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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Signalisierung von teilnehmerspezifischen
Informationen, z.B. einer Zuteilung von Spreizkodes in einem Funk-Kommunikationssystem,
insbesondere in einem Funk-Kommunikationssystem mit einem CDMA-Teilnehmerseparierungsverfahren
und eine Basisstation in einem Funkkommunikationssystem. Die Erfindung
ist insbesondere für
einen Einsatz in einem Mobilfunk- oder drahtlosen Teilnehmeranschlußsystem
geeignet.
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In
Funk-Kommunikationssystemen, beispielsweise dem europäischen Mobilfunksystem
der zweiten Generation GSM (Global System for Mobile Communications),
werden Informationen (beispielsweise Sprache, Bildinformation oder
andere Daten) mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen über eine
Funkschnittstelle übertragen.
Die Funkschnittstelle bezieht sich auf eine Verbindung zwischen
einer Basisstation und Teilnehmerstationen, wobei die Teilnehmerstationen
Mobilstationen oder ortsfeste Funkstationen sein können. Das
Abstrahlen der elektromagnetischen Wellen erfolgt dabei mit Trägerfrequenzen,
die in einem für
das jeweilige System vorgesehenen Frequenzband liegen. Für zukünftige Funk-Kommunikationssysteme,
beispielsweise das UMTS (Universal Mobile Telecommunication System)
oder andere Systeme der 3. Generation sind Frequenzen im Frequenzband
von ca. 2000 MHz vorgesehen. Für
die dritte Mobilfunkgeneration sind zwei Modi vorgesehen, wobei
ein Modus einen FDD-Betrieb (frequency division duplex) und der
andere Modus einen TDD-Betrieb (time division duplex) bezeichnet.
Diese Modi finden in jeweils unterschiedlichen Frequenzbändern ihre
Anwendung. Beide Modi unterstützen
ein sogenanntes CDMA-Teilnehmerseparierungsverfahren (Code Division
Multiple Access).
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Die
abgestrahlten elektromagnetischen Wellen werden aufgrund von Verlusten
durch Reflexion, Beugung und dergleichen gedämpft. Infolgedessen sinkt die
Empfangsleistung, die bei der empfangenden Teilnehmerstation zur
Verfügung
steht. Diese Dämpfung
ist ortsabhängig
und bei sich bewegenden Teilnehmerstationen auch zeitabhängig. Bei
einer Mehrwegeausbreitung kommen mehrere Signalkomponenten unterschiedlich
verzögert
bei der empfangenden Funkstation an. Die geschilderten Einflüsse beschreiben
den verbindungsindividuellen Übertragungskanal.
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Aus
WO 99/08401 A1 ist bekannt, wie eine Kanalschätzung basierend auf der Auswertung übertragener
und im Empfänger
vorbekannter Kanalmeßsequenzen
die Eigenschaften des verbindungsindividuellen Übertragungskanals bestimmt.
Dies geschieht durch einen Vergleich der vorbekannten gespeicherten
Kanalmeßsequenz
und der empfangenen, durch den Übertragungskanal
verzerrten Kanalmeßsequenz.
Das Ergebnis der Kanalschätzung
ist eine Kanalimpulsantwort.
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Aus
dem Artikel von J. Mayer, J. Schlee, T. Weber "Protocol and Signalling Aspects of Joint
Detection CDMA",
PIMRC'97, Helsinki,
1997, Seiten 867-871, ist unter anderem bekannt, daß in einer
Funkstation empfangsseitig zur Detektion von Signalen einer Kommunikationsverbindung
nicht nur ein der eigenen Kommunikationsverbindung zugeteilter Spreizkode,
sondern zusätzlich
parallelen Kommunikationsverbindungen zugeteilte Spreizkodes verwendet
werden. Hierbei ist die empfangende Funkstation vorteilhaft in Kenntnis
der aktuell zugewiesenen Spreizkodes, um eine Verschlechterung der
Empfangsqualität
aufgrund einer Detektion von aktuell nicht vorhandenen Signalen
bzw. nicht zugeteilten Spreizkodes zu vermeiden.
