DE10009150A1 - Datenübertragungsverfahren und -system - Google Patents
Datenübertragungsverfahren und -systemInfo
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Abstract
Die Erfindung schafft ein Datenübertragungsverfahren, insbesondere zur Verwendung in einem CDMA-System im TDD-Betrieb, wobei ein Datensignal in Form eines Datenstroms von Datenbursts verschiedener Nutzer (N1-NK) zwischen einer ersten Station (BS) und einer zweiten Station (MS) über eine Mehrzahl von Antennen (A1-AN) übertragen wird und wobei in Zusammenhang mit dem jeweiligen Datenburst ein Referenzsignal gesendet wird. In einem ersten Schritt wird ein Referenzsignal von der zweiten Station (MS) an die erste Station (BS) gesendet. In einem zweiten Schritt wird in der ersten Station (BS) eine Kanalschätzung (KS), basierend auf dem von der zweiten Station (MS) empfangenen Referenzsignal, durchgeführt. In einem dritten Schritt sendet die erste Station (BS) einen Datenburst an die zweite Station (MS) über die Mehrzahl von Antennen (A1-AN), wobei die Sendesignale verschiedener Antennen mit verschiedenen Amplituden- und Phasenfaktoren (A¶n¶, phi¶n¶) entsprechend der Kanalschätzung modifizierbar sind.
Description
Die Erfindung betrifft ein Datenübertragungsverfahren und
system, insbesondere zur Verwendung in einem CDMA-System im
TDD-Betrieb, wobei ein Datensignal in Form eines Daten
stroms von Datenbursts verschiedener Nutzer zwischen einer
ersten Station und einer zweiten Station über eine Mehrzahl
von Antennen übertragen wird und wobei in Zusammenhang mit
dem jeweiligen Datenburst ein Referenzsignal gesendet wird.
Obwohl prinzipiell auf beliebige Datenübertragungen anwend
bar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zu
Grunde liegende Problematik in Bezug auf ein zellulares
CDMA-Datenübertragungssystem (CDMA = Code Division Multiple
Access) erläutert, die einen Übertragungsmodus verwenden,
der die Übertragung eines Referenzsignals erfordert.
Durch Code-Vielfachzugriff (CDMA = Code Division Multiple
Access) lassen sich mehrere Datenströme gleichzeitig über
ein gemeinsames Frequenzband übertragen. Dabei werden die
zu übertragenden Symbole der Datenströme mit sogenannten
Spreizungscodes moduliert.
Die mit verschiedenen Codes gleichzeitig übertragenen Da
tenströme stören sich i. a. gegenseitig: Mehrwegeausbreitung
führt zur Überlagerung von nacheinander gesendeten Daten
symbolen (inter symbol interference, ISI). CDMA-Kodierung
und Mehrwegeausbreitung sind die Ursache von Mehrfachnut
zerinterferenz (multiple access interference, MAI).
Die Interferenzen lassen sich z. B. im Empfänger eliminie
ren, wenn dort die Impulsantwort des Kanals bekannt ist,
wie aus K. D. Kammeyer: "Nachrichtenübertragung", 2.
Aufl., Reihe Informationstechnik, Teubner, Stuttgart, 1996
und aus A. Klein, G. K. Kaleh und P. W. Baier: "Zero Forcing
and Minimum Mean-Square-Error Equalization for Multiuser
Detection in Code Division Multiple Access Channels", IEEE
Trans. Vehic. Tech., Bd. 45 (1996), 276-287 entnehmbar. Die
Kanalimpulsantwort kann z. B. im Empfänger aus einem empfan
genen Referenzsignal geschätzt werden.
Um eine konstant gute Übertragung zu gewährleisten, kann
man auch Daten über mehrere Mobilfunkkanäle gleichzeitig
übertragen. Dies läßt sich mit mehreren Sendeantennen er
reichen (Sendeantennendiversität). Solche Sendeantennendi
versität verbessert die Qualität von Mobilfunkkanalübertra
gungen in bemerkenswerter Weise.
Für CDMA-Mobilfunksysteme im TDD-Bereich sind folgende Sen
deantennendiversität-Schemata für die Vorwärtsstrecke
(Downlink), also z. B. von einer Basisstation zu einer Mo
bilstation, bekannt.
Beim Transmit Adaptive Array (TxAA) gemäß Motorola: "Trans
mit Diversity Schemes applied to the TDD mode (II)", 3GPP
TSG RAN WG1 document TSGR1#5(99)632 werden die Signale der
einzelnen Nutzer vor ihrer Summation im Basisband mit einem
Phasen- und Amplitudenfaktor modifiziert. Die Faktoren sind
nutzer- und antennenspezifisch.
