DE69713156T2

DE69713156T2 - Intelligentes antennen-cdma-nachrichtenübertragungssystem

Info

Publication number: DE69713156T2
Application number: DE69713156T
Authority: DE
Inventors: Hui Liu; Guanghan Xu
Original assignee: CWILL Telecommunications Inc
Current assignee: Beijing Xinwei Telecom Technology Inc
Priority date: 1996-12-16
Filing date: 1997-12-12
Publication date: 2003-03-13
Anticipated expiration: 2017-12-13
Also published as: AU5524398A; DE69713156D1; EP0953235B1; US6122260A; AU731437B2; JP2001506833A; EP0953235A1; WO1998027669A1; KR20000069470A; ATE218776T1

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung betrifft im allgemeinen das Gebiet drahtloser Kommunikationssysteme und insbesondere Streuspektrum- CDMA-Kommunikation mit Antennenanordnungen.
Die Kommunikationsinfrastruktur zukünftiger drahtloser Dienste wird Hochgeschwindigkeitsnetze, zentrale Basisstationen und verschiedene nomadische Mobileinheiten unterschiedlicher Komplexität umfassen, die nahtlos zusammenarbeiten müssen. Zusätzlich zu den Standardkernpunkten, wie der Leistungsfähigkeit und Erschwinglichkeit, betont ein mobiles drahtlose Netz auch die Unempfindlichkeit gegen Schwund und Interferenzen, die Systemflexibilität und Robustheit und einem schnellen Zugriff. Innovative Kommunikationstechnologien sind für die Realisierung von Hochleistungs-Personalkommunikationsdienste-(PCS-)Systemen strategisch wichtig (D. Goodman, "Trends in Cellular and Cordless Communications", IEEE Communications Magazine, Juni 1991).
In PCS- und anderen drahtlosen Kommunikationssystemen kommuniziert eine zentrale Basisstation mit mehreren entfernten Endgeräten. Vielfachzugriff durch Frequenzteilung (FDMA) und Vielfachzugriff im Zeitmultiplex (TDMA) sind die herkömmlichen Vielfachzugriffsschemen, um einer Anzahl von Endgeräten gleichzeitig Dienste bereitzustellen. Die Grundidee hinter FDMA- und TDMA-Techniken ist es, die verfügbaren Ressourcen in jeweils mehrere Frequenz- oder Zeitschlitze zu schneiden, so daß mehrere Endgeräte untergebracht werden können, ohne eine Interferenz zu verursachen.
Im Gegensatz zu diesen Schemen, die Signale in Frequenz- oder Zeitdomänen aufteilen, erlaubt es Vielfachzugriff im Codemultiplex (CDMA) mehreren Benutzern, sich einen gemeinsamen Frequenz- und Zeitkanal zu teilen, indem eine codierte Modulation verwendet wird. Zusätzlich zum Bandbreitennutzungsgrad und zur Interferenzimmunität hat CDMA aufgrund seiner Anpassungsfähigkeit an dynamische Verkehrsmuster in einer mobilen Umgebung reelle Aussichten in drahtlosen Anwendungen gezeigt. Aufgrund seiner ihm innewohnenden Vorteile wird CDMA als die generelle Signalzugriffsstrategie für drahtlose Kommunikation der nächsten Generation angesehen. Jedoch weisen gegenwärtige kommerzielle CDMA-Technologien, z. B. der IS-95-Standard, der von Qualcomm entwickelt wurde, noch wesentliche praktische Probleme auf, wobei das wichtigste eine zwingende Erfordernis einer genauen und schnellen Steuerung der Endgerätesendeleistung ist. Obwohl das Leistungssteuerungsproblem durch die Verwendung von synchronen CDMA (S-CDMA)-Techniken gemildert werden kann, bringt das andere Probleme z. B. bei der Synchronisation mit sich. Für mehr Informationen nehme man bitte auf M. K. Simon u. a. "Spread Spectrum Communications Handbook", McGraw-Hill, 1994; Bustamante u. a. "Wireless Direct Sequence Spread Spectrum Digital Cellular Telephone System" US-Patent-Nr. 5,375,140, 12/1994. Schilling, "Synchronous Spread-Spectrum Communications System and Method". US-Patent-Nr. 5,420,896. 5/1995 bezug.
Es ist wohlbekannt, daß wenn ein fester Frequenz zuordnungsbetrag gegeben ist, eine obere Grenze der Anzahl der Kanäle vorhanden ist, die für eine zuverlässige Kommunikation bei einer bestimmten Datenrate verfügbar sind. Daher können die obenerwähnten Schemen die Systemkapaztät und Leistung nur bis zu einem bestimmten Ausmaß erhöhen. Um diese Grenze zu überschreiten, müssen zusätzliche Ressourcen zugewiesen werden. Die jüngsten Versuche, die Systemkapaztät und Leistung zu erhöhen, haben versucht, eine Raumdiversity auszunutzen. Die neue Dimension, d. h. der Raum, wenn er durch den Einsatz mehrerer Antennen geeignet ausgenutzt wird, kann im Prinzip zu einer bedeutenden Zunahme der Systemkapazität führen (S. Andersson u. a. "An Adaptive Array for Mobile Cornmunications Systems", IEEE Trans, on Veh. Tee., B. 4, Nr. 1, S. 230-236, 1991: J. Winters u. a., "The Impact of Antenna Diversity on the Capacity of Wireless Cornmunications Systems", IEEE Trans, on Communications, B. 42, Nr. 2/3/4, S. 1740-1751, 1994.) Andere potentielle Vorteile umfassen einen niedrigeren Stromverbrauch, eine höhere Immunität gegen Schwund und Interferenz, eine effizientere Verbindungsumschaltung und eine bessere Vertraulichkeit. Eine drahtlose Kommunikation, die adaptive Antennenanordnungen verwendet, wird im folgenden als ein intelligentes Antennensystem bezeichnet. Trotz seiner Aussichten existieren jedoch viele praktische Probleme bei der Anwendungen intelligenter Antennen. Aus vielen Gründen und hauptsächlich infolge von Einschränkungen der vorhandenen drahtlosen Protokolle ist es im allgemeinen schwierig, die Antennenanordnungstechnologien des Stands der Technik in gegenwärtige Systeme zu integrieren.
Sektorierung, d. h. die Unterteilung eines Versorgungsbereichs in Sektoren durch die Verwendung von Richtantennen, ist eines der direkten Mittel, die Raumdiversity für Kapazitäts- und Leistungsforstschritte auszunutzen. Es hat eine bedeutende Anzahl von Studien und Patenten auf diesem Gebiet gegeben, die umfassen: S. Hattori, u. a., "Mobile Communications System", US-Patent-Nr. 4,955,082.1/1989; T. Shimizu, u. a., "High Throughput Communication Method and System for a Digital Mobile Station When Crossing a Zone Boundary During a Session", US-Patent-Nr. 4,989,204, 12/1989; V. Graziano, "Antenna Array for a Cellular RF Communications System", US-Patent-Nr. 4.128.740. 13/1977. Die Sektorierungsansätze, wenn auch noch so einfach, weisen fundamentale Schwierigkeiten in der Handhabung des sich dauernd ändernden Verkehrsmusters auf. Als Ergebnis bietet die Sektorierung nur einen begrenzten Kapazitätszuwachs auf Kosten von mehr Kanalwechseln und einer komplizierteren Verwaltung.
Um sich an die zeitveränderliche Natur der mobilen Kommunikation anzupassen, sind adaptive Antennenanordnungstechnologien untersucht worden, siehe z. B. K. Yamamoto, "Space Diversity Communications System for Multi-Direction Time Division Multiplex Communication", US- Patent-Nr. 4,599,734, 4/1985: D. F. Bantz, "Diversity Transmission Strategy in Mobile/Indoor Cellular Radio Communications", US-Patent-Nr. 5,507,035, 4/1993; C. Wheatley, "Antenna System for Multipath Diversity in an Indoor Microcellular Communication System", US-Patent-Nr. 5,437,055, 7/1995. Die aggressivsten Schemen, die häufig als Vielfachzugriff durch räumliche Trennung (SDMA) bezeichnet werden, lassen es zu, daß sich mehrere Endgeräte einen herkömmlichen Kanal (Frequenz, Zeit) durch unterschiedliche räumliche Kanäle teilen, wobei die Systemkapazität ohne eine zusätzliche Frequenzzuteilung vervielfacht wird (S. Andersson u. a., "An Adaptive Array for Mobile Communications Systems", IEEE Trans, on Veh. Tee., B. 4. Nr. 1, S. 230-236, 199 1: R. Roy u. a., "Spatial Division Multiple Access Wireless Communications Systems". US-Patent-Nr. 5,515,378,4/1996, U.S. CI.).
Die Schlüsseloperationen bei SDMA umfassen eine räumliche Parameterschätzung, räumliches Multiplexen zur Abwärtsverbindung (von der Basisstation zu den entfernten Endgeräten) und Demultiplexen zur Aufwärtsverbindung (von den entfernten Endgeräten zu Basisstation). Da die meisten der gegenwärtigen drahtlosen Systeme sich Frequenzteilungsduplex-(FDD)-Schemen zu eigen machen, d. h. unterschiedliche Träger für die Aufwärtsverbindung und Abwärts Verbindung (z. B. AMPS, IS-54. GSM, usw.), bestimmen grundlegende physikalische Prinzipien, daß die räumlichen Eigenschaften der Aufwärtsverbindung und Abwärtsverbindung sich wesentlich unterscheiden. Folglich beruhen räumliche Operationen in den meisten SDMA-Schemen auf einer Ankunftsrichtungs-(DOA)-Information der Endgeräte. Genauer gesagt wird ein räumliches Multiplexen/Demultiplexen durchgeführt, indem Mit-Kanalsignale aus verschiedenen Richtungen getrennt werden.
Während sie theoretisch brauchbar sind, gibt es kritische praktische Probleme bei den gegenwärtigen SDMA-Technologien, wobei die wichtigsten sind: (i) berechnungstechnisch anspruchsvolle Algorithmen für DOA und andere räumliche Parameterschätzungen, (ii) eine zwingende Erfordernis einer kalibrierten Systemhardware; (iii) die Leistung ist gegenüber Bewegungen und Hardware/Software-Mängeln empfindlich. Das erste Problem kann in einem Zeitteilungsduplex-(TDD)-System gemildert werden (z. B. CT-2 und DECT) wo eine Aufwärtsverbindung und eine Abwärtsverbindung dieselben Ausbreitungsmuster auf weisen. In diesem Fall kann die räumliche Signatur eine Endgeräts, d. h. die Reaktion der Antennenanordnung auf Signale, die vom Endgerät gesendet werden, in SDMA genutzt werden - es werden keine Mehrwegparameter benötigt. Nichtsdestoweniger bleiben andere Schlüsselprobleme. Diese Probleme können die Nützlichkeit von SDMA in drahtlosen, und insbesondere Mobilkommunikationsnetzen beeinträchtigen.