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Die
Diskussionsgrundlage 3GPP TSG-RAN Working Group 1, Meeting #12,
Seoul, Korea, April 08 – April
13, 2000 beschreibt ein Verfahren zur Signalisierung einer Anzahl
aktiver Spreizcodes durch Zuordnung jeweils mehrerer Werte der Anzahl
aktiver Spreizcodes zu einer Kombination von Kanalmeßsequenzen.
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Der
WO 98/57441 A2 ist entnehmbar, daß in einem Kanal zwei Funkblöcke mit
unterschiedlichen Trainingssequenzen gleichzeitig übertragen
werden, wobei die Funkblöcke
mittels der Trainingssequenzen empfangsseitig unterschieden werden
können.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das
eine einfache Signalisierung teilnehmerspezifischer Informationen
ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1 und durch die Basisstation des Anspruchs 15 zur Durchführung des
Verfahrens gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu
entnehmen.
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Erfindungsgemäß wird in
einem Funk-Kommunikationssystem, das ein CDMA-Teilnehmerseparierungsverfahren
unterstützt,
von einer Basisstation eine aktuelle Anzahl von in einer Funkzelle
der Basisstation zugeteilter Spreizkodes kodiert durch eine Auswahl
und/oder Anzahl von Kanalmeßsequenzen
zu einer Teilnehmerstation signalisiert.
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Durch
das erfindungsgemäße Verfahren,
welches Kombinationen von Kanalmesssequenzen zur Signalisierung
verwendet, können
von einer Sendestation, beispielsweise einer Basisstation, Informationen
an Sendestationen, z.B. Teilnehmerstationen, übertragen werden, ohne dass
hierfür
zusätzliche
Datenbits auf spezifischen Signalisierungskanälen erforderlich wären.
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Die
erfindungsgemäße Ausgestaltung
ermöglicht
in einfacher Weise eine Signalisierung zu der Teilnehmerstation,
wieviele Spreizkodes aktuell zugeteilt sind. Da die Signalisierung
mittels einer Auswahl und/oder Anzahl der zur Verfügung stehenden
Kanalmeßsequenzen
erfolgt, sind keine zusätzlichen
Signalisierungen auf spezifischen Signalisierungskanälen oder
Anpassungen bzw. Veränderungen
an den Kanalmeßsequenzen
erforderlich. Mittels der ihr per se bekannten möglichen Kanalmeßsequenzen
kann die Teilnehmerstation die von der Basisstation aktuell gesendeten
Kanalmeßsequenzen
und durch deren erfindungsgemäße jeweilige
Anzahl bzw. Kombination implizierte Kodierung die aktuelle Anzahl
zugeteilter Spreizkodes ermitteln, um nachfolgend eine optimale
Detektion durchzuführen.
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Nach
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weisen die teilnehmerspezifischen
Informationen, wie z.B. die Anzahl der in einer Funkzelle der Basisstation
zugeteilten Spreizcodes, verschiedene Werte auf und es sind jeweils
einer Auswahl und/oder Anzahl von Kanalmeßsequenzen ein oder mehrere
Werte der teilnehmerspezifischen Informationen zugeordnet und werden
zu der Teilnehmerstation signalisiert.
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Auf
diese Weise kann auch bei einer nicht ausreichenden Anzahl von Kanalmeßsequenzen
eine Signalisierung erfolgen, die z.B. die mögliche Anzahl der aktiven Spreizcodes
wesentlich einschränkt.
Die Zuordnung kann auch dahingehend erfolgen, dass die Differenz
der Werte der zugeordneten teilnehmerspezifischen Informationen
maximal und/oder konstant ist, so dass Detektionsfehler weniger
wahrscheinlich sind.
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Nach
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Menge der
Kanalmeßsequenzen
durch eine zyklische Ableitung von einer oder mehreren Grundsequenzen
gebildet. Hierdurch wird unter anderem eine gleichzeitige gemeinsame
Kanalschätzung
für mehrere Übertragungskanäle möglich, wenn
deren Kanalmeßsequenzen
von der gleichen Grundsequenz abgeleitet wurden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
wird gemäß einer
weiteren Weiterbildung der Erfindung besonders vorteilhaft in Funk-Kommunikationssystemen
mit einem beschriebenen Joint-Detection-Verfahren durchgeführt.
