DE20216983U1 - Basisstation mit einer Nullsteuerungsübertragungsvorrichtung, welche die Wiederverwendung von Codes und eine Kapazitätssteigerung schafft - Google Patents

Description

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BASISSTATION MIT EINER NÜLLSTEUERUNGS-

ÜBERTRAGUNGSVORRICHTUNG, WELCHE DIE WIEDERVERWENDUNG
VON CODES UND EINE KAPAZITÄTSSTEIGERUNG SCHAFFT

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft den Bereich der drahtlosen Kommunikation.
Insbesondere betrifft die Erfindung die Erhöhung der Anzahl von
Benutzern sowie der Datenkapazität und Datenrate von drahtlosen Systemen.
Noch spezifischer verwendet die vorliegende Erfindung ein System,
das es gestattet, die selben oder korrelierte Signaturen im Betrieb
des Systems gleichzeitig für verschiedene Benutzer zu verwenden, um die
Kapazität zu erhöhen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Traditionell sind die Kapazität von Codemultiplex-Systemen (CDMA = Code Division Multiple Access), die Anzahl von Benutzern, die gleichzeitig innerhalb einer Zelle unterstützt werden, sowie die den Benutzern zugewiesene Datenrate von der Verfügbarkeit der Spreizcodes, die als Benutzersignaturen fungieren, und deren Kreuzkorrelationseigenschaften abhängig. Wenn ein Code einem Benutzer zugewiesen wurde, kann er nicht zur selben Zeit für die anderen Benutzer verwendet werden. Diese Regel findet sogar für Systeme mit Mehrfachübertragungsantennen Anwendung, was die Strahlsteuerung (Strahlformung) als ein Mittel zur Interferenzreduktion erzeugt. Obwohl die derzeitige Strahlsteuerungstechnologie eine gewisse Kapazitätssteigerung erreichen kann, ist das Ergebnis (der Kapazitätssteigerung) ziemlich eingeschränkt, da die Interferenz an einer spezi-

fischen Position in dem Feld nicht vollständig entfernt werden kann. Darüber hinaus ist ein solches Mehrfachantennen-System vom Standpunkt der Implementierung betrachtet ziemlich komplex.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Diese Erfindung schafft einen Mechanismus, um die Wiederverwendung der bereits zugewiesenen Spreizcodes oder die Verwendung der Codes, die mit den innerhalb des selben Sektors und / oder der selben Zelle bereits verwendeten korrelieren können, zu gestatten. Dies schafft seinerseits eine Kapazitätsverbesserung proportional zu der Anzahl von für jede Zelle hinzugefügten Basisstations-Antennen. Die vorliegende Erfindung setzt ein Antennen-Nullsteuerungsverfahren für die Codezuweisung ein, um die Kreuzkorrelationseigenschaften der Codes nur für den gewünschten Benutzer aufrecht zu erhalten und um einen Zuwachs in der Kapazitätsverbesserung zu erreichen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wird beim Lesen der beiliegenden Beschreibung und der Zeichnungen klar werden, worin gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, und worin:

Fig. 1 ein schematisches Diagramm einer Verarbeitungseinheit ist, welche die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verkörpert;

Fig. 2 ein dreidimensionales Diagramm der Leistungsprofile des kombinierten
Kanals ist, wie sie in Übereinstimmung mit einem mathematischen
Beispiel der vorliegenden Erfindung berechnet wurden; und

Fig. 3 ein dreidimensionales Diagramm der Leistungsprofile des kombinierten Kanals ist, wie sie in Übereinstimmung mit einem mathematischen Beispiel der vorliegenden Erfindung berechnet wurden.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG UND IHRER BEVOR-ZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die vorliegende Erfindung verwendet ein einfaches Antennen-Nullsteuerungsverfahren zur Unterdrückung der Leistung der unerwünschten Interferenzsignale, welches die selben oder korrelierte Spreizcodes bei einem gewünschten Empfänger verwendet. Da die Spreizcodes gleichzeitig wieder verwendet werden können, kann die Kapazität des gesamten Systems erhöht werden. Die Einfachheit und Leichtigkeit der Implementierung ist ein Vorteil des Nullsteuerungsverfahrens. Jedoch kann das Nullsteuerungsverfahren auf Grund der einfachen Implementierung (auch) als ein ergänzendes Verfahren zusammen mit der Strahlsteuerung verwendet werden, um eine weitere Verbesserung der Systemkapazität zu schaffen.