Es ist erwähnenswert, daß die obigen Probleme nicht Antennenanordnungen zu eigen sind, sie sind vielmehr der starren Ausnutzung der Raumdiversity zuzuschreiben, um sich an die existierenden drahtlosen Protokolle anzupassen. Die Raumdiversity, die in ihrer Natur sehr unstabil ist, kann keine zuverlässigen Kanäle zur Kommunikation bereitstellen. Jeder Versuch, intelligente Antennen zu existierenden Systemen hinzuzufügen, kann nur zu suboptimalen Ergebnissen führen. Von einem Systemstandpunkt gibt es einen offensichtlichen Bedarf nach einem speziell entworfenen Schema, das drahtlose Technologien des Stand der Technik, einschließlich der intelligenten Antennen in einer vereinheitlichten Weise nutzt. Die vorliegende Erfindung erfüllt diese Erfordernis und stellt Lösungen für alle vorgenannten Schwierigkeiten bereit.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung umfaßt ein drahtloses Kommunikationssystem, das Antennenanordnungen mit Synchron- CDMA-Techniken und Zeitteilungsduplexen (TDD) integriert. Das sich ergebende Schema wird im folgenden als CDMA mit intelligenten Antennen (SA-CDMA) bezeichnet. Die vorliegende Erfindung stellt zahlreiche Vorteile gegenüber Systemen und Verfahren bereit, einschließlich einer verbesserten Systemkapaztät und Leistung.
Die vier Designkernpunkte für drahtlose Systeme sind Flexibilität, Qualität, Kapazität und Komplexität. SA-CDMA ist ein neuartiges Schema, das sich all diesen Punkten zuwendet. Das SA-CDMA-System der vorliegenden Erfindung besitzt die meisten der wünschenswerten Merkmale früherer Antennenanordnungssysteme, ohne eine Hardware und berechnungstechnisch anspruchsvolle Operation einzuführen, die die Anwendbarkeit früherer Techniken in einer dynamischen mobilen Umgebung fundamental einschränken.
Kurz gesagt weist ein SA-CDMA-System erfindungsgemäß eine Mehrkanal-Transceiveranordnung mit mehreren Antennen und mehreren Transceivern auf. Die Mehrkanal-Transceiveranordnung ist angepaßt, Kombinationen von Mehrkanal- Aufwärtsverbindungs-S-CDMA-Signale von den Endgeräten zu empfangen und Mehrkanal-Abwärtsverbindung-S-CDMA-Signale an die Endgeräte zu senden. Die Mehrkanal-Transceiveranordnung arbeitet in einer Zeitteilungsduplexweise, d. h. ist angepaßt zum Empfang (RX) von Kombinationen von Mehrkanal- Aufwärtsverbindungs-S-CDMA-Signalen von den Endgeräten während eines ersten Zeitrahmens und ist angepaßt zum Senden (TX) von Mehrkanal-Abwärtsverbindung-S-CDMA-Signalen an die Endgeräte während eines zweiten Zeitrahmens.
Das System weist ferner einen oder mehrere digitale Prozessoren (DSPs) oder Verarbeitungseinheiten und einen zugehörigen Speicher auf, um die verschiedenen Aufwärtsverbindungs- und Abwärtsverbindungskommunikationsfunktionen durchzuführen. Der eine oder die mehreren Prozessoren sind an die Mehrkanal- Transceiveranordnung gekoppelt. Der eine oder die mehreren Prozessoren führen Code und Daten aus dem Speicher aus, um die Kommunikationsfunktionen zu implementieren, wie einen räumlichen Prozessor, einen Entspreizer, einen Modulator und einen Demodulator unter anderem.
Der räumliche Prozessor ist an die Mehrkanal-Transceiveranordnung gekoppelt und bestimmt räumliche Signaturschätzungen, die mit den Endgeräten verbunden sind, aus den Kombinationen der Mehrkanal-Aufwärtsverbindungs-S- CDMA-Signale. Der räumliche Prozessor berechnet beruhend auf den räumliche Signaturschätzungen auch Aufwärtsverbindungs- und Abwärtsverbindungs-Strahlformungsmatrizen.
Der Demodulator ist an den räumlichen Prozessor und die Mehrkanal-Transceiveranordnung gekoppelt und bestimmt Schätzungen von Aufwärtsverbindungsnachrichten von den Endgeräten aus den Kombinationen der Mehrkanal-Aufwärtsverbindungs-S- CDMA-Signale. Der Modulator erzeugt die Mehrkanal-Abwärtsverbindung-S-CDMA-Signale, um Nachrichten zu senden, die für die Endgeräte bestimmt sind.
Jedes der Endgeräte weist entsprechend einem CDMA- Zugriffsschema eine eindeutige PN-Codesequenz auf. Um eine räumliche Signaturschätzung für jedes Endgerät zu enthalten, nutzt das System einen Entspreizer, um die Kombination der Mehrkanal-Aufwärtsverbindungs-S-CDMA-Signale zu entspreizen. Der Entspreizer verwendet eine PN-Codesequenz eines jeweiligen Endgeräts, um die Kombination der Mehrkanal- Aufwärtsverbindungs-S-CDMA-Signale zu entspreizen, um eine Mehrkanal-Symbolsequenz zu erhalten. Der räumliche Prozessor identifiziert eine Symbolsequenz aus der Mehrkanal- Symbolsequenz mit der maximalen Signalleistung und arbeitet ferner, um die Mehrkanal-Symbolsequenz bezüglich der identifizierten Symbolsequenz mit der maximalen Signalleistung zu normieren, um eine normierte Mehrkanal-Symbolsequenz zu erhalten. Der Durchschnitt der normierten Mehrkanal-Symbolsequenz wird dann als die räumliche Signaturschätzung berechnet.
In einer anderen Ausführungsform bildet, anstatt die Sequenz mit der maximalen Energie zu identifizieren und zu normieren, der räumliche Prozessor eine Datenkovarianzmatrix der Mehrkanal-Symbolsequenz und schätzt den Haupteigenvektor der sich ergebenden Datenkovarianzmatrix als die räumliche Signaturschätzung.
Zusätzlich dazu, wesentliche Parameter zur Leistungssteuerung und Synchronisation bereitzustellen, kann der räumliche Prozessor auch DOA-Schätzungen bereitstellen, falls erforderlich. Die DOA-Information wird zusammen mit den bisher nicht verfügbaren Verzögerungsschätzungen, die die Entfernung zwischen den Endgeräten und der Basisstation wiederspiegeln bei einer weichen Verbindungsumschaltung und Lokalisierung genutzt.
Die obigen Operationen lassen es zu, daß gleichzeitig eine Code- und Raumdiversity ausgenutzt werden, ohne eine übermäßige Komplexität einzuführen. Das Ergebnis ist ein bedeutender Fortschritt in der Kapazität und Qualität der Kommunikation, insbesondere in einem sich schnell ändernden Mobilsystem.
Daher weist die vorliegende Erfindung eine Anzahl von Grundeigenschaften und Vorteilen auf, die unten zusammengefaßt werden:
1. Das SA-CDMA-System der vorliegenden Erfindung ist eine effiziente und zuverlässige Einrichtung, um sowohl Raum- als auch Codediversity in der drahtlosen Kommunikation zu nutzen. Das neue Schema berücksichtigt die dynamische Natur der räumlichen Kanäle und erzielt eine optimale Leistungsverbesserung mit einer minimalen Komplexität.
2. TDD-Operationen lassen es zu, daß eine Abwärtsverbindungsstrahlformung, die vielmehr direkt auf räumlichen Signaturen als auf einzelnen Mehrwegeparametern beruht, durchgeführt wird, wodurch die Notwendigkeit einer anspruchsvollen DOA-Schätzung und Verknüpfung beseitigt wird.
3. Die Interferenzfestigkeit von S-CDMA-Signalen und die räumliche Selektivität intelligenter Antennen ergänzen einander, wodurch sie folglich eine hervorragende Festigkeit gegenüber Hardware- und Algorithmusmängeln bereitstellt und die zwingenden Erfordernisse der Leistungssteuerung abschwächen.
4. Zusätzlich zu einer DOA-Information, ist auch eine Entfernungsinformation jedes Teilnehmers an der Basisstation verfügbar, was folglich eine Verwirklichung einer "Staffelstab" Verbindungsumschaltung und Lokalisierung zuläßt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der detaillierten Beschreibung deutlicher werden, die unten dargelegt wird, wenn sie in Verbindung mit den Zeichnungen vorgenommen wird, in denen Bezugszeichen überall gelten. Es zeigen:
Fig. 1 eine graphische Darstellung des früheren Sektorierungsantennenanordnungssystem und seiner Beschränkungen,
Fig. 2 eine graphische Darstellung des früheren drahtlos SDMA-Systems und seiner Beschränkungen,
Fig. 3 wie die offenbarte SA-CDMA erfolgreich die Schwierigkeiten des Stands der Technik überwindet,
Fig. 4 die Hauptfunktionsmodule des offenbarten SA-CDMA-Systems um Nachrichtendaten zu/von mehreren Endgeräten zu übertragen,
Fig. 5 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Basisband- Prozessoren,
Fig. 6 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen SA-CDMA-Systems,
Fig. 7 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen räumlichen Prozessors,
Fig. 8 eine Ausführungsform eines Modulators des offenbarten erfindungsgemäßen SA-CDMA-Systems,
Fig. 9 eine Ausführungsform eines Demodulators des offenbarten erfindungsgemäßen SA-CDMA-Systems,
Fig. 10 eine Ausführungsform von erfindungsgemäßen SA-CDMA- Operationen in einem Aufwärtsverbindungs- und einem Abwärtsverbindungsrahmen,
Fig. 11 eine Ausführungsform von erfindungsgemäßen räumlichen Signaturschätzungsoperationen,
Fig. 12 eine weitere Ausführungsform von erfindungsgemäßen räumlichen Signaturschätzungsoperationen.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Fig. 1 zeigt ein drahtloses System gemäß dem Stand der Technik mit sektorierten Antennen und stellt seine Nachteile dar. Das System des Stands der Technik weist mehrere Endgeräte 10, 12 und 14, d. h. mehrere Teilnehmer, die Endgeräte für eine drahtlose Kommunikation besitzen. Das System weist auch eine Basisstation auf, die eine Mehrkanal- Transceiveranordnung 40 und (nicht gezeigte) Basisband- Prozessoren aufweist. Indem die Tatsache ausgenutzt wird, daß Signale s&sub1;, s&sub1;', s&sub2; und s&sub3; von unterschiedlichen Endgeräten an der Basisstation von unterschiedlichen Wegen 20, 22, 24 und 26 innerhalb bestimmter Sektoren ankommen, ist die Mehrkanal- Transceiveranordnung (40) eingerichtet, einen Versorgungsbereich in mehrere Sektoren zu unterteilen. Die gerichtete Sendung und der Empfang innerhalb jedes Sektors führt zu einem niedrigeren Stromverbrauch, einer höheren Interferenzunterdrückung und einer höheren Kapazität. Im Prinzip ist die Leistungssteigerung proportional zur Anzahl der so gebildeten Sektoren. Jedoch gilt dies in der Praxis nicht immer, da Mehrwegreflexionen, die von einem Endgerät stammen (z. B. s&sub1; vom Weg 24 und s&sub1;' vom Weg 20, die vom Gebäude 28 reflektiert werden) nicht im selben Sektor liegen können, und physikalische Prinzipien den Entwurf überaus kleiner Sektoren verhindern. Ferner kann ein Endgerät (12), das nahe der Grenze zweier Sektoren angeordnet ist, eine ernste Leistungsverschlechterung erleiden. Aus demselben Grund wird sich auch das Verbindungsumschaltungsproblem verschlimmern, wenn die Anwendung mobile Endgeräte umfaßt.
