DE60103977T2

DE60103977T2 - Cdma-funkübertragungsverfahren mit zugriffskodes und empfänger dafür

Info

Publication number: DE60103977T2
Application number: DE60103977T
Authority: DE
Inventors: Laurent Ouvry; Julien Barletta; Mathieu Bouvier Des Noes; Didier Lattard
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2000-01-31
Filing date: 2001-01-30
Publication date: 2005-08-18
Anticipated expiration: 2021-01-31
Also published as: FR2804560A1; DE60103977D1; EP1252722B1; US20030161387A1; FR2804560B1; WO2001058037A1; EP1252722A1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Beschreibung hat ein Funkübertragungsverfahren des Typs CDMA ("Code Division Multiple Access") oder Codemultiplex-Vielfachzugriff zum Gegenstand, das mit Zugriffcodes und einem entsprechenden Empfänger arbeitet.
Sie findet Anwendung bei den Telekommunikationen, insbesondere der Telephonie über geostationäre Satelliten, Kabelnetzwerken, drahtlosen lokalen Schleifen, usw.
Stand der Technik
Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet mit der Direktsequenz-Spreizspektrumstechnik. Die Direktsequenz-Spreizspektrumstechnik besteht darin, jedes Symbol des zu übertragenden digitalen Signals durch eine binäre Pseudozufallssequenz zu modulieren. Eine solche Sequenz setzt sich N Impulsen zusammen, der Dauer Tc gleich Ts/N ist, wobei Ts die Dauer des Symbols ist. Das modulierte Signal weist ein Spektrum auf, das sich über einen Bereich spreizt, der N-mal breiter ist als der des Originalsignals. Beim Empfang besteht die Demodulation darin, das Signal mit der beim Senden benutzten Sequenz zu korrelieren, was ermöglicht, die mit dem Ausgangssymbol verknüpfte Information wiederzufinden.
Diese Technik ermöglicht einen Vielfachzugriff, indem verschiedenen Benutzern verschiedene Sequenzen zugeteilt werden. Die CDMA-Technik besteht also bei Simultansendung in einem selben Band aus mehreren gespreizten Signalen mit Pseudozufallssequenzen unterschiedlicher Spreizung. Die Sequenzen werden so gewählt, dass die Interkorrelationen schwach bleiben.
Eines der Probleme dieser Technik besteht darin, neu hinzukommenden Benutzern den Zugriff auf das Netzwerk zu ermöglichen, während in diesem schon andere Benutzer miteinander kommunizieren. Insbesondere ist es interessant, bereits kommunizierende Benutzer und neu hinzukommende Benutzer simultan in demselben Frequenzband zu haben. Eine der angewendeten Techniken, zum Beispiel beschrieben in dem Dokument WO 97/08861, besteht darin, während bestimmten Zeitscheiben das Senden von Verkehrssignalen zu unterbrechen und diese Zeitscheiben zu benutzen, um die Zugriffswünsche zu bearbeiten.
Diese Lösung ist kaum zufriedenstellend, denn sie reduziert die Gesamtkapazität des Systems. In bestimmten Fällen bleiben nämlich die für die Neuankömmlinge reservierten Zeiten leer bzw. ungenutzt. Die vorliegende Erfindung hat die Beseitigung genau dieses Nachteils zum Gegenstand.
Darstellung der Erfindung
Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung ein Verfahren vor, das keine Unterbrechung der Kommunikationen erfordert. Es gibt also a priori keine Kapazitätsreduzierung des Systems mehr. Man erreicht dieses Ziel mit dem Zugriff zugeordneten Spezialcodes in Konkomitanz mit den der Information (Verkehrscodes) oder den Befehlen zugeordneten Codes.
Noch genauer hat die vorliegende Erfindung ein Funkübertragungsverfahren des Typs Codemultiplex-Vielfachzugriff (CDMA) zum Gegenstand, bei dem:

– man sogenannte Verkehrscodes benutzt, gebildet durch Impulssequenzen mit einem bestimmten Takt, wobei diese Codes jeweils den verschiedenen Benutzern des Systems gehören, man diese Codes durch die Informationen, die jeder Benutzer übertragen muss, moduliert und man die modulierten Codes überträgt,
– man das allen gesendeten modulierten Codes entsprechende Signal empfängt, man eine an die verschiedenen Codes angepasste Korrelation durchführt, man das Korrelationssignal demoduliert und man die übertragenen Informationen wiederherstellt bzw. ausgibt,

– man einen vorher festgelegten speziellen Code sendet, Zugriffscode genannt, der diesem neuen Benutzer gehört, wobei dieser Code durch eine Impulssequenz gebildet wird, die denselben Takt hat wie die Sequenzen der Verkehrscodes, und dieser Zugriffscode durch eine spezielle Folge von Symbolen moduliert wird,
– man in dem empfangenen Signal das eventuelle Vorhandensein dieser vorher festgelegten Zugriffscodes sucht, und man bei Vorhandensein eines solchen Codes den Benutzer identifiziert und ihn ermächtigt, zu kommunizieren.

