Die Basis-Kombiniermittel kombinieren das Basis-Generisch-Chipcodesignal mit den spreizspektrumsverarbeiteten Basis-Nachrichtendaten zum Erzeugen eines Basis-CDMA-Signals. Die Basis-Kombiniermittel sind als ein Basis-Kombinierer 505 ausgebildet. Der Basis-Kombinierer 505 ist mit dem Basis-Generisch-Chipcodegenerator 501 und dem EXKLUSIV-ODER-Gatter 503 verbunden. Der Basis-Kombinierer 505 addiert linear das Basis-Generisch-Chipcodesignal mit den spreizspektrumsverarbeiteten Basis-Nachrichtendaten aus dem EXKLUSIV-ODER-Gatter 503. Das resultierende Signal am Ausgang des Basiskombinierers 505 ist ein Codemultiplex-Vielfachzugriffs(CDMA)-Signal, das hier als das Basis-CDMA-Signal bezeichnet wird. Ausgewählte Variationen eines nicht linearen Kombinierens können ebenfalls verwendet werden, solange das resultierende Basis-CDMA-Signal so beschaffen ist, dass seine Kanäle am Spreizspektrumsempfänger detektiert werden können.
Die Basis-Sendermittel senden das Basis-CDMA-Signal von der Basisstation an eine entfernte Einheit. Die Basis-Sendermittel sind als eine Signalquelle 508 und eine Produktvorrichtung 507 ausgebildet. Die Produktvorrichtung 507 ist zwischen den Basis-Kombinierer 505 und die Signalquelle 508 geschaltet. Die Signalquelle 508 erzeugt ein erstes Trägersignal mit einer ersten Trägerfrequenz f₁. Das Basis-CDMA-Signal aus dem Ausgang des Basis-Kombinierers 505 wird durch die Produktvorrichtung 507 mit dem ersten Trägersignal multipliziert. Weitere Sendevorrichtungen sind auf diesem Gebiet wohl bekannt, um ein erwünschtes Signal auf eine ausgewählte Trägerfrequenz zu bringen.
Die Basis-Antenne 509 ist über einen Isolator 513 mit den Basis-Sendermitteln verbunden. Die Basis-Antenne 509 strahlt das Basis-CDMA-Signal mit der ersten Trägerfrequenz aus.
Wie veranschaulichend in 6 gezeigt, enthält eine entfernte Einheit eine Endgerät-Antenne 511, Endgerät-Detektionsmittel, Endgerät-Spreizmittel, Endgerät-Kombiniermittel und Endgerät-Sendemittel. Jede entfernte Einheit kann auch Endgerät-Generisch-Mittel enthalten. Der Ausdruck "Endgerät" wird hier als Präfix verwendet, um anzuzeigen, dass sich ein Element bei einer entfernten Einheit befindet oder dass ein Signal von der entfernten Einheit kommt.
Die Endgerät-Antenne 511 empfängt das Basis-CDMA-Signal, das von der Basisstation ausgestrahlt wird.
Die Endgerät-Detektionsmittel sind mit der Endgerät-Antenne 511 verbunden. Die Endgerät-Detektionsmittel detektieren das Basis-Generisch-Chipcodesignal, das in das Basis-CDMA-Signal eingebettet ist. Unter der Verwendung des detektierten Basis-Generisch-Chipcodesignals koppeln die Endgerät-Detektionsmittel die von der Basisstation kommunizierten Basis-Nachrichtendaten aus. Eine entfernte Einheit kann das detektierte Basis- Generisch-Chipcodesignal zurücksenden, oder wahlweise können die Endgerät-Generisch-Mittel ein anderes Endgerät-Generisch-Chipcodesignal erzeugen.
In 6 sind die Endgerät-Detektionsmittel als eine Produktvorrichtung 536, ein Bandpassfilter 537, eine Akquisitions- und Nachführschaltung 538, ein generischer Chipcodegenerator 539, ein Nachrichten-Chipcodegenerator 541, eine Produktvorrichtung 542, ein Bandpassfilter 543, ein Datendetektor 544, ein Tiefpassfilter 545 und ein Bitsynchronisierer 540 ausgebildet. Wie auf diesem Gebiet wohl bekannt ist, können auch andere Vorrichtungen und Schaltungen für die gleiche Funktion verwendet werden, so zum Beispiel, hierauf jedoch nicht eingeschränkt, abgestimmte Filter, oberflächenakustische Wellenvorrichtungen usw. Diese Schaltung akquiriert und verfolgt das Basis-Generisch-Chipcodesignal, das in das Basis-CDMA-Signal eingebettet ist. Das Basis-CDMA-Signal wird bei der Endgerät-Antenne 511 empfangen und gelangt durch den Isolator 534 und den Leistungssplitter 535. Das Basis-Generisch-Chipcodesignal wird unter der Verwendung der Produktvorrichtung 536, des Bandpassfilters 537, der Akquisitions-Nachführschaltung 538 und des Generisch-Chipcodegenerators 539 detektiert. Die Funktion dieser Schaltung ist wie im vorhergehenden Abschnitt beschrieben. Das detektierte Basis-Generisch-Chipcodesignal wird zum Auskoppeln des in das Basis-CDMA-Signal eingebetteten Basis-Nachrichtensignals unter Einsatz des Nachrichten-Chipcode-Generators 541, der Produktvorrichtung 542, des Bandpassfilters 543, des Datendetektors 544, des Tiefpassfilters 545 und des Synchronisierers 540 verwendet. Der Datendetektor 544 kann kohärent oder nicht kohärent betrieben werden. Die detektierten Basis-Nachrichtendaten werden als detektierte Daten d_R1(t) ausgegeben.
Wenn das Basis-Generisch-Chipcodesignal als ein Teil des Endgerät-CDMA-Signals zu kombinieren ist, wird der generische Chipcodegenerator 546 nicht benötigt, da das Basis-Generisch-Chipcodesignal am Ausgang des generischen Chipcodegenerators 539 verfügbar ist. Wenn ein Endgerät-Generisch-Chipcodesignal, das sich von dem Basis-Generisch-Chipcodesignal unterscheidet, zu verwenden ist, dann kann der generische Chipcodegenerator 546 zum Erzeugen des Endgerät-Generisch-Chipcodesignals verwendet werden. Im letzteren Fall wird das Endgerät-Generisch-Chipcodesignal mit dem detektierten Basis-Generisch-Chipcodesignal getaktet oder synchronisiert. Zu Erörterungszwecken sei angenommen, dass das Endgerät-Generisch-Chipcodesignal von der entfernten Einheit an die Basisstation zu senden ist, wobei es sich versteht, dass das Endgerät-Generisch-Chipcodesignal mit dem detektierten Basis-Generisch-Chipcodesignal identisch bzw. das selbe Signal sein kann.
Die Endgerät-Spreizmittel spreizspektrumsverarbeiten Endgerät-Nachrichtendaten. Die Endgerät-Spreizmittel sind als ein Endgerät-Spreizspektrumsmodulator ausgeführt. Der Endgerät-Spreizspektrumsmodulator ist als ein Nachrichten-Chipcodegenerator 548 und ein EXKLUSIV-ODER-Gatter 547 gezeigt. Das EXKLUSIV-ODER-Gatter 547 ist mit dem Nachrichten-Chipcodegenerator 548 verbunden. Der Nachrichten-Chipcodegenerator 548 verwendet ein Chipcodewort zum Erzeugen einer Chipcodesequenz zum Spreizspektrumsverarbeiten von Endgerät-Nachrichtendaten d₂(t). Die Chipcodesequenz aus dem Nachrichten-Chipcodegenerator 548 wird durch eine Modulo-Addition durch das EXKLUSIV-ODER-Gatter 547 spreizspektrumsverarbeitet. Viele äquivalente Schaltungen können für die Endgerät-Spreizmittel verwendet werden, so zum Beispiel, hierauf jedoch nicht eingeschränkt, Produktvorrichtungen zum Multiplizieren der Chipcodesequenz mit den Basis-Nachrichtendaten, abgestimmte Filter und oberflächenakustische Wellengeräte, wie dem Fachmann auf diesem Gebiet wohl bekannt ist.
Das Endgerät-Generisch-Chipcodesignal und die spreizspektrumsverarbeiteten Endgerät-Nachrichtendaten werden durch die Endgerät-Kombiniermittel als ein Endgerät-CDMA-Signal kombiniert. Die Endgerät-Kombiniermittel sind als ein Endgerät-Kombinierer 549 ausgeführt. Der Endgerät-Kombinierer 549 ist mit dem EXKLUSIV-ODER-Gatter 547 und dem Endgerät-Generisch-Chipcodegenerator 546 oder alternativ dazu mit dem Generisch-Chipcodegenerator 539 verbunden. Der Endgerät-Kombinierer 549 addiert das Endgerät-Generisch-Chipcodesignal linear mit den spreizspektrumsverarbeiteten Endgerät-Nachrichtendaten aus dem EXKLUSIV-ODER-Gatter 547. Das resultierende Signal am Ausgang des Endgerät-Kombinierers 549 ist ein Codemultiplex-Vielfachzugriffs(CDMA)-Signal, das hier als das Endgerät-CDMA-Signal bezeichnet wird. Ausgewählte Variationen einer nichtlinearen Kombinierung können ebenfalls eingesetzt werden, solange das resultierende Endgerät-CDMA-Signal so beschaffen ist, dass seine Kanäle am Spreizspektrumsempfänger detektiert werden können.
Die entfernte Einheit enthält auch die Endgerät-Sendermittel zum Senden des Endgerät-CDMA-Signals von der entfernten Einheit an die Basisstation. Die Endgerät-Sendermittel sind als eine Signalquelle 551 und eine Produktvorrichtung 550 ausgeführt. Die Produktvorrichtung 550 ist zwischen den Endgerät-Kombinierer 549 und die Signalquelle 551 geschaltet. Die Signalquelle 551 erzeugt ein Trägersignal mit einer zweiten Trägerfrequenz f₂. Das Endgerät-CDMA-Signal aus dem Ausgang des Endgerät-Kombinierers 549 wird durch die Produktvorrichtung 550 mit dem zweiten Trägersignal multipliziert. Andere Sendevorrichtungen sind auf diesem Gebiet wohl bekannt, um ein erwünschtes Signal auf eine gewünschte Trägerfrequenz zu bringen. Die zweite Trägerfrequenz kann gleich der ersten Trägerfrequenz sein oder sich von dieser unterscheiden.
Die Endgerät-Antenne 511 ist über einen Isolator 534 mit den Endgerät-Sendermitteln verbunden. Die Endgerät-Antenne 511 strahlt das Endgerät-CDMA-Signal mit der zweiten Trägerfrequenz aus.
Jede der Basisstationen enthält ferner Basis-Detektionsmittel und Entfernungsmessmittel. Die Basis-Detektionsmittel sind mit der Basis-Antenne 509 über einen Isolator 513 und einen Leistungssplitter 515 verbunden. Die Basis-Detektionsmittel detektieren das Endgerät-Generisch-Chipcodesignal, das im Endgerät-CDMA-Signal eingebettet ist. Die Basis-Detektionsmittel können, wie in 5 gezeigt, als ein Basis-Detektor ausgeführt sein, der eine Produktvorrichtung 523, ein Bandpassfilter 525, eine Akquisitions- und Nachführschaltung 531, einen generischen Chipcodegenerator 521, einen Nachrichten-Chipcodegenerator 522, eine Produktvorrichtung 524, ein Bandpassfilter 526, einen Datendetektor 527, ein Tiefpassfilter 528 und einen Bitsynchronisierer 529 umfasst. Wie auf diesem Gebiet wohl bekannt ist, können die Basis-Detektionsmittel auch mit anderen Vorrichtungen und Schaltungen ausgeführt werden, welche die gleiche Funktion haben, so zum Beispiel, jedoch hierauf nicht eingeschränkt, abgestimmte Filter, oberflächenakustische Wellenvorrichtungen usw. Diese Schaltung akquiriert und verfolgt das Endgerät-Generisch-Chipcodesignal, das im Endgerät-CDMA-Signal eingebettet ist. Das Endgerät-CDMA-Signal wird an der Basis-Antenne 509 empfangen und gelangt durch den Isolator 513 und den Leistungssplitter 515. Das Endgerät-Generisch-Chipcodesignal wird unter Verwendung der Produktvorrichtung 523, des Bandpassfilters 525, der Akquisitions- und Nachführschaltung 531 und des generischen Chipcodegenerators 521 detektiert. Die Funktion dieser Schaltung ist wie zuvor beschrieben. Das detektierte Endgerät-Generisch-Chipcodesignal wird zum Auskoppeln der in das Endgerät-CDMA-Signal eingebetteten Endgerät-Nachrichtendaten unter Verwendung des Nachrichten-Chipcodegenerator 522, der Produktvorrichtung 524, des Bandpassfilters 526, des Datendetektors 527, des Tiefpassfilters 528, und des Bitsynchronisierers 529 verwendet. Der Datendetektor 527 arbeitet kohärent oder nicht kohärent. Die detektierten Endgerät-Nachrichtendaten werden als detektierte Daten d_R2(t) ausgegeben. Auf diese Weise koppelt der Basis-Detektor unter Verwendung des detektierten Endgerät-Generisch-Chipcodesignals die Endgerät-Nachrichtendaten aus, die von der entfernten Einheit kommuniziert werden.
