DE60222023T2

DE60222023T2 - Verbesserte rake-struktur

Info

Publication number: DE60222023T2
Application number: DE60222023T
Authority: DE
Inventors: William C. Doylestown HACKETT
Original assignee: InterDigital Technology Corp
Current assignee: InterDigital Technology Corp
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2002-12-17
Publication date: 2008-05-15
Anticipated expiration: 2022-12-18
Also published as: KR100925860B1; JP2009055647A; CN1611013A; EP1788718A3; MXPA04006308A; KR20080005308A; US7822106B2; JP2005514853A; DE60222023D1; KR100944170B1; KR20040017270A; KR200307422Y1; EP1788718A2; KR100637777B1; KR20050090475A; CN100413220C; ATE371301T1; JP4268523B2; JP4392047B2; KR20050092084A

Description

Hintergrund
Die vorliegende Erfindung betrifft eine RAKE-Architektur, die in CDMA-(Code Division Multiple Access-) Kommunikationssystemen eingesetzt wird. Im Besonderen betrifft die Erfindung eine RAKE-Architektur unter Einsatz eines gemeinsamen Speichers, die so ausgelegt ist, daß sie die erforderliche Speicherkapazität signifikant reduziert und dadurch auch eine Chipfläche eines anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreises (application specific integrated circuit, ASIC) für die RAKE-Architektur ohne jegliche Reduktion der Systemfähigkeiten reduziert. Die Architektur kann in allen Typen von Kommunikationssystemen eingesetzt werden, die einen RAKE-Empfänger verwenden, einschließlich unter anderem Frequenzduplex (frequency division duplex, FDD), Zeitduplex (time division duplex, TDD), und TD-SCDMA (time division-synchronous code division multiple access).
RAKE-Empfänger werden in vielen Typen von Kommunikationssystemen verwendet. In dem Breitband-Codemultiplex-(wide band code division multiple access, W-CDMA)-Systemtyp überträgt die Basisstation primäre und sekundäre Sync-Codes sowie einen gemeinsamen Pilotkanal (common Pilot channel, CPICH), wobei das Pilotsignal für jede Basisstation eindeutig ist. Drahtlose mobile Einheiten (UEs) empfangen und synchronisieren dann diese Codes, um eine Kommunikation herzustellen und aufrecht zu erhalten.
In einem Beispiel kann eine UE drei oder mehr Basisstationen verfolgen. Ein RAKE-Empfänger wird verwendet, um die von Basisstationen empfangenen Übertragungen durch Verwendung eines Kreuzkorrelators und eines Codegenerators zu entspreizen, wie dies in herkömmlicher Weise geschieht. Der UE-Empfänger empfängt aufgrund verschiedener Übertragungsweglängen, Reflexionen etc. sowohl direkte (d. h. in Sichtverbindung) RF-Wellen als auch verzögerte (d. h. in Mehrwegeausbreitung) Wellen. Da die direkte Welle nicht notwendigerweise das stärkste Signal ist bzw. kein ausreichend starkes Signal für Empfangszwecke ist, resultiert eine Synthetisierung (d. h. Kombination) der Energie der direkten Wellen mit der Energie verzögerter Wellen in einem besseren Signal. Jeder Finger eines RAKE-Empfängers ist mit einem Kreuzkorrelator und einem Codegenerator zur Durchführung der Entspreizung versehen. Die zeitliche Verschiebung wird unter Verwendung eines Verzögerungsschaltkreises eingestellt, woraufhin alle Signale zusammenaddiert werden, nachdem diesen Signalen die geeigneten Verzögerungen aufgezwungen wurden.
Die RAKE-Finger arbeiten in Verbindung mit einem Zeilensuchmechanismus und dem RAKE-Suchfinger.