Das Konzept kann verschiedene Spreizcodes, Benutzer und Antennen
verwenden. Jedoch wird die vorliegende Erfindung so beschrieben, dass
sie den selben oder korrelierten Spreizcode für N Benutzer gleichzeitig
verwendet, unter Benützung von N+l Antennen. Kanalinformationen wie etwa die räumlichen Informationen werden von N+1 Antennen einer Ba-

sisstation BS verwendet, um bei allen Benutzerpositionen mit dem identischen
oder korrelierten Spreizcode außer dem gewünschten eine Null zu
erzeugen. Das Konzept wird unten für den Fall N = 2 illustriert, wobei N
die Anzahl der Benutzer ist.
5

Zunächst wird ein Fall mit zwei Benutzern betrachtet. Das System ist in Fig. 1 abgebildet, wo, für i = 1, 2, 3, hiA und hiß jeweils die Kanalimpulsantworten von Antenne i zu Benutzer A und Benutzer B darstellen. dA und dß bezeichnen die jeweils an den Benutzer A und B übertragenen Daten. Zu beachten ist, dass die Daten dA und dß von den selben oder von korrelierten Codes {cA(k), k = 1,2, ...} und {cß(k), k = 1, 2, ...} vor der Datenübertragung an der Basisstation gespreizt werden. Unsere Zielsetzung ist es, Informationen für Benutzer A zu übertragen, ohne irgendwelche Interferenzen bei Benutzer B zu erzeugen, und zur selben Zeit Informationen für Benutzer B zu übertragen, ohne irgendeine Interferenz bei Benutzer A zu erzeugen. Dieses Ziel wird erreicht, indem eine Null an der Position von Benutzer B durch Verändern der Impulsantwort des Verbundkanals von der BS zu Benutzer A erzeugt wird, und indem eine Null an der Position von Benutzer A durch Verändern der Impulsantwort des Verbundkanals von der BS zu Benutzer B erzeugt wird. Hier ist die Impulsantwort des Verbundkanals definiert als eine Übertragungsfunktion vom Spreizerausgang an der BS zu der Antenne der Empfängereinheit des Benutzers.

Um eine Null bei Benutzer B zu erzeugen, wählen wir die komplexen Gewichtungen WiA, W2A und W3A so, dass die Verstärkung des Verbundkanals von der Basisstation zu dem Benutzer A maximiert wird und die Verstärkung des Verbundkanals von der Basisstation zu dem Benutzer B 0

• *

ist. Mathematisch ist dies ein Optimierungsproblem mit Nebenbedingungen, das wie folgt ausgedrückt werden kann:

max (Y w_iAh_iA ) * (Y w_jAh_iA,

unter der Bedingung / ,^wu"jb ~ "

Gleichung

Um eine Null bei Benutzer A zu erzeugen, wählen wir in ähnlicher Weise die komplexen Gewichtungen wib, W2b und W3b so, dass die Verstärkung des Verbundkanals von der Basisstation zu dem Benutzer B maximiert wird und die Verstärkung des Verbundkanals von der Basisstation zu de Benutzer A 0 ist. Mathematisch ist dies ebenfalls ein Optimierungsproblem mit Nebenbedingungen, das wie folgt ausgedrückt werden kann:

3 3

_wiflmax^(£ w_lB h_iB ) * Q^ w_a K) 3

unter der Bedingung j-f ^w>B^hiA = °

Gleichung

Das oben beschriebene Optimierungsproblem kann einfach gelöst werden. Als nächstes zeigen wir als ein Beispiel, wie wia, W2a und W3a aus Gleichung 1 bestimmt wird. Zuerst wählen wir aus der Nebenbedingung in Gleichung 1 W3a wie folgt:

^W3A = —

^+W2A^h2B

Kb

Gleichung 3

Durch Anwendung von W3a wird die Impulsantwort des Verbundkanals bei Benutzer A:

Gleichung 4

wobei

_gi=h,_A-^h_iB füri = l,2

Gleichung 5

Im Allgemeinen ist g; eine komplexe Zahl. Sei gi = &agr;&iacgr;&bgr;&iacgr;^Φ&iacgr; für i = 1,2; wobei cn > O für i = 1,2. Ebenso sei
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w_iA=e^jä für i = 1,2.

