WO2004079953A1 - Method and arrangement for transmitting signals according to a multiple access method - Google Patents

Method and arrangement for transmitting signals according to a multiple access method Download PDF

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WO2004079953A1 PCT/DE2004/000348 DE2004000348W WO2004079953A1 WO 2004079953 A1 WO2004079953 A1 WO 2004079953A1 DE 2004000348 W DE2004000348 W DE 2004000348W WO 2004079953 A1 WO2004079953 A1 WO 2004079953A1
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Ralf Irmer
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Abstract

The invention relates to a method for transmitting signals according to a multiple access method, during which data symbols to be transmitted are spread in transmitter by using a spread code and are transmitted in the form of a transmit signal from the transmitter to the receiver(s) via a transmission link between the transmitter and one or more receivers by means of a radio communications system. The invention also relates to an arrangement for transmitting signals according to a multiple access method, comprising a transmitting unit, which is situated inside a transmitter, and comprising processing units that are connected up from the transmitting unit. The aim of the invention is to reduce the bit error probability inside the receivers in a targeted manner and with a low amount of computing. To this end, the inventive method involves carrying out a simulation with a transmit signal by using a model that represents the transmission link, and the transmit signal is modified until a receive signal with a minimal bit error probability is simulated on the receiver/s. The inventive arrangement fulfills the aim of the invention in that means for simulating the transmission link are situated inside the transmitter that are actively connected to at least one of the processing units.

Description

Verfahren und Anordnung zum Senden von Signalen nach einem Method and arrangement for sending signals after a
MehrfachzugriffsverfahrenMultiple access methods
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Senden von Signalen nach einem Mehrfachzugriffsverfahren, bei dem zu sendende Da- tensymbole in einem Sender vorbehandelt und von dem Sender als Sendesignal über eine Ubertragungsstrecke zwischen dem Sender und einem oder mehreren Empfänger mittels eines Funkkommunikationssystems an den oder die Empfänger gesendet werden. Von dem Empfänger ist das Sendesignal als Empfangssignal empfangbar, wobei das Sendesignal aus Sendesignalelementen und das Empfangssignal aus Empfangselernenten besteht.The invention relates to a method for transmitting signals according to a multiple access method, in which data symbols to be transmitted are pretreated in a transmitter and sent by the transmitter as a transmission signal to the recipient or recipients via a transmission link between the transmitter and one or more receivers by means of a radio communication system become. The transmission signal can be received by the receiver as a reception signal, the transmission signal consisting of transmission signal elements and the reception signal consisting of reception elements.
Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung zum Senden von Signalen nach einem Mehrfachzugriffsverfahren, mit einer in einem Sender angeordneten Sendeeinheit und der Sendeeinheit vorge- schalteten Verarbeitungseinheiten.The invention also relates to an arrangement for transmitting signals according to a multiple access method, with a transmission unit arranged in a transmitter and processing units connected upstream of the transmission unit.
Bei der Signalübertragung über Funkkanäle (z.B. beim digitalen Mobilfunk) ist ein Verfahren mit herausragender Bedeutung der codegeteilte Mehrfachzugriff (Code Division Multiple Access, CDMA) . Bei Mehrwegeausbreitung im Kanal entstehen Wechselwirkungen zwischen den Codes der verschiedenen Nutzer eines Systems die als Einzelnutzerinterferenz (Inter Symbol Interference, IST.) oder Mehrnutzerinterferenz (Multiple Access Interference, MAI) bezeichnet werden. Durch eine geeignete Vorverarbeitung des Sendesignals im Sender können diese Interferenzen gemindert werden und gleichzeitig die Stärke des gewünschten Signals am jeweiligen Empfänger erhöht werden. Dadurch können an den Empfängern verbesserte Datenschätzungen erzielt werden bzw. kann die notwendige Sendeleistung zum Erreichen eines bestimmten Qualitätsziels (Quality of Service, QoS) reduziert werden.In the case of signal transmission via radio channels (for example in the case of digital mobile radio), a method with outstanding importance is code division multiple access (CDMA). In the case of multipath propagation in the channel, interactions arise between the codes of the different users of a system which are referred to as single-user interference (Inter Symbol Interference, IST.) Or multi-user interference (Multiple Access Interference, MAI). Appropriate preprocessing of the transmission signal in the transmitter can reduce these interferences and at the same time increase the strength of the desired signal at the respective receiver. As a result, improved data estimates can be achieved at the receivers or the transmission power required to achieve a specific quality target (Quality of Service, QoS) can be reduced.