Bei der Selection Transmit Diversity (STD) gemäß Motorola:
"Transmit Diversity Schemes applied to the TDD mode (II)",
3GPP TSG RAN WG1 document TSGR1#5(99)632 werden die Signale
der einzelnen Nutzer immer nur über eine Antenne abge
strahlt. Für verschiedene Nutzer können verschiedene Anten
nen gewählt werden.
Bei der Phase Alignment Transmit Diversity (PATD) gemäß Mo
torola: "Transmit Diversity Schemes applied to the TDD
mode", 3GPP TSG RAN WG1 document TSGR1#3(99)186 werden die
Gesamtantennensignale im Basisband mit einem Phasenfaktor
modifiziert. Der Faktor kann für verschiedene Antennen ver
schieden sein. Er ist für alle Nutzer an einer Antenne
identisch.
Bei all diesen Schemata werden die Übertragungsqualitäten
der Mobilfunkkanäle in der Gegenstrecke im Sender bestimmt.
Aufgrund der gemessenen Qualitäten werden dann die Parame
ter der Schemata gewählt (Closed Loop-Technik).
Um mit TxAA oder STD versendete Daten nach einem Joint De
tection-Verfahren (JD), detektieren zu können, ist es er
forderlich, im Empfänger für jeden Nutzer eine eigene Ka
nalschätzung vorzunehmen.
Bei Verwendung von PATD muß in der Vorwärtsstrecke im JD-
Empfänger nur ein Kanal geschätzt werden. Gegenüber TxAA
und STD hat PATD jedoch den Nachteil keine Amplitudenmodi
fizierungen zur Optimierung der Übertragung zu verwenden.
Übliche Diversity-Verfahren zur CDMA-Übertragung in der
Vorwärtsstrecke im TDD-Betrieb erfordern also entweder
einen hohen Kanalschätzungsaufwand im Empfänger (TxAA =
Transmit Adaptive Array, STD = Selection Transmit Diver
sity) oder sollten qualitativ weiter verbessert werden
(PATD = Phase Alignment Transmit Diversity).
Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Idee be
steht darin, daß die Sendesignale der einzelnen Antennen
sowohl in ihrer Phase als auch ihrer Amplitude modifiziert
werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des An
spruches 1 bzw. die entsprechende Vorrichtung nach Anspruch
6 weisen den besonderen Vorteil auf, daß eine Verbesserung
der Datenübertragung durch Senden über mehrere Antennen oh
ne Notwendigkeit mehrerer Kanalschätzungen in der Vorwärtsstrecke
beim JD-Empfang erzielbar ist. Bei Verwendung des
Verfahrens in der Vorwärtsstrecke muß im JD-Empfänger nur
eine Kanalschätzung vorgenommen werden. Insbesondere ist
eine bessere Übertragung als bei Verwendung von PATD mög
lich.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbil
dungen und Verbesserungen des jeweiligen Gegenstandes der
Erfindung.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung werden die Phasen-
und Amplitudenfaktoren während aufeinanderfolgender Zeitab
schnitte konstant gehalten.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden die
Phasenfaktoren ϕn und Amplitudenfaktoren An so gewählt, daß
eine Maximierung des Produkts
durch Variation der antennenspezifischen Phasen ϕn und
Amplituden An unter den Nebenbedingungen
erzielt wird, wobei der Kanalschätzungskoeffizient größter
Leistung des Kanals von der n-ten Antenne zum k-ten Nutzer
mit αn k bezeichnet ist und wobei gilt: n = 1, . . ., N und k
= 1, . . ., K mit N = Anzahl der Antennen und K = Anzahl der
Nutzer.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die ers
te Station eine Basisstation und die zweite Station eine
Mobilstation eines Mobilfunksystems im TDD-Betrieb, insbe
sondere eines UMTS-Mobilfunksystems.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die
Übertragung mittels dem CDMA-Verfahren durchgeführt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird in der folgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausfüh
rungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Senden von Daten über eine Mehrzahl von
Antennen; und
Fig. 2 eine schematische Darstellung des zeitlichen
Ablaufs einer Ausführungsform des erfin
dungsgemäßen Verfahrens zum Senden von Daten
über eine Mehrzahl von Antennen unter Benut
zung der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche
oder funktionsgleiche Elemente.
