DE602005000640T2

DE602005000640T2 - System und Verfahren zur OFDM-Kommunikation

Info

Publication number: DE602005000640T2
Application number: DE602005000640T
Authority: DE
Inventors: Noriyuki Maeda; Mamoru Sawahashi; Hiroyuki Atarashi
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2004-01-27
Filing date: 2005-01-26
Publication date: 2007-11-22
Anticipated expiration: 2025-01-27
Also published as: CN100488184C; DE602005000640D1; KR20050077287A; KR100572577B1; EP1560359B1; EP1560359A1; US7397839B2; CN1649337A; US20050185725A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drahtloskommunikation, insbesondere eine Übertragungstechnik im orthogonalenFrequenzmultiplexverfahren (OFDM) und einen in der OFDM-Kommunikation verwendeten Sender und Empfänger.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
OFDM-Übertragung ist ein vielversprechendes Zugangssystem auf dem Gebiet der Drahtloskommunikation, wegen der vorteilhaften Eigenschaften einer Multipfadübertragungsumgebung. Bei einer OFDM-Übertragung wird ein zu übertragender Datenkanal (oder eine Zeichenfolge) mehreren zueinander orthogonal ausgewählten Subträgern zugeordnet und einer inversen Fouriertransformation und einer Anwendung eines Schutzintervalls unterzogen, bevor er als OFDM-Zeichen gesendet wird. Am Empfangsende wird das Schutzintervall vom Empfangssignal entfernt und eine Fouriertransformation durchgeführt, um Informationen von jedem der Subträger zu extrahieren. Danach wird der übertragene Datenkanal wiederhergestellt.
Der Funkempfänger empfängt einen Steuerkanal sowie den Datenkanal. Der Steuerkanal enthält einen Pilotkanal, der im Voraus bekannte Zeichen enthält, einen gemeinsamen Steuerkanal, der benutzt wird, um gemeinsame Informationen an alle Funkempfänger im System zu senden, und einen individuellen Steuerkanal, der benutzt wird, um ein individuelles Datenelement an einen Funkempfänger zu übertragen. Fest zugeteilte Ressourcen werden dem Steuerkanal zugewiesen, der mit den vom Funksender übertragenen OFDM-Zeichen gemultiplext wird. Der Funkempfänger extrahiert den Steuerkanal, der den Pilotkanal enthält, aus den empfangenen OFDM-Zeichen, und führt eine Kanalschätzung und ein Sichern des Synchronisationstakts durch. Dieser Typ der Drahtloskommunikation unter Verwendung eines OFDM-Modells ist in der JP 2001-144724 A beschrieben.
1A und 1B sind schematische Darstellungen eines mit einem Datenkanal gemultiplexten Steuerkanals. In 1A ist der Steuerkanal durch Zuweisung eines bestimmten Bandes aus dem Spektrum mit dem Datenkanal frequenzgemultiplext. In 1B ist der Steuerkanal durch Zuweisung eines bestimmten Zeitschlitzes an den Pilotkanal mit dem Datenkanal zeitgemultiplext.
Unter dem Gesichtspunkt, qualitativ hochwertige Dienste anzubieten, wird es für dieses Technologiegebiet in zunehmendem Maße erforderlich sein, mit der zunehmenden Bewegungsgeschwindigkeit von Mobilgeräten, der Erweiterung des verfügbaren Frequenzbandes und der Verlagerung zu höheren Frequenzbereichen Schritt zu halten. Dementsprechend ist es erforderlich, Kommunikationsdienste zu bieten, die hinreichend in der Lage sind, eine schnelle Veränderung im Signalniveau entlang der Zeit- und Frequenzachsen zu erfüllen, die in der Kommunikationsumgebung stattfindet.
Wie in 1A und 1B dargestellt, wird ein Steuerkanal (wie beispielsweise ein Pilotkanal) nur in einem bestimmten Bereich entlang der Frequenz- oder Zeitachse eingefügt. Aus diesem Grund kann keine zufriedenstellende Kanalschätzung durchgeführt werden, wenn sich das Signalniveau in einem Bereich, in dem der Pilotkanal nicht eingefügt ist, abrupt ändert. In diesem Fall können Aufgabe und Zweck des Pilotkanals nicht in ausreichendem Maße erfüllt werden. Dies bedeutet, dass die diesem Steuerkanal zugewiesenen Ressourcen nicht effizient genutzt werden.
Da dem Steuerkanal fest zugeteilte Ressourcen zugewiesen werden, verringern sich außerdem die dem Datenkanal zuzuweisenden Ressourcen. Wenn die dem Steuerkanal fest zugeteilten Ressourcen nicht effizient genutzt werden können, wird es sinnlos, dem Steuerkanal die fest zugeteilten Ressourcen zuzuweisen, während die den anderen Kanälen zuzuweisenden Ressourcen sich verringern.
Das Dokument WO 03/088539 Al (MATSUSHITA) vom 23. Oktober 2003 (23.10.2003) offenbart ein Mehrträgersystem, in dem ein Datenkanal mit einem codegespreizten Steuerkanal gemultiplext wird. Dokument WO 03/061170 A1 (FUJITSU) vom 24. Juli 2003 (24.07.2003) offenbart ein OFDM-Modell, in dem Datenzeichen mit codegespreizten Pilotzeichen gemultiplext werden. Es gibt jedoch einen Bedarf, den Steuerkanal so zu übertragen, dass er die Wiederherstellung des Datenkanals nicht verhindert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das oben beschriebene Problem im Stand der Technik zu lösen und eine OFDM-Drahtlosübertragungstechnik zu schaffen, die eine effiziente Nutzung der dem Datenkanal und dem Steuerkanal zugewiesenen Ressourcen erreichen kann.