Der Zugriffscode ist a priori nicht synchron zu den Verkehrscodes.
Vorzugsweise:

– ist beim Senden die Modulation für die Informationsübertragung eine Modulation des Typs Quadraturphasenumtastung (QPSK), wobei das modulierte Signal zwei Komponenten (I, Q) besitzt, von denen die eine (I) mit einem Träger phasengleich ist und die andere (Q) zum Träger phasenverschoben ist,
– führt man beim Empfangen die Korrelation von zwei Komponenten (I, Q), phasengleich beziehungsweise phasenverschoben, durch und erzeugt zwei entsprechende Korrelationssignale.

Wieder vorzugsweise, bei dieser Variante:

– werden beim Senden die Zugriffscodes durch eine Folge von Symbolen moduliert, deren Phasen um k.90° gegeneinander verschoben sind, wobei k gleich 0, 1, 2 oder 3 ist,
– führt man beim Empfangen, um nach dem Vorhandensein eines Zudriffscodes zu suchen, eine konjugierte verzögerte Multiplikation von zwei Korrelationssignalen durch, um ein komplexes Signal zu erhalten, das eine reelle Komponente und eine imaginäre Komponente hat, und man sucht über eine Dauer gleich der Dauer eines Symbols das Vorhandensein einer positiven oder negativen Spitze in wenigstens einer der beiden genannten Komponenten.

Das Vorhandensein dieser mit den Zudriffscodes verknüpften zusätzlichen Pseudozufallssequenzen kann durch Interferenzphänomene zwischen Codes eine Störung der mit dem Verkehr verknüpften Sequenzen zur Folge haben. Die vorliegende Erfindung sieht dann vor, dass jedes einem Verkehrscode entsprechende Korrelationssignal korrigiert wird, um der Interferenz zwischen diesem Verkehrscode und der Gesamtheit der vorhandenen Zugriffscodes Rechnung zu tragen.
Die vorliegende Erfindung hat auch einen Empfänger des Typs CDMA zum Gegenstand, dessen wesentliches Merkmal darin besteht, zwei Einrichtungen zu umfassen, die fähig sind, das Vorhandensein von Zugriffscodes in dem Empfangssignal zu detektieren.
Vorzugsweise umfasst dieser Empfänger noch Korrektureinrichungen der Interferenzen zwischen Zugriffscodes und Verkehrscodes.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die 1 ist ein vereinfachtes Steuerungsdiagramm, das die Verteilung der Verkehrscodes und der Befehlcodes darstellt;
die 2 zeigt eine erste Realisierungsart der Detektionseinrichtungen der Zugriffscodes;
die 3 zeigt eine zweite Realisierungsart der Detektionseinrichtungen der Zugriffscodes;
die 4 zeigt das allgemeine Aussehen des mit dem Zudriff verbundenen, gefilterten Signals;
die 5 zeigt die Ursache von verschiedenen Interferenzen zwischen Codes;
die 6 zeigt die Verschiebung der Konstellation der Signale infolge der Präsenz von Zugriffcodes;
die 7 zeigt schematisch einen Empfänger mit Korrektur der Interferenz aufgrund der Zugriffcodes durch Hochpassfilterung;
die 8 zeigt eine spezielle Realisierungsart des Hochpassfilters;
die 9 zeigt eine Schaltung zur konjugierten verzögerten Multiplikation;
die 10 zeigt eine Realisierungsart mit 4 Tests mit vier Typen von Zugriffscodes.
Beschreibung von speziellen Realisierungsarten
Die 1 ist ein Steuerungsdiagramm, das schematisch in einer Symbolperiode der Dauer Ts eine Vielzahl von N Benutzern zugeteilten Verkehrscodes CT(1), ..., CT(N) und einen Zugriffscode CA zeigt, nicht notwendigerweise synchron mit den Verkehrscodes, sondern um kTc versetzt, wobei Tc die Dauer eines Impulses der Sequenz ist, mit 0 ≤ k ≤ N – 1. Dieser Zugriffscode selbst kann – muss aber nicht – eine Länge NTc haben.
Alle diese Codes werden in Konkomitanz gesendet, mit dem Unterschied, dass die Verkehrscodes Informationen befördern (u. a. die zu übertragenden Daten umfassend), während die Zugriffscodes keine eigentlichen Daten befördern. In elektronischer Hinsicht bedeutet dies, dass die Verkehrscodes durch die zu übertragenden Daten moduliert werden, während dies bei den Zugriffscodes nicht der Fall ist.
Der Empfänger muss fähig sein, die Verkehrscodes zu detektieren und zu verarbeiten, was dem Fachmann bestens bekannt ist, muss aber auch fähig sein, die Zugriffscodes zu detektieren, was kennzeichnend ist für die Erfindung. In der Folge werden nur die die Verarbeitung der Zugriffscodes betreffenden Einrichtungen beschrieben, da die Verarbeitungseinrichungen der Verkehrscodes allgemein bekannt sind. Es sei nur daran erinnert, dass sie angepasste Filter und/oder Korrelatoren, Demodulatoren, Entscheidungsschaltungen und Rückgewinnungseinrichtungen des Taktsignals benutzen.
In den 2 und 3 sind Verarbeitungseinrichungen für Zugriffscodes dargestellt.
Die in der 2 dargestellten Einrichtungen umfassen:

– einen Haupteingang E,
– ein an den Zugriffscode angepasstes Filter 10,
– eine Einrichtung 12 zur Durchführung einer konjugierten verzögerten Multiplikation,
– eine Schaltung 14, fähig die reelle Komponente (oder den reellen Teil) des durch die vorhergehenden Einrichtungen gelieferten Signals zu extrahieren,
– ein Digitalfilter 16,
– Einrichtungen 18a, um die Überschreitung – durch das gefilterte Signal – eines festgelegten Schwellenwerts zu detektieren, und Einrichtungen 18b, um die Anzahl Überschreitungen innerhalb eines Zeitfenster zu zählen, dessen Dauer gleich der Dauer Ts der übertragenen Informationssymbole ist; diese beiden Einrichtungen besitzen Ausgänge 19a und 10b.

Um die Funktionsweise dieses Verarbeitungskanals zu besser verständlich zu machen, wird nun die Form der gesendeten und empfangenen Signale klar formuliert. Das im Basisband gesendete Signal schreibt sich:
wo p(t) die Form des Impulses ist, Tc die Dauer dieses Impulses ist, Ca(j) der Zugriffscode mit zum Beispiel der Länge N ist, mit j = 0, 1, ..., N – 1.
Das auf dem Eingang E empfangene Signal wird durch einen oder mehrere Zugriffscodes derselben Art gebildet. Der funkelektrische Kanal führt eventuell eine Phasenverschiebung, einen Dopplereffekt (hier wenig in Betracht gezogen), Vielfachwege (hier nicht in Betracht gezogen), Verzögerungen usw. ein. Das Eingangssignal schreibt sich (ohne auf die auf Verkehr und Rauschen zurückzuführenden Komponenten):
wo Ka die Anzahl der benutzten Zugriffscodes ist und Na die Länge der Zugriffscodes ist. Die Verzögerungen τ_a werden als konstant betrachtet und die zeitliche Veränderung von φ_a als gering gegenüber Ts. Die Erfassungszeit ist groß gegenüber Ts, so dass die Veränderungen von Ka langsam sind gegenüber Ts.
In den digitalen Systemen wird das empfangene Signal abgetastet und digitalisiert mit einem Takt 1/Te, Vielfaches der Frequenz 1/Tc, also Te = Tc/E. Man kann E = 1 wählen, was darauf hinausläuft, nur einen einzigen Abtastwert pro Impuls zu berücksichtigen. Die Anwendung der Erfindung ist unabhängig von dem Wert von E, aber die mathematische Formulierung ist mit der Annahme E = 1, die in der Folge aufrechterhalten wird, weniger schwer bzw. schwierig.
Das an den Zugriffscode angepasste Filter 10 ist klassischerweise ein Filter mit begrenzter Impulsreaktion, nämlich:
Das Signal schreibt sich nach angepasster Filterung: C(t) = r(t)*hmf(t)
Die konjugierte verzögerte Multiplikation, ausgeführt durch die Schaltung 12, realisiert an dem Signal C die nicht-lineare Operation: D(t) = C(t) × C*(t – Ts)oder, digital, mit E = 1: D(n) = C(n) × C*(n – N).
Die gesuchte Information kann sich in bestimmten Fällen in dem reellen Teil des Signals befinden (Eigenschaft des nicht-modulierten Codes). Es ist die Rolle der Schaltung 14, diesen reellen Teil zu liefern: E(t) = Re(D(t))oder, digital, E(n) = Re(D(n)).
Das Filter 16 kann durch eine Batterie bzw. Gruppe von Tiefpass-Digitalfiltern gebildet werden, welche die entfernten Abtastwerte einer Symbolperiode kombinieren. Ihre Transfertunktion in z kann zum Beispiel sein:
Das gefilterte Signal ist dann: F(n) = E(n)*hIpfn.
Der Schwellendetektor 18a vergleicht das Signal F(n) mit einem festgelegten Schwellenwert S und zählt die Anzahl der Überschreitungen dieses Schwellenwerts innerhalb der folgenden Zeitfenster der Dauer Ts. Man beobachtet, dass – wenn die Anzahl der pro Impuls gemessenen Abtastwerte größer ist als 1 (E > 1), man nur eine einzige Überschreitung pro Impulsperiode zählen darf. Eine Überschreitung wird folglich validiert, wenn zum Beispiel:
F(n) > S und F(n) > F(n – 1)
F(n) > F(n + 1)
Die 3 zeigt eine andere Ausführungsart der Detektionseirichtungen der Zugriffscodes. Die dargestellte Schaltung umfasst:

– einen Haupteingang E
– eine Batterie bzw. Gruppe von Korrelatoren 10₁ , ..., 10_N , angepasst an den gesuchten Zugriffscode und gegeneinander versetzt um eine Dauer gleich der Dauer Tc eines Impulses der die Zugriffscodes bildenden Sequenzen,
– verbunden mit dem Ausgang jedes Korrelators:
• eine Einrichtung 12₁ , ..., 12_N , um eine konjugierte verzögerte Multiplikation durchzuführen,
• eine Schaltung 14₁ , ..., 14_N , um die reelle Komponente (oder den reellen Teil) des durch die vorangehenden Einrichtungen zu extrahieren (wieder in dem Fall, wo man nur die reelle Komponente verarbeitet),
• ein Digitalfilter 16₁ , ..., 16_N , vorzugsweise ein Tiefpassfilter,
– eine Einrichtung 18a, verbunden mit allen Digitalfiltern und fähig, die Überschreitung eines festgelegten oder jeweils adaptiv (automatisch) berechneten Schwellenwerts durch das gefilterte Signal zu detektieren, und eine Einrichtung 18b, um die Anzahl der Überschreitungen innerhalb eines Zeitfensters mit derselben Dauer wie die Dauer Ts der übertragenen Informationssignale zu zählen.