Unter der Verwendung des detektierten Endgerät-Generisch-Chipcodesignals und des Basis-Generisch-Chipcodesignals bestimmen die Entfernungsmittel eine Entfernungslaufzeit zwischen der entfernten Einheit und der Basisstation. Die Entfernungsmittel sind als eine Entfernungs-Laufzeitvorrichtung 530 ausgeführt, welche die Zeitabstimmung zwischen dem Basis-Generisch-Chipcodesignal aus dem generischen Chipcodegenerator 501 mit dem detektierten Endgerät-Generisch-Chipcodesignal aus dem Generisch-Chipcodegenerator 521 vergleichen kann.
Die vorliegende Erfindung kann außerdem die folgenden Schritte aufweisen: Spreizspektrumsverarbeiten der Basis-Nachrichtendaten; Erzeugen eines Basis-Generisch-Chipcodesignals; Kombinieren des Basis-Generisch-Chipcodesignals mit den spreizspektrumsverarbeiteten Basis-Nachrichtendaten, wodurch ein Basis-CDMA-Signal erzeugt wird; Senden des Basis-CDMA-Signals von der Basisstation an die entfernte Einheit; Detektieren des Basis-Generisch-Chipcodesignals, das in das Basis-CDMA-Signal eingebettet ist; Auskoppeln der Basis-Nachrichtendaten unter der Verwendung des detektierten Basis-Generisch-Chipcodesignals; Spreizspektrumsverarbeiten von Endgerät-Nachrichtendaten; Erzeugen eines Endgerät-CDMA-Signals unter der Verwendung des detektierten generischen Chipcodesignals und der spreizspektrumsverarbeiteten Endgerät- Daten; Übertragen des Endgerät-CDMA-Signals von der entfernten Einheit an die Basisstation; Detektieren des Endgerät-Generisch-Chipcodesignals, das im Endgerät-CDMA-Signal eingebettet ist; Auskoppeln der Endgerät-Nachrichtendaten unter der Verwendung des detektierten Endgerät-Generisch-Chipcodesignals; und Bestimmen einer Entfernungslaufzeit zwischen der entfernten Einheit und der Basisstation unter der Verwendung des detektierten Endgerät-Generisch-Chipcodesignals und des Basis-Generisch-Chipcodesignals.
In der Praxis spreizspektrumsverarbeitet die Basisstation die Basis-Nachrichtendaten mit einem Nachrichten-Chipcodesignal und kombiniert die spreizspektrumverarbeiteten Nachrichtendaten mit einem Basis-Generisch-Chipcodesignal. Das kombinierte Signal ist ein Basis-CDMA-Signal, das über einen Kommunikationskanal an mindestens eine entfernte Einheit übertragen wird.
Die entfernte Einheit empfängt das Basis-CDMA-Signal, detektiert das in das Basis-CDMA-Signal eingebettete Basis-Generisch-Chipcodesignal und verwendet das detektierte Basis-Generisch-Chipcodesignal zum Auskoppeln der in das Basis-CDMA-Signal eingebetteten Basis-Nachrichtendaten.
Das detektierte Basis-Generisch-Chipcodesignal wird als ein Endgerät-Generisch-Chipcodesignal weitergeleitet oder zum Setzen der Zeitabstimmung für ein anderes Endgerät-Generisch-Chipcodesignal verwendet, das von der entfernten Einheit an die Basisstation gesendet wird. Die entfernte Einheit spreizspektrumsverarbeitet die Endgerät-Nachrichtendaten mit einem Endgerät-Chipcodesignal und kombiniert die spreizspektrumsverarbeiteten Endgerät-Nachrichtendaten mit dem Endgerät-Generisch-Chipcodesignal als ein Endgerät-CDMA-Signal. Das Endgerät-CDMA-Signal wird über den Kommunikationskanal an die Basisstation gesendet.
Bei der Basisstation wird das Endgerät-Generisch-Chipcodesignal aus dem Endgerät-CDMA-Signal detektiert, und das detektierte Endgerät-Generisch-Chipcodesignal wird zum Detektieren der in das Endgerät-CDMA-Signal eingebetteten Endgerät-Nachrichtendaten verwendet. Zusätzlich wird das detektierte Endgerät-Generisch-Chipcodesignal mit dem Basis-Generisch-Chipcodesignal in einer Entfernungslaufzeitschaltung verglichen, um die Entfernung der entfernten Einheit von der Basisstation zu bestimmen. Im Wesentlichen verhält sich die Entfernung zwischen der entfernten Einheit und der Basisstation abhängig von der Zeitabstimmung zwischen dem Senden einer Sequenz des Chipcodeworts, welches das Basis-Generisch-Chipcodesignal erzeugte, und dem Empfangen der Sequenz, die durch Chipcodewort erzeugt wurde, das das Endgerät-Generisch-Chipcodesignal erzeugte.
Das Konzept der Verwendung eines Hochfrequenz(HF)-Signals zum Bestimmen der Entfernung ist auf diesem Gebiet wohl bekannt. Das HF-Signal unterliegt einer festen Ausbreitungsrate, nämlich 3 × 10⁸ m/s. Das HF-Signal verlässt einen Sender eine Zeit bevor es einen Empfänger erreicht. Eine bestimmte Sequenz des Basis-Generisch-Chipcodesignals und des Endgerät-Generisch-Chipcodesignals werden als eine Markierung in der Zeit verwendet. Die Zeitdifferenz der Sequenz des Basis-Generisch-Chipcodesignals, wie es beim Empfänger der entfernten Einheit erscheint, zu dem beim Sender der Basisstation Vorhandenen, wird direkt in ein Verhältnis zur Entfernung zwischen der Basisstation und der entfernten Einheit gebracht. In ähnlicher Weise wird die Zeitdifferenz der Sequenz des Endgerät-Generisch-Chipcodesignals, wie es beim Empfänger der Basisstation erscheint, gegenüber dem am Sender der entfernten Einheit Vorhandenen in ein direktes Verhältnis zur Entfernung zwischen der entfernten Einheit und der Basisstation gebracht.
Die Verwendung des Basis-Generisch-Chipcodesignal und des Endgerät-Generisch-Chipcodesignals ist ein übliches Echo-Entfernungsmessverfahren, das in Radarsystemen eingesetzt wird. Viele Radarsysteme verwenden einfach einen Impuls von HF-Energie und warten dann auf die Rückkehr eines Teils der Energie aufgrund einer Reflexion des Impulses an Objekten. Das Radar misst die Zeit von dem Augenblick der Impulsaussendung bis zu seiner Rückkehr. Die Zeit, die der Impuls zu seiner Rückkehr benötigt, ist von der doppelten Entfernung zum Objekt abhängig. Aus der Signalausbreitungsgeschwindigkeit lässt sich dann leicht die Entfernung bestimmen.
Die Spreizspektrumssignale der vorliegenden Erfindung unterliegen dem gleichen Verhältnis von der Entfernung zur Zeit. Das Spreizspektrumssignal der vorliegenden Erfindung hat einen Vorteil dahingehend, dass seine Phase leicht auflösbar ist. Die grundlegende Auflösung einer Sequenz eines Basis-Chipcodesignals oder eines Endgerät-Chipcodesignals ist ein Codechip. Daher ist die Messfähigkeit um so besser, je höher die Chiprate ist. Daher ist bei einer Chiprate von 10 Mchips/s eine grundlegende Entfernungsauflösung 10^–7 Sekunden oder 30 Meter. Zusätzliche Verzögerungen können in den Schaltungen der entfernten Einheit auftreten. Diese Verzögerungen können bei der Basisstation kompensiert werden, wenn die Entfernung zwischen der Basisstation und der entfernten Einheit bestimmt wird.
Orthogonale Codesynchronisation
Die vorliegende Erfindung kann auch als ein System und ein Verfahren umgesetzt werden, das orthogonale Codes und eine Kenntnis der Entfernung zum mobilen Endgerät zum Einstellen und Ausrichten der Phase des Informationskanals zur Erreichung einer Orthogonalität an einer Basisstationsantenne umgesetzt werden.
Das System zur Verwendung orthogonaler Codes und die Kenntnis der Entfernung zum mobilen Endgerät zum Erreichen einer Orthogonalität an der Basisstationsantenne umfasst mehrere mobile Endgeräte und eine Basisstation. Jedes der mehreren mobilen Endgeräte weist Endgerät-Spreizspektrumsverarbeitungsmittel, Endgerät-Pilotmittel, Kombiniermittel, Endgerät-Sendemittel und Codephaseneinstellmittel auf.
Die Endgerät-Spreizspektrums-Verarbeitungsmittel und die Endgerät-Pilotmittel sind mit den Kombiniermitteln verbunden. Die Endgerät-Sendemittel sind mit den Kombiniermitteln verbunden.
Die Basisstation enthält Empfangsmittel, erste Basis-Pilotmittel, zweite Basis-Pilotmittel, erste Verzögerungsmittel, zweite Verzögerungsmittel, Korrelatormittel, Nachführmittel, Entfernungs-Laufzeit-Mittel und Basis-Übertragungsmittel.
Die Endgerät-Spreizspektrums-Verarbeitungsmittel verarbeiten Endgerät-Nachrichtendaten unter der Verwendung eines Pseudorauschcodes. Die Endgerät-Pilotmittel erzeugen ein Endgerät-Pilotsignal. Die Kombiniermittel kombinieren das Endgerät-Pilotsignal mit den spreizspektrumsverarbeiteten Endgerät-Nachrichtendaten zum Erzeugen eines zusammengesetzten Endgerät-Signals. Das zusammengesetzte Endgerät-Signal enthält das Endgerät-Pilotsignal und mindestens einen Endgerät-Benutzer-Informationskanal. Die Endgerät-Sendemittel senden das zusammengesetzte Endgerät-Signal auf einem Rückkanal des Duplex-Funkkanals an die Basisstation.
Bei der Basisstation empfangen die Empfangsmittel das zusammengesetzte Endgerät-Signal. Die ersten Basis-Pilotmittel erzeugen ein Basis-Pilotsignal. Die zweiten Basis-Pilotmittel erzeugen ein Basis-Pilot-Referenzsignal. Die ersten Verzögerungsmittel erzeugen eine zeitgleiche, eine frühe und eine späte Version des Basis-Pilot-Referenzsignals. Die zweiten Verzögerungsmittel erzeugen ein Informations-Referenzsignal. Das Informations-Referenzsignal ist mit der zeitgleichen Version des Basis-Pilot-Referenzsignals synchronisiert. Korrelatormittel multiplizieren das zusammengesetzte Endgerät-Signal mit der zeitgleichen, der frühen und der späten Version des Basis-Pilot-Referenzsignals zum Auskorrelieren einer zeitgleichen, einer frühen bzw. einer späten Version des Endgerät-Pilotsignals. Korrelatormittel multiplizieren auch das zusammengesetzte Endgerät-Signal mit dem Informations-Referenzsignal zum Auskorrelieren des Endgerät-Benutzer-Informationskanals.
Nachführmittel verfolgen die Phase des Endgerät-Pilotsignals und geben im Ansprechen auf einen Peak im Endgerät-Pilotsignal ein Akquisitionssignal aus. Das Akquisitionssignal bedeutet eine Synchronisation des Endgerät-Pilotsignals mit dem Basis-Pilot-Referenzsignal.
Im Ansprechen auf das Akquisitionssignal berechnen Entfernungs-Laufzeitmittel eine Phasendifferenz zwischen dem Basis-Pilotsignal und dem Basis-Pilot-Referenzsignal zum Bestimmen der Entfernung zwischen der mobilen Station und der Basisstation. Die Basis-Sendemittel senden die Entfernung von der Basisstation über einen Vorwärtskanal des Duplex-Funkkanals an das mobile Endgerät.
Im Ansprechen auf die von der Basisstation empfangene Entfernungsinformation stellen die Codephasen-Einstellmittel am mobilen Endgerät des Phase des Pseudorauschcodes ein, um die Ankunftszeit der spreizspektrumsverarbeitenden Endgerät-Nachrichtendaten an der Basisstation zu bestimmen.