In der vorliegenden Erfindung wird ein Drahtloskommunikationssystem basierend auf einem orthogonalen Frequenzmultiplex (OFDM) – Modell zur Verfügung gestellt. Das System umfasst einen Sender und einen Empfänger.
In einem Aspekt der Erfindung weist ein in dem OFDM-Kommunikationssystem verwendeter Sender auf:

(a) eine Bestimmungseinheit, die ausgebildet ist, um einen Spreizfaktor und eine Amplitude für einen Steuerkanal basierend auf wenigstens einem Element von Signalqualitätsinformationen und Interferenzinformationen in einer Datenübertragung zu bestimmen;
(b) eine Multiplexeinheit, die ausgebildet ist, um einen Datenkanal mit dem Steuerkanal, dessen Code basierend auf dem Spreizfaktor und der Amplitude gespreizt worden ist, zu multiplexen; und
(c) eine Einrichtung, die ausgebildet ist, um das gemultiplexte Signal im OFDM-Modell zu modulieren und das modulierte Signal als OFDM-Zeichen zu übertragen.

In einem bevorzugten Beispiel enthält der Sender ferner eine Spreizeinheit, die ausgebildet ist, um den Code des Steuerkanals in einem Mehrträger-Codemultiplexmodell (MC-CDMA) zu spreizen.
Bei diesem Beispiel wird der Steuerkanal kontinuierlich über einen großen Bereich der Frequenzdomäne eingefügt, und folglich kann die Kanalschätzung im gesamten Bereich korrekt durchgeführt werden, selbst wenn in der Frequenzdomäne eine abrupte Änderung des Signalniveaus auftritt.
In einem weiteren Beispiel enthält der Sender ferner eine Spreizeinheit, die ausgebildet ist, um den Code des Steuerkanals in einem direkten Folgencodemultiplexmodell zu spreizen.
Bei diesem Beispiel wird der Steuerkanal kontinuierlich über den gesamten Frame im Zeitbereich eingefügt und folglich kann die Signalschätzung korrekt durchgeführt werden, selbst wenn eine abrupte Änderung des Signalniveaus im Zeitbereich auftritt.
In einem noch weiteren Beispiel wird der Sender auf eine Funkbasisstation in einer isolierten Zelle angewendet. In der isolierten Zelle ist es vorteilhaft, den Datenkanal ohne Codespreizung zu übertragen, während das Übertragen des codegespreizten Steuerkanals vorteilhaft wird.
In einem noch weiteren Beispiel steuert die Bestimmungseinheit den Spreizfaktor und die Amplitude so, dass der Einfluss des Steuerkanals auf den Datenkanal kleiner als ein vorgeschriebenes Niveau ist.
Bei dieser Anordnung kann der codegespreizte Steuerkanal mit dem Datenkanal gemultiplext werden, ohne dass die Wiederherstellung des Datenkanals verhindert wird.
In einem noch weiteren Beispiel werden den Spreizfaktor und die Amplitude des codegespreizten Steuerkanals darstellende Informationen an einen Empfänger übertragen.
Diese Anordnung erlaubt es dem Empfänger, den Steuerkanal sofort aus dem Empfangssignal wiederherzustellen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen:
1A und 1B schematische Darstellungen eines mit einem Datenkanal gemultiplexten Pilotkanals;
2 ein Blockschaltbild eines in einem OFDM-Kommunikationssystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung benutzten Funksenders;
3 ein Blockschaltbild der zweidimensionalen Spreizeinheit, die in dem in 2 dargestellten Funksender benutzt wird;
4 ein Blockschaltbild eines in dem OFDM-Kommunikationssystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung benutzten Funkempfängers;
5 ein Blockschaltbild der zweidimensionalen Entspreizeinheit, die in dem in 4 dargestellten Funkempfänger benutzt wird;
6A und 6B schematische Darstellungen der Beziehung zwischen dem Datenkanal und dem Steuerkanal gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
7 ein Blockschaltbild eines Funksenders, der in dem OFDM-Kommunikationssystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung benutzt wird;
8 ein Blockschaltbild eines Funkempfängers, der in dem OFDM-Kommunikationssystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung benutzt wird;
9 ein Flussdiagramm eines Drahtloskommunikationsverfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
10 ein Blockschaltbild der in dem Funksender benutzten Spreizfaktor- und Amplitudenbestimmungseinheit;
und
11 eine schematische Darstellung der Beziehung zwischen der Sendeleistung des Datenkanals und jener des Steuerkanals vor und nach dem Multiplexen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
Die vorliegende Erfindung wird nun in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen im Detail beschrieben. Es sollte beachtet werden, dass die beiliegenden Zeichnungen unter verschiedenen Funktionselementen, die einen Funksender und einen Funkempfänger aufbauen, die in einer OFDM-Übertragung benutzt werden, diejenigen Komponenten betreffend die vorliegende Erfindung zeigen.
2 ist ein Blockschaltbild eines Funksenders 200, der in einem OFDM-Kommunikationssystem entsprechend der ersten Ausführung der Erfindung benutzt wird. Der Funksender 200 hat einen Kanalcodierer 202, einen Datenmodulator 204, Seriell/Parallel-Wandler (S/P-Wandler) 206 und 208, eine zweidimensionale Spreizeinheit 210, eine Steuerkanalmultiplexeinheit 212, eine Inverse-Fast-Fouriertransformationseinheit (IFFT) 214, eine Spreizfaktor- und Amplitudenbestimmungseinheit 216, eine Spreizfaktorsteuereinheit 218 und eine Amplitudensteuereinheit 220.