1 zeigt die grundlegende Taktung eines Rahmens. Ein Synchronisationskanal-(synchronization channel, SCH)-Funkrahmen von zehn Millisekunden ist in fünfzehn Schlitze unterteilt, die mit null (0) bis vierzehn (14) gekennzeichnet sind. Jede Basisstation überträgt einen primären Sync-Code und einen sekundären Sync-Code sowie einen gemeinsamen Pilotkanal (CPICH). Im Gegensatz zu den primären und sekundären Sync-Codes, die nur während der ersten 256 Chips eines jeden Schlitzes vorhanden sind, ist der CPICH während des gesamten Rahmens vorhanden und wiederholt sich bei jedem Rahmen; zusätzlich ist er für jede Basisstation eindeutig. Der RAKE-Suchfinger nützt diese Eindeutigkeit aus, um eine Korrelation mit dem CPICH von jeder der möglichen Basisstationen in dem Bereich des UE durchzurühren. Nachdem die Korrelation durchgeführt wurde, bestimmt der RAKE-Suchfinger, welche Spitze er welchem Finger des RAKE-Empfängers zuweist. Wie oben bereits erwähnt wurde, wird von jedem UE verlangt, typischerweise bis zu drei oder mehr Basisstationen zu ver folgen; diese Fähigkeit wird aufgrund von Übergabeanforderungen verlangt.
Unter Bezugnahme auf 3 wird ein vereinfachtes Blockschaltbild einer herkömmlichen Codeverfolgungseinrichtung (Code-Tracker) 10 gezeigt. Jeder RAKE-Finger ist mit einer Codeverfolgungseinrichtung 10 versehen. Ein Codegenerator 12 ist mit einem Code für eine bestimmte Basisstation versehen. Die Code-Taktung muß verschoben werden, um die aktuelle Zeitverschiebung vom Beginn des Rahmens für die zugewiesene Spitze zu kompensieren. Ein Interpolator- und Dezimator-Filter 14 erzeugt frühe, späte bzw. pünktliche Ausgänge bei 14c, 14b bzw. 14a. Die frühen und späten Ausgänge werden verwendet, um den pünktlichen Ausgang in der Chipzeit zentriert zu halten.
Die frühen, späten und pünktlichen Ausgänge werden mit dem Code für die bestimmte Basisstation bei 18, 16 bzw. 26 entspreizt. Die frühen und späten entspreizten Signale werden bei den Integrations- und Umspeichervorrichtungen 24 und 22 einer Integration und Umspeicherung sowie bei den Quadriervorrichtungen 28 und 26 einer Quadrierung unterzogen und bei 30 summiert, um ein Fehlersignal e(t) zu erzeugen.
Auch der pünktliche Ausgang wird bei der Integrations- und Umspeichervorrichtung 34 einer Integration und Umspeicherung unterzogen, deren Ausgang läuft durch das Gleitdurchschnittsfilter 36 und den harten Begrenzer 38, um zusammen mit der von dem Summierschaltkreis 30 ausgegebenen Fehlersumme e(t) an den Normalisierungsschaltkreis 32 angelegt zu werden. Der normalisierte Ausgang wird dann durch einen Rückkoppelungspfad zu dem Interpolator und Dezimator 14 durch Schleifenfilter 40, Akkumulator 42, Verstärker 44, harten Begrenzer 46, Verzögerungsschätzungsprozessor 48 und Quantisierer 50 zurück geleitet, um dem Interpolator und Dezimator 14 eine Verzögerungsschätzung zu liefern, zu dem Zweck, den pünktlichen Ausgang in der Chipzeit zentriert zu halten. Wenn der Fehler zu groß wird, um von der Codeverfol gungseinrichtung verfolgt zu werden, wird der Codegenerator 12 eingestellt. Das Interpolator- und Dezimator-Filter 14 teilt die Chipzeit im Prinzip in zum Beispiel 8 Segmente. Auf Basis des Fehlersignals wird eines der 8 Segmente ausgewählt. Während die Zeit fortschreitet und wenn der Fehler weiter ansteigt, wird von dem Filter 14 ein anderer Ausgang ausgewählt. Wenn der Fehler schließlich groß genug ist, daß die Chipzeit abläuft, wird an diesem Punkt der Pilot-Generator 12 eingestellt. Der Pilot-Generator 12 ist für gewöhnlich ein linear rückgekoppeltes Schieberegister (linear feedback shift register, LFSR), das mit der Chiprate getaktet (d. h. vorgerückt) wird. Wenn der Pilot-Generator zur nächsten Chipzeit vorgerückt werden muß, wird er für diese Chipzeit tatsächlich zweimal vorgerückt. Wenn umgekehrt der Pilot-Generator verzögert werden muss, wird der Pilot-Generator seinen aktuellen Wert für eine zweite Chipzeit halten.