Beim Einstellen der Phase des Pseudorauschcodes können die Endgerät-Spreizspektrumsverarbeitungsmittel den Pseudorauschcode in Inkrementen von einem Codechip einstellen. Ein Basisstationsprozessor vergleicht Signalstärkepegel der spreizspektrumsverarbeiteten Endgerät-Nachrichtendaten, während das mobile Endgerät den Pseudorauschcode einstellt. Im Ansprechen auf ein Codechipinkrement, das die Leistung maximiert, kalibriert die Basisstation ein Verhältnis zwischen dem Endgerät-Pilotsignal und den spreizspektrumsverarbeiteten Endgerät-Nachrichtendaten mit dem Codechipinkrement.
Das zellulare Spreizspektrums-CDMA-Funkkommunikationssystem kann weiter Basis-Spreizmittel und Basis-Kombiniermittel enthalten. Die Basis-Spreizmittel spreizspektrumsverarbeiten Basis-Nachrichtendaten. Die Basis-Spreizmittel können Mittel zum Verarbeiten von Basis-Nachrichtendaten für ein bestimmtes mobiles Endgerät mit einem ausgewählten Chipcode beinhalten. Die Basis-Kombiniermittel kombinieren die spreizspektrumsverarbeiteten Basis-Nachrichtendaten und das Basis-Pilotsignal als ein zusammengesetztes Basissignal. Das zusammengesetzte Basissignal enthält ein gemeinsam genutztes Spreizspektrums-Pilotsignal und mindestens einen spezifischen Spreizspektrums-Benutzer-Informationskanal für jedes mobile Endgerät. Der Spreizcode eines jeden der gemeinsam genutzten Spreizspektrums-Pilotsignale und des spezifischen Spreizspektrums-Benutzer-Informationskanals können ein orthogonales Codeelement enthalten. Das Endgerät-Pilotsignal kann sich nach dem gemeinsam genutzten Spreizspektrums-Pilotsignal als eine Referenz für die Phase und die Zeitabstimmung des Endgerät-Pilotsignals richten.
Das Endgerät-Pilotsignal und ein Spreizcode des Endgerät-Benutzer-Informationskanals eines jeden mobilen Endgeräts kann ein orthogonales Codeelement enthalten. Außerdem kann der Endgerät-Benutzer-Informationskanal mit dem Endgerät-Pilotsignal synchronisiert sein.
Das System kann weiter Basisstations-Laufzeit-Regelschleifenmittel zum Erzeugen eines Fehlersignals und zum Nachverfolgen des Endgerät-Pilotsignals aufweisen. Das mobile Endgerät stellt im Ansprechen auf den Empfang des Fehlersignals von der Basisstation eine orthogonale Pseudorauschcodephase zum Kompensieren von Veränderungen der Entfernung ein, wenn sich das mobile Endgerät innerhalb der Zelle bewegt.
Insbesondere umfasst das mobile Endgerät der vorliegenden Erfindung eine Endgerät-Benutzerdatenquelle, einen ersten Orthogonal-Codesatzgenerator, einen ersten Generator rauschähnlichen Codes, eine Endgerät-Pilotdatenquelle, einen Signalkombinierer, einen ersten Modulo-2-Addierer, einen zweiten Modulo-2-Addierer, einen dritten Modulo-2-Addierer, einen vierten Modulo-2-Addierer, einen Modulator, Antennenmittel, einen Codephaseneinsteller und einen Prozessor.
Der erste Modulo-2-Addierer ist mit der Endgerät-Benutzerdatenquelle und dem ersten Orthogonalcodesatzgenerator verbunden. Der zweite Modulo-2-Addierer ist mit einem Ausgang des ersten Modulo-2-Addierers und dem ersten Generator rauschähnlichen Codes verbunden. Der dritte Modulo-2-Addierer ist mit dem ersten Orthogonalcodesatzgenerator und der Endgerät-Pilotdatenquelle verbunden. Der vierte Modulo-2-Addierer ist mit einem Ausgang des dritten Modulo-2-Addierers und dem ersten Generator rauschähnlichen Codes verbunden. Der Signalkombinierer ist mit dem vierten Modulo-2-Addierer und dem zweiten Modulo-2-Addierer verbunden. Der Modulator ist mit dem Signalkombinierer verbunden. Der Codephaseneinsteller ist mit dem ersten Orthogonalcodesatzgenerator und dem ersten Generator rauschähnlichen Codes verbunden. Der Prozessor ist mit dem Codephaseneinsteller verbunden.
Die Endgerät-Benutzerdatenquelle erzeugt ein Benutzer-Datensignal. Der erste Orthogonalcodesatzgenerator erzeugt einen ersten orthogonalen Code und einen ersten Endgerät-Pilotcode. Der erste Modulo-2-Addierer spreizspektrumverarbeitet das Benutzerdatensignal mit dem ersten orthogonalen Code zum Erzeugen eines Spreizsignals. Der erste Generator rauschähnlichen Codes erzeugt einen ersten Pseudorauschcode. Der zweite Modulo-2-Addierer verarbeitet das Spreizsignal mit dem ersten Pseudorauschcode zum Erzeugen eines Spreizspektrums-Benutzerdatensignals.
Die Endgerät-Pilotdatenquelle erzeugt ein Pilot-Datensignal. Das Pilot-Datensignal kann ausschließlich aus Einsen bestehen. Alternativ dazu kann die Endgerät-Pilotdatenquelle ein Pilot-Datensignal erzeugen, das ausschließlich aus Nullen besteht.
Der dritte Modulo-2-Addierer spreizspektrumsverarbeitet das Pilot-Datensignal mit dem ersten Endgerät-Pilotcode zum Erzeugen eines Spreiz-Pilotsignals. Der vierte Modulo-2-Addierer verarbeitet das Spreiz-Pilotsignal mit dem ersten Pseudorauschcode zum Erzeugen eines Endgerät-Spreizspektrums-Pilot-Datensignals.
Der Signalkombinierer kombiniert das Endgerät-Spreizspektrums-Pilot-Datensignal und das Spreizspektrums-Benutzer-Datensignal zu einem kombinierten Spreizspektrums-Datensignal. Der Modulator moduliert das kombinierte Spreizspektrums-Datensignal auf einen Träger als ein kombiniertes moduliertes Spreizspektrums-Datensignal. Antennenmittel übertragen das kombinierte modulierte Spreizspektrums-Datensignal auf einem Rückkanal eines Duplex-Funkkanals. Antennenmittel empfangen auch ein zusammengesetztes moduliertes Spreizspektrums-Trägersignal, das von der Basisstation auf einem Vorwärtskanal des Duplex-Funkkanals gesendet wurde. Das zusammengesetzte modulierte Spreizspektrums-Trägersignal auf dem Vorwärtskanal enthält ein gemeinsam genutztes Spreizspektrums-Pilotsignal und einen spezifischen Spreizspektrums-Benutzer-Informationskanal für das mobile Endgerät.
Der Codephaseneinsteller stellt im Ansprechen auf eine Eingabe vom Prozessor und auf das gemeinsam genutzte Spreizspektrums-Pilotsignal eine Phase des ersten orthogonalen Codes ein, um die Ankunftszeit des Spreizspektrums-Benutzerdatensignals bei der Basisstation einzustellen. Diese Phaseneinstellung stellt die Ankunftszeit so ein, dass sie mit den anderen eintreffenden Spreizspektrums-Benutzerdatensignalen orthogonal ist. Die Phase des ersten Endgerät-Pilotcodes richtet sich nach dem gemeinsam genutzten Spreizspektrums-Pilotsignal, damit es der Basisstation ermöglicht wird, die Entfernung zwischen der Basisstation und dem mobilen Endgerät unter der Verwendung einer Umlaufzeit zu bestimmen. Der Prozessor erzeugt die Prozessoreingabe und speichert die Entfernung zwischen der Basisstation und dem mobilen Endgerät.
Der Codephaseneinsteller kann weiter die Phase des ersten orthogonalen Codes einstellen, damit er die gleiche Phase wie der erste Pseudorauschcode hat. Die Länge des ersten Pseudorauschcodes ist eine geradzahlige Vielfache einer Länge des ersten orthogonalen Codes. Der Codephaseneinsteller kann weiter im Ansprechen auf eine Akquisition eine Phase des ersten Endgerät-Pilotcodes so verschieben, dass er mit dem Spreizspektrums-Benutzer-Datensignal synchron ist.
Das mobile Endgerät der vorliegenden Erfindung kann weiter einen Leistungssplitter, einen zweiten Orthogonalcodesatzgenerator, einen zweiten Generator rauschähnlichen Codes, eine Betriebsartsteuerungs- und Akquisitionsvorrichtung, einen Taktpulsgenerator, einen fünften Modulo-2-Addierer, einen sechsten Modulo-2-Addierer, eine erste Verzögerungsvorrichtung, eine zweite Verzögerungsvorrichtung, einen ersten Multiplizierer/Korrelator, einen zweiten Multiplizierer/Korrelator, einen dritten Multiplizierer/Korrelator, einen vierten Multiplizierer/Korrelator, eine Verzögerungsregelschleife und einen Phasenregelschleifenoszillator aufweisen.
Die Betriebsartsteuerungs- und Akquisitionsvorrichtung ist zwischen den zweiten Orthogonalcodesatzgenerator und den zweiten Generator rauschähnlichen Codes geschaltet. Der Taktpulsgenerator ist mit der Betriebsartsteuerungs- und Akquisitionsvorrichtung und mit dem ersten Orthogonalcodesatzgenerator und dem ersten Generator rauschähnlichen Codes verbunden. Der fünfte Modulo-2-Addierer ist mit dem zweiten Orthogonalcodesatzgenerator und dem zweiten Generator rauschähnlichen Codes verbunden. Der sechste Modulo-2-Addierer ist mit dem zweiten Orthogonalcodesatzgenerator und dem zweiten Generator rauschähnlichen Codes verbunden. Die erste Verzögerungsvorrichtung ist mit dem fünften Modulo-2- Addierer verbunden. Der erste, der zweite, und der dritte Multiplizierer/Korrelator sind jeweils mit dem Leistungssplitter und der ersten Verzögerungsvorrichtung verbunden. Die zweite Verzögerungsvorrichtung ist mit dem sechsten Modulo-2-Addierer und dem Prozessor verbunden. Der vierte Multiplizierer/Korrelator ist mit der zweiten Verzögerungsvorrichtung und dem Leistungssplitter verbunden. Die Verzögerungsregelschleife ist mit dem zweiten und dem dritten Multiplizierer/Korrelator verbunden. Der Phasenregelschleifenoszillator ist mit dem ersten Multiplizierer/Korrelator verbunden.
Der Leistungssplitter trennt das zusammengesetzte modulierte Spreizspektrums-Trägersignal in einen Pilotkanal und einen Datenkanal auf. Der zweite Orthogonalcodesatzgenerator erzeugt im Ansprechen auf einen Befehl von der Basisstation mehrere lokal erzeugte Pilotcodes, von denen jeder oder mehrere zu jeder beliebigen Zeit erzeugt und/oder verwendet werden können.
Der zweite Generator rauschähnlichen Codes erzeugt einen zweiten Pseudorauschcode. Die Betriebsartsteuerungs- und Akquisitionsvorrichtung empfängt Zeitabstimmungsinformation von der Basisstation und erzeugt einen Takt für den zweiten Orthogonalcodesatzgenerator und für den zweiten Generator rauschähnlichen Codes. Die Betriebsartsteuerungs- und Akquisitionsvorrichtung erzeugt auch ein Synchronisationssignal. Der Taktpulsgenerator kann seinen eigenen Oszillator aufweisen oder kann sich mit dem Takt aus der Betriebsartsteuerungs- und Akquisitionsvorrichtung synchronisieren.
Der fünfte Modulo-2-Addierer kombiniert einen ersten lokal erzeugten Pilotcode und den zweiten Pseudorauschcode zum Bilden eines ersten lokalen Spreizspektrums-Pilot-Referenzsignals. Der sechste Modulo-2-Addierer kombiniert einen bestimmten orthogonalen Code und den zweiten Rauschcode zum Bilden eines ersten lokalen Spreizspektrums-Informations-Referenzsignals. Die erste Verzögerungsvorrichtung verzögert im Ansprechen auf den Prozessor das erste lokale Spreizspektrums-Pilot-Referenzsignal zum Erzeugen einer zeitgleichen, einer frühen und einer späten Version des ersten lokalen Spreizspektrums-Pilot-Referenzsignals.