Der Kanalcodierer 202 empfängt einen Bitstrom, der den Inhalt der vom Benutzer als OFDM-Zeichen zu übertragenden Daten darstellt, und führt die sachgerechte Codierung des empfangenen Bitstroms durch. Ein Beispiel für die Codierung ist eine Fehlerkorrekturcodierung wie beispielsweise Faltungscodierung und Turbocodierung.
Der Datenmodulator 204 moduliert den in geeigneter Weise codierten Bitstrom unter Verwendung eines vorgeschriebenen Modulationsmodells. Jedes geeignete Modulationsmodell, wie beispielsweise QPSK, 16-Level-Quadraturamplitudenmodulation (16QAM) oder 64-Level-Quadraturamplitudenmodulation (64QAM), kann benutzt werden.
Der erste Seriell/Parallel-Wandler 206 wandelt einen seriellen modulierten Bitstrom der Benutzerdaten in parallele Datenströme um. Zum Zweck der Vereinfachung ist die Anzahl paralleler Bitströme der Benutzerdaten in diesem Ausführungsbeispiel gleich der Anzahl Nc der Hilfsträger; die Erfindung ist aber nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Die parallelen Bitströme werden an die Steuerkanalmultiplexeinheit 212 geliefert.
Der zweite Seriell/Parallel-Wandler 208 wandelt einen seriellen Steuerbitstrom, der einen Steuerkanal (z. B. einen Pilotkanal) darstellt, in parallele Steuerbitströme um. Zum Zweck der Vereinfachung ist die Anzahl der parallelen Steuerbitströme gleich einer Zahl (Nc/SF), die man durch Dividieren der Anzahl Nc der Hilfsträger durch den Codespreizfaktor SF erhält; die Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Beispiel beschränkt.
Die zweidimensionale Spreizeinheit 210 multipliziert die parallelen Steuerbitströme mit einem Spreizcode.
3 ist ein Blockschaltbild der zweidimensionalen Spreizeinheit 210, die in dem in 2 dargestellten Funksender 200 benutzt wird. Die zweidimensionale Spreizeinheit 210 führt eine Codespreizung unter Verwendung eines Mehrträger-Codemultiplexmodells (MC-CDMA) durch. Die zweidimensionale Spreizeinheit 210 enthält den parallelen Bitströmen entsprechende Zeichenkopiereinheiten 302, einen Spreizcodegenerator 304 und die Spreizcodemultiplizierer 306. MC-CDMA wird auch als OFCDM (Orthogonales Frequenz- und Codemultiplexen) bezeichnet.
Jede der Zeichenkopiereinheiten 302 erzeugt eine vorgeschriebene Anzahl (zum Beispiel gleich dem Spreizfaktor SF) paralleler Steuerbitströme aus einem der vom zweiten S/P-Wandler 208 gelieferten parallelen Bitströme. Jeder der kopierten Steuerbitströme, die von der Zeichenkopiereinheit 302 ausgegeben werden, wird mit einem der Eingangsanschlüsse des zugeordneten Spreizcodemultiplizierers 306 verbunden. Ein vom Spreizcodegenerator 304 erzeugter Spreizcode wird an den anderen Eingangsanschluss jedes Spreizcodemultiplizierers 306 geliefert. Jeder der Spreizcodemultiplizierer 306 multipliziert den Steuerbitstrom mit dem Spreizcode, um den Code des Steuerbitstroms zu spreizen. Das Amplitudenniveau des codegespreizten Steuerbitstroms wird vom Multiplizierer 222 sachgerecht gesteuert und der amplitudenangepasste Bitstrom wird an die Steuerkanalmultiplexeinheit 212 geliefert.
Zurück zu 2 erfasst, überwacht und schätzt die Spreizfaktor- und Amplitudenbestimmungseinheit 216 Informationen über die in der augenblicklichen Drahtloskommunikation erforderliche Signalqualität, das durch den Steuerkanal bedingte Interferenzniveau des Datenkanals und weitere erforderliche Informationen. Basierend auf den erhaltenen Informationen werden Spreizfaktor und Amplitude für den Steuerkanal bestimmt und die Bestimmungsergebnisse werden an die Spreizcodesteuereinheit 218 und entsprechend an die Amplitudensteuereinheit 220 geliefert.
10 ist ein Blockschaltbild der Spreizfaktor- und Amplitudenbestimmungseinheit 216. Die Spreizfaktor- und Amplitudenbestimmungseinheit 216 enthält eine Steuerkanalsendeleistungs-Bestimmungseinheit 1002, eine Spreizfaktorbestimmungseinheit 1004 und eine Amplitudenbestimmungseinheit 1006.
