DE19950021A1 - Datenübertragungsverfahren - Google Patents
DatenübertragungsverfahrenInfo
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Abstract
Die Erfindung schafft ein Datenübertragungsverfahren, bei dem ein codiertes Datensignal in Form eines Datenstroms von Datenbursts zwischen einem Sender und einem Empfänger übertragen wird. In Abhängigkeit von mindestens einem Datenübertragungsparameter wird entschieden, ob eine Interferenzbehandlung des zu übertragenden Datensignals im Sender oder im Empfänger vorgenommen wird.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Datenübertragungver
fahren, bei dem ein Datensignal in Form eines Datenstroms
von Datenbursts zwischen einem Sender und einem Empfänger
übertragen wird, sowie eine entsprechende Datenübertra
gungsvorrichtung.
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.
Insbesondere lassen sich durch Code-Vielfachzugriff (CDMA =
Code Division Multiple Access) mehrere Datenströme gleich
zeitig über ein gemeinsames Frequenzband übertragen, wie
z. B. aus K. D. Kammeyer, Nachrichtenübertragung, 2. Aufl.,
Reihe Informationstechnik, Teubner, Stuttgart, 1996 be
kannt.
Beim Code-Vielfachzugriff erfolgt eine gleichzeitige Über
tragung mehrerer Daten durch Kodierung der Daten mit
möglichst unkorrelierten Codes und Überlagerung der kodier
ten Signale.
Bei der Übertragung von Daten stören sich i. a. aufeinander
folgend oder gleichzeitig versendete Daten gegenseitig,
d. h. bei der Übertragung treten üblicherweise störende In
terferenzen auf, insbesondere eine Intersymbolinterferenz
(ISI) durch Mehrwegeübertragung und eine Mehrfachnutzer
interferenz (MAI = multiple access interference) durch kor
relierte Codes.
Zur Interferenzbehandlung sind folgende Verfahren bekannt:
- - eine im Empfänger befindliche Rake-Empfangseinrichtung zur Behandlung der ISI, wie aus John G. Proakis: "Digital Communications", 3. Aufl., McGraw-Hill, New York usw., 1995 bekannt;
- - eine gemeinsame Erfassung (JD = Joint Detection) im Empfänger zur Behandlung der ISI und MAI, wie 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 bekannt;
- - ein Pre-Rake-Combining im Sender zur Behandlung der ISI, wie aus R. Esmailzadeh und M. Nakagawa: "Pre-Rake Di versity Combination for Direct Sequence Spread Spectrum Mo bile Communications Systems", IEICE Trans. Comm., Bd. E76-B (1993), 1008-1015
- - eine gemeinsame Vorentzerrung im Sender zur Behandlung von ISI und MAI.
Eine wichtige Interferenzbehandlung bei dieser Art der
Datenübertragung ist die Vorentzerrung im Sender. Eine ge
meinsame Vorentzerrung von zu sendenden Datensignalen im
Sender ermöglicht einfache Datendetektoren. Bei schnell
veränderlichen Übertragungskanälen führt die Vorentzerrung
im Sender allerdings zu höheren Fehlerraten als bei Inter
ferenzbehandlungstechniken im Empfänger, Der Sender muß zur
Vorentzerrung die Impulsantwort des zu verwendenden Über
tragungskanals kennen. Das TDD(Time Division Duplex)-
Verfahren ermöglicht die Verschaffung dieser Kenntnis. Der
Kanal wird also vor der Datensendung geschätzt.
Als Nachteile des Standes der Technik haben sich heraus
gestellt:
- - die Rake-Empfangseinrichtung eliminiert nicht die MAI;
- - die JD ist sehr aufwendig;
- - die gemeinsame Vorentzerrung ist nur für langsam veränderliche Kanäle brauchbar.
Eine der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Idee
besteht darin, daß eine Kombination gemeinsamer Vorentzer
rung im Sender und Interferenzbehandlung im Empfänger
durchgeführt wird. Die zu sendenden Signale werden gemein
sam also so vorentzerrt, daß für einige der zu übertragen
den Daten Interferenzen im Sender eliminiert werden und die
Interferenzen der anderen Daten im Empfänger behandelt wer
den können.
Dies bringt den besonderen Vorteil, daß sie eine gemeinsame
Vorentzerrung und Interferenzbehandlung im Empfänger in
einem System ermöglichen. Dadurch ist ein einfacher Emp
fänger bei langsam veränderlichem Kanal möglich, und
gleichzeitig ist eine Übertragung bei schnell veränderli
chem Kanal möglich.
Eine weitere der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende
Idee besteht darin, daß bei Interferenzbehandlung im Sender
die zur Vorentzerrung nötige Kanalschätzung aus mehreren
zeitlich zurückliegenden Kanalschätzungen vorhergesagt
wird.
