DE102005001149A1 - Code sequence and radio station - Google Patents

Abstract

Codefolge, die durch die Zeile einer Code-Matrix beschrieben wird, wobei die Code-Matrix durch folgende Schritte erhältlich ist: Bilden einer Hadamardmatrix der Länge n und Vertauschen von Spalten der Hadamardmatrix.Code sequence described by the line of a code matrix, the code matrix being obtainable by the steps of: forming a Hadamard matrix of length n and interchanging columns of the Hadamard matrix.

Description

Die Erfindung betrifft sowohl Codefolgen als auch Funkstationen, insbesondere Mobilstationen oder Basisstationen, die zur Verwendung von Codefolgen entsprechend eingerichtet sind.The The invention relates to both code sequences and radio stations, in particular Mobile stations or base stations that use code sequences are set up accordingly.

Die rasante technische Entwicklung auf dem Gebiet der Mobilfunkkommunikation führte in den letzten Jahren zur Entwicklung und Standardisierung der so genannten dritten Generation von Mobilfunksystemen, insbesondere dem UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), mit denen unter anderem das Ziel verfolgt wird, den Nutzern von Mobilstationen, wie beispielsweise Mobiltelefonen, erhöhte Datenraten zur Verfügung zu stellen.The rapid technical development in the field of mobile communications led in recent years to develop and standardize the so third generation of mobile radio systems, in particular the UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) with which among other things, the goal for users of mobile stations, such as mobile phones, increased data rates available put.

Gerade in den letzten Monaten bildet ein so genannter Enhanced-Up-Link einen Schwerpunkt dieser Entwicklungs- und Standardisierungsaktivitäten. Mit diesem Enhanced-Up-Link sollen für die Verbindung von einer Mobilstation zu einer Basisstation erhöhte Datenraten zur Verfügung gestellt werden. Zum Aufbau bzw. zur Aufrechterhaltung eines solchen Enhanced-Up-Links sind die Signalisierungskanäle E-HICH (Enhanced Up Link Dedicated Channel Hybrid ARQ Indicator Channel) und E-RGCH (Enhanced Up Link Dedicated Channel Relative Grant Channel) in der Richtung von der Basisstation an die Mobilstation vorgesehen.Just in recent months forms a so-called Enhanced-Up-Link a focus of these development and standardization activities. With This Enhanced-Up-Link should be for the connection from a mobile station to a base station increases data rates to disposal be put. To build or maintain such Enhanced-up links are the signaling channels E-HICH (Enhanced Up Link Dedicated Channel Hybrid ARQ Indicator Channel) and E-RGCH (Enhanced Up Link Dedicated Channel Relative Grant Channel) in the direction from the base station to the mobile station intended.

Mit dem E-HICH wird ein "Acknowledge" oder ein "Not-Acknowlegde" an die Mobilstation signalisiert, je nachdem, ob ein Paket von der Basisstation korrekt empfangen wurde oder nicht.With the E-HICH becomes an "acknowledge" or an "emergency acknowledgment" to the mobile station signals, depending on whether a packet from the base station is correct was received or not.

Mit dem E-RGCH wird an die Mobilstation signalisiert, ob sie mit höherer, gleicher oder niedrigerer Datenrate senden darf.With the E-RGCH is signaled to the mobile station, if they with higher, same or lower data rate.

Die Daten, insbesondere Datenbits, die über diese genannten Signalisierungskanäle, insbesondere über denselben Funkkanal, an verschiedene Mobilstationen gesendet werden, werden zur Teilnehmerseparierung mit einer Codefolge, auch Signatursequenz genannt, gespreizt.The Data, in particular data bits, via said signaling channels, in particular via the same Radio channel, to be sent to different mobile stations for subscriber separation with a code sequence, also signature sequence called, spread.

Da beispielsweise innerhalb des gleichen Funkkanals verschiedene Daten an verschiedene Mobilstationen gesendet werden, ist es erforderlich, den verschiedenen Daten entsprechend verschiedene Codefolgen aufzuprägen, um den Mobilstationen so zu ermöglichen, die über diesen Funkkanal empfangenen Daten voneinander zu trennen und in einer Mobilstation nur die an diese Mobilstation gerichteten Daten weiterzuverarbeiten.There for example, within the same radio channel different data be sent to different mobile stations, it is necessary To impose different code sequences according to different data to enable the mobile stations so the above this data received radio data from each other and in a mobile station only the data directed to this mobile station further processing.

Während der Enhanced-Up-Link-Kanal eine Datenübertragung von der Mobilstation zur Basisstation betrifft, beschreiben die genannten Signalisierungskanäle, E-HICH und E-RGCH, die Richtung von der Basisstation zu verschiedenen Mobilstationen.During the Enhanced-Up-Link channel data transmission from the mobile station pertaining to the base station, the said signaling channels, E-HICH and E-RGCH, the direction from the base station to various mobile stations.

Es ist nun das Ziel weltweiter Entwicklungsbemühungen, einen Satz von Codefolgen oder Signatursequenzen anzugeben, die eine effiziente Realisierung dieser genannten Signalisierungskanäle ermöglichen.It is now the goal of worldwide development efforts, a set of code sequences or to specify signature sequences that provide efficient implementation enable these signaling channels.

Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine technische Lehre anzugeben, die eine effiziente Realisierung der genannten Signalisierungskanäle ermöglicht.Of the The invention is therefore based on the problem, a technical teaching specify, which allows efficient implementation of said signaling channels.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Zweckmäßige und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche definiert.These The object is solved by the features of the independent claims. Appropriate and advantageous developments of the invention are characterized by the features the dependent claims Are defined.