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Einer
weiteren Weiterbildung der Erfindung zufolge wird die Anzahl Kanalmeßsequenzen
zur Signalisierung der Anzahl zugeteilter Spreizkodes minimiert.
Die Anzahl der verwendeten Kanalmeßsequenzen wird dabei vorteilhaft
nach der maximalen Anzahl zuteilbarer Spreizkodes gewählt. So
lassen sich beispielsweise durch Kombinationen von vier Kanalmeßsequenzen
fünfzehn
unterschiedliche Mengen von zugeteilten Spreizkodes definieren.
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Besonders
vorteilhaft wird das beschriebene erfindungsgemäße Verfahren in einem als ein
Mobilfunksystem oder drahtlosen Teilnehmeranschlußsystem
verwirklichten Funk-Kommunikationssystem eingesetzt.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei
zeigen
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1 ein Blockschaltbild eines
Funk-Kommunikationssystems,
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2 eine schematische Darstellung
der Rahmenstruktur einer Funkschnittstelle mit einem TD/CDMA-Teilnehmerseparierungsverfahren,
und
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3 eine Tabelle mit einer
durch Auswahl und Kombinationen von Trainingssequenzen jeweils kodierte
Anzahl zugeteilter Spreizkodes.
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Die 1 zeigt einen Teil eines
Mobilfunksystems als Beispiel für
die Struktur eines Funk-Kommunikationssystems. Ein Mobilfunksystem
besteht jeweils aus einer Vielzahl von Mobilvermittlungsstellen
MSC, die zu einem Vermittlungsnetz (SSS – Switching Subsystem) gehören und
untereinander vernetzt sind bzw. den Zugang zu einem Festnetz herstellen,
und aus jeweils einem oder mehreren mit diesen Mobilvermittlungsstellen
MSC verbundenen Basisstationssystemen BSS (BSS – Base Station Subsystem).
Ein Basisstationssystem BSS weist wiederum zumindest eine Einrichtung
RNC (RNC – Radio
Network Controller) zum Zuweisen von funktechnischen Ressourcen
sowie zumindest eine jeweils damit verbundene Basisstation NB (NB – Node B) auf.
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Eine
Basisstation NB kann über
eine Funkschnittstelle Verbindungen zu Teilnehmerstationen UE (UE – User Equipment)
aufbauen. Durch jede Basisstation NB wird zumindest eine Funkzelle
Z gebildet. Die Größe der Funkzelle
Z wird in der Regel durch die Reichweite eines Organisationskanals
(BCCH – Broadcast
Control Channel), der von den Basisstationen NB mit einer jeweils
maximalen und konstanten Sendeleistung gesendet wird, bestimmt.
Bei einer Sektorisierung oder bei hierarchischen Zellstrukturen
können
pro Basisstation NB auch mehrere Funkzellen Z versorgt werden. Die
Funktionalität
dieser Struktur ist auf andere Funk-Kommunikationssysteme übertragbar,
in denen die Erfindung zum Einsatz kommen kann.
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Das
Beispiel der
1 zeigt
zwei Teilnehmerstationen UE, die sich in der Funkzelle Z der Basisstation NB
befinden. Die Mobilstationen UE haben jeweils eine Kommunikationsverbindung
zu der Basisstation NB aufgebaut, auf der in Aufwärts- UL
und Abwärtsrichtung
DL eine Signalübertragung
eines gewählten
Dienstes erfolgt. Die Kommunikationsverbindungen werden durch den
Teilnehmerstationen UE zugeteilte unterschiedliche Spreizkodes c1,
c2, c3 separiert, wobei die Teilnehmerstationen UE jeweils alle
aktuell zugeteilten Spreizkodes c1, c2, c3 für den Empfang der Signale der
eigenen Kommunikationsverbindung gemäß dem beschriebenen Joint-Detection-Verfahren
nutzen. Während
der Verbindung werten die Teilnehmerstationen UE und die Basisstation
NB weiterhin periodisch Übertragungseigenschaften
der Funkschnittstelle per Kanalschätzung nach
DE 197 34 936 aus.
