DE69823219T2

DE69823219T2 - Cdma übertragungssystem mit verbesserter polarisation

Info

Publication number: DE69823219T2
Application number: DE69823219T
Authority: DE
Inventors: R. Kenneth BAKER
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 1997-09-30
Filing date: 1998-09-29
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2018-09-30
Also published as: EP1021872A1; KR20010030757A; ATE264577T1; WO1999017467A1; DE69823219D1; CN1271479A; EP1021872B1; US6061336A; AU9589098A; CN1123992C; JP2001518737A; HK1029876A1; KR100738268B1

Description

Hintergrund der Erfindung
I. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf drahtlose Telekommunikationen. Spezieller bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verwenden der Polarisation von Signalen zum Erleichtern der Sendung und des Empfangs von Signalen die unter Verwendung von Code-Multiplex-Vielfachzugriffssignalen (code division multiple access, CDMA) verarbeitet werden.
II. Beschreibung der verwandten Technik
Der IS-95 Standard (IS-95) definiert eine Code-Multiplex-Vielfachzugriffs-(CDMA)-Luftschnittstelle zum Vorsehen effizienter und robuster zellularer Telefondienste. Der IS-95 Standard wurde von der Telecommunication Industry Association (TIA) genehmigt um es zu ermöglichen, dass von verschiedenen Anbietern hergestellte zellulare Telefone und Basisstationen miteinander zusammenarbeiten. Eine Darstellung eines gemäß der Verwendung des IS-95 Standards konfigurierten zellularen Telefonsystems ist in 1 vorgesehen. Ebenso ist ein zellulares Telefonsystem, das im Wesentlichen gemäß der Verwendung von IS-95 konfiguriert ist, beschrieben in der US-A-5,103,459 mit dem Titel "System and Method for Generating Signal Waveforms in a CDMA Cellular Telephone System", die übertragen ist an den Rechteinhaber der vorliegenden Erfindung.
CDMA Signalverarbeitung erlaubt einen Satz von Nutzer- bzw. Teilnehmersignalen über das gleiche Hochfrequenz-(HF)-Band zu senden und zwar durch Modulation der Nutzersignale mit einem Satz von pseudozufälligen Rauschcodes (pseudorandom noise codes, PN Codes) vor der Aufwärts- bzw. Hochkonvertierung (up conversion) in ein HF Frequenzband. Die PN Codes werden zum Modulieren und Demodulieren der Nutzersignale während der Sende- bzw. Empfangsverarbeitung verwendet. Der primäre Nutzen der Verwendung der CDMA Signalverarbeitung ist, dass angrenzende bzw. benachbarten Basisstationen die gleiche HF Bandbreite verwenden können, um Kommunikationen durchzuführen, was den Frequenzwiederverwendungs-Faktor erhöht und folglich die Effizienz mit der das zellulare Telefonsystem die vorhandene HF Bandbreite nutzt.
Ein anderer Nutzen der CDMA Technologie ist, dass sie Mehrwege- bzw. Mehrpfadsignalverarbeitung erlaubt. Mehrpfadsignalverarbeitung ist die individuelle Verarbeitung verschiedener Kopien des gleichen gesendeten Signals, die durch Reflexion und andere Mehrwege- bzw. Mehrpfad-Phänomene erzeugt werden. Typischerweise werden die verschiedenen Kopien des gesendeten Signals mit einem Satz von Demodulatoren verarbeitet, wobei jeder mit dem Zustand der PN Codes für das Signal synchronisiert ist. Während der Verarbeitung eines speziellen Mehrpfadsignals werden die anderen unsynchronisierten Mehrpfadsignale als Hintergrundrauschen bzw. Interferenz detektiert. Sobald jedes Mehrpfadsignal verarbeitet ist, werden die resultierenden "soft decision" Daten typischerweise in einen einzelnen Datensatz kombiniert und der einzelne Datensatz decodiert.
Während die Verwendung von Mehrpfadsignalverarbeitung die Leistung eines CDMA Empfangsverarbeitungsystems verbessert, ist die von den anderen Mehrpfadsignalen während der Verarbeitung eines speziellen Mehrpfadsignals erzeugte Interferenz noch unerwünscht. Diese Interferenz kann zu Schwund bzw. Fading führen und kann die gesamte Anzahl von Kommunikationen reduzieren, die von einer speziellen Basisstation durchgeführt werden können. Falls ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reduzieren des Grades mit dem die Sätze von Mehrpfadsignalen gegeneinander interferieren, vorgesehen werden könnte, könnte die Leistung des Mehrpfadempfangsverarbeitungssystems noch weiter verbessert werden. Darauf, wie auch zu anderen unten erläuterten Zwecken, ist die vorliegende Erfindung gerichtet.
EP-A-0,715,478 beschreibt ein Punkt-zu-Multipunkt- oder Zweiwege-Kommunikationssystem das von einem Knotensender geliefert wird, der in einem Knoten lokalisiert ist und zwar mit einer Vielzahl von Knotenantennen, die verschiedene Polarisationssignale um den Knoten ausstrahlen. Das System umfasst Teilnehmerstationen mit gerichteten Antennen, angepasst zum Empfangen von Signalen die vom Knotensender ausgestrahlt wurden. Das System kann zusätzlich die Fähigkeit zum Senden und Ausstrahlen von Teilnehmersignalen an den Knotensenderstandort für Zweiwege-Kommunikationen umfassen.
Die gerichteten Antennen sind beschrieben als vier Flach- bzw. Plattenantennen umfassend, die jeweils aus einer Matrix von Sendeantennenelementen bestehen. Polarisation dieser Antennenelemente ist derart, dass zwei gegenüberliegende Platten +45° schräg polarisierte Wellen senden, während die anderen zwei gegenüberliegenden Platten –45° (315°) schräg polarisierte Wellen senden.