Der erste, der zweite und der dritte Multiplizierer/Korrelator multiplizieren das zusammengesetzte modulierte Spreizspektrums-Trägersignal mit der zeitgleichen, der frühen und der späten Version des lokalen Spreizspektrums-Pilot-Referenzsignals zum Auskorrelieren einer zeitgleichen, einer frühen bzw. einer späten Version des gemeinsam genutzten Spreizspektrums-Pilotsignals. Die zweite Verzögerungsvorrichtung liefert ein Informations-Referenzsignal, das mit der zeitgleichen Version des ersten lokalen Spreizspektrums-Pilot-Referenzsignals synchronisiert ist. Der vierte Multiplizierer/Korrelator multipliziert das zusammengesetzte modulierte Spreizspektrums-Trägersignal mit dem ersten lokalen Spreizspektrums-Informations-Referenzsignal zum Auskorrelieren des spezifischen Spreizspektrums-Benutzer-Informationskanals. Die Verzögerungsregelschleife führt die Phase des eintreffenden gemeinsam genutzten Spreizspektrums-Pilotsignals nach und gibt im Ansprechen auf einen Korrelationspeak ein Taktsignal und ein Akquisitionssignal an die Betriebsartsteuerungs- und Akquisitionsvorrichtung aus. Der Phasenregelschleifenoszillator zentriert auf den Korrelationspeak und liefert eine kohärente Trägerreferenz an den lokalen Datendetektor und die Verzögerungsregelschleife.
Bei der Verwendung des soeben beschriebenen Systems kann die Basisstation die Entfernung zwischen der Basisstation und dem mobilen Endgerät dadurch bestimmen, dass die Codephasendifferenz zwischen dem gemeinsam genutzten Spreizspektrums-Pilotsignal und dem ersten Endgerät-Pilotcode gemessen wird. Das gemeinsam genutzte Spreizspektrums-Pilotsignal kann ein orthogonales Element enthalten. Der erste Endgerät-Pilotcode kann auch ein orthogonales Codeelement enthalten.
Bei dem erfindungsgemäßen digitalen zellularen Spreizspektrums-CDMA-Funksystem weist das System auf eine Basisstation hin. Die Basisstation enthält auch eine Basis-Benutzerdatenquelle, einen ersten Orthogonalcodesatzgenerator, einen ersten Generator rauschähnlichen Codes, einen ersten Modulo-2-Addierer, einen zweien Modulo-2-Addierer, eine Systemdatenquelle, Systemdaten-Spreizmittel, eine Basis-Pilotdatenquelle, Pilotdaten-Spreizmittel, einen Signalkombinierer, einen Modulator, Antennenmittel, Pilot-Referenzsignal- Erzeugungsmittel, einen Taktpulsgenerator, Entfernungs-Laufzeitmittel und einen Prozessor.
Der erste Modulo-2-Addierer ist mit der Basis-Benutzerdatenquelle und dem ersten Orthogonalcodesatzgenerator verbunden. Der zweite Modulo-2-Addierer ist mit einem Ausgang des ersten Modulo-2-Addierers und dem ersten Generator rauschähnlichen Codes verbunden. Der Signalkombinierer ist mit den Pilotdatensignal-Spreizmitteln, den Systemdaten-Spreizmitteln und dem zweiten Modulo-2-Addierer verbunden. Der Modulator ist mit dem Signalkombinierer verbunden. Der Taktpulsgenerator ist mit dem ersten Orthogonalcodesatzgenerator und dem ersten Generator rauschähnlichen Codes verbunden. Entfernungs-Laufzeitmittel sind mit einem Ausgang der Pilotdaten-Spreizmittel und einem Eingang der Pilot-Referenzsignal-Erzeugungsmittel verbunden.
Die Basis-Benutzerdatenquelle erzeugt ein Basis-Benutzerdatensignal. Der erste Orthogonalcodesatzgenerator erzeugt einen ersten orthogonalen Code und einen ersten Basis-Pilotcode. Der erste Modulo-2-Addierer spreizspektrumsverarbeitet das Basis-Benutzer-Datensignal mit dem ersten orthogonalen Code zum Erzeugen eines Spreizsignals. Der erste Generator rauschähnlichen Codes erzeugt einen ersten Pseudorauschcode. Der zweite Modulo-2-Addierer verarbeitet das Spreizsignal mit dem ersten Pseudorauschcode zum Erzeugen eines Spreizspektrums-Benutzerdatensignals. Die Systemdatenquelle erzeugt Systemdaten, die an die mehreren mobilen Endgeräte zu übertragen sind. Die Systemdatenspreizmittel spreizspektrumsverarbeiten die Systemdaten. Die Basis-Pilotdatenquelle erzeugt ein Basis-Pilot-Datensignal. Die Pilot-Datensignal-Spreizmittel spreizspektrumsverarbeiten das Basis-Pilotdatensignal mit dem ersten Basis-Pilotcode als ein gemeinsam genutztes Spreizspektrums-Pilotsignal.
Der Signalkombinierer kombiniert das gemeinsam genutzte Spreizspektrums-Pilotsignal, die Spreizspektrums-Systemdaten und das Spreizspektrums-Benutzerdatensignal als ein kombiniertes Spreizspektrums-Datensignal. Der Modulator moduliert das kombinierte Spreizspektrums-Datensignal als ein kombiniertes moduliertes Spreizspektrums-Datensignal auf einen Träger. Antennenmittel übertragen das kombinierte modulierte Spreizspektrums-Datensignal. Antennenmittel empfangen auch mehrere zusammengesetzte modulierte Spreizspektrums-Trägersignale, die von mehreren mobilen Endgeräten jeweils gesendet wurden. Jedes zusammengesetzte modulierte Spreizspektrums-Trägersignal enthält ein empfangenes Endgerät-Spreizspektrums-Pilotsignal und einen Informationskanal für jedes mobile Endgerät.
Die Pilot-Referenzsignal-Erzeugungsmittel erzeugen ein Pilot-Referenzsignal. Der Taktpulsgenerator unterhält eine systemweite Zeit. Die Entfernungs-Laufzeitmittel berechnen eine Phasendifferenz zwischen dem Pilot-Referenzsignal und dem gemeinsam genutzten Spreizspektrums-Pilotsignal als einen ersten Wert. Der Prozessor speichert den ersten Wert und liefert unter der Verwendung des ersten Werts eine Prozessorausgabe, welche die Umlaufzeit zum mobilen Endgerät repräsentiert.
Die Pilot-Datensignal-Spreizmittel können einen dritten Modulo-2-Addierer und einen vierten Modulo-2-Addierer enthalten. Der dritte Modulo-2-Addierer ist mit dem ersten Orthogonalcodesatzgenerator und der Basis-Pilotdatenquelle verbunden. Der vierte Modulo-2-Addierer ist mit einem Ausgang des dritten Modulo-2-Addierers und dem ersten Generator rauschähnlichen Codes verbunden.
Der dritte Modulo-2-Addierer spreizspektrumsverarbeitet das Pilot-Datensignal mit dem ersten Basis-Pilotcode zum Erzeugen eines Spreiz-Pilotsignals. Der vierte Modulo-2-Addierer verarbeitet das Spreiz-Pilotsignal mit dem ersten Pseudorauschcode zum Erzeugen eines gemeinsam genutzten Spreizspektrums-Pilotsignals.
Die Systemdaten-Spreizmittel können einen fünften Modulo-2-Addierer und einen sechsten Modulo-2-Addierer enthalten. Der fünfte Modulo-2-Addierer ist mit dem ersten Orthogonalcodesatzgenerator und der Systemdatenquelle verbunden. Der sechste Modulo-2-Addierer ist mit einem Ausgang des fünften Modulo-2-Addierers und dem ersten Generator rauschähnlichen Codes verbunden.
Der erste Orthogonalcodesatzgenerator erzeugt einen zweiten orthogonalen Code. Der fünfte Modulo-2-Addierer spreizspektrumsverarbeitet die Systemdaten mit dem zweiten orthogonalen Code zum Erzeugen eines Spreizspektrums-Datensignals. Der sechste Modulo-2-Addierer verarbeitet das Spreizspektrums-Datensignal mit dem ersten Pseudorauschcode zum Erzeugen eines Spreizspektrums-Systemdatensignals.
Die Basisstation kann weiter einen Leistungssplitter, einen zweiten Orthogonalcodesatzgenerator, einen zweiten Generator rauschähnlichen Codes, eine Betriebsartsteuerungs- und Akquisitionsvorrichtung, einen siebten Modulo-2-Addierer, einen achten Modulo-2-Addierer, eine erste Verzögerungsvorrichtung, eine zweite Verzögerungsvorrichtung, einen ersten Multiplizierer/Korrelator, einen zweiten Multiplizierer/Korrelator, einen dritten Multiplizierer/Korrelator, einen vierten Multiplizierer/Korrelator, eine Verzögerungsregelschleife und einen Phasenregelschleifenoszillator enthalten.
Die Betriebsartsteuerungs- und Akquisitionsvorrichtung ist zwischen den zweiten Orthogonalcodesatzgenerator und den zweiten Generator rauschähnlichen Codes geschaltet. Der siebte Modulo-2-Addierer ist mit dem zweiten Orthogonalcodesatzgenerator und dem zweiten Generator rauschähnlichen Codes verbunden. Der achte Modulo-2-Addierer ist mit dem zweiten Orthogonalcodesatzgenerator und dem zweiten Generator rauschähnlichen Codes verbunden. Die erste Verzögerungsvorrichtung ist mit dem siebten Modulo-2-Addierer verbunden. Die zweite Verzögerungsvorrichtung ist mit dem achten Modulo-2-Addierer und dem Prozessor verbunden. Der erste, der zweite und der dritte Multiplizierer/Korrelator ist jeweils mit dem Leistungssplitter und der ersten Verzögerungsvorrichtung verbunden. Der vierte Multiplizierer/Korrelator ist mit der zweiten Verzögerungsvorrichtung und dem Leistungssplitter verbunden. Die Verzögerungsregelschleife ist mit dem zweiten und dem dritten Multiplizierer/Korrelator verbunden. Der Phasenregelschleifenoszillator ist mit dem ersten Multiplizierer/Korrelator verbunden.
Der Leistungssplitter trennt das zusammengesetzte modulierte Spreizspektrums-Trägersignal in einen Pilotkanal und einen Datenkanal auf. Der zweite Orthogonalcodesatzgenerator erzeugt einen dritten orthogonalen Code. Der zweite Generator rauschähnlichen Codes erzeugt einen zweiten Pseudorauschcode. Die Betriebsartsteuerungs- und Akquisitionsvorrichtung liefert Takt- und Steuersignale.
Der siebte Modulo-2-Addierer kombiniert einen zugewiesenen Pilot-Orthogonalcode und den zweiten Pseudorauschcode zum Bilden des ersten Spreizspektrums-Pilot-Referenzsignals. Der achte Modulo-2-Addierer kombiniert einen zugewiesenen Daten-Orthogonalcode und den zweiten Pseudorauschcode zum Bilden des ersten Spreizspektrums-Daten-Referenzsignals.
Die erste Verzögerungsvorrichtung verzögert im Ansprechen auf den Prozessor das erste Spreizspektrums-Pilot-Referenzsignal zum Erzeugen einer zeitgleichen, einer frühen und einer späten Version des ersten Spreizspektrums-Pilot-Referenzsignals. Der erste, der zweite und der dritte Multiplizierer/Korrelator multiplizieren das zusammengesetzte modulierte Spreizspektrums-Trägersignal mit der zeitgleichen, der frühen und der späten Version des ersten Spreizspektrums-Pilot-Referenzsignals zum Auskorrelieren einer zeitgleichen, einer frühen bzw. einer späten Version des empfangenen Endgerät-Spreizspektrums-Pilotsignals. Die zweite Verzögerungsvorrichtung liefert ein Informations-Referenzsignal, das mit der zeitgleichen Version des ersten Spreizspektrums-Pilot-Referenzsignals synchronisiert ist. Der vierte Multiplizierer/Korrelator multipliziert das zusammengesetzte modulierte Spreizspektrums-Trägersignal mit dem Informations-Referenzsignal zum Auskorrelieren des Informationskanals.
Die Verzögerungsregelschleife verfolgt die Phase des empfangenen Endgeräte-Spreizspektrums-Pilotsignals. Im Ansprechen auf einen Korrelationspeak gibt die Verzögerungsregelschleife ein Taktsignal und ein Akquisitionssignal an die Betriebsartsteuerungs- und Akquisitionsvorrichtung aus. Der Phasenregelschleifenoszillator liefert eine kohärente Trägerreferenz an einen lokalen Datendetektor und an die Verzögerungsregelschleife.
Unter Verwendung des soeben beschriebenen Systems kann die Basisstation die Entfernung zum jeweiligen mobilen Endgerät dadurch bestimmen, dass die Codephasendifferenz zwischen dem gemeinsam genutzten Spreizspektrums-Pilotsignal und dem empfangenen Endgerät-Spreizspektrums-Pilotsignal gemessen wird.