Die Steuerkanalsendeleistungs-Bestimmungseinheit 1002 bestimmt eine Sendeleistung P_control, die einem nicht gespreizten Steuerkanal zugeteilt wird, wenn der nicht gespreizte Steuerkanal übertragen werden soll. Diese Sendeleistung entspricht der Stärke des Ausgangssignals der in 2 gezeigten zweidimensionalen Spreizeinheit 210 und wird basierend auf den von einem Funkempfänger gelieferten Rückkopplungsinformationen bestimmt, wie unten beschrieben werden soll. Die Rückkopplungsinformationen enthalten die Signalqualität (wie beispielsweise SINR) des vom Funkempfänger empfangenen Signals und das durch den Steuerkanal bedingte Interferenzniveau des Datenkanals. Die Sendeleistung P_control des Steuerkanals kann aus der Gleichung (1) berechnet werden: Pcontrol > α × [(Interferenzniveau im Datenkanal) + (Rauschkomponente)] (1)wobei die Rauschkomponente aus dem SINR des Empfangsendes geschätzt wird und α ein vorgeschriebener Skalierfaktor mit festem Wert ist. Die berechnete Sendeleistung P_control wird der Spreizfaktorbestimmungseinheit 1004 zugeführt.
Die Spreizfaktorbestimmungseinheit 1004 bestimmt den Spreizfaktor SF so, dass das Verhältnis der Sendeleistung (P_control/SF) des gespreizten Steuerkanals zur Datenkanalsendeleistung P_data einen vorgeschriebenen Schwellenwert Th nicht überschreitet. Der Schwellenwert Th kann ein fester Wert sein oder ein variabler Wert, der basierend auf dem in den Rückkopplungsinformationen enthaltenen empfangenen SINR dynamisch bestimmt wird. Dieses Verhältnis wird ausgedrückt als (Pcontrol/SF)/Pdata < Th. (2)
Der berechnete Spreizfaktor wird der Amplitudenbestimmungseinheit 1006 und der in 2 gezeigten Spreizfaktorsteuereinheit 218 zugeführt.
Die Amplitudenbestimmungseinheit 1006 bestimmt die Amplitude A_control so, dass die Sendeleistung (P_control/SF) des Steuerkanals nach der Spreizung, bestimmt entsprechend Ausdruck (2), realisiert wird. Im Allgemeinen ist die Signalstärke proportional zum Amplitudenquadrat, und daher kann die Amplitude bestimmt werden aus Acontrol = (Pcontrol/SF)1/2 (3)
Die bestimmte Amplitude wird der Amplitudensteuereinheit 220 zugeführt.
11 stellt schematisch die Beziehung zwischen der Steuerkanal-Sendeleistung P_control und der Datenkanal-Sendeleistung P_data vor und nach der Spreizung dar. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Steuerkanal auf kontinuierliche Weise entlang der Frequenzachse eingefügt. In 11 entspricht die Vertikalachse der Leistung und die Horizontalachse der Frequenz. Durch Einstellen des Leistungsniveaus jedes Kanals in der oben beschriebenen Weise kann der Interferenzeinfluss des Steuerkanals auf den Datenkanal unterhalb der Schwelle Th gehalten werden.
Zurück zu 2 erzeugt die Spreizfaktorsteuereinheit 218 ein Steuersignal, um basierend auf den von der Spreizfaktor- und Amplitudenbestimmungseinheit 216 gelieferten Informationen einen geeigneten Spreizfaktor einzustellen, und führt das Steuersignal der Spreizeinheit 210 (genauer den Zeichenkopiereinheiten 302) zu. Ein Sollwert des Spreizfaktors SF („Soll-SF") wird der Spreizfaktorsteuereinheit 218 eingegeben und das Steuersignal wird so generiert, dass der Soll-SF realisiert wird.
Die Amplitudensteuereinheit 220 erzeugt basierend auf den von der Spreizfaktor- und Amplitudenbestimmungseinheit 216 gelieferten Informationen ein Steuersignal zum Einstellen eines geeigneten Amplituden- oder Leistungsniveaus und liefert das Steuersignal an den Multiplizierer 222. Eine Soll-A_control wird der Amplitudensteuereinheit 220 zugeführt, und das Steuersignal wird so erzeugt, dass die Soll-A_control realisiert wird.
Die Steuerkanalmultiplexeinheit 212 fügt parallele Bitströme von Benutzerdaten, die vom ersten Seriell/Parallel-Wandler 206 zugeführt werden, den codegespreizten parallelen Bitströmen des Steuerkanals für die jeweiligen Hilfsträger hinzu und gibt Nc Bitströme aus. Die Nc Bitströme weisen entsprechende gemultiplexte Benutzerdaten und codegespreizte Bitströme des Steuerkanals auf.
Die Inverse-Fast-Fouriertransformations (IFFT) – Einheit 214 führt eine inverse Fast-Fouriertransformation an den Nc Bitströmen durch, um die den Hilfsträgern zugeordneten Informationen in Zeitbereichs-Bitströme umzusetzen. Die Zeitbereichs-Bitströme werden der RF-Einheit (nicht dargestellt) zugeführt, die eine Bandbegrenzungs-Verarbeitungseinheit, einen Frequenzumsetzer und einen Leistungsverstärker enthält, und von einer Antenne gesendet.
4 ist ein Blockschaltbild eines Funkempfängers 400, der in dem OFDM-Kommunikationssystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung benutzt wird. Der Funkempfänger 400 verfügt über eine Zeichentaktsynchronisationseinheit 402, eine Schutzintervall-Entferneinheit 404, eine Fast-Fouriertransformationseinheit 406, eine Spreizfaktor- und Kanaltyperfassungseinheit 408 und eine zweidimensionale Entspreizeinheit 410.
Die Zeichentaktsynchronisationseinheit 402 nimmt basierend auf den empfangenen OFDM-Zeichen eine Synchronisation vor, um des geeignete Timing zu gewährleisten. Die Schutzintervall-Entferneinheit entfernt das Schutzintervall aus den empfangenen OFDM-Zeichen und extrahiert den danach verbleibenden Teil. Die Fast-Fouriertransformationseinheit 406 führt eine Fast-Fouriertransformation durch und gibt Informationen aus, die auf den jeweiligen Hilfsträgern übertragen wurden. Dann werden geeignete Arbeitsvorgänge ausgeführt (durch die in 4 nicht dargestellten Komponenten), um die übertragenen Informationen wiederherzustellen.