Die Erfindung beruht dabei zunächst auf dem Gedanken, Codefolgen zu verwenden, die zueinander orthogonal sind. Dies hat den Vorteil, dass ein Empfänger (beispielsweise ein Mobilstation), der mit seiner Codefolge auf eine Empfangssignalfolge korreliert, die nicht für ihn bestimmt ist, im Idealfall kein Korrelationssignal erhält. Daher erweist sich in einem ersten Schritt die Verwendung von Codefolgen als vorteilhaft, welche die Zeilen einer Hadamardmatrix bilden, da die Zeilen einer Hadamardmatrix zueinander orthogonal sind.The The invention is based initially on the idea of using code sequences orthogonal to each other are. This has the advantage that a receiver (for example a mobile station), which correlates with its code sequence to a received signal sequence, not for it is determined, ideally receives no correlation signal. Therefore proves the use of code sequences in a first step advantageous that form the lines of a Hadamard matrix, because the lines of a Hadamard matrix are mutually orthogonal.

Hadamardmatrizen sind insbesondere definiert als Matrizen mit Elementen der Größe 1, deren Zeilen zueinander orthogonal sind, und deren Spalten zueinander orthogonal sind. Im Rahmen der Anmeldung soll aber der Begriff "Hadamardmatrix" allgemeiner alle Matrizen mit Elementen der Größe 1 beschreiben, deren Zeilen zueinander orthogonal sind.Hadamard matrices are defined in particular as matrices with size 1 elements whose rows are mutually orthogonal and whose columns are mutually orthogonal. In the context of the application, however, the term "Hadamard matrix" is more generally intended to describe all matrices with elements of size 1 whose Lines are mutually orthogonal.

Allerdings ergaben der Erfindung zugrunde liegende Untersuchungen, dass die Verwendung der Zeilen einer Hadamardmatrix als Codefolge zur Aufprägung auf Daten, insbesondere Datenbits, im genannten Anwendungsfall nicht zu den gewünschten Ergebnissen führt.Indeed The investigations underlying the invention showed that the Use of the lines of a Hadamard matrix as a code sequence for imprinting on Data, in particular data bits, not in the application mentioned to the desired ones Results.

Aufwändige Untersuchungen und Überlegungen führten zu der Erkenntnis, dass Frequenzfehler, insbesondere die Differenz der Sendefrequenz und der Empfangsfrequenz aufgrund einer Dopplerverschiebung, die Orthogonalität der Codefolgen in der praktischen Anwendung verringert oder verschlechtert. Diese Verringerung oder Verschlechterung der Orthogonalität von Codefolgen aufgrund eines Frequenzfehlers stellte sich gerade dann als besonders stark heraus, wenn als Codefolgen die Zeilen bekannter Hadamardmatrizen verwendet werden.Elaborate investigations and considerations led to the realization that frequency errors, especially the difference the transmission frequency and the reception frequency due to a Doppler shift, the orthogonality the code sequence in practical application decreases or worsens. This reduction or deterioration of the orthogonality of code sequences just because of a frequency error turned out to be special strong if, as a code sequence, the lines of known Hadamardmatrizen be used.

Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung ist daher die Erkenntnis, für die Realisierung der oben genannten Signalisierungskanäle Codefolgen zu verwenden, deren Orthogonalität zueinander auch beim Vorliegen eines Frequenzfehlers möglichst nicht beeinträchtigt wird. Gegenstand der Erfindung ist daher auch ein Satz von Codefolgen, insbesondere der Länge 40, für den gilt, dass die Codefolgen zueinander orthogonal sind und dass das Maximum von

minimal ist, wobei das Maximum für alle möglichen Paare s und e, wobei s ungleich e ist, gebildet wird, C(s,i) das Element der Codematrix in Zeile s und Spalte i ist, und die Summe über alle Spalten der Codematrix ausgeführt wird.An essential aspect of the invention is therefore the recognition to use for the realization of the above signaling channels code sequences whose orthogonality to each other is not affected as possible even in the presence of a frequency error. The subject matter of the invention is therefore also a set of code sequences, in particular of length 40, for which it holds that the code sequences are mutually orthogonal and that the maximum of

is minimal, with the maximum being formed for all possible pairs s and e, where s is unequal to e, C (s, i) is the element of the code matrix in line s and column i, and the sum is made over all columns of the code matrix becomes.

Im Rahmen der Erfindung liegt auch eine Codefolge, die durch die Zeile einer Codematrix beschrieben wird, wobei die Codematrix durch folgende Schritte erhältlich ist:

• – Bilden einer Hadamardmatrix der Länge n;
• – Vertauschen von Spalten der Hadamardmatrix.

Within the scope of the invention is also a code sequence which is described by the line of a code matrix, the code matrix being obtainable by the following steps:

• Forming a Hadamard matrix of length n;
• - Swap columns of the Hadamard matrix.

Aufwändige Simulationen mit eigens für diesen Zweck erstellten Simulationswerkzeugen ergaben, dass Codefolgen, die durch die Zeilen einer derart gebildeten Codematrix beschrieben werden, auch bei einem Frequenzfehler ihre Orthogonalität zueinander möglichst gut bewahren, und so den Mobilstationen eine gute Separierbarkeit von Signalen, die auf einer Spreizung mit derartigen Codefolgen basieren, ermöglichen.Elaborate simulations with specially for simulation tools created for this purpose showed that code sequences, described by the lines of a code matrix thus formed be, even with a frequency error their orthogonality to each other preferably well, and so the mobile stations a good separability of signals that are on a spread with such code sequences based, allow.

