DE20305876U1 - Korrelatorpool für einen Zugriffsburst-Detektor - Google Patents

Description

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KORRELATORPOOL FÜR EINEN ZUGRJFFSBURST-DETEKTOR
GEBIET DER ERFINDUNG

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf drahtlose Codemultiplex-Mehrfachzugriffs-Kommunikationssysteme. Insbesondere betrifft die Erfindung die Detektion von Zugriffsbursts in solchen Systemen.
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HINTERGRUND

In drahtlosen Kornmunikationssyst^'-Ji werden üblicherweise Zugriffsbursts verwendet, um Zugriff auf Systemressourcen zu erlangen. Beispiele für solche Bursts sind die Präambeln, die für den Zugriff auf den physical random access channel (PRACH) und den physical common packet channel (PCPCH) verwendet werden, wie sie für das Breitband-Codemultiplex-Vielfachzugriffs-Kommunikationssystem (W-CDMA) des Partnerschaftsprojektes der Dritten Generation (third generation partnership project, 3GPP) vorgeschlagen wurden.

Um Zugriff auf diese Kanäle zu erlangen, übertragen Benutzer eine Präambel oder Kennung (Präambel) an die Basisstation. Die Basisstation sendet die verfügbaren Codes und Zeitschlitze, damit die Präambeln übertragen werden können. Der Benutzer steigert den Leistungspegel der übertragenen Präambel, bis die Basisstation diese detektiert oder bis ein maximaler Übertragungsleistungspegel erreicht wird. Sobald die Basisstation die Präambel eines spezifischen Benutzers detektiert, wird eine Quittung (ACK), oder eine Ablehnung (NAK) an den Benutzer gesendet, welche die Verfügbarkeit des Kanals anzeigt.

Die Figuren IA und IB veranschaulichen zwei mögliche Benutzerdichten und Zellengrößen, in welchen die Zugriffsburst-Detektion verwendet wird. Figur IA veranschaulicht eine kleine Zelle 24A mit einer hohen Dichte an Benutzern, wie etwa in einem Stadtgebiet. Die Basisstation 20 versorgt die Benutzervorrichtungen (UEs = user

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equipments) 221 bis 22_&Pgr;. Um eine große Anzahl von Benutzern zu ermöglichen, wird eine große Zahl von Präambelcodes verwendet, um zwischen Benutzern zu unterscheiden. Figur IB veranschaulicht eine große Zelle 24B mit einigen wenigen Benutzern. Die Basisstation 20 versorgt die UEs 22_X bis 22₃. Bei wenigen Benutzern sind nur wenige Präambelcodes erforderlich, um zwischen Benutzern zu unterscheiden. Jedoch werden Präambelübertragungen von Benutzern (UE 22₃), die sich näher an der Basisstation befinden, mit viel geringerer Verzögerung empfangen als jene von Benutzern (222) an der Peripherie der Zelle 24B. Jeder Benutzer synchronisiert seine Übertragungen mit der empfangenen Taktung der Übertragungen von der Basisstation.

Als Ergebnis ist die Gesamtlaufzeit beim Empfang einer Übertragung eines Benutzers an der Peripherie der Zelle viel größer als bei näher positionierten Benutzern. Die Basisstation 20 von Figur 24B muss diese Laufzeitspreizungen handhaben. Basierend auf der Größe einer Zelle und der Benutzerdichte müssen die Zugriffsburst-Detektoren an den Basisstationen 20 sich unterscheiden.

Zusätzlich können auch andere Zellenparameter von einander abweichen. Wie in Figur 2A gezeigt, wurde die Zelle 24 in sechs Sektoren, 26i bis 26₆, geteilt. Die Basisstation 20 verwendet auch Sende- und Empfangsdiversität in jedem Sektor 26i bis 26₆, indem sie zwei Antennenelemente 28n bis 28&bgr;2 je Sektor 26i bis 26₆ einsetzt. Eine in die Zelle 24 übertragene Präambel kann von einem beliebigen der Antennenelemente 28 n bis 28ö2 eines beliebigen der Sektoren 26_X bis 26e zuerst detektiert werden. Als Ergebnis in dieser Anordnung ist es wünschenswert, dass die Basisstation 20 in der Lage ist, einen beliebigen Präambelcode der Zelle durch ein beliebiges Antennenelement 28n bis 28ö2 zu detektieren. Im Gegensatz dazu ist in Figur 2B Zelle nicht in Sektoren unterteilt, und die Basisstation 20 verwendet eine einzige Rundstrahl-Antenne 28.