In Fig. 1 und 2 bezeichnen N1 bis NK jeweilige Nutzer der
Vorrichtung, 101 bis 10K einen jeweiligen Addierer, 201 bis
20K einen jeweiligen Multiplizierer, A1 bis AN sowie AM ei
ne jeweilige Antenne, BS eine Basisstation, MS eine Mobil
station, S einen Sendeschritt, KS einen Kanalschätzschritt,
SDIV einen Sendeschritt mit Antennendiversität und E einen
Empfangsschritt.
Bei dieser Ausführungsform handelt es sich um ein
UMTS(Universal Mobile Telephone System)-System im TDD-
Betrieb, wobei ein Datensignal in Form eines Datenstroms
von Datenbursts verschiedener Nutzer zwischen einer Basis
station BS und einer Mobilstation MS über die Mehrzahl von
Antennen A1-AN übertragen wird und wobei in Zusammenhang
mit dem jeweiligen Datenburst ein Referenzsignal gesendet
wird.
Das Senden mit Sendeantennendiversität wird dabei folgen
dermaßen realisiert.
Es findet zunächst eine Schätzung der Kanäle aller Nutzer
N1 bis NK in der Rückwärtsstrecke durch die Basisstation BS
anhand eines von der Mobilstation gesendeten Referenzsig
nals in üblicher Weise statt.
Danach wird eine Bestimmung des Kanalpfades jeweils höchs
ter Leistung für jeden Nutzerkanal durchgeführt. Der zuge
hörige Kanalschätzungskoeffizient des Kanals von der n-ten
Antenne zum k-ten Nutzer sei mit αn k bezeichnet, wobei
gilt: n = 1, . . ., N und k = 1, . . ., K mit N = Anzahl der An
tennen und K = Anzahl der Nutzer (jeweils natürliche Zah
len).
Dann wird eine Maximierung des Produkts
durch Variation der antennenspezifischen Phasen ϕn und
Amplituden An unter den Nebenbedingungen
durchgeführt.
Anschließend erfolgt die Sendung des durch die Phase ϕn und
die Amplitude An modifizierten Gesamt-CDMA-Signals An . ei ϕ n
. s(t), wobei s(t) = Gesamt-CDMA-Signal, über die n-te
Sendeantenne der Vorwärtsstrecke, wie in Fig. 1 gezeigt, an
die Mobilstation.
Abb. 2 zeigt den zeitlichen Ablauf des Datenübertragungs
verfahrens. Gegenüber PATD variiert dieses Verfahren nicht
nur die antennenspezifischen Phasen ϕn, sondern auch die
Amplituden An.
Zunächst sendet die Mobilstation MS einen Datenburst mit
einem Referenzsignaldatenblock an die Basisstation BS, wel
che diesen zur Kanalschätzung verwendet. Basierend auf dem
Ergebnis der Kanalschätzung führt die Basisstation die Ka
nalschätzung KS durch. Dann erfolgt das oben erläuterte
Senden von Daten mit Antennendiversität SDIV von der Basis
station an die Mobilstation und der dortige Empfang E.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines
bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist sie
darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise mo
difizierbar.
Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren in allen
Datenübertragungssystemen angewendet werden und ist nicht
auf CDMA-Datenübertragungssysteme im TDD-Modus beschränkt.
Auch kann das Ermittlungsverfahren für die Amplituden und
Phasen variiert werden.
Claims (10)
1. Datenübertragungsverfahren, insbesondere zur Verwen
dung in einem CDMA-System im TDD-Betrieb, wobei ein Daten
signal in Form eines Datenstroms von Datenbursts verschie
dener Nutzer (N1-NK) zwischen einer ersten Station (BS) und
einer zweiten Station (MS) über eine Mehrzahl von Antennen
(A1-AN) übertragen wird und wobei in Zusammenhang mit dem
jeweiligen Datenburst ein Referenzsignal gesendet wird;
und wobei weiterhin
- a) in einem ersten Schritt ein Referenzsignal von der zweiten Station (MS) an die erste Station (BS) gesendet wird;
- b) in einem zweiten Schritt in der ersten Station (BS) eine Kanalschätzung (KS) basierend auf dem von der zweiten Station (MS) empfangenen Referenzsignal durchgeführt wird; und
- c) in einem dritten Schritt die erste Station (BS) einen Datenburst an die zweite Station (MS) über die Mehrzahl von Antennen (A1-AN) sendet, wobei die Sendesignale verschiedener Antennen mit verschiedenen Amplituden- und Phasenfakto ren (An, ϕn) entsprechend der Kanalschätzung modifizierbar sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Phasen- und Amplitudenfaktoren während aufeinanderfol
gender Zeitabschnitte konstant gehalten werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß die Phasenfaktoren ϕn und Amplitudenfaktoren An so
gewählt werden, daß eine Maximierung des Produkts
durch Variation der antennenspezifischen Phasen ϕn und Amplituden An unter den Nebenbedingungen
erzielt wird, wobei der Kanalschätzungskoeffizient größter Leistung des Kanals von der n-ten Antenne zum k-ten Nutzer mit αn k bezeichnet ist und wobei gilt: n = 1, . .. , N und k = 1, . . ., K mit N = Anzahl der Antennen und K = Anzahl der Nutzer.