2 zeigt einen typischen Mehrweg. Jeder der Punkte mit höheren Werten stellt einen Mehrweg dar, Jeder der pünktlichen Ausgänge wird in separate Zeitverzögerungselemente (nicht dargestellt) des RAKE-Empfängers eingespeist. Der Zweck der Zeitverzögerungselemente besteht darin, die in 2 gezeigte zeitliche Mehrdeutigkeit der verschiedenen Mehrwege zu beseitigen. Die gesamte nach der Codeverfolgung verbleibende Energie wird dann in einem Datenschätzer (nicht dargestellt) summiert und entspreizt sowie in Symbole entwürfelt.
Unter Bezugnahme auf 4 wird eine herkömmliche RAKE-Struktur gezeigt, die sechs (6) RAKE-Finger umfaßt. Da alle RAKE-Finger im Wesentlichen in Konstruktion und Funktion identisch sind, wird aus Gründen der Einfachheit in 4 nur einer im Detail dargestellt. Wie weiter oben schon ausgeführt wurde, erzeugt die in 3 und auch in Form des vereinfachten Blockschaltbildes in 4 gezeigte Codeverfolgungseinrichtung 10 einen pünktlichen Ausgang 14c (siehe 3), der in ein Verzögerungselement 52 eingespeist wird, welches vorzugsweise ein Kreispuffer mit einem Leseport und einem Schreibport ist. Ein Schreibzeiger 54 wird mit einer Chiprate auf Stellen inkrementiert, auf welche ein pünktlicher Eingang geschrieben wird, und zeigt laufend auf die nächste Chipposition innerhalb des Puffers 52. Ein Lesezeiger 56 wird ebenfalls mit der Chiprate inkrementiert, wird jedoch von dem Schreibzeiger 54 verschoben, basierend auf der Verschiebung gegenüber der referenzierten Schlitztaktung in Höhe der Chipanzahl. Die Feinverschiebung wird durch den Codeverschiebungsschaltkreis 56, der die Chipverschiebung bei 56a empfängt, einen Ausgang von der Codeverfolgungseinrichtung bei 56b und den Ausgang des Codegenerators 58 bei 56c erhalten, was eine Feinverschiebung für weitere Einstellungen des Speicher-Lesezeigers 56 liefert. Der Puffer 52 liefert einen zeitlich ausgerichteten Ausgang. Die verbleibenden RAKE-Finger "2" bis "6" arbeiten auf eine ähnliche Weise.
Das Dokument „A Flexible RAKE Receiver Architecture for WCDMA Mobile Terminals", L. Harju et al., Third IEEE Signal Processing Workshop an Signal Processing Advances in Wireless Communications, Taoyuan, Taiwan, 20.–23. März 2001 offenbart eine RAKE-Empfängerarchitektur mit einer einzigen Korrelatorvorrichtung und einem Puffer, der die gesamte Verzögerungsspreizung der I/Q-Basisband-Abtastwerte speichert.
WO 00/59123 A offenbart einen programmierbaren angepaßten Filtersucher mit einem Schieberegister, einem PN-Generator, einem ladbaren angepaßten Filter zum Laden von PN-Sequenzen und Summieren der Zwischenergebnisse und einen Akkumulator zum Empfangen der Summen und Akkumulieren in Sätze.
US-A-5 903 550 offenbart einen CDMA-Signaldemodulator mit einem Abtastwertpuffer zum Speichern von Abtast werten eines CDMA-Signals, wobei eine Vielzahl von Abtastwerten parallel demoduliert wird.