Das Signal F(n) kann dem in der 4 dargestellten entsprechen. Auf der Abszissenachse wird der Rang n des Abtastwerts aufgetragen (angenommen von 0 bis 512). In dem gewählten Beispiel ist N = 32, E = 8 und Ts = N × E + 256. Die Ordinate ist die Amplitude von F(n) in arbiträrer Einheit. S bezeichnet den Schwellenwert. Das Intervall der zeitlichen Auflösung, das der Breite der Peaks entspricht, liegt in der Größenordnung von 8 Abtast werden. Wenn man die Anzahl der Zugriff-Peaks wissen will, darf man sich also nicht damit zufrieden geben, die Anzahl der Überschreitungen innerhalb eines Zeitfensters S zu zählen, sondern man muss eine Regel anwenden, welche die Breite dieses Intervall berücksichtigt.
So sieht man in der 4 zwei Peaks CA1, CA2 in jedem Fenster, der Detektion von zwei Zugriffscodes entsprechend.
Der Haupt-Peak-Detektor 18a der 2 und 3 sucht also den (oder die) Peak(s) mit der größten Amplitude in einem Zeitfenster der Dauer Ts und sendet den entsprechenden Wert n_max. Dieser Wert gibt die Verschiebung an zwischen dem Zugriff und einem festen Bezugszeitpunkt für den Symbol-Takt beim Empfang.
Die Benutzung von Zugriffscodes stört die Übertragung der Information durch eine sogenannte Vielfachzudriffs-Interferenz (im Englischen "MAI" für "Multiple Access Interference"). Die 5 zeigt die Ursache dieses Phänomens. Die Codes sind dort symbolisch durch Rechtecke CA, ..., CA(Ka) für Ka Zugriffcodes und CT(1), ..., CT(N) für N Verkehrscodes dargestellt. Die Vielfachzudriffs-Interferenz zwischen Verkehrscodes, bezeichnet mit TT ("Trafic-Trafic"), ist die klassische Interferenz, derer man sich durch diverse bekannte Techniken entledigt (Rechtwinkligkeit der Codes, Serien- oder Parallelunterdrückung der Interferenzen, usw.). Die Interferenz zwischen Zugriffscodes, abgekürzt mit AA (Access-Access), ist marginal und beeinflusst den Informationsverkehr keinesfalls. Die Interferenzen zwischen Zugriffscodes und Verkehrscodes (AT) oder zwischen Verkehrscodes und Zugriffscodes (TA) sind schwieriger zu verarbeiten, denn man weiß a priori nichts von den Zugriffscodes, so dass die Korrektur "blind" erfolgen muss. Da die TT-Interferenzen im Allgemeinen gut kompensiert werden, laufen die Leistungen des Systems (das heißt die Qualität des Verkehrs) Gefahr, durch die AT-Interferenzen eingeschränkt zu werden, wenn man nicht auch sie reduziert.
Die Wirkung dieser Interferenzen ist in der 6 dargestellt. In diesem Beispiel wird angenommen, dass die beim Senden benutzte Modulation eine Quadraturphasenumtastung ist (im Englischen QPSK für "Quaternary Phase Shift Keying"). In einem Diagramm, wo man auf der x-Achse die Komponente I aufträgt, die in Phase mit dem Träger ist, und auf der y-Achse die Komponente Q, die zu diesem Träger um 90° phasenverschoben ist, wobei die vier möglichen Zustände schematisch dargestellt sind durch eine Konstellation von vier Punkten, die auf einem Kreis mit dem Mittelpunkt O verteilt sind (Teil A der 6). Das Vorhandensein der Zugriffscodes zeigt sich durch eine Verschiebung der Konstellation, wie dargestellt in dem Teil B, wo man sieht, dass die vier Punkte auf einem Kreis verteilt sind, der nicht mehr auf den Schnittpunkt O' der Achsen I und Q zentriert ist. Die Korrektur besteht darin, O wieder nach O zu bringen (durch den Pfeil symbolisierte Korrektur).
Um diesen Punkt zu präzisieren, wird nun eine mathematische Formulierung des empfangenen Digitalsignals angegeben (mit der Annahme E = 1). Dieses Signal (ohne das Rauschen) kann geschrieben werden:
Bei diesem Ausdruck repräsentiert der linke Term Ka asynchrone Zugriffe (mit einer Verzögerung τ_a), ausgeführt mit Codes der Länge Na, und der rechte Term K Verkehrscodes, welche die Daten d_k befördern. Da das System synchron ist, hat man bewusst rechtwinklige Codes gewählt, um eine TT-Komponente 0 zu bekommen. Es wird angenommen, dass φ_k(n) und φ_a(n) konstant sind. Das mit dem Verkehrscode Nr. 1 korrelierte Signal schreibt sich:
Die Verkehrscodes werden rechtwinklig gewählt, wie in jedem synchronen CDMA-System. So enthält der rechte Term nur den Beitrag des Benutzers, und der linke Term hängt nicht von dem betrachteten Zeitpunkt ab, weil die Zugriffscodes keine Daten befördern, die sich alle N Impulse verändern könnten:
Der rechte Term enthält die Daten. Er gibt der Konstellation ihre Form. Der linke Term stellt die Verschiebung dar, die man unterdrücken möchte. Sie wird gebildet durch Ka kleine, mit jedem Zugriff verbundene Verschiebungen.
Jeder Zugriff führt also eine langsam veränderliche Verschiebung ein (nach den weiter oben formulierten Annahmen), die von allen Parametern A_a, K_a, {c_a(j)}_a, und den Verkehrscodes abhängt.
Festzustellen ist, dass die Summe der Elementarverschiebungen um so langsamer veränderlich ist, je größer Ka ist, da die Gesamtzahl der Parameter zunimmt und der Zeitmittelwertbildungseffekt groß ist. Die durch die Erfindung vorgeschlagene Lösung funktioniert also auch in diesem Kontext gut (das Filter besitzt eine Qualität der "Anpassung" an die Veränderung des Signals).
Die Unterdrückung einer kontinuierlichen Komponente bei einem Digitalsignal ist ein klassisches Problem, für das es aber bezüglich der Leistungen nicht unbedingt eine zufriedenstellende Lösung gibt. Zu diesem Thema kann man den Artikel mit dem Titel "Low Complexity Digital DC-Offset Compensation in Cellular/pcs Mobile Communication Systems" von K. Held, R. Meyer, A. Chen, J. Huber konsultieren, veröffentlicht in Proceedings of PIMRC'99, 13.–15. September 1999, Seiten 459–463. Dieser Artikel schlägt zwei Techniken vor. die erste ist ein Zeitmittelwert, realisiert mit Hilfe eines Filters mit begrenzter Impulsreaktion; die zweite ist eine Regression im Sinne der kleinsten Fehlerquadrate. in der vorliegenden Erfindung wird eine dritte Technik vorgeschlagen, die ein Filter mit unbegrenzter Impulsreaktion benutzt. Dieses Filter befindet sich am Ausgang der die Verkehrscodes verarbeitenden Korrelatoren, wie dargestellt in der 7. In dieser Figur sind keine Schaltungsdetails angeben, da diese Verkehrscodes-Verarbeitungsschaltungen klassisch sind. Diese Einrichtungen umfassen in allgemeiner Weise ein Filter 30, angepasst an die Form der Impulse der Sequenzen, einen Korrelator 32, angepasst an den Verkehrscode, den man verarbeiten und demodulieren möchte, ein Sperrfilter 34 der Zugriffscodes, in dem oberen Kanal einen quadratischen Detektor bzw. Quadratdetektor 36 und einen Leistungsermittler 38, und in dem unteren Kanal eine Phasenrückgewinnungsschleife (kohärente Demodulation) 40, gefolgt von einem Entscheidungsorgan 42 und eventuell einem Differentialdecodierer 44.
Es ist wichtig, festzustellen:

– dass das Sperrfilter 34, wenn es sich vor der Phasenschleife 40 befindet, Teil einer Konstellation ist, die sich im Laufe der Zeit "dreht" (denn die Phase φ_k ist zeitabhängig), wobei aber der Kreis, den sie beschreibt, immer denselben Mittelpunkt besitzt, welcher der Verschiebung entspricht, die man eliminieren will; dies hat folglich keinen Einfluss auf die Leistung der Verarbeitung;
– dass das Sperrfilter 34 hinter der Phasenschleife 40 vorgesehen werden kann, wobei aber die kontinuierliche Komponente schlechte bzw. nachteilige Auswirkungen auf die Phasenschleife haben kann;
– dass das Sperrfilter 34 integriert sein kann in das Filter der Phasenschleife 40.

Im Falle der nicht-kohärenten Demodulation wird die verzögerte Multiplikation sehr durch die Verschiebung beeinflusst und das Sperrfilter ist umso nützlicher; die Leistungsermittlung 38 wird sehr durch die Verschiebung beeinflusst, da die Ermittlung auf dem Umweg über die Leistung der kontinuierlichen Störkomponente erfolgt; das Sperrfilter ist also auch hier wieder sehr nützlich.
Das Filter, das ermöglicht, die auf die Zugriffe zurückzuführenden Interferenzen zu reduzieren, kann ein Hochpass-Digitalfilter 1.Ordnung sein, dessen Transferfunktion ist:
was man schreiben kann:
Ein mögliches Filterbeispiel zeigt die 8. Dieses Filter umfasst einen Addierer 50 mit zwei Eingängen 50₁ , 50₂ und einen Verstärker 52 mit der Verstärkung:
wobei der Ausgang dieses Verstärkers zurückgeschleift ist auf den Eingang 50₂ des Addierers 50, und einen Verstärker 54 mit der Verstärkung (1 – K).
In der obigen Beschreibung wurde davon ausgegangen, dass nur die reelle Komponente (oder der reelle Teil) des Signals verarbeitet wird, das die Einrichtungen zur Durchführung einer verzögerten Multiplikation tiefern (es war die Aufgabe der Einrichtung 14 der 2 oder der Einrichtung 14₁ , ..., 14_N der 3, diese reelle Komponente zu extrahieren). Aber die Erfindung ist allgemeiner und umfasst den Fall, wo man nur die imaginäre Komponente verarbeitet, und den Fall, wo man beide Komponenten, die reelle und die imaginäre Komponente verarbeitet. Diese Ausführungsart ist vorteilhaft, wenn man beim Senden für die Verkehrscodes als Modulation eine Quadraturphasenumtastung benutzt, QPSK genannt ("Quaternary Phase Shift Keying"), die man auch für die Zugriffscodes benutzen kann. Mit anderen Worten kann man, anstatt die Zugriffscodes durch identische Symbolfolgen zu modulieren, sie durch Folgen von um 90° phasenverschobenen Symbolfolgen modulieren, die folglich nacheinander die vier Punkte eines Konstellationsdiagramms einnehmen. Die aufeinanderfolgenden Phasen sind dann gleich k.90°, wo k die Werte 0, 1, 2 oder 3 annimmt. Die 9 und 10 zeigen diese Anwendungsart.
Zunächst zeigt die 9 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung zur konjugierten verzögerten Multiplikation. Es handelt sich um einen nicht-linearen digitalen Demodulationsoperanden nicht-kohärenter Phase. Diese mit 60 bezeichnete Schaltung empfängt zwei Korrelationssignale, jeweils mit CI(n) und CQ(n) bezeichnet, wo I sich auf die dem Träger phasengleiche Komponente bezieht und Q auf die um 90° phasenverschobene Komponente, und wo n den Rang des Abtastwerts darstellt. Das komplexe Signal CI(n) + jCQ(n) wird in eine Schaltung 62 eingespeist, die eine Konjugierungsoperation realisiert und dann das Signal CI(n) – jCQ(n) liefert. Dieses Signal wird in einen Multiplizierer 66 eingespeist, der außerdem das Eingangssignal empfängt. Man erhält dann auf dem Ausgang 68 ein mit DOT + jCROSS bezeichnetes Signal mit: DOT = CI(n – NE)CI(n) + CQ(n – NE)CQ(n) CROSS = CI(n – NE)CQ(n) + CI(n)CQ(n – NE).
Wenn der Zugriffscode durch eine Folge von Symbolen moduliert wird, die in dem Konstellationsdiagramm von Symbol zu Symbol um jeweils 90° verschoben sind, dann weist das Ausgangssignal der Einrichtungen zur konjugierten verzögerten Multiplikation einen Peak auf (eventuell im Rauschen versteckt). Dieser Peak ist:

• positiv in der reellen Komponente DOT, wenn k = 0, und negativ in derselben Komponente, wenn k = 2,
• positiv in der imaginären Komponente CROSS, wenn k = 1, und negativ in derselben Komponente, wenn k = 3,