Für dasselbe Szenario stellt Fig. 2 die Grundprinzipien eines SDMA-Systems dar, wo Gleichkanalsignale zwischen den entfernten Endgeräten (10, 12, 14) und der Basisstation- Mehrkanal-Transceiveranordnung (40) aus unterschiedlichen Richtungen übertragen werden. Die Absicht der Figur ist es, zu zeigen, daß wenn zwei Endgeräte (12, 14) nahe beieinander angeordnet sind, es praktisch undurchführbar wird, alle DOAs zu beurteilen und eine räumliche Trennung der Gleichkanalsignale (22, 24) über einen vorbestimmten Pegel zu erhalten. Zusätzlich ist selbst dann, wenn alle DOAs aufgelöst werden können, eine Zuordnung von Mehrwegereflexionen aus derselben Quelle nicht trivial.
Fig. 3 stellt dar, wie das System und Verfahren der vorliegenden Erfindung die obenerwähnten Probleme überwindet. Wie unten weiter erläutert wird, weist die vorliegende Erfindung ein Zeitaufteilgungsduplex-(TDD)- Antennenanordnungs-(S-CDMA)-Kommunikationssystem mit Mehrfachzugriff durch synchrone Codeaufteilung zur Übertragung von Nachrichtendaten zu/von mehreren Endgeräten auf. Gemäß dem offenbarten SA-CDMA-Schema werden den entfernten Endgeräte (10, 12, 14) Orthogonalcodes zugewiesen, so daß jedes Signal eine ihm innewohnende Festigkeit gegen eine Interferenz besitzt. Ähnlich zur SDMA wird eine räumliche Strahlformung in der Kommunikation zwischen der Mehrkanal-Transceiveranordnung (40) und den Endgeräten (10, 12, 14) genutzt. Ein Schlüsselunterschied ist es jedoch, daß infolge des CDMA-Zugriffs Schemas, das verwendet wird, Gleichkanalsignale nicht vollständig im Raum getrennt werden müssen. Zu Veranschauungszwecken werden unterschiedliche Linientypen verwendet, um sich überlappende Strahlmuster mit charakteristischen Codeworten darzustellen. Im Gegensatz zum früheren SDMA-Schema werden Gleichkanalsignale an einem Endgerät bei SA-CDMA aufgrund der Interferenzimmunität zugelassen, die durch CDMA bereitgestellt wird. Folglich werden die Anforderungen räumlicher Operationen bedeutend gelockert. Durch eine geeignete Gestaltung von Strahlformen, um eine Interferenz eher zu unterdrücken als zu beseitigen, können wesentliche Fortschritte in der Leistung mit robusten und wenig komplexen Operationen erzielt werden. Die Fähigkeit, eine Interferenz zu unterdrücken und für eine zuverlässige Leistungssteigerung unter Verwendung von Antennenanordnungen zu sorgen, ist kennzeichnend für die SA- CDMA-Erfindung.
Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, das die Hauptfunktionsmodule des offenbarten SA-CDMA-Systems gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung darstellt. Wie oben erwähnt, weist die vorliegende Erfindung ein Zeitaufteilgungsduplex-(TDD)-Antennenanordnungs-S-CDMA)- Kommunikationssystem mit Mehrfachzugriff durch synchrone Codeaufteilung zur Übertragung von Nachrichtendaten zu/von mehreren Endgeräten auf. Wie in Fig. 4 gezeigt, weist das System, das auch als Basisstation bezeichnet wird, eine Mehrkanal-Transceiveranordnung 40 auf, die an einen oder mehrere Basisband-Prozessoren 42 gekoppelt ist. Die Mehrkanal-Transceiveranordnung 40 ist angepaßt, eine drahtlose Kommunikation mit mehreren Endgeräte 1-P durchzuführen. Die Endgeräte 1-P weisen entfernte Kommunikationseinheiten auf, die durch Teilnehmer zur drahtlosen Kommunikation verwendet werden. So können mehrere Teilnehmer, die jeweils ein Endgerät besitzen, in einer drahtlosen Weise kommunizieren. Jedes der Endgeräte ist mit einem eindeutigen Pseudorausch- (PN)-Signal oder einer PN-Codesequenz zur CDMA-Kommunikation ausgestattet. Die in Fig. 4 gezeigte Basisstation oder das System weist ebenfalls die PN-Codesequenzen für jedes der Endgeräte auf, die in der Lage sind, mit der Basisstation zu kommunizieren.
Die Basisband-Prozessoren 42 koppeln weiter an das öffentliche Netz 54, wobei das öffentliche Netz andere Basisstationen zur Kommunikation mit anderen Endgeräten aufweist. Das öffentliche Netz umfaßt auch das öffentliche Fernsprechwählnetz (PSTN) als auch andere drahtgebundene oder drahtlose Netze. Folglich ermöglicht die Verbindung zum öffentlichen Netz 54, daß die Endgeräte 1-P, die in Fig. 4 gezeigt werden, mit Endgeräten zu kommunizieren, die in drahtloser Verbindung mit einer anderen Basisstation oder mit Personen oder Teilnehmern stehen, die mit einem drahtgebundenen Netz, wie dem PSTN verbunden sind.
Die Mehrkanal-Transceiveranordnung 40 weist mehrere Antennen und mehrere Transceiver auf. Die Mehrkanal- Transceiveranordnung 40 ist zum Empfang von Kombinationen von Mehrkanal-Aufwärtsverbindungs-S-CDMA-Signalen von den Endgeräten und zur Sendung von Mehrkanal-Abwärtsverbindung-S- CDMA-Signalen zu den Endgeräten hin angepaßt. Die Mehrkanal- Transceiveranordnung 40 zum Empfang und zur Sendung in einer Zeitteilungsduplex-Weise angepaßt. Mit anderen Worten ist die Mehrkanal-Transceiveranordnung 40 zum Empfang der Kombinationen der Mehrkanal-Aufwärtsverbindungs-S-CDMA- Signale von den Endgeräten während eines ersten Zeitrahmens angepaßt und ist zum Senden der Mehrkanal-Abwärtsverbindung- S-CDMA-Signale zu den Endgeräte hin während eines zweiten Zeitrahmens angepaßt.
Daher dient, wie gezeigt, das SA-CDMA-System zur Übertragung von Nachrichtendaten zu/von mehreren Endgeräte (Endgerät #1-#P). Die Mehrkanal-Transceiveranordnung 40 verwirklicht eine Wandlung von Hochfrequenz (HF) zum Basisband mittels mehrerer kohärenter Transceiver wie in der gegenwärtigen Technik. Basisband-Prozessoren 42 sind mit der Mehrkanal- Transceiveranordnung 40 gekoppelt und führen alle Basisband- Operationen, wie räumliche Parameterschätzung, Aufwärtsverbindungs- und Abwärts Verbindungsstrahlformung und CDMA-Modulation und Demodulation usw. durch. Die Basisband- Prozessoren 42 werden unten detaillierter erläutert. Die demodulierten Nachrichten werden zu einem öffentlichen Netz (54) geleitet, das auch Nachrichten bereitstellt, die für die Endgeräte bestimmt sind, wie es gegenwärtig geschieht.
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform der Basisband- Prozessorhardware. In der bevorzugten Ausführungsform, weisen die Basisband-Prozessoren 42 einen oder mehrere digitale Signalprozessoren (DSPs) 44, 46 und 48 und einen oder mehrere damit verbundene Speicher 62, 64 und 66 auf. Die Speicher 62, 64 und 66 speichern Code und Daten, die durch den einen oder die mehreren DSPs 44, 46 und 48 ausführbar sind, um Basisbandfunktionen auszuführen. Mit anderen Worten führen der eine oder die mehreren DSPs 44, 46 und 48 einen Programmcode aus, der in den Speichereinheiten 62, 64 und 66 gespeichert ist, um alle Basisbandfunktionen auszuführen. Systemoperationen werden vorzugsweise durch einen zweckgebundenen Mikrokontroller 68 verwaltet. Unterschiedliche Aufgaben können unter Verwendung zweckgebundener DSPs oder durch Aufgabenteilung verwirklicht werden. In einer Ausführungsform weisen die Basisband-Prozessoren 42 einen einzigen DSP und einen einzigen Speicher auf. In der bevorzugten Ausführungsform weisen die Basisband-Prozessoren 42 mehrere DSPs und mehrere Speicher auf. Es ist wird angemerkte daß die Basisbandverarbeitung auf verschiedene andere Weisen implementiert werden kann, wie durch Verwendung einer oder mehrerer Allzweck-CPUs, eines oder mehrerer programmierter Mikrokontroller, einer diskreten Logik oder deren Kombination.
Fig. 6 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines SA-CDMA-Systems. Wie gezeigt, ist die Mehrkanal- Transceiveranordnung 40 so gekoppelt, daß sie Ausgaben an einen räumlichen Prozessor 60 und einen Demodulator 50 liefert. Der räumliche Prozessor 60 und der Demodulator 50 sind ebenfalls vorzugsweise aneinander gekoppelt. Die Mehrkanal-Transceiveranordnung 40 empfängt eine Eingabe von einem Modulator 52. Der räumliche Prozessor 60 liefert eine Ausgabe an den Modulator 52. Der Demodulator 50 liefert eine Ausgabe an das öffentliche Netz 54, und das öffentliches Netz 54 liefert wiederum eine Ausgabe an den Modulator 52. Wie oben bezüglich Fig. 5 erwähnt, implementieren in der bevorzugten Ausführungsform der eine oder die mehreren DSPs 44, 46 und 48 und die zugehörigen einen oder mehreren Speicher 62, 64 und 66 die verschiedenen Basisbandfunktionen. So weisen in Fig. 6 der räumliche Prozessor 60, der Demodulator 50 und der Modulator 52 vorzugsweise einen oder mehrere programmierte DSPs auf, wie oben beschrieben. Jedoch ist zu beachten, daß einer oder mehrere des räumlichen Prozessors 60, des Demodulators 50 und Modulators 52 auf andere Arten implementiert werden können, wie durch programmierte CPUs oder Mikrokontroller und/oder einer diskreten Logik, unter anderem, wie in der Technik bekannt ist.
Erneut auf Fig. 6 bezugnehmend, wird während eines Aufwärtsverbindungsrahmens die Mehrkanal-Transceiveranordnung 40 in die Empfangsbetriebsart versetzte so daß überlagerte Aufwärtsverbindungssignale zum Basisband abwärtsgewandelt werden können. Die sich ergebenden Kombinationen der Mehrkanal-Aufwärtsverbindungs-S-CDMA-Signale 70 werden zum räumlichen Prozessor 60 und zum Demodulator 50 geschickt. Die Funktionen des räumlichen Prozessors 60 umfassen eine Schätzung der räumlichen Signaturen, Bestimmung der Aufwärtsverbindungsleistung und eines Zeitversatzes der Endgeräte, und eine Berechnung der Aufwärtsverbindungs- und Abwärtsverbindungs-Strahlformungsmatrizen oder Vektoren. In der vorliegenden Offenbarung ist der Ausdruck "Matrizen" dazu bestimmt, sowohl Matrizen als auch Vektoren einzuschließen, und die Ausdrücke Vektoren und Matrizen werden untereinander austauschbar verwendet. Die räumliche Signaturschätzungen umfassen die Übertragungsfunktion oder Übertragungseigenschaften eines jeweiligen Endgerätes und der Mehrkanal-Transceiveranordnung 40.