durch Variation der antennenspezifischen Phasen ϕn und Amplituden An unter den Nebenbedingungen
erzielt wird, wobei der Kanalschätzungskoeffizient größter Leistung des Kanals von der n-ten Antenne zum k-ten Nutzer mit αn k bezeichnet ist und wobei gilt: n = 1, . .. , N und k = 1, . . ., K mit N = Anzahl der Antennen und K = Anzahl der Nutzer.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die erste Station (BS) eine Basisstation und
die zweite Station (MS) eine Mobilstation eines Mobilfunk
systems im TDD-Betrieb, insbesondere eines UMTS-Mobilfunk
systems, ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Übertragung mittels dem CDMA-
Verfahren durchgeführt wird.
6. Datenübertragungsvorrichtung, insbesondere zur Verwen
dung in einem CDMA-System im TDD-Betrieb, wobei ein Daten
signal in Form eines Datenstroms von Datenbursts verschie
dener Nutzer (N1-NK) zwischen einer ersten Station (BS) und
einer zweiten Station (MS) über eine Mehrzahl von Antennen
(A1-AN) übertragbar ist und wobei in Zusammenhang mit dem
jeweiligen Datenburst ein Referenzsignal sendbar ist;
wobei die erste Station (BS) weiterhin aufweist:
eine Empfangseinrichtung zum Empfangen eines Referenzsig nals, das von der zweiten Station (MS) an die erste Station (BS) gesendet wird;
eine Kanalschätzungseinrichtung zum Durchführen einer Ka nalschätzung (KS) basierend auf dem von der zweiten Station (MS) empfangenen Referenzsignal; und
eine Modifizierungseinrichtung zum Modifizieren der Sende signale verschiedener Antennen mit verschiedenen Amplitu den- und Phasenfaktoren (An, ϕn) entsprechend der Kanal schätzung für einen an die zweite Station (MS) über die Mehrzahl von Antennen (A1-AN) zu sendenen Datenburst.
wobei die erste Station (BS) weiterhin aufweist:
eine Empfangseinrichtung zum Empfangen eines Referenzsig nals, das von der zweiten Station (MS) an die erste Station (BS) gesendet wird;
eine Kanalschätzungseinrichtung zum Durchführen einer Ka nalschätzung (KS) basierend auf dem von der zweiten Station (MS) empfangenen Referenzsignal; und
eine Modifizierungseinrichtung zum Modifizieren der Sende signale verschiedener Antennen mit verschiedenen Amplitu den- und Phasenfaktoren (An, ϕn) entsprechend der Kanal schätzung für einen an die zweite Station (MS) über die Mehrzahl von Antennen (A1-AN) zu sendenen Datenburst.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Modifizierungseinrichtung die Phasen- und Amplitu
denfaktoren während aufeinanderfolgender Zeitabschnitte
konstant hält.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Modifizierungseinrichtung die Phasenfak
toren ϕn und Amplitudenfaktoren An so wählt, daß eine Maxi
mierung des Produkts
durch Variation der antennenspezifischen Phasen ϕn und Amplituden An unter den Nebenbedingungen
erzielt wird, wobei der Kanalschätzungskoeffizient maxima ler Leistung des Kanals von der n-ten Antenne zum k-ten Nutzer mit αn k bezeichnet ist und wobei gilt: n = 1, . . ., N und k = 1, . . ., K mit N = Anzahl der Antennen und K = Anzahl der Nutzer.
durch Variation der antennenspezifischen Phasen ϕn und Amplituden An unter den Nebenbedingungen
erzielt wird, wobei der Kanalschätzungskoeffizient maxima ler Leistung des Kanals von der n-ten Antenne zum k-ten Nutzer mit αn k bezeichnet ist und wobei gilt: n = 1, . . ., N und k = 1, . . ., K mit N = Anzahl der Antennen und K = Anzahl der Nutzer.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß die erste Station (BS) eine Basisstation und
die zweite Station (MS) eine Mobilstation eines Mobilfunk
systems im TDD-Betrieb, insbesondere eines UMTS-Mobilfunk
systems, ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Übertragung mittels dem CDMA-
Verfahren durchführbar ist.
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