Die Plattenantennen erzeugen eine 90° Strahlbreite bzw. Öffnungswinkel, so dass jede der Plattenantennen ungefähr 90° Strahlbreite abdeckt und die Polarisation von diesen Plattenantennen wechselt von +45° schräger Polarisation auf –45° (315°) schräger Polarisation auf +45° schräger Polarisation und dann auf –45° (315°) Polarisation um das Zentrum. Das liefert ein 360° Muster um das Zentrum des Knotens, wo der Knotenausstrahlungssender lokalisiert ist.
Eine Empfangsstation empfängt das von dem Antennenkomplex in dem Zentrum eines der Knoten ausgestrahlten Signals. Die Polarisation der Empfangsstation bestimmt von welchem Sektor sie empfängt. Für die Empfangsantenne, besonders in überlappenden Bereichen des Sendemusters, ist es möglich sowohl +45° Polarisationssignale als auch –45° (315°) schräge Polarisationssignale zu empfangen. Jedoch wird ein von einer Front der Empfangsantenne empfangenes Signal, das von der falschen Polarisation ist, in der Leistung niedriger sein als das, das von der Front mit richtiger Polarisation empfangene. Das System ist so entworfen, dass Signale von allen vier Platten mit den gleichen Trägerfrequenzen senden, aber verschiedene Information enthalten können.
WO-A-96/37975 beschreibt eine Basisstationsausrüstung und ein Verfahren zum Vorsehen von Winkel-Diversität in einer Basisstation eines zellularen Funksystems, wobei das System in jeder Zelle wenigstens eine Basisstation aufweist, die mit Mobilstationen die sich innerhalb ihres Gebietes befinden kommuniziert und die ein Datensignal an die Mobilstationen sendet, unter Verwendung von Antennenstrahlen die zeitlich wechseln. Um gute Verbindungsqualität zu ermöglichen werden die Richtungswinkel der über jede Verbindung verwendeten Antennenstrahlen in der Umgebung der gegebenen Richtungswinkel abgelenkt.
Das Verfahren erhöht sowohl die Anzahl der verwendeten Kanäle um einen Faktor 10 bis 100 und die Größe des abgedeckten Gebiets der Basisstation um einen Faktor 5 bis 10. Das beruht auf der Tatsache, dass die Interferenz zu den anderen Nutzern signifikant in der Abwärtsverbindungs- bzw. Downlink-Senderichtung abnimmt, wenn das Signal während der Sendung in die Richtungen gesteuert wird, von denen die Signalkomponenten von der Mobilstation vorzugsweise an der Basisstation empfangen wurden. In der Anordnung gemäß der Erfindung, bei der die Richtung des verwendeten Antennenstahls in der Umgebung der gewünschten Richtung abgelenkt wird, kann das Auftreten von Schwund (fadings) bzw. Signaleinbrüchen signifikant verringert werden, und zwar speziell dann, wenn sich eine Mobilstation nicht bewegt. Da die Anordnung gemäß der Erfindung es möglich macht die Schwundstatistik zufälliger zu machen, können die Effekte des Schwunds mittels Kanalcodierung und Interleaving bzw. Verschränkung besser verhindert werden.
WO-A-97/02666 beschreibt einen Stationsempfänger und ein Empfangsverfahren in einem zellularen CDMA Funksystem das in jeder Zelle wenigstens eine Basisstation aufweist, die mit Mobilstationen kommuniziert die sich innerhalb ihres Gebiets befinden. Die Basisstationen messen den Richtungs winkel eines Signals das von jeder Mobilstation ankommt, bezüglich der Basisstation und sie kommunizieren mit den Mobilstationen unter Verwendung von Antennenstrahlen die zeitlich wechseln, wobei die Winkel des größten Gewinns bzw. Verstärkung der Strahlen eingestellt werden und zwar gemäß der von der Mobilstation ankommenden Signalkomponenten. Um die Detektion guter Qualität ohne einen großen Berechnungsaufwand vorzusehen, verwendet das Verfahren gemäß der Erfindung zur Detektion der gewünschten Signale gleichzeitig mehrere von verschiedenen Mobilstationen empfangene Signale, wobei die Einfallsrichtung der Signale berücksichtigt wird, wenn die Signale ausgewählt werden.
WO-A-96-38937 beschreibt chirale bzw. verdrillte und duale Polarisationstechniken für ein Ultra-Breitband-Kommunikationssystem das ein Ultra-Breitbandsignal vorsieht das Signalkomponenten in zwei Dimensionen besitzt. Die Polarisationstechniken verwenden zwei Signalpfade zum Anregen eines Paares von linearen, orthogonalen Antennen. Die entlang eines Signalpfads gesendeten Pulse sind bezüglich der entlang eines zweiten Signalpfads gesendeten Pulse verzögert, so dass eine Antenne mit einem Puls angeregt ist, der bezüglich des Pulses der die andere Antenne anregt aus der Phase ist. Mit chiraler Polarisation ist ein Signal zeitlich um einen Betrag verzögert, so dass es ein Maximum erreicht, wenn das andere Signal bei einem benachbarten Minimum ist. Mit dualer Polarisation wird ein Signal um mehr als eine Pulsbreite bzw. Pulsweite verzögert. Weil das Signal aufgeteilt ist und unter Verwendung zweier orthogonaler, linearer Antennen gesendet wird, besitzt das gesendete Signal eine elektrische Feldkomponente in zwei Dimensionen. Weil das Signal in einem Signalpfad verzögert ist, scheint das gesendete Signal um die Ausbreitungsachse zu rotieren und zwar in die Richtung rechtsherum oder linksherum (abhängig von der Orientierung der Antennen relativ gegeneinander und auf welcher der Signalpfads verzögert ist). Weil chiral und dual polarisierte Signale Signalkomponenten in zwei Dimensionen besitzen, können sie von Empfangssystemen empfangen werden unter Verwendung entweder einer einzelnen linearen Antenne oder einem Paar von orthogonalen, linearen Antennen.