Man kann also vier verschiedene Zugriffsarten definierten, indem man in entsprechender Weise die Folge der Symbole wählt, die den Erfassungscode modulieren: In dem Empfänger werden folglich vier verschiedene Prüfungen durchgeführt, wie dies in der 10 dargestellt ist. Die in dieser Figur dargestellten Einrichtungen umfassen:

– ein Filter 70, das an den Zugriffscode angepasst ist und auf zwei Eingängen E_I und E_Q die beiden Komponenten, die phasengleiche (I) und die um 90° phasenverschobene (Q), empfängt,
– eine Schaltung 72 zur konjugierten verzögerten Multiplikation (analog der Schaltung 60 der 9),
– eine Schaltung 74 zur Extraktion der reellen Komponente des durch die Schaltung 72 gelieferten Signals, das heißt DOT,
– parallel dazu eine Extraktionsschaltung 76 der imaginären Komponente des durch die Schaltung 72 gelieferten Signals, das heißt CROSS,
– zwei Digitalfilterschaltungen 78, 80 zur Reduzierung des Rauschens,
– eine Detektions- und Zählschaltung 82 der positiven Peaks über eine Symboldauer, welche die gefilterte reelle Komponente DOT erhält,
– eine Detektions- und Zählschaltung 84 der negativen Peaks über eine Symboldauer, welche auch die gefilterte reelle Komponente DOT erhält,
– eine Detektions- und Zählschaltung 86 der positiven Peaks über eine Symboldauer, welche die gefilterte imaginäre Komponente CROSS erhält,
– schließlich eine Detektions- und Zählschaltung 88 der negativen Peaks über eine Symboldauer, welche auch die gefilterte imaginäre Komponente CROSS erhält.

Diese vier letzteren Einrichtungen entsprechen den vier für k in folgender Reihenfolge möglichen Werte:
Schaltung 82: Zugriff k = 0
Schaltung 84: Zugriff k = 2
Schaltung 86: Zugriff k = 1
Schaltung 88: Zugriff k = 3.
Wenn man die 10 mit der 2 vergleicht, wo man nur die reelle Komponente mit einem einzigen Schwellenwert verarbeitet, sieht man, das die Prüfungen vervierfacht wurden: zwei werden jetzt in dem reellen Teil durchgeführt und zwei in dem imaginären Teil.
Natürlich kann man sich mit einer Zwischenlösung zufrieden geben, mit zum Beispiel einer Verarbeitung nur des Signals DOT, mit k = 0 oder k = 2. Man benötigt dann nur noch ein einziges Digitalfilter (im vorliegenden Fall das Filter 78), was eine wesentliche Vereinfachung ist, denn diese Art von Filter ist komplex.