Ein Ansatz dafür, diese variierenden Bedingungen zu handhaben, besteht darin, Hardware zu konstruieren, um die maximal mögliche Gesamtlaufzeit für jeden möglichen Zugriffscode an jeder unterstützten Antenne abzudecken. Es ist jedoch unwahrscheinlich,' dass diese Konstruktion für die schlechtest mögliche Kombination dieser Parameter auftritt. Typischerweise nützen große Zellen wenige Zugriffscodes, und kleine Zellen, die zur Abdeckung von „Ballungsgebieten" (hot spot areas) verwendet werden, erfordern eine größere Anzahl von Codes. Eine Unterteilung in Sektoren hat auch die Tendenz, die

Anzahl der verwendeten ZugrifFscodes zu verringern. Der Einsatz einer Hardwarekonstruktion fur das Worst Case-Szenario oder einer Hardwarekonstruktion, die nur zur Unterstützung von Implementierungen nahe am Worst Case verwendet wird, fuhrt bei einigen Implementierungen in aller Regel zu einer beträchtlichen Menge nicht ausgenützter Hardware.

Dementsprechend ist es wünschenswert, über einen Node-B / eine Basisstation zu verfugen, die in der Lage ist, diese variierenden Bedingungen auf flexible Weise mit effizienter Ausnützung der Hardware zu handhaben.
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ZUSAMMENFASSUNG

Ein Node-B / eine Basisstation besitzt einen Zugriffsburst-Detektor. Der Zugriffsburst-Detektor umfasst eine Vielzahl von Antennen zum Empfang von Signalen von Benutzern. Jeder Korrektor eines Satzes von Korrektoren korreliert einen eingegebenen Zugriffsburst-Code mit einem eingegebenen Antennenausgang der Antennen. Ein Antennensteuergerät koppelt selektiv einen Ausgang einer aus der Vielzahl der Antennen mit einem Eingang der Korrektoren des Satzes. Eine Vielzahl von Code-Erzeugern gibt eine Vielzahl von Zugriffscodes aus. Jede Verzögerung einer Reihe von Verzögerungen verzögert die Vielzahl von Zugriffscodes um einen vorbestimmten Betrag. Die Ausgabe jeder der Reihe von Verzögerungen wird in einen anderen Korrektor der Korrektoren eingegeben. Jeder Korrektor des Satzes umfasst einen Multiplexer zur Kombination eines aus der Vielzahl von Zugriffscodes mit der Ausgabe des ausgewählten aus der Vielzahl von ausgegebenen Zugriffscodes. Ein Sortierer / Postprozessor sortiert die ausgegebenen Energieniveaus der Korrektoren.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG(EN)

Figur IA ist eine Illustration einer kleinen Zelle mit einer hohen Benutzerdichte.
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Figur IB ist eine Illustration einer großen Zelle mit einer niedrigen Benutzerdichte.

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Figur 2&Agr; ist eine Illustration einer in Sektoren unterteilten Zelle mit einer Basisstation, die zwei Antennenelemente je Sektor verwendet.

Figur 2B ist eine Illustration einer nicht in Sektoren unterteilten Zelle, die eine Basisstation mit einer Rundstrahl-Antenne aufweist.

Figur 3 ist ein Prinzipbild einer Ausfuhrungsform eines Zugriffsburst-Detektors.

Figur 4 ist ein Prinzipbild einer Ausfuhrungsform eines Zugriffsburst-Detektors.
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Figur 5A ist eine Illustration einer kleinen in Sektoren eingeteilten Zelle, die von einer Basisstation unter Verwendung eines ASICs und Software versorgt wird.

Figur 5B ist eine Illustration einer großen, nicht in Sektoren eingeteilten Zelle, die von einer Basisstation unter Verwendung eines ASICs und Software versorgt wird.

Figur 5C ist eine Illustration einer kleinen Zelle mit sechs Sektoren, die von einer Basisstation unter Verwendung von zwei ASICs und Software versorgt wird.