Der Demodulator 50 und der Modulator 52 sind an den räumlichen Prozessor gekoppelt, um eine Basisband-Strahlformung und eine S-CDMA-Modulation und Demodulation zu verwirklichen. Insbesondere ist es die Hauptfunktion des Demodulators 50 Signale von jedem Endgerät konstruktiv zu kombinieren und die Aufwärtsverbindungsnachrichten unter Verwendung von Aufwärtsverbindungs-Strahlformungsmatrizen und anderer Informationen, die durch den räumlichen Prozessor bereitgestellt werden, zurückzugewinnen. In einer Ausführungsform der Erfindung wird die räumliche Verarbeitung und Modulation/Demodulation in einer Stapelverarbeitung realisiert - Messungen 70 aus der Mehrkanal- Transceiveranordnung werden nicht verarbeitet, bis alle Daten innerhalb eines Aufwärtsverbindungsrahmens gesammelt sind. In einer anderen Ausführungsform werden adaptive Algorithmen verwendet, und Informationen 74 werden kontinuierlich zwischen dem Demodulator 50 und dem räumlichen Prozessor 60 ausgetauscht. Nach der Demodulation werden die demodulierten Aufwärtsverbindungsnachrichten 80 abhängig von der Anwendung zum öffentliches Netz 54 geleitet.
Nach dem Aufwärtsverbindungsrahmen werden die Mehrkanal- Transceiver in die Sendebetriebsart umgeschaltet. Nachrichten 82, die für die Endgeräte bestimmt sind, werden aus demselben öffentlichen Netz 54 erhalten. Abwärtsverbindungs-Strahlformungsmatrizen 78, die beruhend auf vorhergehenden räumlichen Signatur-Schätzungen berechnet werden, werden durch den räumlichen Prozessor 60 an den Modulator 52 geliefert. Der Modulator 52 moduliert alle Abwärtsverbindungsnachrichten 82 und erzeugt gemischte Mehrkanal-Abwärtsverbindungs-S-CDMA- Signale 72, die durch die Mehrkanal-Transceiveranordnung 40 gesendet werden sollen. In einer Ausführungsform, umfaßt die Modulation eine Codemodulation jedes Signals, gefolgt von einer Abwärtsverbindungs-Strahlformung und digitaler Kombination. Die sich ergebenden gemischten Digitalsignale werden dann zur Impulsformung und Digital-Analog-Wandlung angewendet. In einer weiteren Ausführungsform werden die Codemodulation, Strahlformung und digitale Kombination in einem Schritt unter Verwendung einer schnellen Hadamard- Transformation verwirklicht, vorausgesetzt, das orthogonale Walsh-Codes genutzt werden. In noch einer anderen Ausführungsform wird eine D/A-Wandlung für einzelne Nachrichtensignale durchgeführt, die für unterschiedliche Endgeräte bestimmt sind, und ein analoger Kombinator wird zur Mischung der sich ergebenden Signale verwendet.
Fig. 7 ist eine detaillierteres Blockdiagramm, das die Funktionsblöcke darstellt, die der räumlichen Prozessor 60 aufweist. Der räumliche Prozessor 60 steuert die Aufwärtsverbindungs- und Abwärtsverbindungs- Strahlformungsoperationen. Der räumliche Prozessor 60 empfängt Eingaben 76, die Messungen sind, von der Anordnung von Empfängern. In der beispielhaften Ausführungsform empfängt der räumliche Prozessor 60 auch Eingaben, die die entspreizte Mehrkanal-Symbolsequenz 74 für jedes Endgerät umfassen, die durch Entspreizer im Demodulator 52 geliefert wird. Der räumliche Prozessor 60 weist einen räumliche Signatur-Schätzeinrichtung 90 auf, die dazu bestimmt ist, räumliche Signaturen zu schätzen. In einer Ausführungsform wird die räumliche Signatur eines jeweiligen Endgerätes als der Haupteigenvektor der Datenkovarianzmatrix der Mehrkanal- Symbolsequenz berechnet, die mit dem Endgerät verbunden ist. In einer weiteren Ausführungsform wird die Symbolsequenz mit der maximalen Energie aus der Mehrkanal-Symbolsequenz identifiziert, und die Mehrkanal-Symbolsequenz wird dann bezüglich der identifizierten Symbolsequenz normiert. Der Durchschnitt der sich ergebenden normierten Mehrkanal- Symbolsequenz wird als die räumliche Signaturschätzung berechnet.
In der bevorzugten Ausführungsform weist der räumliche Prozessor 60 auch eine zugeordnete Parameterschätzeinrichtung 92 auf, die Signalparameter, wie die Aufwärtsverbindungsleistung und den Timingversatz der Endgeräte schätzt. Falls notwendig, liefert die Parameterschätzeinrichtung 92 auch DOA-Schätzungen, die bei der globalen Postionserfassung und der Verbindungsumschaltung verwendet werden können. Folglich schätzt die Parameterschätzeinrichtung 92 andere Signalparameter als die räumlichen Signaturen.
Der räumliche Prozessor 60 weist einen RX-Strahlformungskontroller 96 und einen TX-Strahlformungskontroller 94 auf, die an die räumliche Signatur-Schätzeinrichtung 90 gekoppelt sind. Der RX-Strahlformungskontroller 96 und TX- Strahlformungskontroller 94 berechnen die Aufwärtsverbindungs- und Abwärtsverbindungs- Strahlformungsmatrizen. Die Ausgaben der RX- und TX- Strahlformungskontroller 94 und 96 werden dann zum Demodulator 50 und Modulator 52 zur räumlichen Strahlformung weitergeschickt.
In einer Ausführungsform wird ein Timingversatz aus den Empfängerausgaben geschätzt, wobei Korrelatoren verwendet werden, die im Stand der Technik wohlbekannt sind. Dies ist in Situationen geeignet, wo die Abtastrate ausreichend höher als die Chiprate ist. In einer zweiten Ausführungsform wird ein Teilraum-Timingschätzungsalgorithmus verwendet, um hochauflösende Schätzungen der Timingversetzungen zu liefern. Für weitere Informationen über den Teilraum- Timingschätzungsalgorithmus, siehe bitte E. Strom u. a., "Propagation delay estimation in asynchronous direct-sequence code-division multiple access Systems", IEEE Trans, on Communication", B. 44, Nr. 1, S. 84-93, 1996).
Eine Schätzung der Aufwärtsverbindungsleistung und der DOA kann beruhend auf einer Schätzung der räumlichen Signaturen durchgeführt werden. In einer Ausführungsform wird die Aufwärtsverbindungsleistung als der Haupteigenwert einer Datenkovarianzmatrix der Mehrkanal-Symbolsequenz berechnet, die mit einem jeweiligen Endgerät verbunden ist. In einer weiteren Ausführungsform wird die Aufwärtsverbindungsleistung als ein quadratischer Mittelwert einer strahlgeformten Symbolsequenz geschätzt, die mit einem jeweiligen Endgerät verbunden ist. In einer Ausführungsform werden DOAs bestimmt, indem eine Strahlformung an einzelnen räumlichen Signaturen durchgeführt wird. In einer anderen Ausführungsform werden hochauflösende DOA-Schätzungsalgorithmen direkt auf die Kovarianzmatrix der Mehrkanal-Symbolsequenz angewendet. In noch einer anderen Ausführungsform kann ein adaptives Leistungs- und DOA-Schätzungsverfahren angepaßt werden, um die Variationen dieser Parameter zu verfolgen. Die DOA- Schätzungen, wenn sie in Verbindung mit dem Timingversatz verwendet werden, liefern Entfernungs- und Richtungsinformationen, um die Endgeräte zu lokalisieren, und können folglich verwendet werden, um die Verbindungsumschaltung zwischen unterschiedlichen Zellen zu erleichtern.
Folglich führt der räumliche Prozessor 60 Funktionen aus, wie eine räumliche Signaturschätzung, wobei er die Aufwärtsverbindungs- und Abwärtsverbindungs- Strahlformungsmatrizen oder Vektoren für alle Endgeräte konstruiert und Signalparameter, wie die Aufwärtsverbindungsleistung und den Timingversatz der Endgeräte schätzt.
Fig. 8 stellt eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Modulators 32 dar. Der Modulator 52 weist beruhend auf der Anzahl der Endgeräte, die in der Lage sind, mit der Basiseinheit zu kommunizieren, mehrere Spreizer 150 auf. In der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform werden Signale 86, die für die Endgeräte bestimmt sind, z. B. s&sub1;(k) bis sp(k) für jeweils das Endgerät 1 bis P, zuerst durch Spreizer 150, 152 unter Verwendung von PN-Codesequenzen 140, 142 gespreizt, die durch einen PN-Codegenerator 102 bereitgestellt werden. Ein Satz von Abwärtsverbindungs- Strahlformungseinrichtungen 144, 146 ist an die Spreizer gekoppelt, um die sich ergebende Chipsequenz 160, 162 unter Verwendung von Abwärtsverbindungs-Strahlformungsmatrizen (
wrI
bis
r
wrP)
zu gewichten. Der letzte Schritt des SA-CDMA- Modulators 52 ist die Kombination der strahlgeformten Sequenzen und die Erzeugung von Mehrkanal-Abwärtsverbindung-S- CDMA-Signalen 168. Dies wird in der vorliegenden Ausführungsform durch digitale Kombinatoren 158 erreicht.
Eine Ausführungsform eines SA-CDMA-Demodulators 50 ist in Fig. 9 abgebildet. Die Konfiguration des Demodulators 50 ist im Aufbau zu der des Modulators 50 entgegengesetzt. Entspreizer 98, 100 sind an die Mehrkanal- Transceiveranordnung gekoppelt (die so gestaltet sind, daß sie Empfänger sind) um Mehrkanal-Aufwärtsverbindungs-S-CDMA- Signale 82 für jedes Endgerät unter Verwendung einer PN- Codesequenz zu entspreizen, die durch den PN-Code-Generator 102 geliefert wird. Die Ausgabe des Entspreizers sind Mehrkanal-Symbolsequenzen 122, 124 für unterschiedliche Endgeräte. Für jedes Endgerät ist eine Aufwärtsverbindungs- Strahlformungseinrichtung 104 oder 106 an den Entspreizer gekoppelt, der eine Mehrkanal-Symbolsequenz für dieses Endgerät liefert. Die Aufwärtsverbindungs- Strahlformungseinrichtung verstärkt Signale 126, 128 durch Kombination der entsprechenden Mehrkanal-Symbolsequenz unter Verwendung ihrer zugehörigen Aufwärtsverbindungs- Strahlformungsmatrix (
wrI
bis
wrP).
Die Strahl formungsabgaben 126, 128 werden zusammen zu Detektoren 108. 110 geschickt, wo Nachrichtendaten (s&sub1;(k), . . ., sp(k)) von den Endgeräten wie in der gegenwärtigen Technik detektiert werden.
Die oben beschriebenen Modulations- und DemodulationsSchemen setzen ideale Mehrkanaltransceiver ohne eine Hardware-Unsymmetrie voraus. In der Praxis ist jedoch ein Hardware-Mangel unvermeidlich. Um damit fertigzuwerden, ist im allgemeinen eine System-Kalibrierung erforderlich. In der ganzen Erläuterung hierin wird angenommen, daß vor einer Schätzung von räumlichen Signaturen ein Abgleich von Empfängerschaltungen vorgenommen wird, wohingegen der Abgleich der Senderschaltungen vor der Sendung von Mehrkanal- Abwärtsverbindung-S-CDMA-Signalen vorgenommen wird.