Eine weitere Verbesserung ergibt sich bei der Verwendung von Codefolgen, die einer Codematrix entnommen werden, welche durch folgende Schritte erhältlich ist:

• – Nummerierung der n Spalten der Hadamardmatrix von 0 bis n-1;
• – Gruppierung der Spalten in Spalten mit gerader Nummer ( 0, 2, 4, ... n-2) und in Spalten mit ungerader Nummer (1, 3, 5, .., n-1);
• – Vertauschen der Spalten der Hadamardmatrix derart, dass die Gruppe der Spalten mit gerader Nummer die ersten n/2 Spalten der Codematrix bilden, und dass die Gruppe der Spalten mit ungerader Nummer die letzten n/2 Spalten der Codematrix bilden.

A further improvement results from the use of code sequences taken from a code matrix which can be obtained by the following steps:

• Numbering of the n columns of the Hadamard matrix from 0 to n-1;
• - Grouping of columns in even-numbered columns (0, 2, 4, ... n-2) and in odd-numbered columns (1, 3, 5, ..., n-1);
• Swapping the columns of the Hadamard matrix such that the group of even-numbered columns form the first n / 2 columns of the code matrix, and that the group of odd-numbered columns form the last n / 2 columns of the code matrix.

Im Rahmen der Erfindung liegen selbstverständlich auch Funkstationen, insbesondere Basisstationen und Mobilstationen, die geeignet eingerichtet sind, erfindungsgemäße Codefolgen, insbesondere zur Übertragung der oben genannten Signalisierungskanäle zu verwenden. Dabei können die über diese Signalisierungskanäle zu übertragenden Datenbits sendeseitig zur besseren Separierbarkeit mit den erfindungsgemäßen Codefolgen multipliziert (gespreizt) werden. Empfangsseitig kann der Empfänger zur besseren Separierung der empfangenen Signale eine erfindungsgemäße Codefolge mit den empfangenen Signalen korrelieren, d.h. Korrelationssummen bilden und diese entsprechend weiterverarbeiten.in the Naturally, the scope of the invention also includes radio stations. in particular, base stations and mobile stations that are suitably equipped are, code sequences according to the invention, in particular for transmission to use the above signaling channels. It can over this signaling channels to be transferred Data bits on the transmission side for better separability with the code sequences according to the invention multiplied (spread). At the receiving end, the receiver to better separation of the received signals a code sequence according to the invention correlate with the received signals, i. correlation sums form and process them accordingly.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher beschrieben. Dabei zeigen:in the Following are exemplary embodiments the invention described in more detail with reference to figures. Showing:

1 eine vereinfachte Darstellung einer Up-Link- bzw. Down-Link-Verbindung; 1 a simplified representation of an up-link or down-link connection;

2 eine Code-Matrix; 2 a code matrix;

3 ein Simulationsergebnis. 3 a simulation result.

1 zeigt zwei (Enhanced Uplink-) Datenkanäle EU0 und EU1 von zwei Mobilstationen MSO und MS1 zu einer Basisstation BS eines UMTS-Systems. 1 shows two (Enhanced Uplink) data channels EU0 and EU1 from two mobile stations MSO and MS1 to a base station BS of a UMTS system.

Zum Aufbau bzw. zur Aufrechterhaltung eines solchen Enhanced-Up-Links sind die Signalisierungskanäle E-HICHO und E-HICH1 (Enhanced Up Link Dedicated Channel Hybrid ARQ Indicator Channel) und E-RGCH0 und E-RGCH1 (Enhanced Up Link Dedicated Channel Relative Grant Channel) in der Richtung von der Basisstation BS zu den Mobilstationen MSO,MS1 vorgesehen.To the Establishment or maintenance of such an Enhanced-Up-Links are the signaling channels E-HICHO and E-HICH1 (Enhanced Up Link Dedicated Channel Hybrid ARQ Indicator Channel) and E-RGCH0 and E-RGCH1 (Enhanced Up Link Dedicated Channel Relative Grant Channel) in the direction of the base station BS to the mobile stations MSO, MS1 provided.

Um die von der Basisstation BS an die Mobilstationen MSO,MS1 innerhalb eines Funkkanals (gleiche Zeit- und Frequenzressource) realisierten Signalisierungskanäle empfangsseitig für die verschiedenen Mobilstationen MSO,MS1 separierbar zu machen, werden den über diese Signalisierungskanäle zu übertragenden Datenbits sendeseitig (basisstationsseitig) verschiedene Codefolgen aufgeprägt.Around from the base station BS to the mobile stations MSO, MS1 within a radio channel (same time and frequency resource) realized signaling channels reception side for to make the different mobile stations MSO, MS1 separable, be the over these signaling channels to be transmitted data bits On the transmitting side (base station side) imprinted different code sequences.

Die Funkstationen (Mobilstationen, Basisstationen) sind hardwaretechnisch oder softwaretechnisch so eingerichtet, dass zur Übertragung von Daten erfindungsgemäße Codefolgen verwendet werden, insbesondere zu sendende Daten mit einer erfindungsgemäßen Codefolge multipliziert werden (gespreizt wer den) oder empfangene Signale mit einer erfindungsgemäßen Codefolge korreliert werden.The Radio stations (mobile stations, base stations) are hardware-technical or software so arranged that for transmission data sequences according to the invention be used, in particular data to be transmitted with a code sequence according to the invention be multiplied (spread who the) or received signals with a code sequence according to the invention be correlated.