Zusammenfassung
Der Hauptvorteil der vorliegenden Erfindung liegt in einer Vorrichtung und einem Verfahren, um die (möglicherweise) vielen kleinen Speicher gemeinsam zu nutzen, die benötigt werden, um die verfolgten Mehrwege auszurichten und die gemeinsam genutzten Speicher vor der Codeverfolgungseinrichtung zu verschieben. Obwohl die Ausrichtung der Mehrwege und das Verfolgen ihrer Verschiebung immer noch von der Codeverfolgungseinrichtung durchgeführt wird, empfängt die Codeverfolgungseinrichtung nun ihre Daten von einem gemeinsamen Puffer für Eingangssymbole im Vergleich zu dem herkömmlicheren Verfahren, in dem der Eingangsstrom an alle Codeverfolgungseinrichtungen gesendet wird und erforderlich ist, daß jede Codeverfolgungseinrichtung die Ergebnisse puffert und dann die erforderliche Verzögerung bereitstellt, um die Ausrichtung zu erzielen.
Die Erfindung verwendet einen Kreispuffer, vorzugsweise in Form eines gemeinsamen Speichers, und besitzt einen Speicher-Lesezeiger für jeden RAKE-Finger, um eine Verschiebung gegenüber der Stelle, an welcher der Speicher-Schreibzeiger die Daten schreibt, zu liefern, wobei die Verschiebung zu jedem RAKE-Finger gehört, der eine Mehrwege-Komponente empfängt. Jede Mehrwege-Komponente wird an ihren zugewiesenen RAKE-Finger gesendet, um dort einer Codeverfolgung unterzogen zu werden. Da alle Mehrwege ausgerichtet sind, sind auch die Codes zeitlich ausgerichtet, was es ermöglicht, einen einzelnen Codegenerator von den Codeverfolgungseinrichtungen aller RAKE-Finger gemeinsam zu nutzen. Diese neue Vorrichtung und dieses neue Verfahren ermöglichen eine Einsparung beim Speicher im Verhältnis von drei zu eins sowie eine Reduktion der Anzahl von Codegeneratoren, die für den RAKE-Empfänger erforderlich ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)
Das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung werden durch eine Betrachtung der Zeichnungen besser verständlich, in welchen:
1 einen typischen SCH-Funkrahmen von 10 Millisekunden zeigt.
2 ein Graph ist, der einen typischen Mehrweg zeigt.
3 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer herkömmlichen Codeverfolgungseinrichtung ist, die in jedem RAKE-Finger eines RAKE-Empfängers eingesetzt wird.
4 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer herkömmlichen Codeverfolgungseinrichtung zeigt, die in jedem RAKE-Finger eines RAKE-Empfängers eingesetzt wird.
5 ein vereinfachtes Blockschaltbild ist, das die Vorrichtung zum zeitlichen Abgleich eines Mehrwege-Signals für die RAKE-Finger eines RAKE-Empfängers zeigt und die Prinzipien der vorliegenden Erfindung ausführt.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform(en)
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren beschrieben, in welchen gleiche Bezugszahlen durchgehend gleiche Elemente darstellen.
5 zeigt einen RAKE-Empfänger 59, der die Prinzipien der vorliegenden Erfindung ausführt und der sechs (6) RAKE-Finger umfaßt, von welchen aus Gründen der Einfachheit nur einer (und zwar "RAKE-Finger 1") im Detail gezeigt wird. Es ist einzusehen, daß die verbleibenden RAKE-Finger "2" bis "6" in Auslegung und Funktion ähnlich sind. Es sollte angemerkt werden, daß die Anzahl der RAKE-Finger keine Forderung der Erfindung ist, sondern daß sie hier nur als Mittel zur Erklärung dafür dient, wie die verschiedenen Komponenten arbeiten.