US-A-5,654,979 beschreibt einen integrierten Demodulationsprozessor, der in einem Modem für Spreizspektrumkommunikationssysteme verwendet wird, der Mehrpfadempfangssignale entspreizt, dann einen in Zeitscheiben geteilten Transformationsprozessor zum Verarbeiten der mehrfachen Signale in eine einzige Serie bzw. Folge von Soft Decision Ergebnissen verwendet. Der Demodulationsprozessor verwendet eine einzige Transformationsmaschine, die auf einer Zeitschlitzbasis arbeitet. Die Ausgabe der Prozessormaschine kaskadiert durch einen Pipeline-Prozessor bzw. Vektorrechner der auf einer Zeitschlitzbasis auf Signalen arbeitet, die jedem Mehrpfad-Empfangssignal entsprechen. Die verarbeiteten Ergebnisse sind dual Maxima decodiert um Soft Decision Daten zu liefern.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist ein neues und verbessertes Verfahren und Vorrichtung zum Verwenden der Polarisation von Signalen zum Erleichtern der Sendung und des Empfangs von Signalen die unter Verwendung von Code-Multiplex-Vielfachzugriffs-(code division multiple access, CDMA)Signalen verarbeitet werden. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden rechts geneigte bzw. schräge und links geneigte Versionen der Signale unter Verwendung getrennter Antennen gesendet und zwar zum Erhöhen der Wahrscheinlichkeit, dass unterschiedlich polarisierte Versionen der Signale am Empfangssystem verfügbar sind und zum Reduzieren von Kreuzinterferenz. Zusätzlich kann eine Verzögerung in eine Sendung eingeführt werden um zusätzliche Diversität vorzusehen. Das Empfangssystem umfasst eine einzelne polarisierte Antenne und einen Diversitätsempfänger, der die besten Instanzen des empfangenen Signals auswählt, was typischerweise von der Polarisation jener Signale und der Ausrichtung bzw. Orientierung der Antenne abhängt. In einem anderen Ausführungsbeispiel beinhaltet das Empfangssystem zwei Antennen, die unterschiedliche Polarisations-Eigenschaften bzw. -Charakteristika besitzen um die Wahrscheinlichkeit für Versionen mit höherer Qualität des empfangenen Signals zu erhöhen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Eigenschaften, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher werden gemäß der unten folgenden detaillierten Beschreibung zusammen mit den Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen überall das gleiche identifizieren und wobei die Figuren Folgendes zeigen:
1 zeigt eine Darstellung eines zellularen Telefonsystems, das gemäß der Verwendung des IS-95 Standard konfiguriert ist;
2 zeigt ein Blockdiagramm eines zellularen Telefonsystems, das gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung konfiguriert ist;
3 zeigt ein Blockdiagramm eines Empfangsverarbeitungssystems einer Teilnehmereinheit, die gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung konfiguriert ist; und
4 zeigt ein Blockdiagramm einer Teilnehmereinheit eines zellularen Telefonsystems, das gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung konfiguriert ist;
5 zeigt ein Blockdiagramm eines Teils des Sendeverarbeitungssystems einer Teilnehmereinheit, wenn diese gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung konfiguriert ist; und
6 zeigt ein Blockdiagramm eines Teils des Empfangsverarbeitungssystems in einer Basisstation, der gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung konfiguriert ist.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Die vorliegende Erfindung ist ein neues und verbessertes Verfahren und Vorrichtung zum Erleichtern der Sendung und des Empfangs von Signalen die unter Verwendung von Code-Multiplex-Vielfachzugriffs-(CDMA)Signalen verarbeitet werden. In der folgenden Beschreibung wird die Erfindung gemäß dem Kontext eines gemäß dem IS-95 Standard betriebenen CDMA zellularen Telefonsystems beschrieben. Während die Erfindung speziell geeignet ist für den Betrieb mit einem gemäß dem IS-95 Standard betriebenen zellularen Telefonsystem können andere drahtlose Kommunikationssysteme einschließlich Satelliten basierter Systeme oder Punkt-zu-Punkt Kommunikationssysteme, wie auch drahtgebundene Systeme, die die Verwendung von sinusförmigen Signalen und einem RAKE-Empfänger umfassen, beispielsweise bei Koaxialkabel basierten Kommunikationssystemen, die Verwendung der vorliegenden Erfindung einbeziehen.
2 zeigt ein stark vereinfachtes Blockdiagramm eines Teils eines zellularen Telefonsystems, das gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung konfiguriert ist. Basisstationen (BS) 22 und 22a sind an Basisstationssteuerung bzw. Basisstationskontroller 24 gekoppelt, der wiederum an das öffentliche Telefonvermittlungsnetzwerk (public switch telephone network, PSTN) gekoppelt ist. PSTN ist das konventionelle drahtgebundene Telefonnetzwerk. Wie gezeigt, sendet die Basisstation 22 ein HF Signal an eine Teilnehmereinheit 20 um Kommunikationen durchzuführen. Typischerweise sendet die Teilnehmereinheit 20 ein HF Signal an die Basisstation 22; jedoch ist diese Sendung nicht gezeigt, um die Erklärung bzw. Erläuterung der Erfindung zu vereinfachen.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung erzeugt die Basisstation 22 zwei orthogonal polarisierte Vorwärtsverbindungssignale, als rechts geneigtes Signal 60 und links geneigtes Signal 62 bezeichnet, von Antennensystemen 54a und 54b gesendet. In dem hierin beschrieben beispielhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung werden diese Signale von zwei getrennten HF Teil- bzw. Untersystemen 52a und 52b erzeugt, die Teil der Basisstation 22 sind und zwar ansprechend auf vom Digitalverarbeitungssystem bzw. Digitalprozessierungssystem (DPS) 53 empfangene digitale Signale. DPS 53 empfängt Daten die vom BSC 24 zu senden sind.
Verzögerung (delay, D) 50 ist an ein HF Subsystem bzw. Untersystem 52a gekoppelt. Verzögerung 50 führt eine Verzögerung in das auswärts gerichtete linke schräge Signal 62 ein und zwar um Zeitdiversität vorzusehen. Die Dauer der Verzögerung ist wenigstens so lange wie die Dauer eines Bits, oder "Chip" des zur Modulation und Demodulation verwendeten PN Codes, und vorzugsweise gleich der Dauer von 2 bis 3 Chips. Der Fachmann wird verschiedene alternative Verfahren zum Einführen einer Verzögerung in ein Signal erkennen, einschließlich der Einführung einer Verzögerung durch DPS 53. Jedoch ist es vorzuziehen eine Verzögerung nach der durch DPS 53 durchgeführten Verarbeitung einzuführen, da es dann nur nötig ist eine Instanz bzw. Version des digitalen Signals zu erzeugen.