Beispielsweise weist eine Basisstation eine Sendeeinrichtung zum Senden von Daten an verschiedene Teilnehmer auf und eine Prozessoreinrichtung, die derart eingerichtet ist, dass Daten, die an verschiedene Teilnehmer gerichtet sind, verschiedene Codefolgen aufgeprägt werden, wobei die Codefolgen einer Codematrix entnommen werden, die durch folgende Schritte erhältlich ist:

• - Bilden einer Hadamardmatrix der Länge n;
• - Vertauschen von Spalten der Hadamardmatrix.

For example, a base station has a transmitting device for transmitting data to different subscribers and a processor device which is set up such that data directed to different subscribers are impressed on different code sequences, the code sequences being taken from a code matrix by the following steps available is:

• Forming a Hadamard matrix of length n;
• - Swap columns of the Hadamard matrix.

Gemäß einer Ausführungsvariante werden die Codefolgen einer Codematrix entnommen, die durch folgende Schritte erhältlich ist:

• – Nummerierung der n Spalten der Hadamardmatrix von 0 bis n-1;
• – Gruppierung der Spalten in Spalten mit gerader Nummer ( 0, 2, 4, ... n-2) und in Spalten mit ungerader Nummer (1, 3, 5, .., n-1);
• – Vertauschen der Spalten der Hadamardmatrix derart, dass die Gruppe der Spalten mit gerader Nummer die ersten n/2 Spalten der Codematrix bilden, und dass die Gruppe der Spalten mit ungerader Nummer die letzten n/2 Spalten der Codematrix bilden.

According to one embodiment variant, the code sequences are taken from a code matrix which can be obtained by the following steps:

• Numbering of the n columns of the Hadamard matrix from 0 to n-1;
• - Grouping of columns in even-numbered columns (0, 2, 4, ... n-2) and in odd-numbered columns (1, 3, 5, ..., n-1);
• Swapping the columns of the Hadamard matrix such that the group of even-numbered columns form the first n / 2 columns of the code matrix, and that the group of odd-numbered columns form the last n / 2 columns of the code matrix.

Beispielsweise weist eine Mobilstation eine Empfangseinrichtung zum Empfang einer Empfangssignalfolge auf und eine Prozessoreinrichtung, die derart eingerichtet ist, dass die Empfangssignalfolge entsprechend mit einer der oben genannten Codefolgen korreliert wird.For example a mobile station has a receiving device for receiving a Receive signal sequence and a processor device, the like is set up that the received signal sequence accordingly with one of the above code sequences is correlated.

Der besseren Separierbarkeit wegen sollen diese Codefolgen zueinander orthogonal sein. Das bedeutet, dass ein Empfänger (beispielsweise eine Mobilstation), der auf eine Zeile (Codefolge) korreliert, kein Signal erhält, wenn eine andere Zeile (Codefolge) gesendet wurde:
Das empfangene Signal E ist dann, wenn der Sender die Sequenz (Codefolge) s sendet und der Empfänger auf die Sequenz (Codefolge) e korreliert:

dabei stellt C(s,i) das i-te Element der sendeseitig verwendeten Codefolge dar und C(e,i) das i-te Element der empfangsseitig verwendeten Codefolge.For better separability because of these code sequences should be mutually orthogonal. This means that a receiver (such as a mobile station) that correlates to one line (code train) will not receive a signal if another line (code train) has been sent:
The received signal E is when the transmitter transmits the sequence (code sequences) s and the receiver correlates to the sequence (code sequence) e:

where C (s, i) represents the i-th element of the code sequence used on the transmitting side, and C (e, i) represents the i-th element of the code sequence used at the receiving end.

Somit interferieren Aussendungen für andere Benutzer basierend auf der Codefolge s nicht mit den Aussendungen für einen vorgegebenen Nutzer, der Daten auf der Basis der Codefolge e erwartet. Diese perfekte Orthogonalität geht aber verloren, wenn die Signale einen Frequenzfehler aufweisen. Dann gilt:

Thus, transmissions for other users based on the code sequence s do not interfere with the transmissions for a given user who expects data based on the code sequence e. However, this perfect orthogonality is lost if the signals have a frequency error. Then:

Dabei bezeichnet f den Wert des Frequenzfehlers, t(i)=Ti ist die Zeit, zu der das i-te Bit übertragen wird, T die Dauer eines Bits. Wie in der Signalverarbeitung üblich wird komplex gerechnet. Hierbei wird davon ausgegangen, dass das i-te Symbol zur Zeit T mal i gesendet wird. Dies ist streng genommen nur dann der Fall, wenn die Bit seriell hintereinander über tragen werden. Es ist auch möglich beispielsweise zwei Bit parallel zur gleichen Zeit zu übertragen, beispielsweise durch Anwendung eines so genannten I-Q Multiplex-Verfahrens, d.h. in einem komplexen Sendesignal wird das eine Bit als Realteil und das andere als Imaginärteil übertragen. In diesem Fall werden jeweils zwei Bit zur gleichen Zeit übertragen, so dass t(i)= (int(i/2)·2 + 0,5)·T ist. int() bezeichnet hier den ganzzahligen Anteil. Der Unterschied zwischen diesen beiden Fällen beträgt aber nur 0,5T und ist im Allgemeinen zu vernachlässigen, so dass auf diese Feinheit im Folgenden nicht weiter eingegangen wird.Where f denotes the value of the frequency error, t (i) = Ti is the time at which the i-th bit is transmitted, T is the duration of one bit. As usual in signal processing, the calculation is complex. Here it is assumed gone that the i-th symbol is sent at time T times i. Strictly speaking, this is only the case if the bits are transmitted serially one behind the other. It is also possible, for example, to transmit two bits in parallel at the same time, for example by using a so-called IQ multiplex method, ie in a complex transmission signal the one bit is transmitted as a real part and the other as an imaginary part. In this case, two bits each are transmitted at the same time, so that t (i) = (int (i / 2) * 2 + 0.5) * T. int () denotes the integer part here. However, the difference between these two cases is only 0.5T and is generally negligible so that this fineness will not be discussed further below.