Das mobile Endgerät kann im Ansprechen auf die Umlaufzeit eine Codephase des Übertragungskanals eines jeden zusammengesetzten modulierten Spreizspektrums-Trägersignals so einstellen, dass es mit einer spezifischen Zeitmarkierung zusammentrifft, wenn das zusammengesetzte modulierte Spreizspektrums-Trägersignal bei der Basisstation eintrifft. Die Basisstation kann die spezifische Zeitmarkierung bei einem absoluten Zeitwert setzen, um die Zellenorthogonalitätskriterien zu erfüllen.
Wie in 7 gezeigt, kann ein mobiles Endgerät der vorliegenden Erfindung eine Endgerät-Antenne 727, eine Endgerät-Datenquelle 700, eine Endgerät-Pilotdatenquelle 701, Endgerät-Orthogonalcodesatzgeneratoren 702, 740, Generatoren rauschähnlichen Codes 703, 741, sechs Modulo-2-Addierer 710–715, einen Kombinierer 716, einen Hochfrequenzmodulator/Translator 720, einen Taktpulsgenerator 730, einen Prozessor 732, einen Codephaseneinsteller 731, eine Betriebsartsteuerungs- und Akquisitionsvorrichtung 733, vier Bandpassfilter 754, 755, 756, 757, einen Bitsynchronisierer 759, einen kohärenten Detektor 758, eine Integrations- und Abspeicherschaltung 760, eine Verzögerungsregelschleife 751, zwei Verzögerungselemente 752, 753, vier Multiplizierer/Korrelatoren 725, 726, 728, 729, einen Phasenregelschleifenoszillator 750, einen Leistungssplitter 722, eine Richtungsweiche 721 und einen Trägergenerator 719 aufweisen. 7 zeigt auch einen Prozessor-Eingang/-Ausgang 771, einen Dateneingang 770 und einen Hochfrequenz-Eingang/-Ausgang 773.
Die Endgerät-Datenquelle 700 von 7 ist die vom entfernten Benutzer dem mobilen Endgerät vorgelegte Information. Diese Information kann Sprache, Daten, Fax oder eine beliebige andere Form von Information sein, die der Benutzer über sein mobiles Endgerät an einen anderen Benutzer, eine andere Maschine oder ein anderes System senden möchte. Der Prozessor 732 erzeugt auch Nachrichten zur Verwendung durch das Funksystem oder andere entfernte Benutzer und liefert diese Nachrichten an die entfernte Benutzerdatenquelle über die Benutzerdateneingabe 770, wo die Nachrichten mit den Benutzerdaten multiplexiert werden. Die entfernte Benutzerdatenquelle legt das multiplexierte Benutzerdatensignal an den Modulo-2-Addierer 710 an, wo ein zugewiesener orthogonaler Code, der mit einer viel höheren Bitrate als die Benutzerdaten arbeitet, mit dem Benutzerdatensignal überlagert wird. Der orthogonale Code spreizt das Benutzerdatensignal, so dass mehrere ähnliche Signale das gleiche Spektrum besetzen können und an der Basisstation ausgekoppelt werden können. Das Spreizsignal wird durch einen zusätzlichen PN-Code durch den Modulo-2-Addierer 711 überlagert, um das resultierende Spreizspektrums-Signal mehr wie Zufallsrauschen aussehen zu lassen. Der PN-Code wird durch den Generator rauschähnlichen Codes 703 erzeugt. Das Spreizspektrums-Benutzerdatensignal wird mit dem Spreizspektrums-Pilot-Datensignal im Kombinierer 716 kombiniert. Das kombinierte Spreizspektrums-Datensignal wird auf die Trägerfrequenz w_c durch den Hochfrequenzmodulator/Translator 720 moduliert. Das spreizspektrumsmodulierte Datensignal wird über die Richtungsweiche 721 zur Endgerät-Antenne 727 geleitet, wodurch es der Endgerät-Antenne 727 ermöglicht wird, sowohl zum Senden als auch zum Empfangen verwendet zu werden. Die Endgerät-Antenne 727 sendet das zusammengesetzte modulierte Spreizspektrums-Trägersignal über die Luft an die Basisstations-Antennenmittel, wo es empfangen wird. Viele andere Implementierungen sind möglich und sind dem Fachmann auf diesem Gebiet offensichtlich. Zum Beispiel könnten der orthogonale Code und der rauschähnliche Code kombiniert werden, bevor sie zu den Daten addiert werden. Die Modulation könnte bei einem Basisband unter der Verwendung von Quadratur-Trägerkomponenten und durch Kombinieren der Komponenten bei Hochfrequenzen durchgeführt werden. Unterschiedliche PN-Codes könnten an den unterschiedlichen Quadraturkomponenten verwendet werden, um zur Zufälligkeit des zusammengesetzten Signals beizutragen. Diese sind wohl bekannte Verfahren für den auf diesem Gebiet der Technik ausgebildeten Fachmann.
Der Orthogonalcodesatzgenerator 702 kann einen beliebigen Code erzeugen, der zur vorbestimmten Menge von Codes gehört, und ist auf das Generieren eines spezifischen Codes durch den Prozessor 732 gerichtet. Der Prozessor 732 empfängt seinerseits seine Anweisung durch den Eingang/Ausgang 771 von den Basisstationssteuermitteln über den Steuerkanal. Der Orthogonalcodesatzgenerator 702 erstellt und generiert den zugewiesenen Code, wie oben beschrieben, und der orthogonale Code wird zum Spreizen des Benutzer-Datensignals im Modulo-2-Addierer 710 verwendet. Der Orthogonalcodesatzgenerator 702 erzeugt auch einen zweiten zugewiesenen orthogonalen Code, der zum Spreizen des Pilotdatensignals im Modulo-2-Addierer 712 verwendet wird. Die Phasen dieser Codes werden unabhängig voneinander eingestellt, die Taktrate ist jedoch für beide Codes die selbe. Nach der Akquisition richtet sich bei allen Betriebsarten der Taktpulsgenerator 730 nach der eintreffenden Zeitabstimmung und dem (von der Basisstation) eintreffenden Takt, die von der Betriebsartsteuerungs- und Akquisitionsvorrichtung 733 empfangen werden. Während des Akquisitionsmodus verwendet der Taktpulsgenerator 730 einen internen Oszillator, der mit ungefähr der Rate arbeitet, die erwartungsgemäß von der Basisstation empfangen wird. Dieser interne Oszillator kann so gesetzt werden, dass seine Taktrate geringfügig höher oder niedriger ist, um ein Abtasten des eintreffenden zusammengesetzten Spreizsignals zu erlauben. Nach der Akquisition liefert die Betriebsartsteuerungs- und Akquisitionsvorrichtung 733 ein Taktsynchronisierungssignal an den Taktpulsgenerator 730.
Die Phase des orthogonalen Codes kann auf die gleiche Phase wie der von der Basisstation eintreffende Pilotcode eingestellt werden. Dies führt dazu, dass das übertragene Benutzer-Pilotsignal wie eine Reflexion vom mobilen Endgerät aussieht und die Basisstation die Umlaufzeit zu jedem spezifischen mobilen Endgerät messen kann. Diese Umlaufzeit, die in Codechips gemessen wird, wird an das mobile Endgerät gesendet und im Prozessor 732 gespeichert. Eine Hälfte der Umlaufzeit ist die Entfernung zwischen dem mobilen Endgerät und der Basisstation, in Codechips gemessen. Die Genauigkeit der Entfernung kann dadurch verbessert werden, dass Inkremente eines Achtels oder Zehntels der Chipzeiten verwendet werden und die Peakausgangsleistung aus dem Korrelator an der Basisstation bestimmt wird und dann die Laufzeit mit der Genauigkeit eines Bruchteils eines Chips an das mobile Endgerät gesendet wird.
Das mobile Endgerät hat die Fähigkeit, die Phase des orthogonalen Codes in Bruchteilen eines Chips, zum Beispiel ein Achtel oder ein Zehntel oder ein Sechzehntel, einzustellen, wie durch den Codephaseneinsteller 731 angewiesen, der mit der Unterstützung des Prozessors 732 die Phase des empfangenen Pilotsignals bestimmt und dies in die entsprechenden Anfangszustände für den Endgerät-Pilotspreizcode übersetzt.
Damit das übertragene Rückverbindungs-Spreizspektrums-Benutzerdatensignal zu den anderen übertragenen Spreizspektrums-Benutzerdatensignalen orthogonal ist, wenn die Signale bei der Basisstation eintreffen, muss die Phase des von jedem Benutzer übertragenen Codes so eingestellt werden, dass die unterschiedlichen Pfadlängen bzw. die Entfernungen zu jedem der einzelnen Benutzer kompensiert wird. Bei jedem der mobilen Endgeräte ist in seinem Speicher die Entfernung zur Basisstation gespeichert. Mit dieser Information bestimmt der Prozessor 732 die benötigte Phaseneinstellung, so dass das Spreizspektrums-Benutzerdatensignal zur vorgesehenen Zeit bei der Basisstation eintrifft. Der Codephaseneinsteller 731 liefert dann die anfänglichen Codeeinstellungen für den Orthogonalcodesatzgenerator 702 und startet den Generator zur entsprechenden Zeit. Der Basisstations-Benutzerdaten-Kanalkalibrierungsdetektor detektiert die Fehlerspannung in Bruchteilen eines Chips, um die Korrelationsausgangsleistung zu maximieren, und sendet ein Korrektursignal an das mobile Endgerät, um inkrementelle Einstellungen an der Benutzerdaten-Orthogonalcodephase vorzunehmen, um die relative Position der übertragenen Signale fein einzustellen. Diese inkrementellen Einstellungen mit dem Pilotnachführfehlersignal kompensieren eine normale Bewegung des mobilen Endgeräts und verfolgen das mobile Endgerät bei seiner Bewegung im Gebiet.
Sehr schnelle Veränderungen der Codephasen machen die Reakquisition des Datensignals durch Wiederholung des Entfernungsmessverfahrens unter der Verwendung der Piloten, wie oben beschrieben, nötig. Der Generator rauschähnlichen Codes 703 wird durch den Codephaseneinsteller 731 in seiner Phase so eingestellt, dass er die gleiche Phase wie der Orthogonalcodesatzgenerator 702 hat. Da der rauschähnliche PN-Code sehr viel länger als der orthogonale Code ist, werden der orthogonale Code und der rauschähnliche PN-Code so eingestellt, dass sie zur gleichen Zeit zu starten scheinen, und der orthogonale Code wird während eines Zyklus des rauschähnlichen PN-Codes viele Male wiederholt, und sie werden zur gleichen Zeit enden. Daher starten sie beide zu Beginn einer Epoche, wobei die Epoche die Länge des rauschähnlichen PN-Codes ist. Die Länge des orthogonalen Codes ist eine gerade ganze Zahl des längeren rauschähnlichen PN-Codes. Der gleiche rauschähnliche PN-Code wird für alle Benutzer verwendet und wird ein digitaler Träger für alle Benutzerdatensignale. Wenn der rauschähnliche PN-Code synchron detektiert wird, hat er keine Auswirkung auf die Unterscheidung zwischen den unterschiedlichen orthogonalen Codes.
Der oben beschriebene Vorgang führt dazu, dass das übertragene Benutzerdatensignal und der übertragene Pilot unterschiedliche absolute Phasen bezüglich der Systemzeitreferenz haben. Daher können die Pilot-Spreizspektrumssignale zu den Benutzerdatensignalen nicht orthogonal sein. Dies bedeutet, unter der Annahme, dass jedes Benutzerendgerät auch ein Pilotsignal hat, wenn die Hälfte der Signale als zufälliges Rauschen erscheinen und die andere Hälfte keine Interferenz beitragen, dass die Interferenz um 3 dB verringert wurde. Die Pilotdaten von der Endgerät-Pilotdatenquelle 701 können ausschließlich aus Nullen oder ausschließlich aus Einsen bestehen, oder es kann tatsächlich eine Informationssignaleingabe mit einer geringen Datenrate auf dem Pilotkanal vorhanden sein. Angenommen, von der Endgerät-Pilotdatenquelle 701 werden "nur Nullen" eingegeben, dann überträgt der Pilotkanal lediglich die Addition des für den Piloten ausgewählten orthogonalen Codes und den rauschähnlichen PN-Code.