Dies bringt den besonderen Vorteil, daß die Kanalschätzung
dem Kanal zum Sendezeitpunkt besser entspricht. Dies ver
bessert die Übertragung bei schnell veränderlichem Übertra
gungskanal.
Eine weitere der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende
Idee besteht darin, daß eine Schätzung der vom Sender be
nutzten Kanalimpulsantwort durch den Empfänger durchgeführt
wird und die Daten unter Verwendung dieser Kanalschätzung
detektiert werden.
Dies bringt ebenfalls den besonderen Vorteil, daß die Über
tragung bei schnell veränderlichem Übertragungskanal ver
bessert ist.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbil
dungen und Verbesserungen des jeweiligen Gegenstandes der
Erfindung.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird die Interferenz
behandlung hinsichtlich mindestens eines Codes im Sender
vorgenommen und wird die Interferenzbehandlung der zu über
tragenden Daten hinsichtlich mindestens eines weiteren
Codes im Empfänger vorgenommen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird das Da
tensignal CDMA-codiert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden die
Codes des zu übertragenden Datensignals gemeinsam vorent
zerrt, wobei für einige Codes der Dirac-Stoß als Kanal
schätzung verwendet wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden die
Daten mit als Dirac-Stoß vorgenommener Kanalschätzung beim
Empfänger durch eine Rake-Empfangseinrichtung detektiert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird bei In
terferenzbehandlung im Sender die zur Vorentzerrung nötige
Kanalschätzung aus mehreren zeitlich zurückliegenden Kanal
schätzungen vorhergesagt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die
vorherzusagende Kanalschätzung durch lineare Extrapolation
aus den zurückliegenden Kanalschätzungen berechnet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird eine
Schätzung der vom Sender benutzten Kanalimpulsantwort durch
den Empfänger durchgeführt und werden die Daten unter Ver
wendung dieser Kanalschätzung detektiert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird das
empfangene Signal entsprechend der geschätzten Impulsant
wort gefiltert und werden anschließend die Daten mittels
einer Rake-Empfangseinrichtung detektiert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die ge
schätzte Impulsantwort zur Pseudoinversen-Detektion verwen
det.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird in der folgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Darstellung einer Sendevorrichtung zur
Erläuterung einer ersten Ausführungsform der
Erfindung;
Fig. 2 eine Darstellung einer Sendevorrichtung zur
Erläuterung einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
Fig. 3 eine Darstellung einer Empfangsvorrichtung
zur Erläuterung einer dritten Ausführungs
form der Erfindung; und
Fig. 4 eine Darstellung einer Schätzungsprozedur
der zur Signalsendung verwendeten Kanal
schätzung durch die Empfangsvorrichtung nach
Fig. 3.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche
oder funktionsgleiche Komponenten.
Fig. 1 ist eine Darstellung einer Sendevorrichtung zur Er
läuterung einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
In Fig. 1 bezeichnen 1 einen Sender; D zu übertragende Da
ten; 10 einen Modulator; 20 einen Vorentzerrer; 30 einen
Switch bzw. Schaltet; 40 eine Kanalschätzeinrichtung; δ Di
rac-Stöße; 50 eine Antenne und 100 eine TDD-Funkverbindung.
Bei dieser ersten Ausführungsform findet eine Kombination
von gemeinsamer Vorentzerrung und Rake-Empfang Anwendung.
Es wird durch eine Entscheidungseinrichtung im Sender in
Abhängigkeit von mindestens einem Datenübertragungsparame
ter entschieden, ob eine Interferenzbehandlung des zu über
tragenden Datensignals im Sender 1 oder im Empfänger vorge
nommen wird. Der Datenübertragungsparameter kann z. B. die
Änderungsgeschwindigkeit des Datenkanals sein oder ein Maß
dafür.
Wird für bestimmte Datencodes entschieden, daß die Inter
ferenzbehandlung im Sender 1 vorgenommen wird, so findet
eine gemeinsame Vorentzerrung statt. Dabei werden Kanal
schätzungen für Verbindungen mit Interferenzbehandlung im
Empfänger als Dirac-Stoß gewählt (Deltafunktion - Impul
santwort eines idealen Kanals). Die Detektion der Daten mit
Dirac-Stoß-Kanalschätzung erfolgt mittels einer Rake-Emp
fangseinrichtung im Empfänger.
Fig. 2 zeigt eine Darstellung einer Sendevorrichtung zur
Erläuterung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
In Fig. 2 bezeichnet zusätzlich zu den bereits eingeführten
Bezugszeichen 45 einen Extrapolator.