Der RAKE-Empfänger 59 verwendet einen Kreispuffer 60, vorzugsweise vom Typ des gemeinsam genutzten Speichers, der mit der doppelten Chiprate arbeitet und einen Schreibzeiger 60a sowie sechs Lesezeiger 60b (aus Gründen der Einfachheit nur als einzelne Linie dargestellt) besitzt. Der RAKE-Empfänger von 59 führt die zeitliche Ausrichtung durch, indem er zuerst die Mehrwege-Pilotsignale von derselben Basisstation in Ausrichtung bringt, bevor sie der Codeverfolgung unterzogen werden.
Unter Bezugnahme auf 2 sowie unter der Annahme, daß die Spitzen aus der höheren Hierarchischen Golay-Korrelation (HGC) alle von derselben Basisstation stammen und zeitlich so verschoben werden können, daß sie über einander abgeglichen werden können, wird, wenn die Verschiebung erreicht ist, jede Mehrwege-Komponente an ihren zugewiesenen RAKE-Finger gesendet und die Codeverfolgung durchgeführt. Unter der Annahme, daß zwei (2) Signale empfangen wurden, die fünf (5) Chips auseinander liegen, sei weiter angenommen, daß jeder Punkt des Mehrwege-Graphen eine Chipzeit darstellt. Unter der Annahme, daß die Lese- und Schreibzeiger in 5 mit der Chiprate arbeiten, können durch Vorrücken des Lesezeigers um die Anzahl fünf (5) die zwei Signale zur selben Zeit aus dem Speicher ausgelesen werden. Die Codeverschiebungen, die dem Lesezeiger 68 geliefert werden, gehören jeweils zu einem der RAKE-Finger. Die in 2 gezeigten Positionen der Spitzen sind bekannt. Der Abstand und die Anzahl der Mehrwege dienen der Bestimmung des Verschiebungsbetrags für die Lesezeiger.
Da die Mehrwege-Komponenten abgeglichen wurden, sind auch die Codes zeitlich ausgerichtet, und der Codegenerator (d h. einer von 62, 64 und 66) kann von den Codeverfolgungseinrichtungen 10 eines jeden der sechs (6) RAKE-Finger 1 bis 6 gemeinsam genutzt werden. Drei Codegeneratoren 62, 64 bzw. 66 sind vorgesehen, um PN-(pseudo-random noise)-Codes für die drei Basisstationen BS1, BS2 bzw. BS3 zu erzeugen, die von dem UE mit dem in 5 gezeigten RAKE-Empfänger verfolgt werden. Ein Multiplexer 69 koppelt selektiv den gewünschten Codegenerator mit den Codeverfolgungseinrichtungen 10' durch den Multiplexer 69.
Wenn die Codeverfolgungseinrichtungen 10' der RAKE-Finger fordern, daß der Codegenerator, zum Beispiel 62, auf einen von 64 oder 66 geändert wird, wird der Speicher-Lesezeiger 68 für die zu diesem Codegenerator gehörenden RAKE-Finger eingestellt. Der dieser Codeverfolgungseinrichtung 10' entsprechende Lesezeiger wird um 1 inkrementiert oder dekrementiert. Die einzigartige Speicherteilvorrichtung der vorliegenden Erfindung macht die Verwendung eines einzelnen Speichers 60 möglich, der von allen sechs (6) RAKE-Fingern gemeinsam genutzt wird, was in einer Einsparung beim Speicher im Verhältnis von drei zu eins resultiert, basierend auf der Tatsache, daß, obwohl es nur einen gemeinsamen Speicher für alle sechs RAKE-Finger gibt, der gemeinsame Speicher (60) bei der doppelten Chiprate arbeitet, da die Codeverfolgungseinrichtung 10' zwei Abtastergebnisse pro Chip verlangt.
Die Codeverfolgungseinrichtung 10 liefert so einen pünktlichen zeitlich ausgerichteten Ausgang 70 in Übereinstimmung mit dem zu dekodierenden Basisstationscode. Die Codeverfolgungseinrichtung 10', welche auch den in 4 gezeigten Codeverschiebungsschaltkreis 56 umfaßt, liefert den Feinverschiebungsausgang 10 an den Speicher-Lesezeiger 68 auf eine ähnliche Weise, wie sie weiter oben in Bezug auf 4 beschrieben wurde.