Wie in der Technik wohl bekannt ist, können Hochfrequenzsignale verschiedene Arten von orthogonalen Polarisationen besitzen, einschließlich links schräger und rechts schräger Polarisationen, die in 45° Winkel aus der Vertikalen orientiert sind. Zusätzlich sind verschiedene andere Arten von Polarisation bekannt, einschließlich horizontaler und vertikaler linearer Polarisationen oder rechtsdrehender zirkularer (right hand circular, RHC) und linksdrehender zirkularer (left hand circular, LHC) Polarisationen, deren Verwendung auch übereinstimmend mit der Verwendung der vorliegenden Erfindung ist.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden vorzugsweise rechts geneigte Signale 60 und links geneigte Signale 62 mit unterschiedlichen Richtungsorientierungen gesendet. Beispielsweise kann Antenne 54a in einer gering bzw. leicht unterschiedlichen Richtung wie Antenne 54b gerichtet sein. Vorzugsweise sollte die Differenz bzw. der Unterschied in den Richtungsorientierungen gering sein, so dass die zwei Signale am gleichen Ort bzw. Stelle empfangen werden, während sie unterschiedliche Mehrpfad- bzw. Mehrwege-Bedingungen erfahren haben. Das erhöht die Diversität der Signalquelle. Alternativ können die Orientierungen grundlegender geändert werden.
Beispielsweise können die Untersysteme 52a und 52b zusammen mit den Antennen 54a und 54b an unterschiedlichen Orten bzw. Stellen platziert werden. Das würde den Effekt einer Erzeugung unterschiedlicher Zellen mit sich unterscheidenden Polarisationen haben. Während sich die Teilnehmereinheit 20 von einer Zelle zu der nächsten bewegte, würde sich die Polarisation des empfangenen Signals ändern.
Wie in 2 gezeigt, wird das rechts geneigte Signal 60 vom Baum 61, das Multipfadsignal 60a erzeugend, reflektiert und das links geneigtes Signal 62 wird vom Gebäude 63, das Multipfadsignal 62a erzeugend, reflektiert. Wie in der Technik sehr wohl bekannt ist, kann Reflexion ein bereits polarisiertes Signal ändern bzw. modifizieren oder Polarisation einem nicht polarisierten Signal hinzufügen. Teilnehmereinheit 20 empfängt Signale 60, 60a, 62 und 62a und führt Empfangsdemodulation durch, um die gesendeten Daten zu Extrahieren.
3 zeigt ein Blockdiagramm des Empfangsverarbeitungsteils der Teilnehmereinheit 20, wenn diese gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung konfiguriert ist. Antennensystem 70 ist an den HF Empfänger 74 gekoppelt, der wiederum gekoppelt ist an die Demodulatoren 80a–c und an Sucher und Steuerung 78. Demodulatoren 80a–c sind auch gekoppelt an Sucher und Steuerung 78, sowie an Kombinierer 82. Während drei Demodulatoren 80 gezeigt sind, ist die Benutzung von anderen Anzahlen von Demodulatoren einschließlich vier oder mehr übereinstimmend mit der Verwendung der vorliegenden Erfindung.
Während des Betriebs empfängt das Antennensystem 70 die links geneigten und rechts geneigten HF Signale von der Basisstation 22. Der HF Empfänger filtert, konvertiert herunter und digitalisiert jene Abtastungen 86 erzeugenden Signale. Sucher und Steuersystem 78 empfängt Abtastungen 86 und führt wiederholte Zeitversatz bzw. Zeitoffset Suchen durch, unter Verwendung der zum Modulieren der Signale verwendeten PN Codes und zwar zum Bestimmen der Ankunftszeiten der Signale 60, 60a, 62 und 62a der 2. Sobald die Ankunftszeiten der Signale 60, 60a, 62 und 62a bestimmt sind, konfiguriert das Sucher und Steuersystem 78 die Demodulatoren 80a–c zum Verarbeiten eines Signals 60, 60a, 62 und 62a innerhalb entweder rechts geneigter Abtastungen 86 oder links geneigter Abtastungen 86 bei der zugehörigen Ankunftszeit unter Verwendung einer Steuerschnittstelle.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung demodulieren die Demodulatoren 80a–c die Abtastungen unter Verwendung eines PN Spreizcodes und eines Walsh Kanal Codes konfiguriert und erzeugt gemäß dem IS-95 Standard und der zugeordneten Ankunftszeit (Versatz). Zusätzlich führen die Demodulatoren 80a–c Zeitnachführung zum Anpassen an Änderungen in der Ankunftszeit durch. Die von den Demodulatoren 80a–c durchgeführte Demodulation erzeugt Soft Decision Daten die vom Kombinierer 82 empfangen werden. Der Kombinierer 82 kombiniert die Soft Decision Daten, was zu summierten Soft Decision Daten führt, die von einem Decodierer (nicht gezeigt) empfangen werden. Der Decodierer führt Soft Decision Decodierung durch, um Hard Decision Daten zu erzeugen, die dann der weiteren Verarbeitung verfügbar gemacht werden, wie beispielsweise Daten Manipulationen oder Regeneration von Audio Tönen. Verschiedene Arten von Decodierung sind bekannt und können in die vorliegende Erfindung einbezogen werden, einschließlich Trellis oder Viterbi Decodierung.