Somit beeinflussen sich Aussendungen gegenseitig, d.h. wenn Daten an eine Mobilstation auf der Basis der Codefolge s gesendet werden, so stört dies den Empfang an der Mobilstation, die Daten auf der Basis der Codefolge e erwartet.Consequently emissions affect each other, i. if data to one Mobile station to be sent based on the code sequence s, this bothers the reception at the mobile station, the data based on the code sequence e expected.

Diese Störung wird durch die vorliegende Erfindung gering gehalten.These disorder is kept low by the present invention.

Es wäre optimal, wenn man Sätze (Codematrizen) von orthogonalen Sequenzen (Codefolgen) finden könnte, welche auch bei Vorliegen eines Frequenzfehlers gute Eigenschaften haben. Insbesondere sollte im schlimmsten Fall die oben genannte Beeinflussung für das schlechteste Paar von Sequenzen möglichst gering sein. Ziel der Erfindung ist es daher auch, ein Verfahren zum Generieren solcher Sequenzen und die Anwendung dieser Sequenzen für Zwecke der Übertragung anzugeben.It would be optimal, if you have sentences (Code matrices) of orthogonal sequences (code sequences) could find which have good properties even in the presence of a frequency error. In particular, in the worst case, the above influence should for the worst pair of sequences should be as low as possible. goal of It is therefore also an object of the invention to provide a method for generating such Sequences and the use of these sequences for purposes of transmission specify.

Quadratische Matrizen mit n orthogonalen Zeilen werden auch Hadamardmatrizen genannt. Das folgende Bildungsgesetz zur Konstruktion einer Hadamardmatrix der Länge 2n aus einer Matrix der Länge n ist allgemein bekannt und wird vielfach angewendet:

Square matrices with n orthogonal lines are also called Hadamard matrices. The following law of formation for constructing a Hadamard matrix of length 2n from a matrix of length n is well known and widely used:

Ausgehend von der Hadamardmatrix H2 der Länge 2 lassen sich damit Matrizen deren Länge eine Zweierpotenz ist erzeugen:

Starting from the Hadamard matrix H2 of length 2, it is possible to generate matrices whose length is a power of two:

Des Weiteren sind Hadamardmatrizen der Länge 20 bekannt, aus denen sich mit dieser Regel Matrizen der Länge 40, 80, 160 ... generieren lassen.Of Furthermore, 20-length Hadamard matrices are known, which make up with this rule matrices of length 40, 80, 160 ... can be generated.

Es zeigt sich nun aber, dass mit dieser Regel erzeugte Matrizen der Länge 2n eine besonders schlechte Eigenschaft beim Vorliegen von Frequenzfehlern haben, d.h. der Verlust der Orthogonalität besonders groß ist. Die Beeinflussung der Zeilen k und n+k (wobei k<n) ist hierbei besonders groß. Das liegt daran, dass zwei solche Zeilen in den ersten n Elementen identisch sind, wohingegen sie in den letzten n Elementen entgegen gesetzte Vorzeichen aufweisen. Der Korrelationsbeitrag der ersten Hälfte wird somit erst in der zweiten Hälfte korrigiert. Da der Frequenzfehler aber mit der Zeit zunimmt, ist diese Korrektur durch den somit schon relativ starken Einfluss des Frequenzfehlers schon vergleichsweise stark verfälscht.It However, it turns out that the matrices generated by this rule are the Length 2n a particularly bad feature in the presence of frequency errors have, i. the loss of orthogonality is especially great. The Influencing the lines k and n + k (where k <n) is particularly large. It lies Remember that two such lines are identical in the first n elements whereas in the last n elements they are opposed Have sign. The correlation contribution of the first half becomes thus corrected only in the second half. However, as the frequency error increases with time, this correction is by the thus already relatively strong influence of the frequency error already comparatively strongly falsified.

Es zeigt sich, dass sich bei einer bestimmten Vertauschung von Spalten einer Hadamardmatrix die Orthogonalitätseigenschaften (ohne Frequenzfehler) nicht ändern, die Spaltenvertauschung aber durchaus Einfluss auf die Orthogonalitätseigenschaften bei Frequenzfehler hat. Es sind daher zur Opti mierung der Orthogonalitätseigenschaften bei Frequenzfehlern geeignete Spaltenvertauschungen realisierbar.It shows that at a certain exchange of columns a Hadamard matrix the orthogonality properties (without frequency error) do not change, but the column reversal definitely influences the orthogonal properties at frequency error has. It is therefore for optimizing the orthogonal properties suitable for a frequency errors column interchanges feasible.

Eine Spaltenvertauschung, die sich in Simulationen als besonders vorteilhaft herausgestellt hat ist die folgende:
Der Algorithmus wird hier für die Konvention beschrieben, dass die Spalten beginnend mit 0 (nicht mit 1) gezählt werden, lässt sich aber selbstverständlich auch für andere Nummerierungskonventionen anpassen.A column interchange, which has been found to be particularly advantageous in simulations, is the following:
The algorithm is described here for the convention that the columns are counted starting with 0 (not 1), but can of course also be adapted to other numbering conventions.