Arbeitsweise der Erfindung

Nachdem die Blockstruktur des vorliegenden SA-CDMA- Systems beschrieben worden ist, beschreibt das folgende die Operationen der vorliegenden Erfindung detaillierter.
In der gegenwärtigen Praxis der TDD-Kommunikation werden Aufwärtsverbindungssignale von entfernten Endgeräten durch die Basisstation während eines Aufwärtsverbindungsrahmens empfangen. Die Basisstation demoduliert die Nachrichtensignale und tauscht sie entweder aus und sendet sie zu den Endgeräten zurück oder vermittelt sie an ein Netz, abhängig von der Anwendung. Unmittelbar nach dem Aufwärtsverbindungsrahmen liegt ein Abwärtsverbindungsrahmen, in dem die Basisstation modulierte Nachrichten an die Endgeräte schickt. Die vorliegende Erfindung übernimmt dasselbe Duplexformat, wie oben beschrieben.
Fig. 10 stellt einen beispielhaften Arbeitsablauf des offenbarten TDD-CDMA-Systems mit intelligenter Antenne dar. Beginnend mit dem Empfang eines Aufwärtsverbindungsrahmens werden vor anderen Operationen zuerst Ausgaben aus der Mehrkanal-Transceiveranordnung 40 mit Empfängerschaltungs- Kalibrierungsmatrizen oder Vektoren abgeglichen. Sobald die Empfängerhardware-Unsymmetrie berücksichtigt ist, werden Kombinationen von Aufwärtsverbindungs-S-CDMA-Signalen entspreizt, um Mehrkanal-Symbol Sequenzen für unterschiedliche Endgeräte zu erzeugen. Wie oben erwähnt, werden die Kombinationen von Aufwärtsverbindungs-S-CDMA- Signalen für jedes der Endgeräte unter Verwendung einer PN- Codesequenz für jedes der Endgeräte entspreizt. Nach der Entspreizung werden die sich ergebenden Signale für eine räumliche Signaturschätzung angewendet. Die räumliche Signaturschätzung wird durchgeführt, um die Übertragungsfunktion oder Übertragungseigenschaften des Sendeweges zwischen jedem Endgerät und der Basisstation zu bestimmen. Während des Aufwärtsverbindungsrahmens werden die Abwärtsverbindungs-Strahlformungsmatrizen so konstruiert, daß sie beim folgenden Abwärtsverbindungsrahmen verwendet werden können. Die Abwärtsverbindungs-Strahlformungsmatrizen für jedes Endgerät werden vorzugsweise beruhend auf den räumlichen Signaturschätzungen für jedes jeweilige Endgerät konstruiert. In der bevorzugten Ausführungsform müssen die verbleibenden RX-Operationen, wie Aufwärtsverbindungs- Strahlformung, Demodulation und Parameterschätzung nicht innerhalb des Aufwärtsverbindungsrahmens vollendet werden.
Bei der Beendigung der Aufwärtsverbindung, werden Nachrichtendaten, die für entfernte Endgeräte bestimmt sind, wie in herkömmlichen S-CDMA-Systeme zuerst moduliert. Die Abwärtsverbindungs-Strahlformung wird unter Verwendung der berechneten Abwärtsverbindungs-Strahlformungsmatrizen durchgeführt. Um die Basisband-TX-Verarbeitung zu vollenden, werden alle strahlgeformten Signale kombiniert, und Sender- Hardwareunsymmetrien werden abgeglichen. Die sich ergebenden Signale werden dann zur Sendung an die Endgeräte an Mehrkanal-Sender angelegt. Die obige Prozedur wiederholt sich in einer TDD-Weise.
Für detaillierte Operationen betrachten wird ein Basisstations System mit M Antennen, die mit M kohärenten Transceivern verbunden sind. Während des Aufwärtsverbindungsrahmens werden die Basisstationstransceiver in eine Empfangsbetriebsart versetzt und überlagerte Signale von P Endgeräten werden abwärtsgewandelt und durch eine Anordnung von Empfängern abgetastet. Für Veranschauungszwecke wird angenommen, daß K Symbole von entfernten Endgeräten gesendet werden. Jedes Symbol wird beruhend auf der zuvor zugewiesenen PN-Codesequenz in L Chips gespreizt. ym(k, n) werde als der n-te Abtastwert während der k-ten Symbolperiode vom m-ten Empfänger bezeichnet, dann
wobei si(k) das k-te Symbol vom i-ten Endgerät ist; pi(k, n), n = 1. . .L, sind der Spreizungs-PN-Code für das k-te Symbol, ai,m ist die komplexe Reaktion der m-ten Antenne auf Signale vom i-ten Endgerät, und em(k, n) wiederholt die Gesamtinterferenz.
ai,m von allen Antennen, d. h.
ai = [ai,1. . .ai,M]T,
bildet eine räumliche Signatur, die die räumliche Charakteristik des i-ten Endgerätes und der Basis- Antennenanordnung repräsentiert. Bei Anwendungen, wo die Ausbreitungskanäle frequenzselektiv mit einem Mehrweg mit einer langen Verzögerung sind, wird die räumliche Signatur anstelle eine Vektors zu einer Matrix, um die Speichereffekte des Kanals zu beschreiben. Für weitere Informationen sei bitte auf H. Liu und M. Zoltowski, "Blind Equalization in Antenna Array CDMA Systems", IEEE Trans, on Signal Processing, Januar 1997; D. Johnson und D. Dudgen, "Array Signal Processing, Concepts and Techniques", Prentice Hall. 1993 verwiesen. Der Einfachheit halber wird die Erläuterung auf nicht frequenzselektive Kanäle beschränkt und als SA- CDMA-Operationen werden beruhend auf räumlichen Vektor Signaturen erläutert.
Das Ziel der Demodulation ist es, die informationstragenden Nachrichtendaten, d. h. si(k), von jedem Endgerät zurückzugewinnen, wobei seine zugehörige PN- Codesequenz und räumliche Signatur genutzt werden. Um dies zu erreichen, muß man die räumliche Signatur der Endgeräte schätzen und folglich die Aufwärtsverbindungs- und Abwärtsverbindungs-Strahlformungsmatrizen (Vektoren in diesem Fall) zur räumlichen Strahlformung berechnen.
Fig. 11 stellt eine Ausführungsform der Schätzungsprozedur dar. Für jedes Endgerät wird die Entspreizung zuerst an ym(k, n), m = 1. . ., M durchgeführt.
Wenn si(k) das interessierende Signal ist, kann die Entspreizung mathematisch beschrieben werden als,
Stapeln von
xim(k)
für alle Antennen in einer Vektorform ergibt
xi(k) = [xi&sub1;(k). . .xiM(k)]T
wobei T eine Transposition bezeichnet.
Anschließend an die Entspreizung wird die Signalleistung jeder Symbolsequenz als
berechnet. Die räumliche Signaturschätzung kann durch Element-Mittelung der folgenden normierten Mehrkanal- Symbolsequenz erhalten werden,
wobei m der Index der Symbolsequenz mit der maximalen Signalleistung ist.
Alternativ wird in einer anderen Ausführungsform, die in Fig. 12 dargestellt wird, eine Datenkovarianzmatrix gebildet, wobei die Mehrkanal-Symbolsequenz des Endgerätes i vorausgesetzt wird,
Die räumliche Signatur des i-ten Benutzers
ai = [ai,1. . .ai,M]T
wird leicht als der Haupteigenvektor der obigen Kovarianzmatrix bestimmt. Wohlbekannte mathematische Techniken, wie Eigen-Zerlegungen (EVDs) und Singulärwert- Zerlegungen (SVDs) können verwendet werden. Die Fähigkeit, die räumlichen Signaturen der Endgeräte zu bestimmen, ohne berechnungstechnisch anspruchsvolle Operationen einzubeziehen, ist kennzeichnend für diese Erfindung.
Sobald räumliche Signaturschätzungen verfügbar sind, beginnt der RX-Strahlformungskontroller 96 die Konstruktion der Aufwärtsverbindungs-Strahlformungsmatrizen oder Vektoren,
wri = [wri(1). . .wri(M)]T, i = 1, . . ., P
Die sich ergebenden Matrizen oder Vektoren werden verwendet, um alle Symbolsequenzen in der Mehrkanal-Symbolsequenz zu kombinieren, um eine strahlgeformte Symbolsequenz für jedes Endgerät wie folgt bilden,
Man nehme bitte auf D. Johnson und D. Dudgen, "Array Signal Processing, Concepts and Techniques", Prentice Hall. 1993, für weitere Details über die Aufwärtsverbindungs- Strahlformung bezug, die oben definiert ist.
Aufgrund der Entspreizungs- und Aufwärtsverbindungs- Strahlformung wird der Interferenzabstand (SIR) von
bedeutend erhöht. Folglich wird die Kapazität und Qualität der drahtlosen Kommunikation proportional erhöht. Das verstärkte Signal kann dann zur Detektion an Signaldetektoren (108, 110) gesendet werden, wie es wohlbekannter Stand der Technik ist.
In einer Ausführungsform ist für mindestens eine Teilmenge der Endgeräte der Aufwärtsverbindungs- Strahlformungsvektor identisch mit der räumlichen Signaturschätzung des Endgerätes. In einer weiteren Ausführungsform werden Rauscheigenschaften als auch andere räumliche Parameter berücksichtigt, so daß der Aufwärtsverbindungs-Strahlformungsvektor mit dem maximalen Störabstand (SINR) berechnet werden kann, um bessere Ergenisse zu ergeben. In noch einer anderen Ausführungsform werden die Aufwärtsverbindungs-Strahlformungsvektoren so gestaltet, daß sie die Bitfehlerrate (BER) für die Endgeräte minimieren. Eine Vielfalt von Techniken kann genutzt werden, um die obigen Funktionen zu relisieren.
Entsprechend werden die Sendungs-Strahlformungsvektoren durch den TX-Strahlformungskontroller 94 beruhend auf den räumlichen Signaturschätzungen konstruiert. Wieder sind in einer Ausführungsform mindestens eine Teilmenge der Endgeräte die Abwärtsverbindungs-Strahlformungsvektoren identisch zu ihrer entsprechenden räumlichen Signaturschätzung. Andere, fortschrittlichere Algorithmen, die andere Kriterien, z. B. maximalen SINR und minimalen BER verwenden, können eingesetzt werden, um die Abwärtsverbindungs-Strahlformungsvektoren für eine bessere Leistung zu entwerfen.
Anschließen an den Empfang werden die Mehrkanal- Transceiver so eingerichtet, daß sie sich in der Sendebetriebsart befinden. Symbolsequenzen, die für die entfernten Endgeräte bestimmt sind, werden codemoduliert, wie es in gegenwärtigen S-CDMA-Systemen geschieht, und dann strahlgeformten und kombniert, bevor sie an die Sender angelegt werden. In der bevorzugten Ausführungsform können die obigen Funktionen digital realisiert werden. Die m-te Signalsequenz, die vom m-ten Sender gesendet werden soll, kann mathematisch repräsentiert werden als
Jedes Symbol si(k) (das zur Einfachheit unter Verwendung derselben Bezeichnung wie in der Aufwärtsverbindung bezeichnet wird), wird unter Verwendung einer vorbestimmten PN-Codesequenz pi(k, n) gespreizt.
wti
ist der m-te Abwärtsverbindungs-Strahlformungskoeffizient für das i-te Endgerät. Man nehme bitte auf D. Johnson und D. Dudgen, "Array Signal Processing, Concepts and Techniques", Prentice Hall, 1993, für weitere Details über die oben definierte Abwärts Verbindungsstrahlformung bezug. Man beachte, daß obwohl im obigen Ausdruck dieselben PN-Codes bei der Aufwärtsverbindung verwendet werden, dies keine Einschränkung der vorliegenden Erfindung ist.
Indem ym(k, n), m = 1, . . ., M in die Anordnung der Sender eingespeist wird, wird jede Nachricht durch einen anderen räumlichen Kanal abgegeben, der durch den Abwärtsverbindungs- Strahlformungsvektor
wti = [wti(1). . .wti(M)]
bestimmt wird. Jede Nachricht wird auch durch eine charakteristische Codesequenz repräsentiert, um sie von den anderen zu unterscheiden. Auf diese Weise wird eine Code- und räumliche selektive Sendung erreicht. Die Fähigkeit, die Leistung mit einfachen und robusten Operationen zu maximieren, ist kennzeichnend für diese Erfindung.
Die obige Prozedur ist eine Stapelverarbeitungsausführungsform des erfindungsgemäßen SA- CDMA-Schemas. In einer anderen Ausführungsform können die räumliche Signaturschätzung, die Konstruktion der Strahlformungsvektoren als auch die Aufwärtsverbindungs- und Abwärtsverbindungsstrahlformung unter Verwendung von adaptiven Algorithmen implementiert werden, wie eine adaptive Teilraumverfolgung und rekursive Strahlformung usw., die im Stand der Technik alle wohlbekannt sind. In einer noch weiter entwickelten Ausführungsform kann die Wirksamkeit der räumliche Strahlformung zur Basisstation von den Endgeräten für eine weitere Leistungssteigerung zurückgeführt werden.
Die obige Erläuterung betrifft die beiden Grundoperationen, nämlich Modulation und Demodulation in einem SA-CDMA-System. Zusätzlich zur Bereitstellung von Strahlformungsvektoren für die Grund-Sende- und Empfangsoperationen stellt der räumliche Prozessor (60) auch die notwendigen Signalparameter bereit, um die zuverlässige drahtlose Verbindung aufrechtzuerhalten. Insbesondere bestimmt die Parameterschätzeinrichtung (92) die Aufwärtsverbindungsleistung und den Timingversatz, die mit jedem Endgerät verbunden sind. Die Leistungsschätzung kann für eine geschlossene Leistungsregelung verwendet werden, wohingegen die Timingversatzschätzung zur Synchronisation erforderlich ist.
In einer Ausführungsform wird der Timingversatz geschätzt, indem empfangene Signale hinsichtlich einer PN- Codesequenz eines Endgerätes bei unterschiedlichen Verzögerungen korreliert werden und dann die Spitze der Korrelatorausgaben lokalisiert wird - eine Technik, die im Stand der Technik wohlbekannt ist. Der Timingversatz wird in den folgenden Senderahmen zur Synchronisation zu diesem Endgerät zurückgeführt.
Verglichen mit der Timingeinstellung, muß eine Leistungssteuerung häufiger durchgeführt werden, da Kanalvariationen in einer mobilen Umgebung schnell auftreten können. In einer Ausführungsform kann der quadratische Mittelwert der Mehrkanal-Symbolsequenz xi(k) als die Leistungsschätzung für das Endgerät verwendet werden. In einer anderen Ausführungsform liefert der Haupteigenwert der Kovarianzmatrix
Rx'
eine genauere Schätzung der Sendeleistung. In einer anderen Ausführungsform wird die Aufwärtsverbindungsleistung als der quadratische Mittelwert der strahlgeformten Symbolsequenz
geschätzt. In noch einer anderen Ausführungsform kann eine genauere Leistungsschätzung erreicht werden, indem die Rauschverteilung der Leistung der Ausgaben der Strahlformungseinrichtung berücksichtigt wird.
Die Kovarianzmatrix
Rx'
und/oder die räumliche Signatur ai, die mit dem i-ten Endgerät verbunden sind, enthalten seine gesamten räumlichen Informationen und können folglich detaillierte räumliche Parameter, wie die DOAs, die Anzahl der Mehrwegreflexionen usw. liefern. Viele Techniken, die in der Technik wohlbekannt sind, können genutzt werden. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Ansätzen, die die Kovarianzmatrix der Empfängerausgaben nutzen, ist es Tatsache, daß die Schätzung räumlicher Parameter jedes Endgerätes in zwei Schritten durchgeführt wird. Der erste Schritt isoliert die räumliche Information für jedes Endgerät in die Kovarianzmatrix oder räumlichen Signaturschätzungen, wohingegen der zweite Schritt detaillierte Informationen beruhend auf diesen Schätzungen liefert. Auf diese Art wird die Gesamtzahl an DOAs, die in einem Schritt geschätzt werden sollen, hinsichtlich derjenigen beträchtlich reduziert, die mit einem Endgerät verbunden ist, was zu genaueren Schätzungen führt, und das unangenehme verbundene Problem wird ebenfalls vermieden.
Die DOA-Schätzungen können in Verbindung mit der Timingversatzschätzung verwendet werden, um eine präzise Orts Information der Endgeräte zu liefern. Die Fähigkeit, sowohl eine Richtungs- als auch Entfernungsinformation der Endgeräte zu liefen, ist kennzeichnend für die vorliegende Erfindung. Eine solche Information kann verwendet werden, um die Verbindungsumschaltung und andere Dienste zu erleichtern, die eine Ortinformation erfordern. Die Tatsache, daß DOA- Schätzungen unter Verwendung von räumlichen Signaturschätzungen direkt erhalten werden können, ermöglicht es auch, daß die vorliegende Erfindung mit minimalen Modifikationen auf gegenwärtige und zukünftige FDD-S-CDMA-Systeme angewendet werden kann.
Während die obige Beschreibung bestimmte Spezifikationen enthält, sollten diese nicht als Beschränkungen des Rahmens der Erfindung aufgefaßt werden, sondern vielmehr als eine Veranschaulichung einer bevorzugten Ausführungsform und Anwendung derselben. Es wird Fachleuten offensichtlich sein, daß verschiedene Modifikationen an dem S-CDMA- Kommunikationssystem und -Verfahren mit einer intelligenten Anordnung der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, und es wird beabsichtigt, daß die vorliegende Erfindung Modifikationen und Variationen des Antennenanordnungs- Kommunikationssystems und -Verfahrens abdeckt, vorausgesetzt sie fallen in den Rahmen der beigefügten Ansprüche.