Wie zuvor erwähnt, richtet sich die Phase und die Zeitabstimmung des Endgerät-Piloten nach dem von der Basisstation eintreffenden Piloten. Dies deshalb, damit es so scheint, als ob er bei seinem Gelangen durch das mobile Endgerät keine Verzögerung erfährt. Dies ist ein entscheidendes Merkmal der vorliegenden Erfindung und erlaubt es der Basisstation, die Umlaufzeit genau zu messen. Die Basisstation liefert diese Umlaufzeitinformation an das mobile Endgerät, welches sie während der Akquisition zum Einstellen der Phase des übertragenen Benutzerdatensignals verwendet, so dass die Basisstation das Benutzerdatensignal im orthogonalen Betriebsmodus schnell akquirieren kann. Da das mobile Endgerät den gleichen Träger sowohl für den Piloten als auch für die Benutzerdatensignale verwendet, wird die Pilotträgerphase zum kohärenten Detektieren der Benutzerdaten verwendet. Wie oben erwähnt, ist nach einer Akquisition die Entfernungsinformation aus den Piloten während der Betriebsart zur normalen Übertragung der Daten nicht notwendig. Daher weist das mobile Endgerät eine Betriebsart auf, die nach der Akquisition eingesetzt wird, bei der die Pilotcodephase so verschoben wird, dass sie die selbe Phase wie der Benutzerdatenkanal hat. In dieser Betriebsart sind die Piloten ebenfalls orthogonal, wenn die zugewiesenen Pilotcodes Elemente der orthogonalen Codemenge sind. Dieses Merkmal der vorliegenden Erfindung verdoppelt noch einmal fast die Systemkapazität. Dies bedeutet auch, dass der Pilot mit relativ hohen Leistungspegeln übertragen werden kann, da der Pilot nicht zur Interferenz bei den anderen Signalen beiträgt. Es bedeutet jedoch, dass die Anzahl von Benutzern verringert wurde, wenn die Einschränkung der Kapazität durch eine eingeschränkte Anzahl orthogonaler Codes und nicht durch die Verarbeitungsverstärkung verursacht wurde. Da dieses Merkmal von der Basisstation aus gesteuert wird, kann die Basisstation eine Beurteilung darüber abgeben, welche Betriebsart die beste Leistung mit der größten Kapazität ergeben wird, und entsprechend handeln.
Die Pilotdaten werden im Addierer 712 mit dem dem Piloten zugewiesenen Code modulo-2-addiert, was zu einem Spreizspektrums-Rückverbindungs-Pilotsignal führt. Zu diesem Signal wird im Addierer 713 auch ein rauschähnliches PN-Signal addiert, wodurch das Signal mehr wie ein Zufallsrauschen-Spreizspektrums-Signal aussieht. Dieses rauschähnliche Spreizspektrums-Pilotsignal wird mit dem Spreizspektrums-Benutzerdatensignal im Kombinierer 716 kombiniert, um das zusammengesetzte Spreizspektrums-Signal zu bilden, das dann im Modulator/Translator 720 auf den Träger moduliert wird. Dieses modulierte zusammengesetzte Spreizspektrums-Signal gelangt durch die Richtweiche 721 und dann zur Antenne 727.
Die Antenne 727 empfängt auch das zusammengesetzte Spreizspektrumssignal, das von der Basisstation ausgesendet wurde. Dieses Signal wird durch die Richtweiche 721 geleitet, bei der es vom übertragenen Signal isoliert wird, und wird im Leistungssplitter 722 in einen Pilotkanal und einen Datenkanal aufgeteilt. Der Pilotkanal kann drei unterschiedliche Korrelatoren zum Nachführen des Trägers und des Spreizcodes verwenden. Diese drei Korrelatoren sind aus Multiplizierern/Korrelatoren 726, 728, 729 und Integratoren/Bandpassfiltern 754, 756, 757 zusammengesetzt. Die Verzögerungsregelschleife 751 verfolgt die Phase des eintreffenden Codes und hält den lokalen Pilotcode, der durch eine Modulo-2-Addition des lokal erzeugten orthogonalen und des rauschähnlichen Codes erzeugt wurden, mit dem von der Basisstation gesendeten zusammengesetzten Spreizspektrumssignal synchron. Der lokale Pilotcode wird in den Multiplizierern/Korrelatoren 726, 728, 729 mit dem eintreffenden zusammengesetzten Spreizsignal multipliziert. Das Verzögerungselement 752 verzögert die Referenzpiloteingaben an die Multiplizierer/Korrelatoren 726, 728, 729 in einer solchen Weise, dass eine zeitgleiche, eine frühe und eine späte Version des Referenzpiloten erzeugt wird. Die frühen und späten Signale, multipliziert durch die Multiplizierer/Korrelatoren 728 bzw. 729, werden durch die Verzögerungsregelschaltung 751 zum Nachführen des eintreffenden Signals verwendet. Wenn die Codes in ihrer Phase mit den Eingaben an die drei Multiplizierer/Korrelatoren 726, 728, 729, die vom Leistungssplitter kommen, ausgerichtet sind, erscheint am Ausgang des jeweiligen Multiplizierers/Korrelators 726, 728, 729 ein maximales Signal. Wenn das eintreffende Signal auf diese Weise ausgerichtet ist, leitet die Verzögerungsregelschleife 751 ein Taktsignal und ein Akquisitionssignal an die Betriebsartsteuerungs- und Akquisitionsvorrichtung 733. Eine beliebige äquivalente Fehlererzeugungsvorrichtung kann zum Durchführen der Funktion der Verzögerungsregelschleife eingesetzt werden, wie dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt ist.
Das Verzögerungselement 752 liefert auch einen zeitgleichen Pfad, der vom Phasenregelschleifenoszillator 750 verwendet wird. Der Phasenregelschleifenoszillator 750 ist auf dem Korrelationspeak zentriert und liefert die maximale Trägersignalstärke. Das Datenkanal-Verzögerungselement 753 platziert auch den Datenkanal so, dass er die gleiche Ausrichtung, zeitgleiche und maximale Trägerstärke wie der Phasenregelschleifenpfad hat. Der Phasenregelschleifenoszillator 750 liefert eine kohärente Trägerreferenz an den kohärenten Detektor 758 und an die Verzögerungsregelschleife 751. Der Orthogonalcodesatzgenerator 740 liefert einen orthogonalen Code, wie er über den Prozessor 732 durch die Basisstation zugewiesen wurde, an den Modulo-2-Addierer 715, wo der orthogonale Code mit der Ausgabe des Generators rauschähnlichen Codes 741 kombiniert wird, um das lokale Daten-Spreizspektrums-Referenzsignal zu bilden. Da der Basisstations-Pilotcode und die Benutzerdatencodekanäle synchronisiert sind und auf dem gleichen HF-Träger übertragen werden, kann die Phase des lokalen Codes und die Trägerphase des Pilotkanals nach der Akquisition zum Demodulieren des Benutzerdatenkanals verwendet werden. Das vom Addierer 715 kommende Referenzsignal wird durch das Verzögerungselement 753 verzögert und mit dem eintreffenden empfangenen kombinierten Spreizspektrumssignal im Multiplizierer/Korrelator 725 multipliziert, um den Benutzerdatenkanal auszukorrelieren. Die Ausgabe des Multiplizierers/Korrelators 725 wird im Bandpassfilter 755 integriert, damit der Informationskanal beim Korrelationspeak zur Detektion durch den kohärenten Detektor 758 eintrifft. Die Ausgabe des kohärenten Detektors 758 wird über die Informationsbitperiode durch die Integrations- und Abspeicherschaltung 760 integriert. Die Integrations- und Abspeicherschaltung 760 tastet die Ausgabe zu der vom Bitsynchronisierer 759 bestimmten Zeit ab. Der Bitsynchronisierer 759 ist mit dem Orthogonalcodesatzgenerator 740 synchronisiert, so dass die Datenbits, wenn die Codes synchronisiert sind, ebenfalls automatisch synchronisiert werden. Dies geschieht, weil die Daten im Basisstationssender ebenfalls mit dem Basisstations-Orthogonalcodesatzgenerator synchronisiert sind. Das Ausgangssignal 775 besteht aus den Benutzerdaten, multiplexiert mit spezifischen Kanalzusatzdaten, die aus dem Datensignal durch einen nicht gezeigten Demultiplexer ausgekoppelt und an den Prozessor 732 gesendet werden. Diese Zusatzdaten enthalten Leistungssteuerungsnachrichten, Codephasenausrichtungsnachrichten, Betriebsartwechselnachrichten usw. Diese Nachrichten gelangen über den Prozessoreingang-/ausgang 771 in den Prozessor.
Der Orthogonalcodesatzgenerator 740 ist mit dem Orthogonalcodesatzgenerator 702 identisch, und der Generator rauschähnlichen Codes 741 ist mit dem Generator rauschähnlichen Codes 703 identisch. Der Orthogonalcodesatzgenerator 740 und der Generator rauschähnlichen Codes 741 werden durch die Betriebsartsteuerungs- und Akquisitionsvorrichtung 733 getaktet. Vor der Akquisition verwendet die Betriebsartsteuerungs- und Akquisitionsvorrichtung 733 einen stabilen internen Takt, um die Zeitabstimmung an die Codegeneratoren zu liefern. Nach der Akquisition richtet sich der PLL-Oszillator 750 nach dem von der Verzögerungsregelschleife 751 erhaltenen Takt. Der Taktpulsgenerator 730 richtet sich ebenfalls nach der Ausgabe der Betriebsartsteuerungs- und Akquisitionsvorrichtung 733.
Wie in 8 gezeigt, enthält eine erfindungsgemäße Basisstation eine Basisstationsantenne 827, Benutzerdatenquellen 800, eine Pilotdatenquelle 801, Orthogonalcodesatzgeneratoren 802, 840, Generatoren rauschähnlichen Codes 803, 841, acht Modulo-2-Addierer 810–818, einen Signalkombinierer 816, einen Hochfrequenztranslator/-modulator 820, einen Taktpulsgenerator 830, eine Entfernungs-Laufzeit-Vorrichtung 834, einen Prozessor 832, einen Controller 836, einen Codephaseneinsteller 831, eine Betriebsartsteuerungs- und Akquisitionsvorrichtung 833, vier Bandpassfilter 854, 855, 856, 857, einen Bitsynchronisierer 859, einen kohärenten Detektor 858, eine Integrations- und Abspeicherschaltung 860, eine Verzögerungsregelschleife 851, Verzögerungselemente 852, 853, vier Multiplizierer/Korrelatoren 825, 826, 828, 829, einen Phasenregelschleifenoszillator 850, einen Leistungssplitter 822, einen Trennverstärker 821 und einen Trägergenerator 819. 8 zeigt auch den Prozessor-Eingang/-Ausgang 871, den Benutzerdateneingang 870, den Benutzerdatenausgang 875 und den Hochfrequenz-Eingang/Ausgang 873.
8 zeigt eine Basisstation, welche die erfindungsgemäßen Merkmale aufweist. Es gibt viele Ähnlichkeiten zwischen der Basisstation von 8 und dem mobilen Endgerät von 7. In der folgenden Erörterung werden die Unterschiede zwischen der Basisstation und dem mobilen Endgerät hervorgehoben.
In 8 gibt es drei Datenquellen. Zusätzlich zu den in 7 gezeigten Benutzerdaten und den Pilotdaten besteht ein Bedarf nach Systemdaten, die an alle Benutzer, die mit der Basisstation verbunden sind, übertragen werden. Dieser Typ von Daten enthält allgemeine Systemparameter, Funkrufinformation, Systemsynchronisierungsmarkierungen, Steuerungsinformation und Kanalzuweisungen. Ein Großteil dieser Systeminformation kommt vom zentralen Netzwerkcontroller und wird über Landleitungen an den Basis-Controller 836 gesendet, wo sie auf die individuelle Zelle angepasst wird. Der Prozessor 832 arbeitet mit dem Controller 836 zusammen, um diese Nachrichten in die Basisstation einzuspeisen. Hierbei handelt es sich um Information, die allgemein rundgesendet wird, so dass alle Benutzer sie empfangen können, bevor ihnen ein spezifischer Kanal zugewiesen wird.
Die Systeminformation, die an einen spezifischen Benutzer übertragen wird, während das mobile Endgerät auf einem zugewiesenen Kanal betrieben wird, wird in die Benutzerdatenmittel am Eingang 870 eingegeben und mit den Benutzerdaten multiplexiert. Die Systemdaten werden auch im Addierer 817 mit einem unverwechselbaren orthogonalen Code, der vom Orthogonalcodesatzgenerator 802 erzeugt wurde, gespreizt und durch das Addieren eines zusätzlichen rauschähnlichen PN-Codes im Addierer 818 der Zufälligkeit ähnlicher gemacht. Der rauschähnliche PN-Code wird durch den Generator rauschähnlichen Codes 803 erzeugt.