CDMA-Signale können durch so genannte RAKE-Empfänger detektiert werden, ohne dass eine besondere Berechnung oder Vorverzerrung des Sendesignals vorgesehen ist. Durch dabei auftretende Interferenzen am Detektor im RAKE-Empfänger ergibt sich eine erhöhte Anzahl von Bitfehlern pro Anzahl der gesendeten Bits, die im folgenden Bitfehlerwahrscheinlichkeit (BER) genannt wird, insbesondere bei einer großen Anzahl von aktiven Nutzern.CDMA signals can be detected by so-called RAKE receivers without special calculation or predistortion of the transmission signal being provided. Interferences occurring at the detector in the RAKE receiver result in an increased number of bit errors per number of bits sent, which is referred to below as the bit error probability (BER), in particular in the case of a large number of active users.
Für CDMA-Signale sind zahlreiche Verfahren zur Verminderung der Interferenzen bzw. Anpassung an den Empfangskanal im Empfänger bekannt. Diese empfängerbasierten Verfahren werden unter dem Begriff Mehrnutzer-Detektion (Multiuser Detection, MUT) zusammengefasst . Diese Verfahren werden beispielsweise in S.Verdu: "Multiuser Detection", Cambridge University Press 1998 und in den Sonderheften zu MUT: IEEE J.Select. Areas Commun, vol. 19, no. 8, August 2001 sowie vol. 20, no. 2, Februar 2002 beschrieben. Ein Nachteil der empfängerbasierten Verfahren ist, dass sie meistens nur für die Aufwärtsstrecke (Mobilstation in Richtung Basisstation, uplink) geeignet sind bzw. für die Abwärtsstrecke (Basisstation in Richtung Mobilstation, downlink) in der Mobilstation implementiert werden müssten, was aus Komplexitäts- und Energiegründen meist nicht möglich ist.Numerous methods for reducing the interference or adapting to the reception channel in the receiver are known for CDMA signals. These receiver-based methods are summarized under the term multi-user detection (MUT). These methods are described, for example, in S.Verdu: "Multiuser Detection", Cambridge University Press 1998 and in the special issues on MUT: IEEE J.Select. Areas Commun, vol. 19, no. 8, August 2001 and vol. 20, no. 2, February 2002. A disadvantage of the receiver-based methods is that they are mostly only suitable for the uplink (mobile station in the direction of the base station, uplink) or for the downlink (base station in the direction of the mobile station, downlink) in the mobile station, which should be done for reasons of complexity and energy is usually not possible.
Senderbasierte Verfahren können mit dem Oberbegriff Multiuser Transmission (MUT) zusammengefasst werden. Verfahren zur Bestimmung der Sendesignale und zur Vorverzerrung der Sendesignale im Sender sind insbesondere für die Abwärtsstrecke geeignet, d.h. diese Verfahren kommen dann in der Basisstation zum Einsatz. Im Gegensatz zur Mehrnutzer-Detektion müssen zusätzlich im Sender Kenntnisse über den Funkkanal vorliegen, beispielsweise eine Schätzung der Kanalimpulsantwort und eineTransmitter-based methods can be summarized with the generic term multiuser transmission (MUT). Methods for determining the transmission signals and for pre-distorting the transmission signals in the transmitter are particularly suitable for the downlink, i.e. these methods are then used in the base station. In contrast to multi-user detection, knowledge of the radio channel must also be available in the transmitter, for example an estimate of the channel impulse response and a
Schätzung der Rauschleistung am Empfänger. Die bekannten Verfahren der Mehrnutzer-Übertragung unterscheiden sich in ihren Optimierungs-Zielen und in der erzielbaren Bitfehlerwahrscheinlichkeit .Estimation of the noise power at the receiver. The known methods of multi-user transmission differ in their optimization goals and in the achievable ones Bit error probability.