Es kann gezeigt werden, dass die Kanalverstärkung der Impulsantwort des Verbundkanals von der Basisstation zu Benutzer A

(&Sgr; ^W'A^hiA)*(£ ^W'A^h'A) = ^ + al + 2&agr;_&lgr;&agr;₂ cos(ö₂ -20

• &phgr; ··

ry

Gleichung 6 ist.

Es ist klar, dass wir zur Erzielung der maximal möglichen Verstärkung
haben sollten:

Gleichung 7 Ein Ansatz zur Erfüllung der obigen Gleichung besteht in der Auswahl:

^wu=—g'i
a.

Gleichung 8 Beispielsweise sei ein vereinfachtes Kanalmodell definiert als

Gleichung 9

für &iacgr; = 1, 2, 3, und &rgr; = A, B, wobei Dip der Abstand von Benutzer &rgr; zu Antenne i ist, und &lgr; die Wellenlänge ist, die in diesem Beispiel 0,15 m beträgt. Darüber hinaus nehmen wir an, dass die drei (3) Antennen entlang der X-Achse in einer OXY-Ebene verteilt sind, wobei ein Raum zwischen zwei nebeneinander liegenden Antennen 0,75 m beträgt und Antenne 2 in

dem Ursprung (O) der OXY-Ebene angeordnet ist. Wir wählen die Position für Benutzer A mit (&khgr;&agr;, &igr;/&lgr;) = (-70, 20) und für Benutzer B mit (xb, ye) = (50, 50). Die Verbundkanal-Leistungsprofile (in dB) nahe diesen zwei Punkten sind jeweils in den Fig. 2 und Fig. 3 dargestellt. So wird durch die Erzeugung der komplexen Werte wia, W2a und W3a der gewünschte Benutzer A in dem Beispiel von Fig. 1 die Kommunikation mit maximaler Leistung (Fig. 2) erhalten, wohingegen die Leistung bei dem anderen Benutzer auf Null gesetzt wird (Fig.3).

Claims (5)

1. Basisstation mit einer Nullsteuerungsvorrichtung, worin nur einem von mindestens zwei entfernten Benutzern, die alle einen gleichen oder einen korrelierten Spreizcode innerhalb einer gegebenen Zelle oder innerhalb eines gegebenen Sektors verwenden, ermöglicht wird, eine Kommunikation von der Basisstation, die an die mindestens zwei entfernten Benutzer überträgt, zu empfangen, wobei die Basisstation zu den entfernten Benutzern über ein Antennenarray mit einer Vielzahl von Antennen überträgt, umfassend:
N + 1 Modulatoren an der Basisstation zur Modulation der Daten d_i, für i = 1, . . ., N, vorgesehen für einen von N (N > 1) entfernten Benutzern, wobei jeder Modulator eine Vorrichtung zur Erzeugung N + 1 komplexer Gewichtungen w_i (für i = 1, . . ., N, jeder ist ein N + 1 komplexer Vektor), wobei jedes modulierte Signal von den Modulatoren zu einer der N + 1 Antennen geleitet wird;
wobei die eine komplexe Gewichtung erzeugende Vorrichtung einen Vektorgenerator zur Erzeugung jedes Elementes der Vektoren w₁ und w₂ als eine Funktion der Kanalimpulsantworten von dem Antennenarray zu den Positionen der entfernten Benutzer umfasst;
Summiervorrichtungen für die Summierung der modulierten Datensignale d₁, d₂, . . . d_N; und
eine Vorrichtung zur Überführung der summierten Signale an das Gruppenarray zur Übertragung an die mindestens zwei entfernten Benutzer.

2. Basisstation nach Anspruch 1, worin die Antennen in einem gegebenen Abstand beabstandet sind.

3. Basisstation nach Anspruch 2, worin der gegebene Abstand in der Größenordnung von 0,75 Meter liegt.

4. Basisstation nach Anspruch 1, worin die Vorrichtungen zur Erzeugung komplexer Gewichtungen so konfiguriert sind, dass komplexe Gewichtungen erzeugt werden, so dass eine Leistung einer Kommunikation, die von einem ersten der entfernten Benutzer von der Basisstation empfangen wird, maximiert wird.

5. Basisstation nach Anspruch 4, worin die Vorrichtungen zur Erzeugung einer komplexen Gewichtung so konfiguriert sind, dass komplexe Gewichtungen erzeugt werden, so dass eine Leistung einer Kommunikation, die von einem zweiten der entfernten Benutzer von der Basisstation empfangen wird, minimiert wird.