Figur 6 ist ein Diagramm einer bevorzugten 3GPP-Korrelatorbank.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORM(EN)

Figur 3 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild eines bevorzugten Zugriffsburst-Detektors für eine Basisstation / einen Node-B. Jede Antenne 28i bis 28m der Basisstation / des Node-B ist an das Antennensteuergerät 30 gekoppelt. Die Anzahl der Antennen M ist variabel. Bei einer Basisstation / einem Node-B, die eine Rundstrahl-Antenne verwendet, ist die Anzahl der Antennen eins. Für in Sektoren unterteilte Zellen, die ein Antennenarray für jeden Sektor verwenden, kann die Anzahl der Antennen groß sein. Als Veranschaulichung nach Figur 2A würde eine Zelle mit sechs Sektoren mit zwei Antennen je Sektor zwölf (12) Antennen besitzen. Das Antennensteuergerät 30 steuert effektiv die Kopplung der Antennenausgänge an die Korrektoren 36i bis 36o.

Für jeden Zugriffscode, der von der Basisstation / dem Node-B verwendet wird, steuert das Steuergerät den Zugriffscode, der in jeden Korrelator 3O₁ bis 36_O eingegeben wird.

Eine Codephasen-Steuerungs-A^erzögerungseinrichtung 34 steuert die Codephase/Verzögerung, die jeder Korrektor 36i bis 36o bearbeitet. Jeder Korrektor 36i bis 36_O, wie etwa ein angepasstes Filter, wird konfiguriert, um einen gegebenen Eingangscode mit einem gegebenen Eingangs-Antennenausgang in einer bestimmten Codephase/Verzögerung zu korrelieren. Als Ergebnis ist jeder Korrektor 3O₁ bis 36o vorzugsweise rekonfigurierbar, um einen beliebigen der Antennenausgänge mit einem beliebigen der Codes bei einer beliebigen Codephase/Verzögerung zu korrelieren.

Die Korrektoren 36_X bis 36_O bilden effektiv einen rekonfigurierbaren Korrektorpool. Die Rekonfigurierbarkeit des Korrelatorpools erlaubt eine vielseitige Nutzung der Konstruktion für verschiedene Umgebungen. Die einheitliche Rekonfigurierbarkeit jedes Korrelators erleichtert die Implementierung der Korrektoren unter Verwendung einer kleinen, skalierbaren Konstruktion, was zur Verwendung auf einem anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC) höchst vorteilhaft ist. Für ASICs mit einer Taktrate, welche die Chiprate übersteigt, kann jeder rekonfigurierbare Korrektor zur Verarbeitung mehrerer Antenne/Code/Codephasen-Kombinationen verwendet werden. Zum Beispiel kann jeder Korrektor mit einer Taktung von 48x der Chiprate 48 Antennen/Code/Codephasen-Kombinationen verarbeiten.

Der Ausgang jedes Korrelators 3O₁ bis 36o wird durch einen Sortierer / Postprozessor 38 verarbeitet. Der Sortierer / Postprozessor 38 sortiert die verschiedenen Code/Codephasen-Kombinationen in der Reihenfolge der Korrektorausgangsenergie. Zugriffscodes, die eine vorbestimmte korrelierte Energieschwelle übersteigen, werden als detektiert betrachtet. Als Antwort auf die Detektion eines Zugriffscodes wird eine entsprechende ACK oder NAK gesendet, um zu melden, ob die angeforderten Ressourcen verfügbar sind.

Figur 4 ist eine weitere Konfiguration für einen Zugriffsburst-Detektor. Ähnlich der Konfiguration von Figur 3 steuert das Antennensteuergerät 30 effektiv die Kopplung jedes Antennenelement-Ausganges mit jedem Korrektor 3O₁ bis 36q. N Code-Erzeuger

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40 erzeugen N Codes. Eine Reihe von Verzögerungseinrichtungen 4I₁ bis 41o-i erzeugt eine Reihe verzögerter Versionen der Codes. Bevorzugte Werte für jede Verzögerung sind ein Chip oder ein halbes Chip. Als Ergebnis sind die Codes, die in jeden Korrektor 36i bis 36o eingegeben werden, verzögerte Versionen derselben Codes. Zur Illustration: Wenn jede Verzögerung eine Verzögerung von einem Chip ist, empfangen die Korrektoren ein Fenster von verzögerten Codeversionen über ein Fenster von O Chips. Als Ergebnis kann die Korrelatorbank einen gegebenen Code über eine Laufzeitspreizung von O Chips korrelieren. Der Ausgang jedes Korrektors 36i bis 36o wird durch einen Sortierer / Postprozessor 38 verarbeitet.