Verfahren zur vollständigen Interferenzeliminierung (Zero- Forcing (ZF) Joint Transmission, Transmitter Precoding) haben zum Ziel, die Interferenzen, die an den Detektoren der einzelnen Nutzer entstehen, vollständig zu unterdrücken. Sie sind beispielsweise beschrieben in den Patentanmeldungen US 5,461,610, DE 101 41 809 AI, DE 100 42 203 AI, in Andre Noll Barreto: „Signal Pre-Processing in the Downlink of Spread- Spectrum Communications Systems, VDI Fortschrittsberichte Reihe 10, No. 687, oder in M. Meurer, P.W. Beier, T.Weber , Y.Lu and A. Papathasiou: „Joint transmission: advantageous downlink concept for CDMA mobile radio Systems using ti e division duplexing". IEE Electronics letters, 36:900-9001, May 2001. Zur Herleitung dieser Verfahren wird mitunter auch das Kriterium der kleinsten quadratischen Fehler (Minimum Mean Squared Error, MMSE) angewandt .The aim of methods for complete interference elimination (zero-forcing (ZF) joint transmission, transmitter precoding) is to completely suppress the interference which occurs on the detectors of the individual users. They are described, for example, in patent applications US 5,461,610, DE 101 41 809 AI, DE 100 42 203 AI, in Andre Noll Barreto: “Signal Pre-Processing in the Downlink of Spread- Spectrum Communications Systems, VDI Progress Reports Series 10, No. 687, or in M. Meurer, P.W. Beier, T.Weber, Y.Lu and A. Papathasiou: "Joint transmission: advantageous downlink concept for CDMA mobile radio systems using ti e division duplexing". IEE Electronics letters, 36: 900-9001, May 2001. To derive these methods the criterion of the smallest mean squared error (MMSE) is also sometimes used.
Diese Verfahren zur Bestimmung des Sendesignals haben gemeinsam, dass die Bitfehlerwahrscheinlichkeit (Bit Error Rate, BER) an den Mobilempfängern nicht direkt minimiert wird, sondern dass die Bitfehlerwahrscheinlichkeit indirekt über die Minimierung anderer Ziele, z.B. MMSE oder komplette Interferenz inimierung (ZF) erfolgt. Weiterhin wird die exakte Kenntnis der Datensymbole im Sender zur Berechnung der Vorverarbeitungskoffizienten oder -matrizen nicht benutzt. Die Kenntnis der exakten Sendesymbole liegt jedoch im Sender vor. Nachteil der genannten Verfahren ist die große Anzahl von Bitfehlern, die in den Empfängern entstehen. Dieser Nachteil ist besonders bei gleichzeitiger Präsenz von hohem additivem Rauschen in den Empfängern vorhanden. Ein weiterer Nachteil ist der in den genannten Verfahren begründete erhebliche Rechenaufwand, der in der Basisstation aufgebracht werden muss.These methods for determining the transmission signal have in common that the bit error rate (BER) at the mobile receivers is not directly minimized, but that the bit error probability is indirectly achieved by minimizing other targets, e.g. MMSE or complete interference cancellation (IF) takes place. Furthermore, the exact knowledge of the data symbols in the transmitter is not used to calculate the preprocessing coefficients or matrices. However, knowledge of the exact transmission symbols is available in the transmitter. The disadvantage of the methods mentioned is the large number of bit errors that arise in the receivers. This disadvantage is particularly present when there is high additive noise in the receivers at the same time. A further disadvantage is the considerable computational effort which is based on the methods mentioned and which has to be applied in the base station.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Bitfehlerwahrscheinlichkeit in den Empfängern zielgerichtet und mit geringem Rechenaufwand zu verringern.The object of the invention is to determine the bit error probability in the receivers in a targeted manner and with little computing effort to reduce.