Zur Vorentzerrung der zu versendenden Datensignale muß die
Impulsantwort des aktuellen Übertragungskanals im Sender 1
bekannt sei. Der Kanal kann aber nur eine gewisse Zeit vor
der Sendung geschätzt werden. Diese Schätzung weicht um so
stärker vom aktuellen Kanal ab, je schneller sich der Kanal
ändert. Daher wird die Datenübertragung z. B. bei hohen re
lativen Geschwindigkeiten zwischen Empfänger und Sender
sehr fehlerhaft.
Bei dieser zweiten Ausführungsform wird die Impulsantwort
des aktuellen Kanals aus mehreren zeitlich zurückliegenden
Kanalschätzungen vorhergesagt bzw. durch den Extrapolator
45 z. B. linear extrapoliert. Dies führt zu einer deutlichen
Verbesserung der Übertragung bei schnell veränderlichem Ka
nal.
Die Schätzung der Kanal-Impulsantworten durch den vorent
zerrenden Sender 1 erfolgt dabei während Zeitabschnitten,
in denen diese Station Daten empfängt. Die lineare Extrapo
lation der während des Datenempfangs geschätzten Kanal
impulsantworten wird auf den Sendezeitraum angelegt. Die
Vorentzerrung des Sendesignals erfolgt entsprechend der ex
trapolierten Kanalschätzung.
Fig. 3 ist eine Darstellung einer Empfangsvorrichtung zur
Erläuterung einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
und Fig. 4 ist eine Darstellung einer Schätzungsprozedur
der zur Signalsendung verwendeten Kanalschätzung durch die
Empfangsvorrichtung nach Fig. 3.
In Fig. 3 und 4 bezeichnen zusätzlich zu den bereits einge
führten Bezugszeichen 2 einen Empfänger; 60 einen Filter;
70 eine Rake-Empfangseinrichtung; 80 eine Kanalschätzein
richtung; 90 eine Einrichtung zur Schätzung der bei der
Sendung verwendeten Kanalschätzung; D' empfangene Daten; SZ
einen Sendezeitabschnitt; EZ einen Empfangszeitabschnitt;
K, K' Kanalschätzungen; M eine Mittelung; KS eine Kanal
schätzung für den Sendezeitabschnitt sowie t die Zeit.
Die zur Vorentzerrung verwendete Kanal-Impulsantwort wird
bei dieser Ausführungsform im Empfänger 2 geschätzt. Unter
Verwendung dieser Schätzung wird die Vorentzerrung im Emp
fänger berücksichtigt, und die Daten werden mit Interfer
enz behandelnden Methoden detektiert.
Bei einem ersten Beispiel zu dieser Ausführungsform liegt
eine Punkt zu Mehrpunkt-Vorentzerrung mit Rake-Empfang
vor, wie in Fig. 3 illustriert.
Es findet TDD-Betrieb mit regelmäßig alternierenden Emp
fangs- und Sendezeitabschnitten EZ/SZ, mit Code-Vielfach
zugriff (CDMA = Code division multiple access) statt.
Dabei wird eine Schätzung der vom Sender (vorentzerrende
Station) benutzten Kanalimpulsantwort durch den Empfänger
(Rake-Station) durchgeführt. Diese Schätzung des Kanals
wird während Zeitabschnitten durchgeführt, die den
Zeitabschnitt umschließen, der in der vorentzerrenden
Sendestation zur Kanalschätzung verwendet wird (Sen
dezeitabschnitt der Rake-Station = Empfangszeitabschnitt
der vorentzerrenden Station). Anschließend findet eine
Mittelung der beiden Kanalschätzungen statt.
Der Filter 60 wird mit dieser geschätzten Impulsantwort
auf das empfangene Signal angewendet.
Schließlich findet eine Datendetektion durch die Rake-
Empfangseinrichtung 70 statt.
Bei einem zweiten Beispiel zu dieser Ausführungsform
hegt eine Punkt zu Mehrpunkt-Vorentzerrung mit Pseudoin
versen-Detektion unter Verwendung der gemittelten Kanal
schätzung anstatt der Rake-Detektion vor.
Es sei ein zeitdiskretes CDMA-Übertragungssystem mit block
weiser Übertragung vorausgesetzt. Bei d (k) (d(k) 1, . . ., d(k) M),
k = 1, . . ., K der Vektor der M zu übertragenden Datensymbo
le des k-ten Nutzers. CDMA-Kodierung und Vorentzerrung
sind lineare Abbildungen der Datenvektoren d (k) auf die zu
sendenden Signalvektoren s (k). Diese Vektoren werden zum Ge
samtsignal s aufsummiert und vom Sender abgestrahlt:
d (k)T bezeichnet den transponierten Vektor d (k). B(k) ist die
Kodierung und Vorentzerrung enthaltene (M.Q+W-1)×M
Abbildungs-Matrix mit dem Spreizungsfaktor Q der CDMA-Codes
und der Länge W der bei der Vorentzerrung verwendeten Ka
nalschätzungen.