Die zweidimensionale Spreizeinheit 410 multipliziert die Fourier-transformierten parallelen Bitströme mit einem geeigneten Spreizcode, um die empfangenen Bitströme zu entspreizen. In diesem Fall liefert die Spreizfaktor- und Kanaltyperfassungseinheit 408 Informationen über den Spreizfaktor des Spreizcodes an die zweidimensionale Entspreizeinheit 410 und bestimmt, welche Typen codegespreizter Informationen augenblicklich verarbeitet werden. Zum Beispiel kann im Steuerkanal nur ein Pilotkanal codegespreizt sein und die anderen Kanäle können unter Verwendung eines anderen Modells ohne Spreizung übertragen werden. Die Informationen über den Spreizfaktor und den Kanaltyp erhält man vom Funksender.
5 ist ein Blockschalktbild der zweidimensionalen Entspreizeinheit 410. Die zweidimensionale Entspreizeinheit 410 führt die Entspreizung basierend auf dem MC-CDMA-Modell durch und enthält einen Spreizcodegenerator 502, Spreizcodemultiplizierer 504 und Zeichenkombinationseinheiten 506. Jeder der von der FFT-Einheit 406 gelieferten Bitstrome, deren Anzahl beispielsweise gleich der Anzahl Nc der Hilfsträger ist, wird einem der Eingangsanschlüsse eines der Spreizcodemultiplizierer 504 zugeführt. Ein vom Spreizcodegenerator 502 erzeugter Spreizcode wird dem anderen Eingangsanschluss der Multiplizierer 504 zugeführt. Jeder der Spreizcodemultiplizierer 504 multipliziert den zugewiesenen Bitstrom mit dem Spreizcode, um den Steuerbitstrom durch Entspreizen zu extrahieren. Jede der Zeichenkombinationseinheiten 506 vereinigt die vorgeschriebene Anzahl von Bitströmen (beispielsweise entsprechend dem Spreizfaktor SF) zu einem Bitstrom. Dann wird der Steuerkanal durch die folgenden Verfahren (nicht dargestellt) wiederhergestellt.
9 ist ein Flussdiagramm, das das Multiplexen und das Trennen von Steuerkanal und Datenkanal gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt. Der Datenkanal ist ein gewöhnliche OFDM-Zeichen enthaltender Datenbitstrom, und der Steuerkanal ist ein codegespreizter Bitstrom basierend auf dem MC-CDMA-Modell. Der Steuerkanal und der Datenkanal werden zueinander durch die Steuerkanalmultiplexeinheit 212 des Funksenders 200 addiert (Schritt 904). Das gemultiplexte (oder addierte) Signal wird durch die IFFT-Einheit 214 moduliert, der Anwendung eines Schutzintervalls unterzogen und von der Antenne als OFDM-Zeichen übertragen (Schritt 906). Da der Steuerkanal codegespreizt wurde, wird das Spektrum des gemultiplexten Signals im Frequenzbereich so wie in 6A dargestellt. Dieses Spektrum ist sehr verschieden von dem in 1A gezeigten, das das konventionelle Multiplexen des Datenkanals und des nicht gespreizten Steuerkanals darstellt.
Der Funkempfänger 400 erkennt den Steuerkanal und den Datenkanal im empfangenen Signal und stellt diese Kanäle wieder her. (Schritt 908). Beim Wiederherstellen des Datenkanals im Funkempfänger wird der Steuerkanal als Rauschen behandelt. Weil das Rauschen ein niedriges Amplitudenniveau über einen großen Frequenzbereich hat, wie in 6A dargestellt, wird die Wiederherstellung des Datenkanals durch das Rauschen nicht verhindert. Mit anderen Worten bestimmt die Spreizfaktor- und Amplitudenbestimmungseinheit 216 des Funksenders 200 den Spreizfaktor SF und die Amplitude A_control für den zu übertragenden Steuerkanal so, dass der codegespreizte Steuerkanal die Wiederherstellung des Datenkanals nicht verhindert. Die bestimmten Werte werden an die Spreizfaktorsteuereinheit 218 bzw. die Amplitudensteuereinheit 220 berichtet, um so den Spreizfaktor und die Amplitude P_control (oder die Sendeleistung) für den aktuell verarbeiteten Kanal in geeigneter Weise zu regeln. Die Informationen über den Spreizfaktor können an den Funkempfänger 400 über einen nicht codierten Kanal übertragen werden, wie beispielsweise einen Rundfunksteuerkanal, indem ein Teil des Datenkanals benutzt wird, oder mit jeder anderen geeigneten Einrichtung, so lange die für die Wiederherstellung der übertragenen Informationen benötigten Informationen vom Funkempfänger 400 genutzt werden können.
Weil der Steuerkanal über den gesamten Frequenzbereich eingefügt wird, kann ein sich plötzlich aufgrund einer abrupten Änderung des Amplitudenniveaus entlang der Frequenzachse oder aufgrund von Fading veränderndes Signal exakt durch den gesamten Bereich verfolgt werden. Da der Steuerkanal vom Datenkanal basierend darauf, ob der Kanal mit einem Spreizcode gespreizt ist, unterschieden werden kann, ist es außerdem unnötig, dem Steuerkanal einen Kanal fest zuzuweisen. Folglich können die Ressourcen, die in der herkömmlichen Technik ausschließlich dem Steuerkanal zugewiesen wurden, dem Datenkanal zugeteilt werden. Im Steuerkanal darf nur der Pilotkanal codegespreizt sein.