Diese Aufgabe wird verfahrensseitig dadurch gelöst, dass im Sender mittels eines die Ubertragungsstrecke repräsentierten Modells eine Simulation mit einem Sendesignal durchgeführt und das Sendesignal verändert wird, bis an dem Empfänger oder den Empfängern des Modells ein Empfangssignal mit einer minimalen Bitfehlerwahrscheinlichkeit simuliert wird. Dies geschieht unter der Bedingung, dass die in dem Kommunikationssystem zulässige Sendeleistung nicht überschritten wird. Das veränderte Sendesignal, das zu der simulierten minimalen Bitfehlerwahrscheinlichkeit führt, wird dann über die Ubertragungsstrecke an den oder die Empfänger gesendet.On the procedural side, this problem is solved in that a simulation with a transmission signal is carried out in the transmitter by means of a model representing the transmission link, and the transmission signal is changed until a reception signal with a minimal bit error probability is simulated at the receiver or the receivers of the model. This is done on the condition that the transmission power permitted in the communication system is not exceeded. The changed transmission signal, which leads to the simulated minimum bit error probability, is then sent to the receiver or receivers over the transmission link.
Damit kann die Tatsache ausgenutzt werden, dass in dem Sender die zu sendenden Datensymbole genau bekannt sind. Weiterhin ist die Charakteristik der Ubertragungsstrecke, z.B. aus Kenntnis einer Kanalimpulsantwort, bekannt, wobei dabei davon auszugehen ist, dass die Charakteristik der Ubertragungsstrecke zumindest für die Zeit vom Beginn der Simulation bis zum tatsächlichen Senden im wesentlichen konstant bleibt.This makes it possible to take advantage of the fact that the data symbols to be transmitted are precisely known in the transmitter. Furthermore, the characteristic of the transmission link, e.g. from knowledge of a channel impulse response, it being assumed that the characteristic of the transmission link remains essentially constant at least for the time from the beginning of the simulation to the actual transmission.
Als Sender kommt insbesondere eine Basisstation in Betracht und die Empfänger stellen insbesondere Mobilstationen dar, die auch als Nutzer bezeichnet werden können. Dabei ist eine Anwendung für einen oder mehrere Nutzer möglich.A base station is particularly suitable as a transmitter, and the receivers are, in particular, mobile stations that can also be referred to as users. An application for one or more users is possible.
Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf eine Anwendung im Mobilfunk- oder W-LAN-Bereich (W-LAN (wireless local area network) = drahtloses lokales Netzwerk) .However, the invention is not limited to an application in the mobile radio or W-LAN area (W-LAN (wireless local area network) = wireless local area network).
In einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass zu sendende Datensymbole in einem Sender mit einem Spreizcode gespreizt und im Empfänger entspreizt wird und dass jedes für einen Empfänger bestimmte Datensymbol im Sender durch einen für dieses Datensymbol spezifischen Vorverzerrungs- koeffizienten vorverzerrt wird. Mit der Wahl einer gezielten Vorverzerrung kann das Sendesignal dann für die Sendung über den Übertragungskanal so vorbereitet werden, dass das bestmögliche Übertragungsergebnis erzielt wird, d.h. die Bitfehlerwahrscheinlichkeit am Empfänger oder den Empfängern minimal ist. Unter vorteilhafter Ausnutzung der Kenntnis der zu sendenden Datensymbole wird es möglich, dieses Ziel mit relativ einfachen Mitteln und geringem rechentechnisehen Aufwand zu realisieren. Damit wird es beispielsweise auch möglich, dieses Verfahren in einer Mobilstation zu realisieren, wenn diese zum Sender wird.In a first variant of the method according to the invention it is provided that data symbols to be transmitted are spread in a transmitter with a spreading code and despread in the receiver and that each data symbol intended for a receiver is predistorted in the transmitter by a predistortion coefficient specific for this data symbol. By choosing a targeted Predistortion, the transmission signal can then be prepared for transmission over the transmission channel in such a way that the best possible transmission result is achieved, ie the probability of bit errors at the receiver or receivers is minimal. Taking advantage of the knowledge of the data symbols to be transmitted, it becomes possible to achieve this goal with relatively simple means and with little computational effort. This also makes it possible, for example, to implement this method in a mobile station when it becomes the transmitter.