Durch Verwendung unterschiedlich polarisierter HF Empfänger können die verschiedenen empfangenen Signale vor der Demodulation voneinander isoliert werden und deshalb ist der Grad bis zu dem sie sich gegenseitig stören reduziert. Typischerweise wird das Antennensystem 70 eine Polarisations-Empfangs-Charakteristik auf Grund seiner Form und Orientierung haben, die Signale mit unterschiedlichen Polarisationen trennen wird. Während sich die Orientierung ändert, wird sich die Art bzw. Natur des Polarisationsempfangs ändern, sowie Signal Diversität über die Zeit vorsehen. Das verbessert die Verarbeitungsleistung einer Teilnehmereinheit 20 und verbessert bzw. erhöht somit die Ruf-(call)Verarbeitungsfähigkeit eines zugehörige zellularen Telefonsystems. Diese verbesserte Anruf- bzw. Ruf-Verarbeitungsfähigkeit wird typischerweise verwendet um die Anzahl von Telefonanrufen zu erhöhen, die zu einem beliebigen Augenblick durchgeführt werden können.
4 zeigt ein Blockdiagramm des Empfangsverarbeitungsteils der Teilnehmereinheit 20, wenn diese gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung konfiguriert ist. Rechts geneigtes Antennensystem 270 und links geneigtes Antennensystem 272 empfangen HF Signale, die an HF Empfänger 274 und 276 geliefert werden. HF Empfänger 274 und 276 sind an Demodulatoren 280a–c gekoppelt und an Sucher und Steuerung 278. Demodulatoren 280a–c sind an Sucher und Steuerung 278 und an Kombinierer 282 gekoppelt. Während drei Demodulatoren 280 gezeigt sind, ist die Verwendung von anderen Anzahlen von Demodulatoren einschließlich vier oder mehr übereinstimmend mit der Verwendung der vorliegenden Erfindung. Während sie als rechts geneigte und links geneigte Antennensysteme 270 und 272 bezeichnet werden, wird die typische Mobilität der Teilnehmereinheit die absolute Polarität der Antennensysteme, aber nicht die der relative Polarität, ändern.
Während des Betriebs empfängt das rechts geneigte Antennensystem 270 Signale mit einer rechts geneigten Polarität und der Empfänger 274 filtert die Frequenz, konvertiert hinunter und digitalisiert jene Signale die rechts geneigte Abtastungen 286 erzeugen. In gleicher Weise führt das links geneigte Antennensystem 272 polarisierte Filterung der HF Signale durch und Empfänger 276 filtert die Frequenz, konvertiert hinunter und digitalisiert jene Signale, die rechts geneigte Abtastungen 288 erzeugen. Verschiedene Verfahren und Antennen zur Durchführung polarisierten Empfangs sind in der Technik wohl bekannt. Somit enthalten rechts geneigte Abtastungen 286 nur jene Signale die eine rechts geneigte Komponente besitzen und deshalb ist die Interferenz bzw. Störung auf Grund orthogonal polarisierter Signale entfernt. In gleicher Art und Weise enthalten links geneigte Abtastungen 288 nur jene Signale die eine links geneigte Komponente besitzen und deshalb ist die Interferenz von anderen orthogonal polarisierten Signalen entfernt.
Sucher 278 empfängt rechts geneigte Abtastungen 286 und links geneigte Abtastungen 288 und führt wiederholte Zeitversatz Suchen durch, unter Verwendung der zum Modulieren der Signale verwendeten PN Codes, zum Bestimmen der Ankunftszeiten der Signale 60, 60a, 62 und 62a der 2. Sobald die Ankunftszeiten der Signale 60, 60a, 62 und 62a bestimmt sind, konfiguriert der Sucher 278 die Demodulatoren 280a–c zum Verarbeiten eines Signals 60, 60a, 62 und 62a innerhalb entweder rechts geneigter Abtastungen 286 oder links geneigter Abtastungen 288 bei der assoziierten bzw. zugeordneten Ankunftszeit unter Verwendung einer Steuerschnittstelle. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung demodulieren die Demodulatoren 280a–c die Abtastungen unter Verwendung eines PN Spreizcodes und eines Walsh Kanal Codes konfiguriert und erzeugt gemäß dem IS-95 Standard und der assoziierten Ankunftszeit (Versatz). Zusätzlich führen die Demodulatoren 280a–c Zeitnachführung zum Anpassen an Wechsel bzw. Änderungen in der Ankunftszeit durch.
Die von den Demodulatoren 280a–c durchgeführte Demodulation erzeugt Soft Decision Daten, die vom Kombinierer 282 empfangen werden. Kombinierer 282 kombiniert die Soft Decision Daten, was zu summierten Soft Decision Daten führt, welche von einem Decodierer (nicht gezeigt) empfangen werden. Der Decodierer führt Soft Decision Decodierung durch zum Erzeugen von Hard Decision Daten, die dann bereitgestellt werden zur weiteren Verarbeitung wie beispielsweise Datenmanipulationen oder Regenration von Audio Tönen. Verschiedene Arten von Decodierung sind bekannt und können in die vorliegende Erfindung einbezogen werden einschließlich Trellis oder Viterbi Decodierung.
Durch Verwendung unterschiedlich polarisierter HF Antennen können die verschiedenen Signale vor der Demodulation gegenseitig isoliert werden und deshalb ist der Grad mit dem sie sich gegenseitig stören reduziert. Zusätzlich kann durch die Verwendung von zwei Antennen mit unterschiedlichen Polarisationen das beste vorhandenen Signal empfangen, identifiziert und unabhängig verarbeitet werden, somit die durchschnittliche Signalqualität verbes sernd. Das verbessert die Verarbeitungsleistung der Teilnehmereinheit 20 und verbessert somit die Ruf Verarbeitungsfähigkeit eines zugeordneten zellularen Telefonsystems. Diese verbesserte Ruf Verarbeitungsfähigkeit wird typischerweise verwendet zum Erhöhen der Anzahl der Telefonanrufe, die zu irgendeinem bestimmten Zeitpunkt durchgeführt werden können.
5 zeigt ein stark vereinfachtes Blockdiagramm eines Teils eines zellularen Telefonsystems, das gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung konfiguriert ist. Basisstationen 22 sind an Basisstationssteuerung 24 gekoppelt, die wiederum an das öffentliche Telefonvermittlungsnetzwerk (PSTN) gekoppelt ist. PSTN ist das herkömmliche Draht gestützte Telefonnetzwerk. Wie gezeigt, sendet Teilnehmereinheit 20 ein HF Signal an eine Basisstation 22 um Kommunikationen durchzuführen.