7 ist ein Blockschaltbild eines Funksenders 700, der in dem OFDM-Kommunikationssystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung benutzt wird. Der Funksender 700 verfügt über einen Kanalcodierer 702, einen Datenmodulator 704, einen Seriell/Parallel-Umsetzer (S/P- Umsetzer) 706, eine Inverse-Fast-Fouriertransformationseinheit (IFFT) 708, eine Spreizeinheit 710, eine Steuerkanalmultiplexeinheit 712, eine Spreizfaktor- und Amplitudenbestimmungseinheit 716, eine Spreizfaktorsteuereinheit 718, eine Amplitudensteuereinheit 720 und einen Multiplizierer 722.
Der Kanalcodierer 702 empfängt einen Bitstrom, der den vom Benutzer als OFDM-Zeichen zu übertragenden Dateninhalt darstellt, und führt eine geeignete Codierung am empfangenen Bitstrom durch. Ein Beispiel für diese Codierung ist eine Fehlerkorrekturcodierung, wie beispielsweise Faltungscodierung oder Turbocodierung.
Der Datenmodulator 704 moduliert den in geeigneter Weise codierten Bitstrom unter Verwendung eines vorgeschriebenen Modulationsmodells. Der Seriell/Parallel-Umsetzer 706 setzt einen seriellen modulierten Bitstrom der Benutzerdaten in so viele parallele Bitströme um wie die Anzahl Nc der Hilfsträger. Die parallelen Bitströme werden der IFFT-Einheit 708 zugeführt.
Die IFFT-Einheit 708 führt eine inverse Fast-Fouriertransformation der Nc Bitströme durch, um die von den Hilfsträgern zu tragenden Benutzerdaten in Zeitbereichs-Bitströme umzusetzen. Die Zeitbereichs-Bitströme werden der Steuerkanalmultiplexeinheit 712 zugeführt.
Die Spreizeinheit 710 multipliziert den Steuerbitstrom mit einem Spreizcode. Die Spreizeinheit 710 führt die Codespreizung unter Verwendung eines direkten Folgencodemultiplexmodelis (DS-CDMA) durch. Die Spreizeinheit 710 enthält einen Spreizcodegenerator (nicht dargestellt) und einen Spreizcodemultiplizierer (nicht dargestellt). Der codegespreizte Steuerbitstrom wird dem Multiplizierer 722 zwecks geeigneter Einstellung des Amplitudenniveaus zugeführt und dann der Steuerkanalmultiplexeinheit 712 eingegeben.
Die Spreizfaktor- und Amplitudenbestimmungseinheit 716 erfasst, überwacht oder schätzt Informationen über die in der aktuellen Drahtloskommunikation erforderliche Signalqualität, das durch den Steuerkanal bedingte Interferenzniveau im Datenkanal und andere benötigte Informationen. Der Spreizfaktor und die Amplitude des Steuerkanals, bestimmt basierend auf den erhaltenen Informationen, werden an die Spreizcodesteuereinheit 718 bzw. die Amplitudensteuereinheit 720 geliefert. Die Spreizfaktor- und Amplitudenbestimmungseinheit 716 kann den gleichen Aufbau wie im ersten Ausführungsbeispiel haben, mit Verweis auf 10. Im zweiten Ausführungsbeispiel wird jedoch der Steuerkanal kontinuierlich entlang der Zeitachse eingefügt, anders als im ersten Ausführungsbeispiel, in dem der Steuerkanal entlang der Frequenzachse eingefügt wird.
Die Spreizfaktorsteuereinheit 718 erzeugt ein Steuersignal, um basierend auf den von der Spreizfaktor- und Amplitudenbestimmungseinheit 716 zugeführten Informationen einen geeigneten Spreizfaktor einzustellen, und liefert das Steuersignal an die Spreizeinheit 710. Die Amlitudensteuereinheit 720 erzeugt ein Steuersignal zum Einstellen eines geeigneten Amplituden- oder Leistungsniveaus basierend auf den von der Spreizfaktor- und Amplitudenbestimmungseinheit 716 zugeführten Informationen, und liefert das Steuersignal an den Multiplizierer 722.
Die Steuerkanalmultiplexeinheit 712 fügt die parallelen, von der IFFT-Einheit 708 gelieferten Bitströme der Benutzerdaten dem codegespreizten Bitstrom des Steuerkanals hinzu und gibt einen gemultiplexten Bitstrom aus, der den Benutzerdatenstrom mit dem gespreizten Steuerbitstrom kombiniert. Dieser Bitstrom wird dann einer Anwendung eines Schutzintervalls unterzogen, einer RF-Einheit (nicht dargestellt) zugeführt, die eine Bandbegrenzungs-Verarbeitungseinheit, einen Frequenzumsetzer und einen Leistungsverstärker enthält, und von der Antenne gesendet.
8 ist ein Blockschaltbild eines Funkempfängers 800, der im OFDM-Kommunikationssystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung benutzt wird. Der Funkempfänger 800 verfügt über eine Zeichentaktsynchronisationseinheit 802, eine Schutzintervallentfernungseinheit 804, eine Fast-Fouriertransformationseinheit (FFT) 806, einen Rakekombinator 808, eine Pfadsucheinheit 810, eine Kanalschätzeinheit 812 und eine Spreizfaktor- und Kanaltyperfassungseinheit 814.