In einer Implementierung zur Präambel-Detektion besitzt der Zugriffsburst-Detektor von Figur 4 48 Code-Erzeuger (N = 48), 64 Korrektoren (O = 64) und arbeitet mit dem 48-fachen der Chiprate. Der Detektor kann 48 Code/Antennen-Kombinationen verarbeiten, wie zum Beispiel etwa vier Codes über 12 Antennen, über einen Zellenradius von 64 Chips. Der Zellenradius kann auf 128 Chips verdoppelt werden, indem die Code/Antennen-Kombinationen auf 24 halbiert werden. Da die Verzögerungsbank nur 64 Chips abdeckt, erzeugt die Hälfte der Code-Erzeuger Codes mit einer Verzögerung von 64 Chips, um den vollen Zellenradius zu versorgen.

Auf Grund der Flexibilität der Korrelatorbank ist der Zugriffsburst-Detektor flexibel und kann auf verschiedene Basisstation/Node-B-Implementierungen skaliert werden, wie durch die Figuren 5A, 5B und 5C veranschaulicht wird. Für einen Zugriffsburst-Detektor-ASIC, der in der Lage ist, 3072 Code/Antenneri/Verzögerungs-Kombinationen zu bearbeiten, kann ein ASIC 44 das Layout der Zelle von Figur 5 A bearbeiten. In Figur 5A hat die Zelle drei Sektoren, wobei jedem Sektor zwei Antennenelemente 28n bis 28ö₂ zugewiesen werden. Die Zelle hat einen Radius von 64 Chips. Acht Zugriffscodes können in jedem Sektor verwendet werden. Die Basisstation 20 verwendet einen ASIC 44, um die Zelle (8 Codes &khgr; 12 Antennenelemente &khgr; 64 Chips = 3072 Code/Antenne/Verzögerungs-Kombinationen) zu bearbeiten.

In Figur 5B hat die Zelle einen Radius von 128 Chips. Die Zelle hat keine Sektoren und wird von zwei Antennenelementen 28i bis 28₂ versorgt. Zwölf Zugriffscodes können von der Zelle verwendet werden: Die Basisstation 20 verwendet einen ASIC 44, um die Zelle (12 Codes &khgr;

Ub Uo &ugr;·.:

zwei Antennenelemente &khgr; 128 Chips = 3072 Code/Antennen/Verzögerungs-Kombinationen) zu bearbeiten.

In Figur 5C hat die Zelle dieselbe Größe wie in Figur 5A, nämlich einen Radius von 64 Chips. Jedoch weist die Zelle eine höhere Dichte auf und ist in sechs Sektoren unterteilt. Jeder Sektor wird durch zwei Antennenelemente 28n bis 2862 versorgt. Acht Zugriffscodes können in jedem Sektor verwendet werden. Die Basisstation 20 verwendet zwei ASICs 441 und 44₂, um die Zelle (8 Codes &khgr; 12 Antennenelemente &khgr; 64 Chips = 3072 Code/Anteimen/Verzögerungs-Kombinationen) zu bearbeiten. Dementsprechend kann derselbe ASIC 44 für beide Zellen aus den Figuren 5A und 5B durch Modifikationen der Software 42 verwendet werden. Um die höheren Anforderungen von Figur 5 C zu bewältigen, werden zwei ASICs 441 und 442 verwendet. Die Unterteilung der

Code/Antennen/Verzögerungs-Kombinationen, für die jeder ASIC 441 und 44₂ verantwortlich ist, wird vorzugsweise von der Software 42 gesteuert.

Figur 6 ist ein Schema einer bevorzugten Korrelatorbank 68 für einen 3GPP-Zugriffsburst-Detektor. Die Korrelatorbank 66 ist an eine der Antennen 28 durch einen Multiplexer (MUX) 46 gekoppelt. Der MUX 66 wählt einen der Antennenausgänge für die Verwendung durch die Korrelatorbank 66 aus. In einem 3GPP-System werden die Zugriffsbursts unter Verwendung der Quadraturphasenumtastungs-(QPSK-)Modulation gesendet. Eine Gleichphasen-Abtastungseinrichtung 48 und eine Quadratur-Abtastungseinrichtung 50 erzeugen gleichphasige (I) und Quadratur-(Q-)Abtastergebnisse des gewählten Antennenausgangs. Die Abtastergebnisse werden von einer Komplex-Ergebnis-Einrichtung 54 verarbeitet, um komplexe Ergebnisse zu erzeugen.