Teilnehmereinheit 20 erzeugt zwei orthogonal polarisierte Vorwärtsverbindungssignale, die als rechts geneigtes Signal 360a und links geneigtes Signal 360b bezeichnet werden und zwar gesendet von Antennensystemen 362 und 364. Diese Signale werden von zwei getrennten Antennen erzeugt, die Teil einer Teilnehmereinheit 20 sind, und zwar ansprechend auf digitale Signale empfangen von Digitaleinheit 365. Die Daten werden von einer externen Quelle, wie beispielsweise einer digitalisierten Sprache empfangen.
Verzögerung 350 ist an eine HF Einheit 352b gekoppelt. Verzögerung 350 führt eine Verzögerung ein, und zwar in das auswärts gerichtete, bzw. abgehende rechts geneigte Signal 360a, um Zeitdiversität vorzusehen. Die Dauer der Verzögerung ist wenigstens so lange wie die Dauer von einem Bit oder "Chip", von den zur Modulation und Demodulation verwendeten PN Codes und vorzugsweise gleich der Dauer von 2–3 Chips. Der Fachmann wird verschiedene alternative Verfahren zum Einführen von Verzögerung in ein Signal, einschließlich der Einführung von Verzögerung durch die Digitaleinheit 365 erkennen. Jedoch ist es vorzuziehen die Verzögerung nach der durch die Digitaleinheit 365 durchgeführten Verarbeitung einzuführen, da es dann nur nötig ist eine Instanz des digitalen Signals zu erzeugen.
Wie oben mit Bezug auf 2 beschrieben, werden das rechts geneigte Signal 360a und das links geneigte Signal 360b mit unterschiedlichen Richtungsorientierungen gesendet. Beispielsweise kann die Antenne 364 in einer geringfügig unterschiedlichen Richtung als Antenne 362 ausgerichtet sein. Vorzugsweise sollte die Differenz in den Richtungsorientierungen klein bzw. gering sein, so dass die zwei Signale am gleichen Ort empfangen werden, während sie unterschiedliche Mehrpfad-Bedingungen erfahren. Das verbessert die Diversität der Signalquelle.
Wie in 5 gezeigt wird, das rechts geneigte Signal 360a von Antenne 364 vom Baum 61, das Mehrpfadsignal 362a erzeugend, reflektiert und das links geneigte Signal 360b von Antenne 362 wird vom Gebäude 63, das Mehrpfadsignal 362b erzeugend, reflektiert. Wie in der Technik wohl bekannt ist, kann Reflexion ein bereits polarisiertes Signal modifizieren oder Polarisation zu einem nicht polarisierten Signal hinzufügen. Basisstation 22 empfängt Signale 360a, 360b, 362a und 362b und führt Empfangsdemodulation durch zum Extrahieren der gesendeten Daten. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung empfängt Basisstation 22 Signale 360a, 360b, 362a und 362b über ein Antennensystem mit spezieller Polarisation, das einige der resultierenden Mehrpfade filtert.
6 zeigt ein Blockdiagramm eines Teils des Empfangsverarbeitungssystems einer Basisstation 22, wenn diese konfiguriert ist zum Kommunizieren mit einer Teilnehmereinheit 20, gemäß mit noch einem anderen beispielhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung. Innerhalb Basisstation 22 ist ein Zellenstandort-Modem (cell site modern, CSM) 84 gezeigt, das mit einem Antennensystem gekoppelt ist. Das Antennensystem umfasst rechts geneigte Antenne 170 und links geneigte Antenne 172, sowie HF Empfänger 174 und 176. Typischerweise empfängt die Basisstation einen Satz von Signalen, wie beispielsweise Signale 360a, 360b, 362a und 362b von 5. Wie gezeigt empfängt die Basisstation drei Instanzen oder Auftritte des von der Teilnehmereinheit 20 gesendeten HF Signals. Eine Instanz 360a oder 360b wird über einen direkten Pfad empfangen. Eine andere Instanz 362a wird vom Baum 61 reflektiert. Die dritte Instanz 362b wird vom Gebäude 63 reflektiert. Zusätzlich werden andere Signale von anderen Teilnehmereinheiten 20 gesendet und durch Antennen 170 und 172 (72) empfangen.
Von der rechts geneigten Antenne 170 empfangene Signale werden an den Empfänger 174 angelegt, der die verzögerten Signale filtert, hinunterkonvertiert und digitalisiert. Von der links geneigten Antenne 172 empfangene Signale werden an den Empfänger 176 angelegt, der die Signale filtert, hinunterkonvertiert und digitalisiert. Die digitalisierten Signale von den Empfängern 174 und 176 werden an das Zellenstandort-Modem (CSM) 84 (nur teilweise gezeigt) angelegt, sowie auf andere Zellenstandort-Modems innerhalb der Basisstation (nicht gezeigt), die den Satz von Multipfadsignalen von einer speziellen Teilnehmereinheit 20 demoduliert. Ein System und Verfahren zum Implementieren jedes CSM auf einem einzelnen integrierten Schaltkreis ist beschrieben in US-A-5,654,979 mit dem Titel "Cell Site Demodulator Archtecture for a Spread Spectrum Multiple Access Communication System" und in WO-A-9610873 mit dem Titel "Multipath Search Processor For A Spread Spectrum Multiple Access Communication System", beide übertragen an den Rechteinhaber der vorliegenden Erfindung.
Innerhalb CSM 84 empfängt Sucher und Steuerung 178 die digitalisierten Signale und identifiziert Mehrpfad-Instanzen des verarbeiteten Signals durch Anwenden der zugehörigen Spreizcodes bei verschiedenen Zeitversätzen. Zusätzlich untersucht Sucher und Steuerung 178 die Eingabe von Antenne 170 und Antenne 172 getrennt und bestimmt welche das beste Ergebnis für einen speziellen Finger produziert. So bald Mehrpfadsignale identifiziert sind, weist Sucher und Steuerung 178 einen Demodulator 180 zu, um das Mehrpfadsignal zu verarbeiten und zwar von der speziellen Antenne die bestimmt wurde das beste Ergebnis zu liefern. Die sich ergebenden Soft Decision Daten von den Demodulatoren 180a–c werden durch den Kombinierer 182 kombiniert und an einen Trellis oder Viterbi Decoder und dann weiter an die BSC gegeben.