Die Zeichentaktsynchronisationseinheit 802 führt basierend auf den empfangenen OFDM-Zeichen eine Synchronisation durch, um ein geeignetes Timing zu gewährleisten. Die Schutzintervall-Entfernungseinheit 804 entfernt das Schutzintervall von den empfangenen OFDM-Zeichen und extrahiert den danach verbleibenden Datenteil. Die Fast-Fouriertransformationseinheit (FFT) 806 führt eine Fast-Fouriertransformation durch und gibt Informationen aus, die auf den jeweiligen Hilfsträgern übertragen wurden. Dann werden geeignete Arbeitsvorgänge ausgeführt (durch die nicht in 8 dargestellten Komponenten), um die übertragenen Informationen wiederherzustellen.
Die empfangenen OFDM-Zeichen werden auch in den Rakekombinator 808 und die Pfadsucheinheit 810 eingegeben. Die Pfadsucheinheit 810 erfasst Takte mehrerer Ausbreitungspfade der empfangenen OFDM-Zeichen. Die Kanalschätzeinheit 812 liefert ein Steuersignal an den Rakekombinator 808, um die Fading-Fluktuation in jedem Pfad zu kompensieren. Die Spreizfaktor- und Kanaltyperfassungseinheit 814 liefert Informationen über den Spreizfaktor des Spreizcodes an den Rakekombinator 808 und bestimmt, welche Typen codegespreizter Information gegenwärtig verarbeitet werden. Der Rakekombinator 808 kombiniert die Signale von den jeweiligen mehreren Pfaden und kompensiert den Fadingeinfluss auf jeden Pfad basierend auf dem Steuersignal. Als Ergebnis kann man einen in geeigneter Weise entspreizten Steuerbitstrom für den Steuerkanal erhalten. Basierend auf dem Steuerbitstrom, wird der vom Funksender 700 übertragene Steuerkanal durch die folgenden Komponenten (nicht dargestellt) wiederhergestellt.
Als Nächstes werden das Multiplexen und die Trennung von Steuerkanal und Datenkanal erklärt. Das grundlegende Verfahren ist gleich dem bereits in Verbindung mit 9 erklärten. Im zweiten Ausführungsbeispiel ist der Datenkanal ein gewöhnliche OFDM-Zeichen enthaltender Bitstrom aus Benutzerdaten, während der Steuerkanal ein auf einem DS-CDMA-Modell basierender codegespreizter Bitstrom ist. Der Datenkanal und der Steuerkanal werden zueinander in der Steuerkanalmultiplexeinheit 712 addiert. Der gemultiplexte Bitstrom wird einer Anwendung eines Schutzintervalls unterzogen und als OFDM-Zeichen von der Antenne gesendet. Da der Steuerkanal im Zeitbereich codegespreizt ist, wird das Zeitbereichsspektrum des zu übertragenden Signals so wie in 6B dargestellt, was sehr verschieden von dem Zeitbereichsspektrum der in 1B dargestellten herkömmlichen Technik ist.
Beim Wiederherstellen des Datenkanals am Funkempfänger 800 wird der Steuerkanal als Rauschen behandelt. Das Rauschen hat ein niedriges Amplitudenniveau über den gesamten Abschnitt des Frames, wie in 6B dargestellt, und demgemäß wird die Wiederherstellung des Datenkanals durch das Rauschen nicht verhindert. Mit anderen Worten stellen die Spreizfaktorsteuereinheit 718 und die Amplitudensteuereinheit den Spreizfaktor und die Amplitude (oder die Leistung) in geeigneter Weise so ein, dass der Steuerkanal eine Wiederherstellung des Datenkanals nicht verhindert.
Im zweiten Ausführungsbeispiel wird der Steuerkanal kontinuierlich über den gesamten Frame des Zeitbereichs eingefügt. (Im ersten Ausführungsbeispiel wird der Steuerkanal kontinuierlich über den gesamten Bereich des Frequenzbereichs eingefügt.) Ein sich plötzlich änderndes Signal, bedingt durch eine abrupte Änderung des Amplitudenniveaus entlang der Zeitachse oder Fading, kann exakt über den gesamten Frame genau verfolgt werden. Da der Steuerkanal vom Datenkanal basierend darauf, ob der Kanal durch einen Spreizcode gespreizt ist, unterschieden werden kann, ist es außerdem unnötig, dem Steuerkanal einen Kanal fest zuzuweisen. Folglich können die Ressourcen, die in der herkömmlichen Technik ausschließlich dem Steuerkanal zugewiesen wurden, dem Datenkanal zugewiesen werden. Im Steuerkanal darf nur der Pilotkanal codegespreizt werden.
In den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen ist es (zum Spreizen des Steuerkanals im Frequenzbereich bzw. Zeitbereich) technisch ebenfalls möglich, den Datenkanal zu spreizen. Eine derartige Anordnung ist vorteilhaft, wenn eine Anzahl von Zellen einen großen Bereich eines Dienstebereichs definiert. Bei einem CDMA-Modell werden alle nicht an die eigene Station adressierten Signale zu Rauschen. Derartiges Rauschen enthält eine Interferenz innerhalb der Zelle und eine Interferenz von benachbarten Zellen. Wenn der Datenkanal codegespreizt ist, kann Interferenz von benachbarten Zellen während der Extraktion des Datenkanals effizient reduziert werden.