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Die
Rahmenstruktur der Funkübertragung
im TDD-Modus des UMTS-Mobilfunksystems,
in der das erfindungsgemäße Verfahren
vorteilhaft einsetzbar ist, ist aus der 2 ersichtlich. Gemäß einer TDMA-Komponente ist
eine Aufteilung eines breitbandigen Frequenzbereiches in mehrere
Zeitschlitze ts gleicher Zeitdauer, beispielsweise 15 Zeitschlitze
ts0 bis ts14 vorgesehen, die einen Zeitrahmen fr bilden. Ein Zeitschlitz
ts ist für
einen Kanal RACH mit wahlfreien Vielfachzugriff zugeteilt.
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Ein
Frequenzband B erstreckt sich über
einen bestimmten Frequenzbereich. Ein Teil der Zeitschlitze wird
für die
Signalübertragung
in Abwärtsrichtung
DL und ein Teil der Zeitschlitze in Aufwärtsrichtung UL genutzt. Beispielhaft
ist ein Asymmetrieverhältnis
von 3:1 zugunsten der Abwärtsrichtung
DL gezeigt. Bei diesem TDD-Übertragungsverfahren
entspricht das Frequenzband B für
die Aufwärtsrichtung
UL dem Frequenzband B für
die Abwärtsrichtung
DL. Gleiches wiederholt sich für
weitere Trägerfrequenzen.
Durch die variable Zuordnung der Zeitschlitze ts für Auf- oder
Abwärtsrichtung
UL, DL können
vielfältige
asymmetrische Ressourcenzuteilungen vorgenommen werden.
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Innerhalb
der Zeitschlitze ts werden Informationen mehrerer Verbindungen in
Funkblöcken übertragen.
Die Daten d sind verbindungsindividuell mit einer Feinstruktur,
einem Spreizkode c, gespreizt, so daß empfangsseitig beispielsweise
n Verbindungen durch diese CDMA-Komponente (code division multiple
access) separierbar sind. Die Spreizung von einzelnen Symbolen der
Daten d bewirkt, daß innerhalb
der Symboldauer Tsym Q Chips der Dauer Tchip übertragen
werden. Die Q Chips bilden dabei den verbindungsindividuellen Spreizkode
c. In den Funkblöcken
ist weiterhin eine Kanalmeßsequenz
tseq angeordnet, der wie beschrieben einer Kanalschätzung dient.
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Die
verwendeten Parameter der Funkschnittstelle für beide Übertragungsmodi sind vorteilhafterweise:
| Chiprate: | 3,84
Mcps |
| Rahmendauer: | 10
ms |
| Anzahl
Zeitschlitze: | 15 |
| Dauer
eines Zeitschlitzes: | 666 μs |
| Spreizfaktor: | variabel |
| Modulationsart: | QPSK |
| Bandbreite: | 5
MHz |
| Frequenzwiederholungswert: | 1 |
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Diese
Parameter ermöglichen
eine bestmögliche
Harmonisierung für
TDD- und des FDD-Modus (FDD frequency division duplex) für die 3.
Mobilfunkgeneration.
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In
der 3 ist eine Tabelle
dargestellt, die beispielhaft die erfindungsgemäße Signalisierung der aktuellen
Anzahl n zugeteilter Spreizkodes c mittels einer Auswahl und/oder
Anzahl von Kanalmeßsequenzen tseq
offenbart. Bei einer Verwendung von vier Kanalmeßsequenzen tseq1...tseq4 sind
15 unterschiedlichen Mengen von zugeteilten Spreizkodes c darstellbar.
In dem angegebenen Beispiel stehen 15 Spreizkodes c1...c15 zur Verfügung, wobei
die Zuteilung der Spreizkodes c zu Kommunikationsverbindungen sukzessiv durchgeführt wird.