Vorzugsweise werden 48 Zugriffscodes von 48 Verwürfelungs-Code-Erzeugem 58 erzeugt. Jeder Zugriffscode trägt gemäß dem 3GPP-Standard 16 Kennungen. In der bevorzugten Implementierung wird ein Takt vom 48-fachen der Chiprate verwendet. Für eine gegebene Chip-Periode korrelieren die Korrektoren 56i bis 5622 (56) der Reihe nach jeden der 48 Zugriffscodes während jeder Taktperiode.

Jeder Korrektor 56 besitzt einen Multiplexer 6O₁ bis 6&Ogr;22 (60), um einen der Zugriffscodes effektiv mit einem Antennenausgang zu mischen. Ein Puffer 62j bis 6222 (62) speichert die Mischergebnisse. Um die sechzehn Kennungen innerhalb eines Zugriffscodes zu handhaben,

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werden 16 Hadamard-Kennungsdetektoren 64_1;i bis 6422,i6 verwendet, um die 16 Kennungen zu detektieren. Die bevorzugte Anzahl von Korrelatoren 56 beträgt 22. Zwischen jedem Korrelator 56 befindet sich ein Puffer 661 bis 6622, welcher den Code um einen Chip verzögert, bevor es in den folgenden Korrelator 56 eingegeben wird. Als Ergebnis korreliert die Korrelatorbank 66 in einer Taktperiode einen Zugriffscode für 16 Kennungen über eine Laufzeitspreizung von 22 Chips.

Unter Verwendung der Implementierung von Fig. 6 ist eine Korrelatorbank 68 in der Lage, 48 Zugriffscodes über eine Chipverzögerung von 22 Chips in einer Chip-Periode zu behandeln. Um den Bereich des Node-B zu erweitern, kann die Hälfte der erzeugten Codes aus um 22 Chips verzögerten Versionen der anderen Codes bestehen. Als Ergebnis kann die Korrelatorbank 68 24 Zugriffscodes über eine Verzögerung von 44 Chips in einer Chip-Periode verarbeiten. Alternativ kann die Korrelatorbank 68 mehrere Antennen in einer Periode verarbeiten, indem die Anzahl der korrelierten Zugriffscodes reduziert wird.

Durch Hinzufügen von Korrelatoren 56 zu der Korrelatorbank kann der Chipbereich der Bank 56 in alternativen Implementierungen erweitert werden. Auch kann durch Variieren der erzeugten Zugriffscodes und der Taktrate die Anzahl der verarbeiteten Codes verändert werden.

Claims (1)

1. Ein Node-B/eine Basisstation mit einem Zugriffsburst-Detektor, umfassend:
   eine Vielzahl von Antennen zum Empfangen von Signalen von Benutzern;
   zumindest einen Satz rekonfigurierbarer Korrelatoren, wobei jeder Korrelator des zumindest einen Satzes zum Korrelieren eines eingegebenen Zugriffsburst-Codes mit einem eingegebenen Antennenausgang aus der Vielzahl von Antennen dient;
   ein Antennensteuergerät zum selektiven Koppeln eines Ausgangs einer aus der Vielzahl der Antennen mit einem Eingang der Korrelatoren des Satzes;
   eine Vielzahl von Code-Erzeugern zum Ausgeben einer Vielzahl von Zugriffscodes;
   eine Reihe von Verzögerungen, wobei jede Verzögerung die Vielzahl von Zugriffscodes um einen vorbestimmten Betrag verzögert, und wobei die Ausgabe jeder der Reihe von Verzögerungen in einen anderen Korrelator der Korrelatoren eingegeben wird;
   wobei jeder Korrelator des Satzes einen Multiplexer zur Kombination eines aus der Vielzahl von Zugriffscodes mit der Ausgabe des ausgewählten aus der Vielzahl von ausgegebenen Zugriffscodes umfasst; und
   einen Sortierer/Postprozessor zum Sortieren der ausgegebenen Energieniveaus der Korrelatoren.