Claims

CDMA-Funkübertragungsverfahren des Typs mit Vielfachzugriff, bei dem: – man sogenannte Verkehrscodes (CT(1), ..., CT(N)) benutzt, gebildet durch Impulssequenzen mit einem bestimmten Takt, wobei diese Codes den verschiedenen Benutzern des Systems eigen sind, man diese Codes durch die Informationen, die jeder Benutzer übertragen muss, moduliert und man die modulierten Codes überträgt, – man das allen gesendeten modulierten Codes entsprechende Signal empfängt, man eine an die verschiedenen Codes angepasste Korrelation durchführt, man das Korrelationssignal demoduliert und man die übertragenen Informationen ausgibt, wobei dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass, um einem neuen Benutzer zu ermöglichen, das Verfahren zu benutzen: – man einen vorher festgelegten speziellen Code (c_a.(j)), Zugriffscode genannt, ausgibt bzw. aussendet, der charakteristisch ist für diesen neuen Benutzer, wobei dieser Code durch eine Impulssequenz gebildet wird, die denselben Takt hat wie die Sequenzen der Verkehrscodes, und dieser Zugriffscode durch eine spezielle Folge von Symbolen moduliert wird, – man in dem empfangenen Signal das eventuelle Vorhandensein dieser vorher festgelegten Zugriffscodes sucht, und man bei Vorhandensein eines solchen Codes den Benutzer identifiziert und ihn ermächtigt, zu kommunizieren.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem: – beim Senden die Modulation für die Informationsübertragung eine Modulation des Typs Quadraturphasenumtastung (QPSK) ist, wobei das modulierte Signal zwei Komponenten (I, Q) besitzt, von denen die eine (I) mit einem Träger phasengleich ist und die andere (Q) zum Träger phasenverschoben ist, – man beim Empfangen die Korrelation von zwei Komponenten (I, Q), phasengleich beziehungsweise phasenverschoben, durchführt und zwei entsprechende Korrelationssignale (CI(n), CQ(n)) erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem: – beim Senden die Zugriffscodes durch eine Folge von Symbolen moduliert werden, deren Phasen um k.90° gegeneinander verschoben sind, wobei k gleich 0, 1, 2 oder 3 ist, – man beim Empfangen, um nach dem Vorhandensein eines Zugriffscodes zu suchen, eine konjugierte verzögerte Multiplikation von zwei Korrelationssignalen ((CI(N)), CQ(N)) durchführt, um ein komplexes Signal zu erhalten, das eine reelle Komponente (DOT) und eine imaginäre Komponente (CROSS) hat, und man über eine Dauer gleich der Dauer eines Symbols das Vorhandensein einer positiven oder negativen Spitze in wenigstens einer der beiden Komponenten (DOT, CROSS) sucht.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Zugriffscode durch eine Folge von Symbolen moduliert wird, die alle identisch sind.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man jedes einem Verkehrscode entsprechende Korrelationssignal korrigiert, um der Interferenz zwischen diesem Verkehrscode und der Gesamtheit der vorhandenen Zugriffscodes Rechnung zu tragen.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem man die Korrektur durch Unterdrückung der in dem zu demodulierenden Signal vorhandenen Gleichstromkomponente durchführt.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem man die Korrektur durch Hochpassfiltern durchführt.
CDMA-Funkübertragungsempfänger des Typs mit Vielfachzugriff zur Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei dieser Empfänger umfasst: – Einrichtungen zum Empfangen eines übertragenen Signals und zum Liefern eines an die verschiedenen Verkehrscodes angepassten Korrelationssignals, – Demodulationseinrichtungen, – Ausgabeeinrichtungen der übertragenen Information, wobei dieser Empfänger dadurch gekennzeichnet ist, dass er außerdem Einrichtungen umfasst, die fähig sind, in dem empfangenen Signal das Vorhandensein von bestimmten Zugriffscodes zu detektieren, die denselben Takt wie die Sequenzen der Verkehrscodes haben und durch eine spezielle Folge von Symbolen moduliert worden sind.
Empfänger nach Anspruch 8, bei dem die Einrichtungen zum Detektieren von Zugriffscodes in dem empfangenen Signal umfassen: – ein Filter (10), angepasst an den Zugriffscode, – eine Einrichtung (12, 60) zum Durchführen einer konjugierten verzögerten Multiplikation, – eine Schaltung (14, 74, 78) zum Extrahieren der reellen Komponente und/oder der imaginären Komponente des durch die vorhergehenden Einrichtungen gelieferten Signals, – ein Filter (16, 76, 80), – Einrichtungen (18a, 18b) (82, 84, 86, 88), um die Überschreitungen eines vorher festgelegten Schwellenwerts durch das gefilterte Signal zu detektieren und um diese Überschreitungen zu positionieren und in einem Zeitfenster zu synchronisieren, dessen Dauer gleich der Dauer der übertragenen Informationssymbole ist.
Empfänger nach Anspruch 8, bei dem die Einrichtungen zum Detektieren des Vorhandenseins von Zugriffscodes in dem empfangenen Signal für jeden möglicherweise vorhandenen Zugriffscode umfassen: – eine Batterie von Korrelatoren (10₁ , ..., 10_N ), angepasst an den gesuchten Zugriffscode und gegeneinander versetzt um eine Dauer gleich der Dauer eines Impulses der die Zugriffscodes bildenden Sequenzen, – angeschlossen an den Ausgang jedes Korrelators: • eine Einrichtung (12₁ , ..., 12_N ) zum Durchführen einer konjugierten verzögerten Multiplikation, • eine Schaltung (14₁ , ..., 14_N ) zum Extrahieren der reellen Komponente und/oder der imaginären Komponente des durch die vorhergehende Einrichtung gelieferten Signals, • ein Filter (16₁ , ..., 16_N ), – eine Einrichtung (18a, 18b), verbunden mit den digitalen Filtern und fähig, die Überschreitungen, durch das gefiltertes Signal, eines vorher festgelegten Schwellenwerts zu detektieren, diese Überschreitungen zu positionieren und sie in einem Zeitfenster zu synchronisieren, dessen Dauer (Ts) gleich der Dauer der übertragenen Informationssymbole ist.
Empfänger nach den Ansprüchen 9 oder 10, bei dem die Einrichtung zum Durchführen einer konjugierten Multiplikation ein Signal mit zwei Komponenten (CI(n), CQ(n)) verarbeitet und ein Signal liefert, das eine reelle Komponente (DOT) und eine imaginäre Komponente (CROSS) hat, wobei die Einrichtungen zur Überschreitungsdetektion für die reelle Komponente (DOT) Einrichtungen (82, 84) zur Detektion von Überschreitungen von jeweils positiven und negativen Schwellenwerten umfassen und für die imaginäre Komponente (CROSS) Einrichtungen (86, 88) zur Detektion von jeweils positiven und negativen Schwellenwerten.