Aus der Matrix C2n wählt man die geraden Spalten aus (Spalten 0, 2, 4, ... 2n-2) und setzt sie auf die Spalten 0 bis n-1. Die ungeraden Spalten (Spalten 1, 3, 5, ... 2n-1) setzt man auf die Spalten n bis 2n-1. Die Reihenfolge innerhalb der geraden bzw. ungeraden Spalten wird beibehalten. Man verwendet also die folgende Permutation: 0, 2, 4, 6, ... 2n-4, 2n-4, 1, 3, 5, 7, ... 2n-3, 2n-1.Out the matrix C2n chooses you put out the even columns (columns 0, 2, 4, ... 2n-2) and set on the columns 0 to n-1. The odd columns (columns 1, 3, 5, ... 2n-1) one puts on the columns n to 2n-1. The chronological order within the even or odd columns is maintained. you uses the following permutation: 0, 2, 4, 6, ... 2n-4, 2n-4, 1, 3, 5, 7, ... 2n-3, 2n-1.

Die gerade dargestellte Spaltenvertauschung ist äquivalent zu folgendem alternativen Konstruktionsprinzip (im Übrigen führt dieses Konstruktionsprinzip auch noch zu einer äquivalenten Zeilenvertauschung. Zeilenvertauschungen sind aber irrelevant für das zu lösende Problem.)The Column interchange just shown is equivalent to the following alternative Construction principle (by the way leads this Construction principle even to an equivalent line interchanging. row substitutions but are irrelevant to the one to be solved Problem.)

Eine Hadamardmatrix der Dimension 2n wird dadurch generiert, dass man alle Elemente der Hadamardmatrix der Dimension 2n durch die elementare 2er Hadamardmatrix ersetzt, multipliziert mit dem Wert des Elementes. d. h. man ersetzt in der Matrix

A Hadamard matrix of dimension 2n is generated by replacing all elements of the Hadamard matrix of dimension 2n by the elementary 2-integer Hadamard matrix, multiplied by the value of the element. ie one replaces in the matrix

Dadurch erhält man eine Matrix mit der doppelten Dimension.Thereby receives a matrix with the double dimension.

Als besonders vorteilhaft erwies sich folgende Konstruktionsweise für eine Codematrix: – Generierung einer Hadamardmatrix C20 der Länge 20 als eine sog. Williamson-Matrix, sie kann generiert werden als:

The following construction method proved particularly advantageous for a code matrix: generation of a Hadamard matrix C20 of length 20 as a so-called Williamson matrix, it can be generated as:

Wobei A bzw. C jeweils 5 mal 5 Matrizen sind mit Zeilen die aus den zyklische Vertauschungen der Folgen [–1 1 1 1 1] bzw. [1 –1 1 1 –1] bestehen und D = 2I – C wobei I die 5 mal 5 Einheitsmatrix darstellt, damit enthält D die zyklischen Vertauschungen der Folge [1 –1 –1 1].In which A and C each 5 times 5 matrices are with lines from the cyclic Exchange of consequences [-1 1 1 1 1] or [1 -1 1 1 -1] exist and D = 2I - C where I represents the 5 by 5 unit matrix, thus D contains the cyclic permutations of the sequence [1 -1 -1 1].

Die Williamson Matrix ist somit die folgende Matrix, wobei die einzelnen 5er Blöcke hervorgehoben sind:

• – Generierung einer Hadamardmatrix der Länge 40 aus dieser Matrix der Länge 20;
• – Nummerierung der 40 Spalten der Hadamardmatrix von 0 bis 39;
• – Gruppierung der Spalten in Spalten mit gerader Nummer (0, 2, 4, ... 38) und in Spalten mit ungerader Nummer (1, 3, 5, ..., 39);
• – Vertauschen der Spalten der Hadamardmatrix derart, dass die Gruppe der Spalten mit gerader Nummer die ersten 20 Spalten der Codematrix bilden, und dass die Gruppe der Spalten mit ungerader Nummer die letzten 20 Spalten der Codematrix bilden;
• - Vertauschen der Spalten 12 und 37.

The Williamson matrix is thus the following matrix, with the individual blocks of 5 highlighted:

• - Generation of a Hadamard matrix of length 40 from this matrix of length 20;
• Numbering of the 40 columns of the Hadamard matrix from 0 to 39;
• - Grouping of columns in even-numbered columns (0, 2, 4, ... 38) and in odd-numbered columns (1, 3, 5, ..., 39);
• Swapping the columns of the Hadamard matrix such that the group of even-numbered columns form the first 20 columns of the code matrix, and that the group of odd-numbered columns form the last 20 columns of the code matrix;
• - Swap columns 12 and 37.

Des Weiteren kann man Spaltenvertauschungen auch schon bei der Hadamardmatrix der Länge 20 durchführen, danach daraus die 40er Hadamardmatrix generieren, und dann weitere Spaltenvertauschungen auf der 40er Hadamardmatrix durchführen. Dies hat den Vorteil, dass man mit einer besseren 20er Hadamardmatrix startet, was auch eine bessere 40er Hadamardmatrix zur Folge hat, so dass dieses Verfahren schneller zu einer guten Lösung führt, als wenn man nur auf der 40er Hadamardmatrix Spaltenvertauschungen durchführen würde.Of Furthermore one can column interchanges already with the Hadamardmatrix the length Perform 20, then generate the 40's Hadamard matrix and then others Perform column interchanges on the 40's Hadamard matrix. This has the advantage of having a better 20's Hadamard matrix starts, which also results in a better 40's Hadamard matrix, so that this procedure leads faster to a good solution than if you were to do column interchanges only on the 40's Hadamard matrix.