Durch Vorsehen von HF Signalen unterschiedlicher Polarität bei einem Sendesystem verbessert die vorliegende Erfindung die Empfangsverarbeitung bei dem Empfangssystem von Multipfadsignalen, die von einer bestimmten Teilnehmereinheit 20 empfangen werden. Im besonderen ändern Reflexion und andere Phänomene, die Mehrpfadübertragung verursachen, oft Polarisation des Signals einschließlich der Einführung einer nicht gleichförmigen Polarisation. Durch Vorsehen polarisierter Antenneneingänge werden unterschiedlich polarisierte Mehrpfad-Instanzen der Signale voneinander gefiltert und stören sich deshalb nicht gegenseitig. Das Einführen von Verzögerung verhindert ferner bzw. weiter Störungen bzw. Interferenz durch Reduzieren bzw. Vermindern der Wahrscheinlichkeit, dass die Signale destruktiv kombiniert werden und deshalb einen Schwundzustand verursachen.
Somit ist die vorliegende Erfindung ein neues und verbessertes Verfahren und Vorrichtung zum Senden und Empfangen von Code-Multiplex-Vielfachzugriffs-(CDMA)Signalen. Die vorhergehende Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels ist vorgesehen um es jedem Fachmann zu ermöglichen die vorliegende Erfindung nachzuvollziehen oder zu verwenden. Die verschiedenen Modifikationen dieser Ausführungsbeispiele wird dem Fachmann klar werden und die grundlegenden hierin definierten Prinzipien können ohne die Verwendung einer erfinderischer Fähigkeit auf andere Ausführungsbeispiele angewendet werden. Im Besonderen, während eine bevorzugte Konfiguration einer Basisstationsteuerung verwendet wurde ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zu erläutern, kann die vorliegende Erfindung unter Verwendung alternativ konfigurierter Basisstationsteuerungen implementiert werden.

Claims

Ein System zum Senden und Empfangen eines Code-Multiplex-Vielfachzugriffssignals (code division multiple access) das Folgendes aufweist: Mittel zum Senden einer ersten polarisierten Version (60, 360a) des Signals über eine erste Antenne (54b, 364); Mittel zum Senden einer zweiten polarisierten Version (62, 360b) des Signals über eine zweite Antenne (54a, 362); und Mittel zum Empfangen des Signals; wobei die erste polarisierte Version (60, 360a) des Signals mit einer unterschiedlichen Polarisation und mit einer unterschiedlichen Richtungsorientierung als die zweite polarisierte Version (62, 360b) des Signals gesendet wird; dadurch gekennzeichnet, dass: eine erste Hochfrequenzpolarisationseinheit (52b, 352b) angepasst ist, um die erste polarisierte Version (60, 360a) des Signals zu generieren; eine zweite Hochfrequenzpolarisationseinheit (52a, 352a) angepasst ist, um die zweite polarisierte Version (62, 360b) des Signals zu generieren; und die Signalempfangsmittel angepasst sind, um die ersten (60, 360a) und die zweiten (62, 360b) polarisierten Versionen des Signals zu empfangen, und zwar zur weiteren Verarbeitung der ersten (60, 360a) und zweiten (62, 360b) polarisierten Versionen des Signals, um aus dem Signal gesendete Daten zu extrahieren.
Ein System gemäss Anspruch 1, wobei die Signalempfangsmittel ein erstes polarisiertes Empfangssystem (170, 174; 270, 274) zum Empfangen der ersten polarisierten Version (60, 360a) des Signals und ein zweites polarisiertes Empfangssystem (172, 176; 272, 276) zum Empfang der zweiten polarisierten Version (62, 360b) des Signals besitzen.
Ein System gemäss Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Differenz zwischen der Richtungsorientierung, mit der die erste polarisierte Version (60, 360a) des Signals gesendet wird, und der Richtungsorientierung, mit der die zweite polarisierte Version (62, 360b) des Signals gesendet wird, gering bzw. klein ist.
Ein System gemäss einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste polarisierte Version (60, 360a) des Signals orthogonal zu der zweiten polarisierten Version (62, 360b) des Signals ist.
System gemäss einem der Ansprüche 1 bis 4, das Folgendes aufweist: Mittel (50, 350) zum Einfügen von Verzögerung in eine der ersten (60, 360a) und zweiten (62, 360b) polarisierten Versionen des Signals, so dass die eine der ersten (60, 360a) und zweiten (62, 360b) polarisierten Versionen des Signals mit einem Zeitversatz bzw. Zeitoffset bezüglich der anderen der ersten (60, 360a) und zweiten (62, 360b) polarisierten Versionen des Signals gesendet wird.
System gemäss Anspruch 5, wobei die Dauer der Verzögerung zumindest so lang ist wie die Dauer eines Bits des Pseudo-Rausch-Codes, der für die Modulation und Demodulation verwendet wird.
System gemäss Anspruch 5 oder 6, wobei die Dauer der Verzögerung gleich der Dauer von zwei bis drei Bits des Pseudo-Rausch-Codes bzw. des pseudostatistischen Rauschcodes, der für die Modulation und Demodulation verwendet wird, ist.
System gemäss einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die ersten (60, 360a) und zweiten (62, 360b) polarisierten Versionen des Signals durch die ersten (52b, 352b) und zweiten (52a, 352a) Hochfrequenzpolarisationseinheiten ansprechend auf digitale Signale empfangen von einem digitalen Verarbeitungssystem (53, 365), generiert werden; und die Verzögerungseinfügungsmittel (50, 350) einer der ersten (52b) und zweiten (52a) Hochfrequenzpolarisationseinheiten nachgeschaltet angeordnet sind.