Claims

Verfahren zur Bereitstellung der zeitlichen Ausrichtung von Mehrwegesignalen, die durch einen RAKE-Empfänger von einer gegebenen Basisstation empfangen werden, wobei der RAKE-Empfänger eine Vielzahl von RAKE-Fingern hat, das aufweist: Empfangen codierter Mehrwegesignale von der Basisstation; Schreiben der Signale an eine gegebene Stelle in einem gemeinsam genutzten Speicher (60); Lesen der Signale aus einer Stelle in dem gemeinsam genutzten Speicher in eine Codeverfolgungseinrichtung (10') eines gegebenen RAKE-Fingers entsprechend einem Chipversatz aus der Einschreibstelle, wobei der Chipversatz jedem RAKE-Finger zugeordnet ist; dadurch gekennzeichnet, daß die Basisstation die Basisstation Signale mit einer gegebenen Chiprate an den RAKE-Empfänger sendet, der gemeinsam genutzte Speicher beim Lesen aus und Schreiben in den gemeinsam genutzten Speicher mit dem Zweifachen dieser Chiprate arbeitet, und die Codeverfolgungseinrichtungen ansprechend auf die Korrelation eines von der Codeverfolgungseinrichtung verarbeiteten Signals einen weiteren Versatz erzeugen, um eine weitere Einstellung des Versatzes zwischen der Speicherlesestelle und der Speicherschreibstelle bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner die Verbindung eines einzelnen Codegenerators, der aus einer Gruppe von Codegeneratoren ausgewählt ist, mit den Codeverfolgungseinrichtungen aufweist, wobei der ausgewählte Codegenerator einen Code erzeugt, der gleich ist wie der von der Basisstation, die an den RAKE-Empfänger sendet, verwendete Code.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Chipversätze jeweils einem gegebenen RAKE-Finger zugeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei jede Codeverfolgungseinrichtung von der Basisstation empfangene Daten durch Korrelation gegen den Code von dem Codegenerator konvertiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Chipversätze zum Einstellen der Auslesestellen des gemeinsam genutzten Speichers relativ zu der Schreibstelle gemäß dem jedem Chipversatz zugeordneten RAKE-Finger bestimmt werden.
Vorrichtung für die Verwendung in einem RAKE-Empfänger zur Bereitstellung der zeitlichen Ausrichtung von Mehrwegesignalen, die von einer gegebenen Basisstation empfangen werden, wobei der RAKE-Empfänger eine Vielzahl von RAKE-Fingern hat, die aufweist: eine Empfangseinrichtung zum Empfangen codierter Mehrwegesignale von der Basisstation; einen gemeinsam genutzten Speicher (60); eine Schreibeinrichtung (60a) zum Schreiben der Signale an eine gegebene Stelle in einem gemeinsam genutzten Speicher; eine Leseeinrichtung (60b) zum Lesen der Signale aus einer Stelle in dem gemeinsam genutzten Speicher in eine Codeverfolgungseinrichtung (10') eines gegebenen RAKE-Fingers entsprechend einem Chipversatz aus der Einschreibstelle, wobei der Chipversatz jedem RAKE-Finger zugeordnet ist; dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsam genutzte Speicher eingerichtet ist, beim Lesen aus und Schreiben in den gemeinsam genutzten Speicher mit dem Zweifachen einer Chiprate zu arbeiten, mit welcher die Basisstation Signale an den RAKE-Empfänger sendet, und die Codeverfolgungseinrichtungen derart konfiguriert sind, daß sie ansprechend auf die Korrelation eines von der Codeverfolgungseinrichtung verarbeiteten Signals einen weiteren Versatz erzeugen, um eine weitere Einstellung des Versatzes zwischen der Speicherlesestelle und der Speicherschreibstelle bereitzustellen.