Claims

1. Zeitaufteilgungsduplex-(TDD)-Antennenanordnungs-(S- CDMA)-Kommunikations System mit Mehrfachzugriff durch synchrone Codeaufteilung zum Übertragen von Nachrichtendaten zu/von einer Vielzahl von Endgeräten, umfassend:

eine Vielkanal-Sende-Empfangsgeräteanordnung (40), die eine Vielzahl von Antennen und eine Vielzahl von Sende- Empfangsgeräten umfaßt, wobei die Vielkanal-Sende- Empfangsgeräteanordnung angepaßt ist, Kombinationen der Vielkanal-Aufwärtsstrecken S-CDMA-Signale von den Endgeräten zu empfangen und Vielkanal-Abwärtsstrecken-S- CDMA-Signale zu den Endgeräten hin zu senden, wobei die Vielkanal-Sende-Empfangsgeräteanordnung angepaßt ist, die Kombinationen der Vielkanal-Aufwärtsstrecken-S-CDMA- Signale von den Endgeräten zu empfangen und um Vielkanal- Abwärtsstrecken S-CDMA-Signale zu den Endgeräten hin während unterschiedlicher Zeitrahmen in einer Zeitaufteilungsduplex-Weise zu übertragen;

einen räumlichen Prozessor (78), der an die Vielkanal- Sende-Empfangsgeräteanordnung gekoppelt ist, um räumliche Signaturschätzungen, die mit den Endgeräten verbunden sind, aus den Kombinationen der Vielkanal- Aufwärtsstrecken-S-CDMA-Signale zu bestimmen, wobei der räumliche Prozessor auch betriebsfähig ist, um Aufwärtsstrecken- und Abwärtsstrecken- Strahlformungsmatrizen basierend auf den räumlichen Signatur Schätzungen zu berechnen;

einen Demodulator (50), der mit dem räumlichen Prozessor und der Vielkanal-Sende-Empfangsgeräteanordnung gekoppelt ist, um Schätzungen von Aufwärtsstreckennachrichten von den Endgeräten aus den Kombinationen der Vielkanal- Aufwärtsstrekken S-CDMA-Signale zu bestimmen; und

einen Modulator (52), der mit dem räumlichen Prozessor und der Vielkanal-Sende-Empfangsgeräteanordnung gekoppelt ist, um die Vielkanal-Abwärtsstrecken-S-CDMA-Signale zu erzeugen, um Nachrichten, die für die Endgeräte bestimmt sind, zu übertragen.

2. TDD-Antennenanordnungs-S-CDMA-Kommunikationssystem, wie in Anspruch 1 definiert, wobei jedes der Endgeräte eine eindeutige PN-Codesequenz aufweist und das System weiterhin umfaßt:

einen Entspreizer, der mit dem Demodulator und dem räumlichen Prozessor gekoppelt ist, wobei für jedes der Vielzahl der Endgeräte der Entspreizer angepaßt ist, die PN-Codesequenz des Endgerätes zu verwenden, um die Kombination der Vielkanal-Aufwärtsstrecken S-CDMA-Signale zu entspreizen, um eine Vielkanal-Symbolsequenz zu erhalten, wobei die Vielkanal-Symbolsequenz eine Vielzahl von Symbolsequenzen umfaßt;

wobei der räumliche Prozessor angepaßt ist, die räumliche Signaturschätzung als Reaktion auf die Vielkanal- Symbolsequenz zu erzeugen.

3. TDD-Antennenanordnungs-S-CDMA-Kommunikationssystem, wie durch irgendeinen der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 2 definiert, wobei der räumliche Prozessor angepaßt ist, eine Symbolsequenz aus der Vielkanal-Symbolsequenz mit einer maximalen Signalleistung zu identifizieren und ferner die Vielkanal-Symbolsequenz bezüglich der identifizierten Symbolsequenz mit der maximalen Signalleistung zu normieren, um eine normierte Vielkanal- Symbolsequenz zu erhalten und

wobei der räumliche Prozessor angepaßt ist, um den Durchschnitt der normierten Vielkanal-Symbolsequenz zu berechnen, um die räumliche Signaturschätzung zu erzeugen.

4. TDD-Antennenanordnungs-S-CDMA-Kommunikationssystem, wie durch irgendeinen der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3 definiert,

wobei der räumliche Prozessor angepaßt ist, eine Datenkovarianzmatrix der Vielkanal-Symbolsequenz zu bilden;

wobei der räumliche Prozessor angepaßt, ist, den Haupteigenvektor der Datenkovarianzmatrix als die räumliche Signaturschätzung zu berechnen.

5. TDD-Antennenanordnungs-S-CDMA-Kommunikationssystem, wie durch irgendeinen der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4 definiert,

wobei der räumliche Prozessor betriebsfähig ist, um einzelne Mehrweg-Parameter zu bestimmen, die Ankunftsrichtungs-(DOA)-Schätzungen einschließen, die mit jedem der Endgeräte verbunden sind,

wobei die DOA-Schätzungen beim Lokalisieren der Endgeräte und bei der Unterstützung der Verbindungsumschaltung verwendet werden.