Das Signal s wird über den k-ten Übertragungskanal zum k-
ten Nutzer übertragen. Bei h (k) = (hl (k), . . ., hW(k)) die Im
pulsantwort dieses Kanals und
die entsprechende Faltungsmatrix. Bei additivem Rauschen
n (k) des Kanals empfängt der k-te Nutzer dann das Signal
Mit der Empfangsmatrix
gewinnt der Empfänger daraus Schätzungen der gesen
deten Daten gemäß
H(k)H bezeichnet die konjugiert komplexe und transponierte
Matrix H(k).
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevor
zugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie dar
auf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifi
zierbar.
Die Erfindung kann überall dort angewendet werden, wo zu
sendende Signale vorentzerrt werden sollen und gleichzeitig
Verbindungen über schnell veränderliche Kanäle benötigt
werden, insbesondere in TDD-Funkübertragungssystemen mit
Vorentzerrung.
Claims (14)
1. Datenübertragungverfahren, bei dem ein codiertes Da
tensignal in Form eines Datenstroms von Datenbursts zwi
schen einem Sender und einem Empfänger übertragen wird;
dadurch gekennzeichnet, daß
in Abhängigkeit von mindestens einem Datenübertragungs
parameter entschieden wird, ob eine Interferenzbehandlung
des zu übertragenden Datensignals im Sender oder im Emp
fänger vorgenommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Interferenzbehandlung hinsichtlich mindestens eines
Codes im Sender vorgenommen wird und die Interferenzbehand
lung der zu übertragenden Daten hinsichtlich mindestens
eines weiteren Codes im Empfänger vorgenommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß das Datensignal CDMA-codiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Codes des zu übertragenden Datensignals
gemeinsam vorentzerrt werden, wobei für einige Codes der
Dirac-Stoß als Kanalschätzung verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Daten mit als Dirac-Stoß vorgenommener Kanalschätzung
beim Empfänger durch eine Rake-Empfangseinrichtung oder ei
ne JD-Empfangseinrichtung detektiert werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß bei Interferenzbehandlung im Sen
der die zur Vorentzerrung nötige Kanalschätzung aus mehre
ren zeitlich zurückliegenden Kanalschätzungen vorhergesagt
wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die vorherzusagende Kanalschätzung durch lineare Extrapola
tion aus den zurückliegenden Kanalschätzungen berechnet
wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß eine Schätzung der vom Sender be
nutzten Kanalimpulsantwort durch den Empfänger durchgeführt
wird und die Daten unter Verwendung dieser Kanalschätzung
detektiert werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß das empfangene Signal entsprechend der geschätzten
Impulsantwort gefiltert wird und anschließend die Daten
mittels einer Rake-Empfangseinrichtung detektiert wer
den.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die geschätzte Impulsantwort zur Pseudoinversen-
Detektion verwendet wird.
11. Datenübertragungverfahren, bei dem ein codiertes Da
tensignal in Form eines Datenstroms von Datenbursts zwi
schen einem Sender und einem Empfänger übertragen wird;
dadurch gekennzeichnet, daß
eine Interferenzbehandlung im Sender vorgenommen wird und
die zur Vorentzerrung nötige Kanalschätzung aus mehreren
zeitlich zurückliegenden Kanalschätzungen vorhergesagt
wird.
12. Datenübertragungverfahren, bei dem ein codiertes Da
tensignal in Form eines Datenstroms von Datenbursts zwi
schen einem Sender und einem Empfänger übertragen wird;
dadurch gekennzeichnet, daß
eine Schätzung der vom Sender benutzten Kanalimpulsantwort
durch den Empfänger durchgeführt wird und die Daten unter
Verwendung dieser Kanalschätzung detektiert werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schätzung des Kanals während Zeitabschnitten durch
geführt wird, die den Zeitabschnitt umschließen, der in der
vorentzerrenden Sendestation zur Kanalschätzung verwendet
wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß anschließend eine Mittelung der beiden Kanalschätzungen
stattfindet.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1999150021 DE19950021A1 (de) | 1999-10-09 | 1999-10-09 | Datenübertragungsverfahren |
US14/451,007 US9166827B2 (en) | 1999-10-09 | 2014-08-04 | Channel estimate predicted from several previous channel estimates, for pre-equalization |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1999150021 DE19950021A1 (de) | 1999-10-09 | 1999-10-09 | Datenübertragungsverfahren |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19950021A1 true DE19950021A1 (de) | 2001-11-08 |
Family
ID=7925958
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE1999150021 Ceased DE19950021A1 (de) | 1999-10-09 | 1999-10-09 | Datenübertragungsverfahren |
Country Status (1)
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