In einer computerunterstützten Suche wurden dabei die folgenden Spaltenvertauschungen als besonders günstig festgestellt:

• – Auf der 20er Hadamardmatrix vertausche die Spalten (5,6), (0,4), (6,9), (0,1) (Hinweis: Da die Spalte 0 zweimal vertauscht wird, entspricht das einer zyklische Vertauschung der Spalten (1, 4, 0); die Permutation gegenüber der ursprünglichen 20er Hadamardmatrix ist dann (1, 4, 2, 3, 0, 8, 9, 7, 5, 6, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19);
• – Generiere dann nach einer der oben genannten Vorschriften die 40er Hadamardmatrix, und vertausche dann die Spalten (1,10), (3,4)

In a computer-aided search, the following column interchanges were found to be particularly favorable:

• - On the 20's Hadamard matrix, the columns (5,6), (0,4), (6,9), (0,1) (see: Note: Since the column 0 is reversed twice, this corresponds to a cyclic permutation of the columns ( 1, 4, 0), the permutation from the original 20's Hadamard matrix is then (1, 4, 2, 3, 0, 8, 9, 7, 5, 6, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 , 17, 18, 19);
• - Then generate the 40's Hadamard matrix according to one of the above instructions, and then exchange the columns (1,10), (3,4)

Dies ergibt die in 2 dargestellte optimierte Matrix. Das Maximum der Nebenkorrelationen beträgt bei dieser Matrix 3,89 was mit dem Wert der ursprünglichen Matrix von 8,26 zu vergleichen ist. Das bedeutet eine Unterdrückung für den Empfang von Aussendungen für andere Mobilstationen von 6,54dB.This gives the in 2 illustrated optimized matrix. The maximum of the sub-correlations in this matrix is 3.89, which is comparable to the value of the original matrix of 8.26. This means suppression for receiving transmissions for other mobile stations of 6.54dB.

Eine weitere, noch bessere Optimierung ist durch folgende Operationen erhältlich:

• – Auf der 20er Hadamardmatrix vertausche die Spalten (6,9), (10,13), (0,3), (16,19), (0,1), (18,19), (5,7), (12,14), (1,2), (17,18)
• – Generiere dann nach einer der oben genannten Vorschriften die 40er Hadamardmatrix, und vertausche dann die Spalten (6,9), (11,14), (6,10), (14,16), (3,4), (13,14), (2,3), (17,18).

Another, even better, optimization is available through the following operations:

• - On the 20's Hadamard matrix, replace the columns (6,9), (10,13), (0,3), (16,19), (0,1), (18,19), (5,7), (12,14), (1,2), (17,18)
• Then generate the 40th Hadamard matrix according to one of the above instructions, and then exchange the columns (6,9), (11,14), (6,10), (14,16), (3,4), (13 , 14), (2,3), (17,18).

Das Maximum der Nebenkorrelationen beträgt bei dieser Matrix 3,7406.The Maximum of the secondary correlations in this matrix is 3.7406.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht daher folgende Schritte zur Bildung einer besonders vorteilhaften Codematrix vor:

• - C und D seien Hadamardmatrizen,
• -
  

A development of the invention therefore provides the following steps for the formation of a particularly advantageous code matrix:

• - C and D are Hadamard matrices,
• -
  

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht folgende Schritte zur Bildung einer besonders vorteilhaften Codematrix vor:

• - C und D seien Hadamardmatrizen,
• - bilde eine Codematrix gemäß:
  

A development of the invention provides the following steps for the formation of a particularly advantageous code matrix:

• - C and D are Hadamard matrices,
• - form a code matrix according to:
  

Diese Codematrizen lassen sich durch oben genannte Spaltenvertauschungsschritte weiter optimieren.These Code matrices can be achieved by the above-mentioned column interchange steps continue to optimize.

In 3 ist die Verteilung der Korrelationen bei Frequenzfehler angetragen und zwar für den Stand der Technik (UMTS) und das vorgestellte Verfahren mit der oben gezeigten optimierten Spaltenvertauschung (Gruppiere gerade und ungera de Spalten), was äquivalent ist zum Verfahren der alternativen Generierung der Matrix (aber ohne die o.g. weiteren Spaltenertauschungen). Als Frequenzfehler wurde 100 Hz angenommen. Auf der y-Achse ist die Größe der Kreuz-Korrelationen angetragen, sie sind der Größe nach sortiert. Die x-Achse entspricht somit der Nummer des Paares für die die Kreuz-Korrelation berechnet wurde.In 3 the distribution of the correlations for frequency errors is given for the prior art (UMTS) and the presented method with the optimized column interchange shown above (group even and odd columns), which is equivalent to the method of alternative generation of the matrix (but without the above-mentioned further column exchanges). The frequency error was assumed to be 100 Hz. The size of the cross-correlations is plotted on the y-axis, they are sorted by size. The x-axis thus corresponds to the number of the pair for which the cross-correlation was calculated.

Wie man sieht, entstehen nach dem Stand der Technik 40 Nebenlinien mit einem Wert von größer als 8. Nach der Verbesserung ist das Maximum nur ca. 6 und wird zusätzlich seltener erreicht.As you see, arise according to the prior art 40 side lines a value greater than 8. After the improvement, the maximum is only about 6 and is also rarer reached.