6. TDD-Antennenanordnungs-S-CDMA-Kommunikationssystem, wie durch irgendeinen der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5 definierte wobei der räumliche Prozessor angepaßt ist, DOA-Schätzungen beruhend auf einer räumlichen Signaturschätzung eines jeweiligen Endgerätes zu bestimmen.

7. TDD-Antennenanordnungs-S-CDMA-Kommunikationssystem, wie durch irgendeinen der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6 definiert, wobei der räumliche Prozessor angepaßt ist, DOA-Schätzungen beruhend auf einer Datenkovarianzmatrix einer Vielkanal-Symbolsequenz zu bestimmen, die mit einem jeweiligen Endgerät verbunden ist.

8. TDD-Antennenanordnungs-S-CDMA-Kommunikationssystem, wie durch irgendeinen der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7 definiert,

wobei der räumliche Prozessor angepaßt ist, eine Aufwärts Strecken-Leistungsschätzung zu bestimmen, die mit jedem der Endgeräte verbunden ist;

wobei die Aufwärtsstrecken-Leistungsschätzung zur Leistungssteuerung verwendet wird;

wobei der räumliche Prozessor angepaßt ist, die Aufwärtsstreckenleistung als den Haupteigenwert einer Datenkovarianzmatrix einer Vielkanal-Symbolsequenz zu bestimmen, die mit einem jeweiligen Endgerät verbunden ist.

9. TDD-Antennenanordnungs-S-CDMA-Kommunikationssystem, wie durch irgendeinen der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8 definiert,

wobei der räumliche Prozessor angepaßt ist, eine Aufwärtsstrecken-Leistungsschätzung zu bestimmen, die mit jedem der Endgeräte verbunden ist;

wobei die Aufwärtsstrecken-Leistungsschätzung für eine Leistungssteuerung verwendet wird;

wobei der räumliche Prozessor angepaßt ist, die Aufwärtsstreckenleistung als einen quadratischen Mittelwert einer strahlgeformten Symbolsequenz zu bestimmen, die mit einem jeweiligen Endgerät verbunden ist.

10. TDD-Antennenanordnungs-S-CDMA-Kommunikationssystem, wie durch irgendeinen der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9 definiert, wobei der räumliche Prozessor angepaßt ist, Zeitversatz-Schätzungen zu bestimmen, die mit jedem der Endgeräte verbunden sind, wobei die Zeitversatz- Schätzungen zur Synchronisation der Endgeräte verwendet werden.

11. TDD-Antennenanordnungs-S-CDMA-Kommunikationssystem, wie durch irgendeinen der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10 definiert, wobei der räumliche Prozessor weiterhin einschließt:

Mittel zur Bestimmung einzelner Mehrweg-Parameter, die Ankunftsrichtungs-(DOA)-Schätzungen einschließen, die mit jedem der Endgeräte verbunden sind, wobei die DOA- Schätzungen bei der Unterstützung der Verbindungsumschaltung verwendet werden;

Mittel zum Bestimmen der Zeitversatz-Schätzungen, die mit jedem der Endgeräte verbunden sind, wobei die Zeitversatz-Schätzungen für eine Synchronisation verwendet werden; und

Mittel zum Bestimmen des globalen Ortes eines jeweiligen Endgerätes durch Kombinieren der DOA-Schätzungen und einer Abstands Information, die durch die Zeitversatzschätzungen bereitgestellt wird.

12. TDD-Antennenanordnungs-S-CDMA-Kommunikations System, wie durch irgendeinen der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11 definiert, wobei jedes Endgerät eine eindeutige PN- Codesequenz einschließt und das System weiterhin umfaßt:

einen Entspreizer, der an dem Demodulator und den räumlichen Prozessor gekoppelt ist, wobei für jedes der Endgeräte der Entspreizer arbeitet, um die Vielkanal- Aufwärtsstrecken S-CDMA-Signale zu entspreizen, um eine zugehörige räumliche Signaturschätzung zu erhalten, wobei für jedes jeweilige Endgerät der Vielzahl der Endgeräte der Entspreizer angepaßt ist, die PN-Codesequenz des jeweiligen Endgerätes zu verwenden, um die Kombination der Vielkanal-Aufwärtsstrecken S-CDMA-Signale zu entspreizen, um eine Vielkanal-Symbolsequenz zu erhalten, wobei die Vielkanal-Symbolsequenz eine Vielzahl von Symbolsequenzen für jedes der Sende-Empfangsgeräte umfaßt, die in der Vielkanal-Sende-Empfangsgeräteanordnung enthalten sind;

wobei der Demodulator an dem Entspreizer gekoppelt ist und die Vielkanal-Symbolfrequenz empfängt, die von dem Entspreizer ausgegeben wird, wobei der Demodulator einschließt:

eine Aufwärtsstrecken-Strahlformungseinrichtung zum Erhalten verstärkter Signale für ein jeweiliges Endgerät durch Kombinieren der Vielkanal-Symbolsequenz unter Verwendung der Aufwärtsstrecken-Strahlformungsmatrix des jeweiligen Endgerätes und

einen Detektor, um Nachrichtendaten, die durch das jeweilige Endgerät gesendet werden, aus den verstärkten Signalen zu bestimmen;

wobei sowohl Code- als auch Raumdiversity verwendet werden, um Interferenz und Rauschen im Signalempfang zu unterdrükken.

13. TDD-Antennenanordnung mit einem-S-CDMA Nachrichtenübertragungssystem, wie durch irgendeinen der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12 definiert, wobei der Modulator einschließt:

einen PN-Code-Generator zum Bereitstellen von PN-Codes für jedes der Endgeräte;

einen Spreizer, der an dem PN-Code-Generator gekoppelt ist, zum Erzeugen von S-CDMA-Signalen für jedes der Endgeräte ist, wobei der Spreizer einen jeweiligen PN- Code für jedes der Endgeräte beim Erzeugen der S-CDMA- Signale für jedes der Endgeräte verwendet;

eine Abwärts Strecken-Strahlformungseinrichtung zum Erzeugen strahlgeformter S-CDMA-Signale für jedes der Endgeräte, wobei die Abwärtsstrecken- Strahlformungseinrichtung die Sende- Strahlformungsmatrizen, die mit jedem der Endgeräte verbunden sind, beim Erzeugen der strahlgeformter S-SCMA- Signale für jedes der Endgeräte verwendet; und

einen Kombinator zum Kombinieren der strahlgeformten S- CDMA-Signale, um die Vielkanal-Abwärtsstrecken-S-CDMA-Signale zu erzeugen,

wobei sowohl Code- als auch Raumdiversity verwendet werden, um Interferenz und Rauschen in der Signalsendung zu unterdrücken.

14. TDD-Antennenanordnungs-S-CDMA-Kommunikationssystem, wie durch irgendeinen der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13 definiert, wobei für mindestens eine Teilmenge der Endgeräte die Aufwärtsstrecken-Strahlformungsmatrix für ein jeweiliges Endgerät mit der räumlichen Signaturschätzung für das jeweilige Endgerät identisch ist.

15. TDD-Antennenanordnungs-S-CDMA-Kommunikationssystem, wie durch irgendeinen der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 14 definiert, wobei für mindestens eine Teilmenge der Endgeräte die Aufwärtsstrecken-Strahlformungsmatrix für ein jeweiliges Endgerät beruhend auf den räumlichen Signaturschätzungen jedes der Endgeräte konstruiert ist, um einen Störabstand (SINR) für das jeweilige Endgerät zu maximieren.

16. TDD-Antennenanordnungs-S-CDMA-Kommunikationssystem, wie durch irgendeinen der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 15 definiert, wobei für mindestens eine Teilmenge der Endgeräte die Aufwärtsstrecken-Strahlformungsmatrix für ein jeweiliges Endgerät basierend auf den räumlichen Signaturschätzungen jedes der Endgeräte konstruiert ist, um eine Bitfehlerrate (BER) für das jeweilige Endgerät zu minimieren.

17. TDD-Antennenanordnungs-S-CDMA-Kommunikationssystem, wie durch irgendeinen der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 16 definiert; wobei für mindestens eine Teilmenge der Endgeräte die Abwärtsstrecken-Strahlformungsmatrix für ein jeweiliges Endgerät mit der räumlichen Signaturschätzung für das jeweilige Endgerät identisch ist.

18. TDD-Antennenanordnungs-S-CDMA-Kommunikationssystem, wie durch irgendeinen der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 17 definiert, wobei für mindestens eine Teilmenge der Endgeräte die Abwärtsstrecken-Strahlformungsmatrix für ein jeweiliges Endgerät basierend auf den räumlichen Signaturschätzungen für jedes der Endgeräte konstruiert ist, um einen Störabstand (SINR) für das jeweilige Endgerät zu maximieren.

19. TDD-Antennenanordnungs-S-CDMA-Kommunikationssystem, wie durch irgendeinen der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 18 definiert, wobei für mindestens eine Teilmenge der Endgeräte die Abwärtsstrecken-Strahlformungsmatrix für ein jeweiliges Endgerät basierend auf den räumlichen Signaturschätzungen jedes der Endgeräte konstruiert ist, um eine Bitfehlerrate (BER) für das jeweilige Endgerät zu minimieren.

20. TDD-Antennenanordnungs-S-CDMA-Kommunikationssystem, wie durch irgendeinen der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 19 definiert, wobei jedes der Sende-Empfangsgeräte in der Vielkanal-Sende-Empfangsgeräteanordnung Sender Schaltungen und Empfängerschaltungen umfaßt; und das System weiterhin umfaßt:

Mittel zum Kalibrieren der Vielkanal-Sende-Empfangs- Geräteanordnung, um ein Unsymmetrie der Vielkanal-Sende- Empfangsgeräte zu korrigieren;

wobei das Mittel zum Kalibrieren der Empfängerschaltungen vor einer Schätzung der räumlichen Signaturen arbeitet;

wobei das Mittel zum Kalibrieren der Empfängerschaltungen vor der Sendung der Vielkanal-Abwärtsstrecken-S-CDMA-Signale arbeitet.

21. TDD-Antennenanordnungs-S-CDMA-Kommunikationssystem, wie durch irgendeinen der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 20 definiert, wobei der räumliche Prozessor, der Demodulator und der Modulator durch einen oder mehrere digitale Prozessoren realisiert werden.

22. TDD-Antennenanordnungs-S-CDMA-Kommunikationssystem, wie durch irgendeinen der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 21 definiert, wobei der Demodulator angepaßt ist, die Abwärtsstrecken- Strahlformungsmatrizen beim Bestimmen der Schätzungen der Abwärtsstrecken-Nachrichten von den Endgeräte zu verwenden.

23. TDD-Antennenanordnungs-S-CDMA-Konununikationssystem, wie durch irgendeinen der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 22 definiert, wobei der Modulator angepaßt ist, die Abwärtsstrekken-Strahlformungsmatrizen zum Erzeugen der Vielkanal-Abwärtsstrecken-CDMA-Signale zu verwenden, um Nachrichten, die für die Endgeräte bestimmt sind, zu senden.