Es kann mehrere Systemdatenkanäle geben, von denen jeder mit einem unverwechselbaren orthogonalen Code gespreizt wird, wobei jedoch alle den selben rauschähnlichen PN-Code verwenden. Der selbe rauschähnliche PN-Code wird allen Kanälen einschließlich allen Datenkanälen, allen Systemkanälen und dem Pilotkanal zuaddiert. Es gibt nur einen Pilotkanal, und dieser verwendet einen der unverwechselbaren orthogonalen Codes, üblicherweise den Code, der aus lauter Nullen besteht. Dies bedeutet, dass der rauschähnliche PN-Code im Wesentlichen der Pilotcode ist, er ist jedoch auch eine Komponente aller anderen Codes. Dieses Konzept eines Piloten auf der Vorwärtsverbindung ist allgemein bekannt und im Stand der Technik dokumentiert: siehe US-Patent Nr. 5,228,056; US-Patent Nr. 5,420,896; US-Patent Nr. 5,103,459 und US-Patent Nr. 5,416,797. Es gibt auch mehrere Mittel zum Erzeugen unterschiedlicher Piloten für unterschiedliche Basisstationen, wobei auch eine feste Codephasenverschiebung absichtlich eingeführt wird: siehe US-Patent Nr. 5,103,459 und US-Patent Nr. 5,416,797.
8 zeigt aus Zwecken der Übersichtlichkeit nur eine Benutzerdatenquelle 800, es wird jedoch normalerweise mehr Benutzerdatenquellen oder Kanäle für jeden aktiven Benutzer geben. Jedem aktiven Benutzer wird ein unverwechselbarer orthogonaler Code zugewiesen, und er wird den selben rauschähnlichen PN-Code verwenden. Daher wir die Eingabe an den Kombinierer 816 normalerweise mehrere Benutzerdatenkanäle, mehrere Systemkanäle und einen Pilotkanal enthalten. Die Ausgabe des Kombinierers 816 ist ein zusammengesetztes Spreizspektrumssignal, das im Translator/Modulator 820 auf den Träger w_c moduliert wird. Das modulierte zusammengesetzte Spreizspektrumssignal wird über den Trennverstärker 821 an die Basis-Antenne 827 gesendet. Der Trennverstärker 821 sieht nicht nur eine Isolation zwischen den Sende- und den Empfangssignalen vor, wie das beim mobilen Endgerät der Fall ist, sondern muss auch eine Vielzahl von Sendesignalen voneinander isolieren. Eine alternative Möglichkeit wäre, die Signale mit einem niedrigen Leistungspegel zu kombinieren und lineare Verstärker für die letzten Stufen zu verwenden.
Der Taktpulsgenerator 830 wird von einem stabilen Oszillator abgeleitet und ist der Grundtakt für die gesamte Zelle. Die absolute Zeit wird im ganzen System aufrechterhalten. Die gleiche absolute Zeit an allen Basisstationen erlaubt es dem mobilen Endgerät, eine absolute Zeitverzögerung zu mehreren Basisstationen zu bestimmen, was zu einer genauen geografischen Positionsbestimmung führt. Der Taktpulsgenerator 830 liefert den Takt sowohl für den Orthogonalcodesatzgenerator 802 als auch für den Generator rauschähnlichen Codes 803. Er liefert ebenfalls den Takt für den Orthogonalcodesatzgenerator 840 und den Generator rauschähnlichen Codes 841, wenn die Rückverbindung im Orthogonalcodemodus betrieben wird. Wenn der Empfänger nicht im Orthogonalcodemodus betrieben wird und er ein zugewiesenes Benutzersignal akquiriert hat, benutzen der Orthogonalcodegenerator 840 und der Generator rauschähnlichen Codes 841 den von der Verzögerungsregelschleife 851 erzeugten Takt als ihre Taktquelle.
Wenn der Pilot-Empfangskanal das Benutzerpilotsignal auf dem Rückkanal akquiriert hat und die Verzögerungsregelschleife 851 das eintreffende Pilotsignal verfolgt, ist der Referenzpilotcode, der durch Addieren der Ausgaben des Orthogonalcodesatzgenerators 840 und des Generators rauschähnlichen Codes 841 im Addierer 814 erzeugt wurde, in vollständiger Synchronisation mit dem vom Benutzer kommenden Pilotsignal. Wenn dieser Zustand eintritt, wird die Ausgabe des Addierers 814 von der Entfernungs-Laufzeit-Vorrichtung 834 angenommen und wird die Phase dieses Pilotcodes mit der Phase des Basisstations-Pilotcodes verglichen, der von der Ausgabe des Addierers 813 abgenommen wird. Unter Zuhilfenahme des Prozessors 832 berechnet die Entfernungs-Laufzeit-Vorrichtung 834 die Phasendifferenz zwischen den beiden Signalen und legt diesen Wert im Speicher im Prozessor 832 ab. Der Wert der Umlaufzeit wird ebenfalls über den Eingabeport 870 auf der Benutzerdatenquelle 800 an das das Benutzerpilotsignal sendende mobile Endgerät oder als ein Teil des Setup-Befehls auf dem Zuweisungskanal gesendet.
Wenn das mobile Endgerät im Pilot-Entfernungsmessungs-Orthogonalbetriebsmodus ist, sendet die Basisstation die Benutzerendgerät-Entfernungsmessinformation, und das Benutzerendgerät sendet Benutzerdaten auf der Rückverbindung im orthogonalen Modus zurück. Es kann einen kleinen festen Versatz zwischen der Pilotkanal-Entfernungsmessung und der korrekten Phase geben, um eine maximale Rauschunterdrückung auf dem orthogonalen Kanal zu erzielen. Um diesen Versatz zu entfernen, sendet der Prozessor 832 Befehle an das mobile Endgerät, um das Phasenverhältnis zwischen dem Benutzerpiloten und dem Benutzer-Datenkanal in Bruchteilen eines Chips, einem Achtel, einem Zehntel oder einem Sechzehntel zu verschieben, während der Prozessor 832 den Ausgangspegel der Integrations- und Abspeicherschaltung 860 beobachtet. Wenn der Peakausgangssignalpegel beobachtet wird, wird der Versatz beibehalten. Dieser Vorgang kalibriert das Verhältnis zwischen dem Benutzerpiloten und den Benutzerdatenkanälen. Nach einer Optimierung sollte sich dieses Verhältnis im Laufe einer normalen Übertragung nicht beträchtlich ändern. Es kann nach einem festen Intervall jeweils wieder neu eingerichtet werden.
Wenn sich das mobile Endgerät in einer Betriebsart befindet, in der auch ein orthogonaler Pilot gesendet wird, der mit dem Benutzerdatenkanal synchronisiert ist, wird die Fehlerspannung der Verzögerungsregelschleife 851 an den Prozessor 832 gesendet, dort analysiert und um eine Vorhersagekomponente ergänzt, und an das mobile Endgerät zur Verwendung bei der Korrektur der Phase des zusammengesetzten Signals gesendet, das vom mobilen Endgerät zurückgesendet wird. Da der Fehler in der Basisstation detektiert wird und die Korrektur in der mobilen Station vorgenommen wird, besteht in der Schleife eine inhärente Verzögerung. Diese Verzögerung ist jedoch im Vergleich zur normalen Bewegung des Benutzers klein, und da die Bewegung des Benutzers normalerweise ihre Bewegungsrichtung nicht schnell ändern wird, kann auf der Grundlage der letzten Messungen eine Vorhersage getroffen werden. Wenn die Pfadlänge einen plötzlichen Sprung von mehreren Chips aufweist, dann wird das mobile Endgerät angewiesen, in die vorhergehende Betriebsart zurückzukehren, bei dem die Entfernungsmessinformation zu einer erneuten Akquisition verwendet wird. Dies würde jedoch nur dann geschehen, wenn ein starker primärer Mehrfachweg stark schwinden würde und es keinen bestehenden Sekundärstrahl gäbe, jedoch ein neuer Sekundärstrahl bald nach dem Verlust des ersten auftauchte.
Daher kann erfindungsgemäß der Basisstationsempfänger in einer von vier Betriebsarten Daten vom mobilen Endgerät empfangen. Die erste Betriebsart erlaubt es dem mobilen Endgerät, auf der Rückverbindung einen unabhängigen Benutzerpiloten zu senden, der mit der Basisstation nicht synchronisiert ist, und der Benutzerdatenkanal ist mit diesem unabhängigem Benutzerpiloten synchronisiert. Die zweite Betriebsart erfordert es, dass sich der Benutzerpilot des Benutzerendgeräts nach Piloten richtet, den er von der Basisstation empfängt, und der Benutzerdatenkanal wird mit diesem sich nach dem empfangenen Piloten richtenden Benutzerpiloten synchronisiert. Diese zweite Betriebsart erlaubt es dem Benutzerendgerät, Umlaufzeitinformation zu Zwecken einer Geolokalisierung und einer schnellen Reakquisition zu empfangen. Die dritte Betriebsart erfordert es, dass sich der Benutzerpilot des Benutzerendgerätes nach dem eintreffenden Basisstationspilot richtet, wie das bei der zweiten Betriebsart auch der Fall ist, doch wird der Benutzerdatenkanal im orthogonalen Modus betrieben, wobei die von der Basisstation empfangene Entfernungsmessinformation eingesetzt wird. Das Phasenverhältnis zwischen dem Benutzerpilotkanal und dem Benutzerdatenkanal wird kalibriert. Ein Verfahren ist oben beschrieben, doch gibt es viele andere Verfahren, die einem Fachmann auf diesem Gebiet offensichtlich sein sollten. Der Benutzerpilotträger ist auch der Träger für den Benutzerdatenkanal und kann als die Trägerreferenz zum Detektieren des Benutzerdatenkanals verwendet werden. Die vierte Betriebsart verwendet die Implementierung mit einem Piloten, der sich nach dem empfangenen Piloten richtet, der dritten Betriebsart zur Akquisition, verschiebt jedoch nach der Akquisition den Benutzerpilotcode in seiner Phase so, dass er mit dem Benutzerdatenkanal synchron ist, wodurch auch der Pilot zu einem orthogonalen Kanal wird. Dies bedeutet, dass der Pilot zu den Benutzerdatenkanälen innerhalb der Zelle keine Interferenz mehr beiträgt und mit höheren Leistungspegeln übertragen werden kann.
Die vorliegende Erfindung kann weiterhin ein zellulares Spreizspektrums-CDMA-Funkkommunikationsverfahren zum Kommunizieren von Endgerät-Nachrichtendaten von einem mobilen Endgerät an eine Basisstation über einen Duplex-Funkkanal umfassen. Das Verfahren enthält die Verwendung eines Piloten auf der Rückverbindung zum Erzielen einer Orthogonalität an der Basisstationsantenne.
Das Verfahren umfasst die Schritte des Spreizspektrumsverarbeitens von Endgerät-Nachrichtendaten unter der Verwendung eines Pseudorauschcodes, Erzeugens eines Endgerät-Pilotsignals und Kombinierens des Endgerät-Pilotsignals mit den spreizspektrumsverarbeiteten Endgerät-Nachrichtendaten zum Erzeugen eines Endgerät-CDMA-Signals. Das Endgerät-CDMA-Signal enthält das Endgerät-Pilotsignal und ein Datensignal.
Das Verfahren weist auch die Schritte des Sendens des Endgerät-CDMA-Signals vom mobilen Endgerät an die Basisstation auf einem Rückkanal des Duplex-Funkkanals auf. Die Basisstation empfängt das Endgerät-CDMA-Signal und spaltet das Endgerät-CDMA-Signal in einen Pilotkanal und einen Datenkanal auf. Das Verfahren umfasst die Schritte des Erzeugens eines Basis-Pilotsignals und des Erzeugens eines Basis-Pilot-Referenzsignals. Das Basis-Pilot-Referenzsignal wird aufgespaltet und verzögert, um eine zeitgleiche Version des Basis-Pilot-Feferenzsignals, eine frühe Version des Basis-Pilot-Referenzsignals und eine späte Version des Basis-Pilot-Referenzsignals zu erzeugen. Die zeitgleiche, die frühe und die späte Version des Basis-Pilot-Referenzsignals werden zum Auskorrelieren einer zeitgleichen, einer frühen bzw. einer späten Version des Endgerät-Pilotsignals verwendet.
Das Verfahren enthält die Schritte des Erzeugens eines Basis-Daten-Referenzsignals und das Auskorrelierens des Datensignals unter der Verwendung des Basis-Daten-Referenzsignals. Die Phase des Endgerät-Pilotsignals wird nachgeführt, und im Ansprechen auf einen Peak des Endgerät-Pilotsignals wird ein Akquisitionssignal ausgegeben, was eine Synchronisation des Endgerät-Pilotsignals und des Basis-Pilot-Referenzsignals bedeutet. Im Ansprechen auf das Akquisitionssignal kann die Phase des Endgerät-Pilotsignals so verschoben werden, dass sie mit dem Datensignal synchron ist. Das Endgerät-Pilotsignal kann sich auch nach dem Basis-Pilotsignal richten.