Ein Verfahren zum Senden und Empfangen eines Signals über ein Code-Multiplex-Vielfachszugriffskommunikationssystem, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: a) Senden einer ersten polarisierten Version (60, 360a) des Signals von einer ersten Antenne (54, 364); b) Senden einer zweiten polarisierten Version (62, 360b) des Signals von einer zweiten Antenne (54a, 362); und c) Empfangen des Signals; wobei die erste polarisierte Version (60, 360a) des Signals mit einer unterschiedlichen Polarisation und einer unterschiedlichen Richtungsorientierung als die zweite polarisierte Version (62, 360b) des Signals gesendet wird; dadurch gekennzeichnet, dass: die ersten (60, 360a) und zweiten (62, 360b) polarisierten Versionen des Signals durch separate erste (52b, 352b) und zweite (52a, 352a) Hochfrequenzpolarisationsteilsysteme generiert werden; und die ersten (60, 360a) und zweiten (62, 360b) polarisierten Versionen des Signals empfangen werden zur weiteren Verarbeitung der ersten (60, 360a) und zweiten (62, 360b) polarisierten Versionen des Signals um gesendete Daten aus dem Signal zu extrahieren.
Ein Verfahren gemäss Anspruch 9, wobei die ersten (60, 360a) und zweiten (62, 360b) polarisierten Versionen des Signals durch jeweilige polarisierte Empfangssysteme (170, 174; 270, 274; 172, 176; 272, 276) empfangen werden.
Ein Verfahren gemäss Anspruch 9 oder 10, wobei: die Differenz zwischen der Richtungsorientierung, mit der die erste polarisierte Version (60, 360a) des Signals gesendet wird, und der Rich tungsorientierung (directional orientation), mit der die zweite polarisierte Version (62, 360b) des Signals gesendet wird, gering ist.
Verfahren gemäss einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die erste polarisierte Version (60, 360a) des Signals orthogonal zu der zweiten polarisierten Version (62, 360b) des Signals ist.
Verfahren gemäss einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei eine Verzögerung in eines der ersten (60, 360a) und zweiten (62, 360b) polarisierten Versionen des Signals eingefügt wird, so dass eine der ersten (60, 360a) und zweiten (62, 360b) polarisierten Versionen des Signals mit einem Zeitversatz bezüglich der anderen der ersten (60, 360a) und zweiten (62, 360b) polarisierten Versionen des Signals gesendet wird.
Ein Verfahren gemäss Anspruch 13, wobei die Dauer der Verzögerung zumindest so lang ist wie die Dauer eines Bits des Pseudo-Rausch-Codes, der für die Modulation und Demodulation verwendet wird.
Verfahren gemäss Anspruch 13 oder 14, wobei die Dauer der Verzögerung gleich der Dauer von zwei bis drei Bits des Pseudo-Rausch-Codes, der für die Modulation oder Demodulation verwendet wird, ist.
Verfahren gemäss Anspruch 13 bis 15, wobei die Verzögerung nachfolgend zu der Generierung der einen der ersten (60, 360a) und zweiten (62, 360b) polarisierten Versionen des Signals eingefügt wird.
System zum Empfangen eines Signals empfangen über einen Satz von Mehrwegkopien, wobei das System Folgendes aufweist: Mittel (174, 274) zum Generieren eines ersten Satzes der Mehrwegekopien ansprechend auf den empfangenen Satz von Mehrwegekopien; Mittel (176; 276) zum Generieren eines zweiten Satzes der Mehrwegekopien ansprechend auf den empfangenen Satz von Mehrwegekopien; ein erstes Demodulationssystem (180a, 280a) zum Generieren erster Soft-Decision-Daten bzw. Daten für eine weiche Entscheidung ansprechend auf den ersten Satz von Mehrwegekopien und den zweiten Satz von Mehrwegekopien; und ein zweites Demodulationssystem (180b, 180c; 280b, 280c) zum Generieren von zweiten Soft-Decision-Daten ansprechend auf den ersten Satz von Mehrwegekopien und den zweiten Satz von Mehrwegekopien; dadurch gekennzeichnet, dass; ein erstes polarisiertes Empfangssystem (170, 174; 270, 274) angepasst ist zum Generieren des ersten Satzes von Mehrwegekopien, der ein polarisierter Satz der Mehrwegekopien ist; und ein zweites polarisiertes Empfangssystem (172, 176; 272, 276) angepasst ist zum Genieren eines zweiten Satzes der Mehrwegekopien, der ein polarisierter Satz der Mehrwegekopien ist.
System gemäss Anspruch 17, das weiterhin einen Sucher (178, 278) zum Identifizieren eines Zeit-Offsets bzw. Zeitversatzes von bestimmten Mehrwegekopien in dem ersten polarisierten Satz von Mehrwegekopien und dem zweiten polarisierten Satz von Mehrwegekopien aufweist.
System gemäss Anspruch 18, wobei der Sucher (178, 278) weiterhin zur Konfigurierung des ersten Demodulationssystems (180a, 280a) und des zweiten Demodulationssystems (180b, 180c; 280b, 280c) dient, und zwar zum Demodulieren entweder des ersten polarisierten Satzes der Mehrwegekopien oder des zweiten polarisierten Satzes der Mehrwegekopien.
Vorrichtung zum Senden eines Code-Multiplex-Vielfachzugriff-Signals zur Verwendung in einem System gemäss einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist: Mittel zum Senden einer ersten polarisierten Version (60, 360a) des Signals über eine erste Antenne (54b, 364), wobei die erste polarisier te Version (60, 360a) des Signals durch eine erste Hochfrequenzpolarisationseinheit (52b) generiert wird; und Mittel zum Senden einer zweiten polarisierten Version (62, 360b) des Signals über eine zweite Antenne (54a, 362); und wobei die zweite polarisierte Version (62, 360b) des Signals durch eine zweite Hochfrequenzpolarisationseinheit (52a) generiert wird; wobei die erste polarisierte Version (60, 360a) des Signals mit einer unterschiedlichen Polarisation und einer unterschiedlichen Richtungsorientierung als die zweite polarisierte Version (62, 360b) des Signals gesendet wird.