In der Art einer binären
Kodierung werden zur Darstellung einer bestimmten Anzahl n aktuell zugeteilter
Spreizkodes c verschiedene Kanalmeßsequenzen tseq und Kombinationen
mehrerer Kanalmeßsequenzen
tseq verwendet. Nach dem in der 1 dargestellten
Beispiel wird nach der Tabelle der 3 von der
Basisstation NB die erste tseq1 und die zweite Kanalmeßsequenz
tseq2 gesendet, da diese Kombination die aktuelle Zuteilung der
Spreizkodes c1, c2 und c3 in der Funkzelle Z der Basisstation NB
repräsentiert.
Die Teilnehmerstationen UE werten permanent die aktuell gesendeten
Kanalmeßsequenzen
tseq aus, da sie per se in Kenntnis der Anzahl und den Inhalt der
Kanalmeßsequenzen
tseq sind. Sie können
hierdurch in einfacher Weise detektieren, welche Kanalmeßsequenzen
tseq aktuell von der Basisstation NB gesendet werden und hieraus
wie beschrieben Rückschlüsse auf
die aktuelle Anzahl zugeteilter Spreizkodes c ziehen. Die Parameter
der Anzahl möglicher
Kanalmeßsequenzen
und deren Inhalt können
von Funkzelle zu Funkzelle des Funk-Kommunikationssystems unterschiedlich
sein und werden in der Regel den Teilnehmerstationen signalisiert.
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Neben
der bereits beschriebenen Signalisierung der aktuellen Anzahl n
zugeteilter Spreizkodes c können
auch beliebige andere teilnehmerspezifische Informationen durch
eine Kombination verschiedener Kanalmeßsequenzen tseq der Teilnehmerstation
UE signalisiert werden. Es lässt
sich beispielsweise den verschiedenen Teilnehmerstationen UE jeweils
eine individuelle Teilnehmeridentifikation TI zuordnen, welche aus
einer Kombination verschiedener Kanalmeßsequenzen tseq gebildet wird.
Zur effizienten paketorientierten Datenübertragung in Mobilfunknetzen
können
beispielsweise sogenannte "shared
channels" eingesetzt
werden. Verschiedenen Teilnehmerstationen UE werden diese Kanäle je nach
Bedarf zugeteilt. Diese sich ständig
verändernde
Zuteilung muß möglichst
schnell erfolgen (d.h. am besten in der physikalischen Schicht),
damit eine effiziente Ressourcenauslastung gegeben ist.
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Unterschiedliche
Teilnehmerstationen UE bekommen bei der Konfiguration des "shared channels" unterschiedliche
Kombinationen von Kanalmeßsequenzen
tseq als individuelle Teilnehmeridentifikation TI zugeordnet (über Signalisierungsmethoden
in höheren
Schichten). Im Betrieb des "shared
channels" wird dann
jeweils die Kombination von Kanalmeßsequenzen tseq, d.h. die individuelle
Teilnehmeridentifikation TI ausgesendet, die der Teilnehmerstation
UE zugeordnet ist, für
den im Moment Daten gesendet werden.
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Die
Kombination von Kanalmeßsequenzen
tseq kann der Teilnehmerstation UE beispielsweise über eine
einfache Binärcodierung
zugeordnet werden. Zur Erhöhung
der Zuverlässigkeit
kann jedoch auch ein beliebiger redundanter Code eines Kanalcodierungsverfahrens
(z.B. BCH-Code) eingesetzt werden. Dadurch läßt sich bei vorgegebener Maximalanzahl
von Kanalmeßsequenzen
tseq die Anzahl der identifizierbaren Teilnehmerstationen UE erhöhen. Im
UTRA-TDD System sind beispielsweise 8 Kanalmeßsequenzen tseq vorgesehen.
Durch Kombination der Kanalmeßsequenzen
tseq und einen einfachen binären
Code können
127 Teilnehmerstationen UE identifiziert werden.
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Die
Kodierung von teilnehmerspezifischen Informationen mittels Kombinationen
von Kanalmeßsequenzen
tseq kann auch dazu verwendet werden, die Leistung eines Senders,
im Uplink z.B. der Teilnehmerstation UE, mittels eines Empfängers, beispielsweise
der Basisstation NB, zu regeln (Power-Control-Loop). Auch im Downlink ist eine derartige
Signalisierung denkbar.