Es lässt sich zeigen, dass die Summe der Quadrate aller Nebenlinien konstant ist. Werden daher die Maxima abgesenkt, so werden zwangsläufig bei kleineren Nebenlinien die Werte angehoben. Es sind aber im Wesentlichen die Maxima, die die Leistungsfähigkeit des Systems bestimmen. Dies liegt daran, dass genau dann ein Fehler auftritt, wenn durch die Störung der Kreuzkorrelation ein Empfangswert verfälscht wird. Dies wird hauptsächlich durch die großen Nebenmaxima erzeugt, weniger durch die kleinen. Somit ist die Anhebung der kleineren Nebenlinien (Kreuzkorrelationen) nicht nur unvermeidlich sondern auch unschädlich.It let yourself show that the sum of the squares of all secondary lines is constant. Therefore, if the maxima are lowered, then inevitably at smaller secondary lines raised the values. But they are essentially the maxima, the performance of the system. This is because that's exactly where a mistake occurs when due to the fault the cross-correlation a reception value is falsified. This is mainly done by the big ones Secondary maxima generated less by the small ones. Thus, the increase in the smaller secondary lines (cross-correlations) are not only inevitable but also harmless.

Claims (10)

Codefolge, die durch die Zeile einer Codematrix beschrieben wird, wobei die Codematrix durch folgende Schritte erhältlich ist: – Bilden einer Hadamardmatrix der Länge n; – Vertauschen von Spalten der Hadamardmatrix.Code sequence passing through the line of a code matrix The code matrix is obtainable by the following steps: - Form a Hadamard matrix of length n; - Swap of columns of the Hadamard matrix. Codefolge nach Anspruch 1, wobei die Codematrix durch folgende Schritte erhältlich ist: – Nummerierung der n Spalten der Hadamardmatrix von 0 bis n-1; – Gruppierung der Spalten in Spalten mit gerader Nummer (0, 2, 4, ... n-2) und in Spalten mit ungerader Nummer (1, 3, 5, .., n-1); – Vertauschen der Spalten der Hadamardmatrix derart, dass die Gruppe der Spalten mit gerader Nummer die ersten n/2 Spalten der Codematrix bilden, und dass die Gruppe der Spalten mit ungerader Nummer die letzten n/2 Spalten der Codematrix bilden.A code string according to claim 1, wherein the code matrix is obtainable by the steps of: - numbering the n columns of the Hadamard matrix from 0 to n-1; - Grouping of columns in even-numbered columns (0, 2, 4, ... n-2) and in odd-numbered columns (1, 3, 5, ..., n-1); Swapping the columns of the Hadamard matrix so that the group of even-numbered columns is the form first n / 2 columns of the code matrix, and that the group of odd-numbered columns form the last n / 2 columns of the code matrix. Codefolge nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Hadamardmatrix auf einer Zwischen-Hadamardmatrix der Länge n/2 basiert, und wobei die Zwischen-Hadamardmatrix durch eine Vertauschung von Spalten aus einer Ausgangs-Hadamardmatrix der Länge n/2 hervorgeht.Code string according to one of claims 1 or 2, wherein the Hadamardmatrix is based on an intermediate length n / 2 Hadamard matrix, and where the intermediate Hadamard matrix by interchanging columns is derived from an output Hadamard matrix of length n / 2. Codefolge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei n = 40 istCode sequence according to one of the preceding claims, wherein n = 40 Codefolge, die durch die Zeile einer Codematrix beschrieben wird, wobei gilt, dass Zeilen der Codematrix eine Vielzahl von Codefolgen bildet, dass die Codefolgen zueinander orthogonal sind, und dass das Maximum von

minimal ist, wobei das Maximum für alle möglichen Paare s und e wobei s ungleich e ist gebildet wird, C(s,i) das Element der Codematrix in Zeile s und Spalte i ist, die Summe über alle Spalten der Codematrix ausgeführt wird.Code sequence described by the line of a code matrix, in which lines of the code matrix form a plurality of code sequences, that the code sequences are mutually orthogonal, and that the maximum of

is minimal, the maximum being formed for all possible pairs s and e where s is not equal to e, C (s, i) is the element of the code matrix in line s and column i, the sum being performed over all columns of the code matrix. Funkstation mit einer Speichereinrichtung zur Speicherung einer Codefolge nach einem der Ansprüche 1 bis 5.Radio station with a memory device for storage a code sequence according to one of claims 1 to 5. Funkstation mit einer Prozessoreinrichtung zur Generierung einer Codefolge nach einem der Ansprüche 1 bis 5.Radio station with a processor device for generating a code sequence according to one of claims 1 to 5. Funkstation, mit einer Prozessoreinrichtung die derart eingerichtet ist, dass zu übertragenden Daten eine Codefolge nach einem der Ansprüche 1 bis 5 aufprägt wird.Radio station, with a processor device such is set up that to be transferred Data is a code sequence according to one of claims 1 to 5 imprinted. Funkstation, insbesondere Basisstation, mit einer Sendeeinrichtung zum Senden von Daten an verschiedene Teilnehmer, mit einer Prozessoreinrichtung, die derart eingerichtet ist, dass Daten, die an verschiedene Teilnehmer gerichtet sind, verschiedene Codefolgen aufgeprägt werden, wobei die Codefol gen einer der Codematrizen entnommen werden, die in einem der Ansprüche 1 bis 5 beschrieben sind.Radio station, in particular base station, With a transmitting device for transmitting data to different subscribers, With a processor device that is set up such that data, which are addressed to different participants, different code sequences imprinted with the code sequences being taken from one of the code matrices, that in any of the claims 1 to 5 are described. Funkstation, insbesondere Mobilstation, mit einer Empfangseinrichtung zum Empfang einer Empfangssignalfolge, und mit einer Prozessoreinrichtung, die derart eingerichtet ist, dass die Empfangssignalfolge mit einer Codefolge nach einem der Ansprüche 1 bis 5 korreliert wird.Radio station, in particular mobile station, With a receiving device for receiving a received signal sequence, and with a processor device configured in such a way is that the received signal sequence with a code sequence after a the claims 1 to 5 is correlated.