24. Verfahren zur Übertragung von Nachrichtendaten zu/von einer Vielzahl von Endgeräten, umfassend:

Empfangen von Kombinationen von Vielkanal-Aufwärtsstrecken-S-CDMA-Signalen von den Endgeräten und

Bestimmen von räumlichen Signaturschätzungen, die mit den Endgeräten verbunden sind, aus den Kombinationen der Vielkanal-Aufwärtsstrecken-S-CDMA-Signale:

Berechnen der Aufwärtsstrecken- und Abwärtsstrecken- Strahlformungsmatrizen beruhend auf den räumlichen Signaturschätzungen;

Demodulieren der Abwärts strecken-Nachrichten von den Endgeräten aus den Kombinationen der Vielkanal-Abwärtsstrecken-S-CDMA-Signale, wobei die Bestimmung von Schätzungen der Aufwärtsstrecken-Nachrichten die Aufwärtsstrecken- Strahlformungsmatrizen verwendet;

Modulieren der Vielkanal-Abwärtsstrecken-S-CDMA-Signale, um Nachrichten, die für die Endgeräte bestimmt sind, zu senden;

Senden der Vielkanal-Abwärtsstrecken S-CDMA-Signale zu den Endgeräten hin;

wobei das Empfangen angepaßt ist, Kombinationen der Vielkanal-Aufwärtsstrecken-S-CDMA-Signale von den Endgeräten während eines ersten Zeitrahmens zu empfangen, und wobei das Senden angepaßt ist, Vielkanal-Abwärtsstrecken-S- CDMA-Signalen zu den Endgeräte hin während eines zweiten Zeitrahmens in einer Zeitaufteilungsduplex-Weise zu empfangen.

25. Verfahren nach Anspruch 24, wobei jedes der Endgeräte eine eindeutige PN-Codesequenz einschließt und das Verfahren weiterhin umfaßt:

Entspreizen für jedes der Vielzahl der Endgeräte der Kombination der Vielkanal-Aufwärtsstrecken S-CDMA-Signale mit der PN-Codesequenz des jeweiligen Endgerätes, um eine Vielkanal-Symbolsequenz zu erhalten, wobei die Vielkanal- Symbolsequenz eine Vielzahl von Symbol Sequenzen umfaßt;

wobei die Bestimmung der räumlichen Signaturschätzungen umfaßt:

Identifizieren einer Sequenz von der Vielkanal-Symbolsequenz mit der maximalen Signalleistung;

Normieren der Vielkanal-Symbolsequenz bezüglich der identifizierten Symbolsequenz mit der maximalen Symbolleistung, um eine normierte Vielkanal-Symbolsequenz zu erhalten; und

Berechnen des Durchschnitts der Vielkanal-Symbolsequenz, um die räumliche Signaturschätzung zu erzeugen.

26. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 24 bis 25, wobei jedes der Endgeräte eine eindeutige PN-Codesequenz einschließt, und das Verfahren weiterhin umfaßt:

Entspreizen für jedes der Vielzahl der Endgeräte der Kombination der Vielkanal-Aufwärtsstrecken-S-CDMA-Signale mit der PN-Codesequenz des jeweiligen Endgerätes, um eine Vielkanal-Symbolsequenz zu erhalten, wobei die Vielkanal- Symbolsequenz eine Vielzahl von Symbolsequenzen umfaßt;

wobei die Bestimmung räumlicher Signaturschätzungen umfaßt:

Bilden einer Datenkovarianzmatrix der Vielkanal-Symbolsequenz;

Berechnen des Haupteigenvektors der Datenkovarianzmatrix als die räumliche Signaturschätzung.

27. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 24 bis 26, wobei die Bestimmung räumlicher Signaturschätzungen weiterhin einschließt:

Bestimmen einzelner Mehrweg-Parameter einschließlich Ankunftsrichtungs-(DOA)-Schätzungen, die mit jedem der Endgeräte verbunden sind;

28. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 24 bis 27, wobei die Bestimmung einzelner Mehrweg-Parameter DOA- Schätzungen beruhend auf einer räumlichen Signaturschätzung des jeweiligen Endgerätes bestimmt.

29. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 24 bis 28, wobei die Bestimmung einzelner Mehrweg-Parameter DOA- Schätzungen beruhend auf einer Datenkovarianzmatrix einer Vielkanal-Symbolsequenz bestimmt, die mit einem jeweiligen Endgerät verbunden ist.

30. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 24 bis 29, wobei die Bestimmung räumlicher Signalschätzungen weiterhin einschließt:

Bestimmen einer Aufwärtsstrecken-Leistungsschätzung, die mit jedem der Endgeräte verbunden ist;

wobei die Aufwärts Strecken-Leistungsschätzung als Leistungssteuerung verwendet wird;

wobei die Bestimmung der Aufwärtsstrecken-Leistungsschätzung die Übertragungsleistung als den Haupteigenwert einer Datenkovarianzmatrix einer Vielkanal-Symbolsequenz bestimmt, die mit einem jeweiligen Endgerät verbunden ist.

31. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 24 bis 30, wobei die Bestimmung räumlicher Signaturschätzungen weiterhin einschließt;

wobei die Aufwärts Strecken-Leistungsschätzung für eine Leistungssteuerung verwendet wird;

wobei die Bestimmung der Aufwärtsstrecken- Leistungsschätzung die Aufwärtsstreckenleistung als einen quadratischen Mittelwert einer Vielkanal-Symbolsequenz bestimmt, die mit einem jeweiligen Endgerät verbunden ist.

32. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 24 bis 31, wobei die Bestimmung räumlicher Signaturschätzungen weiterhin einschließt:

Erhalten von Zeitversatz-Schätzungen, die mit jedem der Endgeräte verbunden sind, wobei die Zeitversatzschätzungen zur Synchronisation verwendet werden.

33. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 24 bis 32, wobei die Bestimmung räumlicher Signaturschätzungen weiterhin einschließt:

Bestimmen einzelner Mehrweg-Parameter, die Ankunftsrichtungs-(DOA)-Schätzungen einschließen, die mit jedem der Endgeräte verbunden sind, wobei die DOA-Schätzungen bei der Verbindungsumschaltung verwendet werden;

Erhalten von Zeitversatz-Schätzungen, die mit jedem der Endgeräte verbunden sind, wobei die Zeitversatzschätzungen durch Synchronisation verwendet werden;

Bestimmen des globalen Ortes eines jeweiligen Endgerätes durch Kombinieren der DOA-Schätzungen und einer Abstandsinformation, die durch die Zeitversatz-Schätzungen bereitgestellt wird.

34. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 24 bis 33, wobei jedes der Endgeräte eine eindeutige PN-Codesequenz einschließt und das Verfahren weiterhin umfaßt:

Entspreizen für jedes der Vielzahl der Endgeräte, der Kombination der Vielkanal-Aufwärtsstrecken-S-CDMA-Signale mit der PN-Codesequenz des jeweiligen Endgerätes, um eine Vielkanal-Symbolsequenz zu erhalten, wobei die Vielkanal- Symbolsequenz eine Vielzahl von Symbolsequenzen umfaßt;

Durchführen einer Aufwärtsstrecken-Strahlformung, um verstärkte Signale für ein jeweiliges Endgerät zu erhalten, wobei die Durchführung der Aufwärtsstrecken-Strahlformung durch Kombinieren der Vielkanal-Symbolsequenz unter Verwendung der Empfangsstrahlformungsmatrix des jeweiligen Endgerätes arbeitet, und

Bestimmen von Nachrichtendaten, die durch das jeweilige Endgerät gesendet werden, aus den verstärkten Signalen;

35. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 24 bis 34, wobei das Modulieren einschließt:

Erzeugen von PN-Codes für jedes der Endgeräte;

Entspreizen von Nachrichtensignalen für jedes der Endgeräte, wobei das Erzeugen einen jeweiligen PN-Code für jedes der Endgeräte beim Erzeugen von S-CDMA-Signalen für jedes der Endgeräte verwendet;

Durchführen einer Abwärts Strecken-Strahlformung, um strahlgeformte S-CDMA-Signale für jedes der Endgeräte zu erzeugen, wobei die Durchführung der Abwärts Streckenstrahlformung die Abwärtsstrecken-Strahlformungsmatrizen, die mit jedem der Endgeräte verbunden sind, beim Erzeugen der strahlgeformten S-CDMA-Signale für jedes der Endgeräte verwendet; und

Kombinieren der strahlgeformten S-CDMA-Signale, um die Vielkanal-Abwärtsstrecken-S-CDMA-Signale zu erzeugen;

36. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 24 bis 35, wobei für mindestens eine Teilmenge der Endgeräte die Aufwärtsstrecken-Strahlformungsmatrix für ein jeweiliges Endgerät identisch mit der räumlichen Signaturschätzung für das jeweilige Endgerät ist.

37. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 24 bis 36, das weiterhin umfaßt:

für mindestens eine Teilmenge der Endgeräte, Konstruieren der Aufwärtsstrecken-Strahlformungsmatrix für ein jeweiliges Endgerät beruhend auf den räumlichen Signaturschätzungen für jedes der Endgeräte, um den Störabstand (SINR) für das jeweilige Endgerät zu maximieren.

38. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 24 bis 37, das weiterhin umfaßt:

für mindestens eine Teilmenge der Endgeräte, Konstruieren der Aufwärtsstrecken-Strahlformungsmatrix für ein jeweiliges Endgerät beruhend auf den räumlichen Signaturschätzungen für jedes der Endgeräte, um die Bitfehlerrate (BER) für das jeweilige Endgerät zu minimieren.

39. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 24 bis 38, wobei für mindestens eine Teilmenge der Endgeräte die Abwärtsstrecken-Strahlformungsmatrix für ein jeweiliges Endgerät identisch mit der räumlichen Signatur-Schätzung für das jeweilige Endgerät ist.

40. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 24 bis 39, weiterhin umfassend:

für mindestens eine Teilmenge der Endgeräte, Konstruieren der Abwärtsstrecken-Strahlformungsmatrix für ein jeweiliges Endgerät beruhend auf den räumlichen Signatur- Schätzungen für jedes der Endgeräte, um den Störabstand (SINK) für das jeweilige Endgerät zu maximieren.

41. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 24 bis 40, weiterhin umfassend:

für mindestens eine Teilmenge der Endgeräte, Konstruieren der Abwärtsstrecken-Strahlformungsmatrix für ein jeweiliges Endgerät beruhend auf den räumlichen Signatur- Schätzungen für jedes der Endgeräte, um die Bitfehlerrate (BER) für das jeweilige Endgerät zu minimieren.

42. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 24 bis 41, wobei das Verfahren in einem Zeitaufteilgungsduplex-(TDD)-Antennenanordnungs-(S-CDMA)-Kommunikations System mit Mehrfachzugriff durch synchrone Codeaufteilung zur Übertragung von Nachrichtendaten zu/von einer Vielzahl von Endgeräten arbeitet, wobei das System eine Vielkanal- Sende-Empfangsgeräteanordnung umfaßt, wobei jedes der Sende-Empfangsgeräte in der Vielkanal-Sende- Empfangsgeräteanordnung Senderschaltungen und Empfängerschaltungen umfaßt;

und das Verfahren weiterhin umfaßt:

Kalibrieren der Vielkanal-Sende-Empfangsgeräteanordnung, um eine Unsymmetrie der Vielkanal-Sende-Empfangsgeräte zu korrigieren;

wobei das Kalibrieren der Empfängerschaltungen vor dem Bestimmen der räumlichen Signatur-Schätzungen arbeitet;

wobei das Kalibrieren der Senderschaltungen vor dem Senden der Vielkanal-Abwärtsstrecken-S-CDMA-Signale arbeitet.