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Hierzu
steuert der Empfänger,
z.B. die Basisstation NB, die Sendeleistung durch die Übertragung
eines Signalisierungsbits (TPC, transmit power control) in der physikalischen
Schicht. Der Sender, z.B. die Teilnehmerstation UE, ändert seine
Sendeleistung in Abhängigkeit
des TPC-Bits (0 beziehungsweise 1) um eine vorgegebene Schrittweite
?P nach oben oder nach un ten. Die Kombination der Kanalmeßsequenzen
tseq kann verschiedenen Schrittweiten ΔP der Sendeleistungsänderung
zugeordnet werden. Die optimale Schrittweite ΔP hängt dabei von veränderlichen
Größen wie
beispielsweise den Kanaleigenschaften, der Geschwindigkeit des Empfängers oder
auch der Übertragungsrate
des TPC-Bits ab. Eine schnelle Änderung
der Schrittweite ΔP
ist daher wünschenswert.
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Die
Zuordnung kann folgendermaßen
ausgestaltet sein (bei Verwendung zweier Kanalmesssequenzen tseq1,
tseq2):
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Es
ist auch denkbar, dass die Anzahl der zu signalisierenden Werte,
z.B. die Anzahl der verwendeten CDMA-Codes, höher ist als die Anzahl der
möglichen
Kombinationen von Kanalmesssequenzen tseq, weil z.B. nicht genügend Kanalmesssequenzen
tseq zur Verfügung
stehen. In diesem Fall können
einer Kombination von Kanalmesssequenzen tseq mehrere in Frage kommende
Anzahlen von CDMA-Codes zugeordnet werden. Die Teilnehmerstation
UE muß danach
in einem weiteren Schritt die Anzahl der tatsächlich aktiven CDMA-Codes ermitteln.
Dies geschieht beispielsweise durch Korrelation mit sämtlichen
Codesequenzen und anschließender
Schwellwertentscheidung.
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Jedoch
kann es aufgrund von additivem Rauschen und Kreuzkorrelationen zu
Fehldetektionen kommen, d.h. es wird eine unrichtige Anzahl aktiver
CDMA-Codes bestimmt. Um die Zahl der Fehlentscheidungen möglichst
gering zu halten, wird erfindungsgemäß das Zuordnungsschema der
Kombinationen der Kanal messsequenzen tseq zu der Anzahl der verwendeten
CDMA-Codes derart gewählt,
dass die Differenz der jeweiligen Anzahlen der CDMA-Codes, die durch
eine Kombination von Kanalmesssequenzen tseq, ein sogenanntes Codewort,
abgebildet werden, maximal ist. Es ist ferner vorteilhaft, wenn
die Differenz der jeweiligen Anzahlen von CDMA-Codes bei allen Codewörtern möglichst
gleich ist.
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Ein
derartiges Zuordnungsschema kann beispielsweise folgendermaßen aussehen:
Anzahl
der Kanalmesssequenzen tseq: 3
Anzahl der Codeworte: 7
Anzahl
CDMA-Codes: 16
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In
diesem ausgewählten
Fall beträgt
die Differenz der Anzahl der CDMA-Codes für alle Codewörter konstant
7. Je nach Anzahl der verwendeten Kanalmesssequenzen tseq und der
Anzahl der verwendeten CDMA-Codes können jedoch auch andere Zuordnungen
als die obenstehende gewählt
werden. Insbesondere können
auch anstelle des hier gewählten
binären
Codes beliebige redundante Codes eingesetzt werden.
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Eine
Zuordnung, wie in obenstehender Tabelle abgebildet, ist erfindungsgemäß nicht
auf die Darstellung aktiver CDMA-Codes beschränkt, sondern kann für beliebige
teilnehmerspezifische Informationen, wie z.B. Informationen zur
Leistungsregelung oder zur Teilnehmeridentifikation eingesetzt werden.