Dementsprechend ist das Spreizen des Datenkanals in einer derartigen Kommunikationsumgebung von Vorteil.
Es gibt jedoch manche Umgebungen, in denen Interferenz von anderen Zellen nicht berücksichtigt werden muss. Zum Beispiel wenn eine Zelle oder ein Dienstebereich als Spot oder als isolierte Zelle zur Verfügung gestellt wird. Falls der Datenkanal in einer solchen Umgebung gespreizt wird, nimmt die Interferenz in der Zelle zu, bedingt durch die Interferenz zwischen dem Spreizcode des Steuerkanals und dem Spreizcode des Datenkanals. Dies kann in einer unerwünschten Beschränkung der Ressourcen für den Datenkanal resultieren. Demgemäß ist es für ein Drahtloskommunikationssystem, das isolierte Zellen definiert, von Vorteil, den Datenkanal als gewöhnliche OFDM-Zeichen ohne Codespreizung zu übertragen, während der Steuerkanal gespreizt wird. Der in den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen beschriebene Funksender kann vorteilhafterweise auf eine Funkbasisstation einer isolierten Zelle angewendet werden, um so das Multiplexen des Datenkanals mit einem codegespreizten Pilotkanal zu ermöglichen.

Claims

Drahtloskommunikationssystem, das ein orthogonales Frequenzmultiplexmodell, OFDM, verwendet, mit einem Sender (200, 700) und einem Empfänger (400, 800), wobei der Sender aufweist: eine Bestimmungseinheit (216, 716), die ausgebildet ist, um einen Spreizfaktor und eine Amplitude für einen Steuerkanal basierend auf wenigstens einem Element von Signalqualitätsinformationen und Interferenzinformationen in einer Datenübertragung zu bestimmen; eine Multiplexeinheit (212, 712), die ausgebildet ist, um einen Datenkanal mit dem Steuerkanal, dessen Code basierend auf dem Spreizfaktor und der Amplitude gespreizt worden ist, zu multiplexen; und eine Einrichtung zum Modulieren des gemultiplexten Signals im OFDM-Modell und Übertragen des modulierten Signals als OFDM-Zeichen; und wobei der Empfänger enthält: eine Einrichtung zum Demodulieren der OFDM-Zeichen und Entspreizen der demodulierten Zeichen, um den Steuerkanal zu extrahieren.
Sender (200, 700), der in einem Drahtloskommunikationssystem basierend auf einem orthogonalen Frequenzmultiplexmodell, OFDM, benutzt wird, mit einer Bestimmungseinheit (216, 716), die ausgebildet ist, um einen Spreizfaktor und eine Amplitude für einen Steuerkanal basierend auf wenigstens einem Element von Signalqualitätsinformationen und Interferenzinformationen in einer Datenübertragung zu bestimmen; einer Multiplexeinheit (212, 712), die ausgebildet ist, um einen Datenkanal mit dem Steuerkanal, dessen Code basierend auf dem Spreizfaktor und der Amplitude gespreizt worden ist, zu multiplexen; und einer Einrichtung zum Modulieren des gemultiplexten Signals im OFDM-Modell und Übertragen des modulierten Signals als OFDM-Zeichen.
Sender nach Anspruch 2, ferner mit einer Spreizeinheit (210), die ausgebildet ist, um den Code des Steuerkanals in einem Mehrträger-Codemultiplexmodell, MC-CDMA, zu spreizen.
Sender nach Anspruch 2, ferner mit einer Spreizeinheit (710), die ausgebildet ist, um den Code des Steuerkanals in einem direkten Folgencodemultiplexmodell, DS-CDMA, zu spreizen.
Sender nach Anspruch 2, angewendet auf eine Funkbasisstation in einer isolierten Zellen.
Sender nach Anspruch 2, bei welchem die Bestimmungseinheit den Spreizfaktor und die Amplitude so steuert, dass der Einfluss des Steuerkanals auf den Datenkanal kleiner als ein vorgeschriebenes Niveau ist.
Sender nach Anspruch 6, bei welchem den Spreizfaktor und die Amplitude des codegespreizten Steuerkanals darstellenden Informationen übertragen werden.
Empfänger (400, 800), der in einem Drahtloskommunikationssystem basierend auf einem orthogonalen Frequenzmultiplexmodell, OFDM, benutzt wird, mit einer Erfassungseinheit (408, 814), die ausgebildet ist, um einen Spreizfaktor und einen Kanaltyp aus einem empfangenen Signal zu erfassen, wobei das empfangene Signal ein Datenkanal und ein Steuerkanal sind, die miteinander gemultiplext sind; und einer Steuerkanalwiederherstellungseinrichtung zum Wiederherstellen des Steuerkanals aus dem empfangenen Signal basierend auf dem Spreizfaktor und dem Kanaltyp.
Drahtloskommunikationsverfahren basierend auf einem orthogonalen Frequenzmultiplexmodell, OFDM, mit den Schritten: Bestimmen eines Spreizfaktors und einer Amplitude für einen zu übertragenden Steuerkanal basierend auf Signalqualitätsinformationen und einem Interferenzniveau in einer Datenübertragung; Multiplexen eines Datenkanals mit einem Steuerkanal, dessen Code unter Verwendung des bestimmten Spreizfaktors und der bestimmten Amplitude gespreizt worden ist; Modulieren des gemultiplexten Signals im OFDM-Modell; Übertragen des modulierten Signals; Demodulieren des übertragenen Signals im OFDM-Modell an einen Empfänger; und Entspreizen des demodulierten Signals, um den Steuerkanal zu extrahieren.