Das Verfahren umfasst die Schritte des Messens im Ansprechen auf das Akquisitionssignal einer Codephasendifferenz zwischen dem Basis-Pilotsignal und dem Basis-Pilot-Referenzsignal zum Bestimmen der Entfernung zwischen dem mobilen Endgerät und der Basisstation. Die Entfernung wird an das mobile Endgerät übertragen, und das mobile Endgerät stellt im Ansprechen auf die Entfernung die Phase des Pseudorauschcodes ein, um eine Ankunftszeit des Datensignals bei der Basisstation einzustellen, und um bei der Basisstation eine Orthogonalität herzustellen.
Dem Fachmann wird ersichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen an dem erfindungsgemäßen Spreizspektrums-Kommunikationssystem und -Verfahren vorgenommen werden können, ohne dass dadurch vom Umfang der Erfindung abgewichen wird, und es wird beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung die Modifikationen und Variationen des hier beschriebenen Spreizspektrums-Kommunikationssystems und -Verfahrens abdeckt, vorausgesetzt, sie sind im Umfang der nachfolgenden Ansprüche.

Claims

Mobiles Endgerät zur Verwendung in einem Spreizspektrums-CDMA-Kommunikationssystem, wobei das mobile Endgerät Mittel (727) zum Empfangen eines Basis-Pilotsignals und eines Basis-Datensignals jeweils mit einer Pseudozufalls-Chipcodesequenz von einer Basisstation aufweist, wobei das mobile Endgerät Mittel (727) zum Senden eines Fernpilotcodes und eines Endgerät-Datensignals jeweils mit einer Pseudozufalls-Chipcodesequenz an die Basisstation aufweist, wobei das mobile Endgerät gekennzeichnet ist durch: – Mittel (732) zum Synchronisieren der Chipcodesequenz des gesendeten Fernpilotcodes mit der Chipcodesequenz des empfangenen Basis-Pilotsignals, um es der Basisstation zu ermöglichen, eine Entfernungsbestimmung durchzuführen; – Mittel (727) zum Empfangen einer Entfernungsbestimmung von der Basisstation; und – Codephaseneinstellmittel (731), die im Ansprechen auf eine empfangene Entfernungsbestimmung die Phase eines Endgerät-Datensignals bezüglich der Entfernung einstellen, wobei die Basisstation das Endgerät-Datensignal orthogonal zu anderen bezüglich der Entfernung eingestellten Endgerät-Datensignalen empfängt.
Mobiles Endgerät nach Anspruch 1, weiter gekennzeichnet durch: – Mittel (727) zum Empfangen eines Akquisitionssignals von der Basisstation, wobei das Akquisitionssignal auf einen Peak im Fernpilotcode an der Basisstation anspricht; und – wobei die Codephaseneinstellmittel (731) auf das empfangene Akquisitionssignal zur Entfernungseinstellung des Fernpilotcodes durch Synchronisieren des Fernpilotcodes mit dem bezüglich der Entfernung eingestellten Endgerät-Datensignal ansprechen.
Mobiles Endgerät nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisierungsmittel (732) mit den Codephaseneinstellmitteln (731) gekoppelt sind.
Mobiles Endgerät nach Anspruch 1, weiter gekennzeichnet durch Betriebsartsteuermittel (733) zum Auswählen einer Betriebsart des mobilen Endgeräts.
Mobiles Endgerät nach Anspruch 4, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsartsteuermittel (733) mit den Codephaseneinstellmitteln (731) gekoppelt sind und eine erste Betriebsart haben, in der sie initialisiert werden, und eine zweite Betriebsart, in der die Chipcodesequenz des Fernpilotcodes mit der Chipcodesequenz des empfangenen Basis-Pilotsignals synchronisiert wird.
Mobiles Endgerät nach Anspruch 5, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsartsteuermittel (733) eine dritte Betriebsart haben, in der das Endgerät-Datensignal bezüglich der Entfernung eingestellt wird.
Mobiles Endgerät nach Anspruch 6, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsartsteuermittel (733) eine vierte Betriebsart haben, in der das Fernpilotcode bezüglich der Entfernung eingestellt wird.
Basisstation zur Verwendung in einem Spreizspektrums-CDMA-Kommunikationssystem, wobei die Basisstation Mittel (827) zum Empfangen eines Fernpilotcodes und eines Endgerät-Datensignals jeweils mit einer Pseudozufalls-Chipcodesequenz von mobilen Endgeräten aufweist, wobei die Basisstation Mittel (827) zum Senden eines Basis-Pilotsignals und eines Basis-Datensignals jeweils mit einer Pseudozufalls-Chipcodesequenz an das mobile Endgerät aufweist, wobei die Basisstation gekennzeichnet ist durch: – Mittel (871) zum Identifizieren einer einem ausgewählten mobilen Endgerät zugeordneten Entfernungsbestimmung auf der Grundlage der Chipcodesequenz des empfangenen Fernpilotcodes, das vom ausgewählten Endgerät kommt; und – Mittel (827) zum Senden der für das ausgewählte Endgerät identifizierten Entfernungsbestimmung an das ausgewählte mobile Endgerät, wodurch das ausgewählte mobile Endgerät das Endgerät-Datensignal auf der Grundlage der Entfernungsbestimmung bezüglich der Entfernung einstellt, um es der Basisstation zu ermöglichen, das Endgerät-Datensignal des ausgewählten Endgeräts orthogonal zu anderen bezüglich der Entfernung eingestellten empfangenen Endgerät-Datensignalen zu empfangen, die von anderen mobilen Endgeräten kommen.
Basisstation nach Anspruch 8, weiter gekennzeichnet durch Entfernungs-Verzögerungsmittel (834), die mit den Entfernungs-Bestimmungsmitteln (871) gekoppelt sind, zum Bestimmen einer Laufzeit zwischen den Chipcodesequenzen des Basis-Pilotsignals und des empfangenen Fernpilotcodes, wobei die Entfernungs-Bestimmungsmittel (871) eine dem mobilen Endgerät zugeordnete Entfernungsbestimmung auf der Grundlage der festgestellten Verzögerung identifiziert.
Basisstation nach Anspruch 9, weiter gekennzeichnet durch Entspreizmittel (828) zum Entspreizen des empfangenen Fernpilotcodes unter der Verwendung eines Basis-Pilotreferenzsignals, wobei die Entfernungs-Verzögerungsmittel (834) die Chipcodesequenzen des Basis-Pilotsignals und des Basis-Pilotreferenzsignals zum Erhalten der festgestellten Verzögerung vergleichen.
Basisstation nach Anspruch 10, weiter gekennzeichnet durch eine Verzögerungs-Verriegelungsschleife (851) zum Synchronisieren der Chipcodesequenz des Basis-Pilotreferenzsignals mit der Chipcodesequenz des empfangenen Fernpilotcodes.
Basisstation nach Anspruch 8, weiter gekennzeichnet durch Mittel (827) zum Senden eines Akquisitionssignals, das auf einen Peak im Fernpilotcode anspricht, wodurch das Akquisitionssignal eine Synchronisation des Fernpilotcodes mit dem empfangenen Basis-Pilotsignal am ausgewählten mobilen Endgerät bedeutet.
Spreizspektrums-CDMA-Kommunikationssystem mit einer Basisstation und mehreren mobilen Endgeräten, wobei die Basisstation Mittel (827) zum Senden eines Basis-Pilotsignals und eines Basis-Datensignals jeweils mit einer Pseudozufalls-Chipcodesequenz aufweist, wobei die Basisstation Mittel (827) zum Empfangen eines Fernpilotcodes und eines Endgerät-Datensignals jeweils mit einer Pseudozufalls-Chipcodesequenz von jedem der mehreren mobilen Endgeräte aufweist, wobei jedes mobile Endgerät Mittel (727) zum Senden eines Fernpilotcodes und eines Endgerät-Datensignals sowie Mittel (727) zum Empfangen eines Basis-Pilotsignals und eines Basis-Datensignals aufweist, wobei das System dadurch gekennzeichnet ist, dass – die Basisstation aufweist: – Mittel (871) zum Identifizieren einer einem ausgewählten mobilen Endgerät zugeordneten Entfernungsbestimmung auf der Grundlage der Chipcodesequenz des empfangenen Fernpilotcodes, das vom ausgewählten mobilen Endgerät kommt; und – Mittel (827) zum Senden der Entfernungsbestimmung an das ausgewählte mobile Endgerät; und – mehrere der mobilen Endgeräte ausgewählt werden können, wobei jedes aufweist: – Mittel (732) zum Synchronisieren seiner Chipcodesequenz seines Endgerät-Pilotsignals mit einer Chipcodesequenz eines empfangenen Basis-Pilotsignals, um es der Basisstation zu ermöglichen, eine Entfernungsbestimmung durchzuführen; – Mittel (727) zum Empfangen einer Entfernungsbestimmung von der Basisstation; und – Codephaseneinstellmittel (731), die auf eine empfangene Entfernungsbestimmung zur Entfernungseinstellung einer Phase seines gesendeten Endgerät-Datensignals anspricht, wobei die Basisstation ihr Endgerät-Signal orthogonal zu anderen bezüglich der Entfernung eingestellten Endgerät-Datensignalen empfängt, die von anderen mobilen Stationen gesendet wurden.
System nach Anspruch 13, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Basisstation Mittel (827) zum Senden eines Akquisitionssignals hat, das auf einen Peak im Fernpilotcode anspricht, und wobei jedes der auswählbaren mobilen Endgeräte Mittel (727) zum Empfangen eines Akquisitionssignals von der Basisstation hat, wobei die Codephaseneinstellmittel (731) im Ansprechen auf ein empfangenes Akquisitionssignal eine Phase des Fernpilotcodes so einstellen, dass es mit seinem bezüglich der Entfernung eingestellten Endgerät-Datensignal synchron ist.
Verfahren zum orthogonalen Empfangen von Spreizspektrums-CDMA-Signalen von mehreren mobilen Endgeräten durch eine Basisstation in einem CDMA-Spreizspektrums-Kommunikationssystem, wobei die Basisstation ein Basis-Pilotsignal und ein Basis-Datensignal jeweils mit einer Pseudozufalls-Chipcodesequenz sendet, wobei die Basisstation von jedem von mehreren Endgeräten einen Fernpilotcode und ein Endgerät-Datensignal jeweils mit einer Pseudozufalls-Chipcodesequenz empfängt, wobei jedes entsprechende mobile Endgerät einen Fernpilotcode und ein Endgerät-Datensignal sendet, wobei das entsprechende mobile Endgerät das Basis-Pilotsignal und das Basis-Datensignal empfängt, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch: – Synchronisieren der Chipcodesequenz seines Fernpilotcodes mit der Chipcodesequenz des empfangenen Basis-Pilotsignals an einem ausgewählten mobilen Endgerät; – Identifizieren einer dem ausgewählten mobilen Endgerät zugeordneten Entfernungsbestimmung auf der Grundlage der Chipcodesequenz des empfangenen Fernpilotcodes an der Basisstation, das vom ausgewählten Endgerät kommt; – Senden der Entfernungsbestimmung an das ausgewählte mobile Endgerät; – Empfangen der Entfernungsbestimmung am ausgewählten mobilen Endgerät; und – Einstellen einer Phase des Endgerät-Datensignals des ausgewählten mobilen Endgeräts bezüglich der Entfernung, wodurch die Basisstation das bezüglich der Entfernung eingestellte Endgerät-Datensignal vom ausgewählten Endgerät orthogonal zu anderen bezüglich der Entfernung eingestellten Endgerät-Datensignalen empfängt, die von anderen Endgeräten kommend empfangen werden.
Verfahren nach Anspruch 15, weiter gekennzeichnet durch: – Senden bei der Basisstation eines akquirierten Signals im Ansprechen auf einen Peak im Fernpilotcode des ausgewählten Endgeräts; – wobei das ausgewählte Endgerät das Akquisitionssignal von der Basisstation empfängt; und – das ausgewählte Endgerät im Ansprechen auf das Akquisitionssignal seinen Fernpilotcode bezüglich der Entfernung einstellt, indem es seinen Fernpilotcode mit seinem bezüglich der Entfernung eingestellten Endgerät-Datensignal synchronisiert.
Verfahren nach Anspruch 15, weiter gekennzeichnet durch: – Erzeugen eines Basis-Pilotreferenzsignals zum Entspreizen des empfangenen Fernpilotcodes, das vom ausgewählten Endgerät kommt, wobei die identifizierte Entfernungsbestimmung auf der Chipcodesequenz des Basis-Datenreferenzsignals und dem empfangenen Fernpilotcode basiert, das vom ausgewählten Endgerät kommt.