Grundsätzlich ist es möglich, den Vorverzerrungskoeffizienten in einer Art Regelkreis zu bestimmen, wobei ein anfänglicher Vorverzerrungskoeffizient so lange verändert wird, bis ein entsprechendes Simulationsergebnis erzielt wird. Die Vorverzer- rungskoeffizienten aller Symbole des Senders für alle Empfänger können aber auch gemeinsam derart bestimmt werden, dass die mittlere Bitfehlerwahrscheinlichkeit an allen Empfängern (BER) minimal wird, wobeiIn principle, it is possible to determine the predistortion coefficient in a type of control loop, with an initial predistortion coefficient being changed until a corresponding simulation result is achieved. However, the predistortion coefficients of all symbols of the transmitter for all receivers can also be determined together in such a way that the mean bit error probability at all receivers (BER) is minimal, whereby
a) die Bitfehlerwahrscheinlichkeit durch eine Vorhersage der Abstände der Empfangsymbole an einem Detektor des Empfängers zu den Entscheidungsschwellen des Detektors für jedes übertragene Bit eines Symbols und der geschätzten Varianz des additiven Rauschens an jedem Empfänger berechnet wird,a) the bit error probability is calculated by predicting the distances of the received symbols on a detector of the receiver from the decision thresholds of the detector for each transmitted bit of a symbol and the estimated variance of the additive noise at each receiver,
b) die Empfangssymbole berechnet werden aus den Sendesymbolen für alle Empfänger und durch die Gesamtheit der Übertragungsstrecken aller Empfänger, die insbesondere aus Vorverzerrung, Spreizung, Vorfilterung, Funkkanal, Empfangsfilterung und Entspreizung besteht, und(b) the reception symbols are calculated from the transmission symbols for all receivers and through the entirety of the transmission links of all receivers, which consists in particular of predistortion, spreading, prefiltering, radio channel, reception filtering and despreading, and
c) die Gesamtheit der Koeffizienten derart bestimmt wird, dass die mittlere gesamte Leistung am Ausgang des Senders durch die Vorverzerrung ein zulässiges Maß nicht überschreitet. Zweckmäßiger Weise können alle Vorverzerrungskoeffizienten mit einem iterativen nichtlinearen Optimierungs erfahren mit Nebenbedingung bestimmt werden.c) the totality of the coefficients is determined in such a way that the average total power at the output of the transmitter does not exceed a permissible level due to the predistortion. All predistortion coefficients can expediently be determined with an iterative nonlinear optimization with a secondary condition.
Dabei erweist es sich als zweckmäßig, als iteratives nichtline- ares Optimierungsverfahren die sequentielle Quadratische Programmierung (SQP) einzusetzen.It proves expedient to use sequential quadratic programming (SQP) as an iterative non-linear optimization method.
Nachfolgend werden verschiedene Abbruchbedingungen für die Berechnung der Vorverzerrungskoeffizienten angegeben, die einzeln oder zumindest teilweise zusammen wirken können.Various termination conditions for the calculation of the predistortion coefficients are specified below, which can act individually or at least partially together.
Zum einen ist vorgesehen, dass die Berechnung der Vorverzerrungskoeffizienten abgebrochen wird, wenn die vorausberechnete Bitfehlerwahrscheinlichkeit eine festgelegte Grenze unterschreitet.On the one hand, provision is made for the calculation of the predistortion coefficients to be terminated if the predicted bit error probability falls below a predetermined limit.
Zum anderen ist vorgesehen, dass die Berechnung der Vorverzer- rungskoeffizienten abgebrochen wird, wenn eine festgelegte maximale Anzahl von Iterationen überschritten wird.On the other hand, it is provided that the calculation of the pre-distortion coefficients is terminated if a specified maximum number of iterations is exceeded.
Zum dritten ist vorgesehen, dass die Berechnung der Koeffizienten abgebrochen wird, wenn der Gradient der Bitfehlerwahr- scheinlichkeit bezüglich aller Vorverzerrungskoeffizienten eine festgelegte Grenze unterschreitet.Thirdly, it is provided that the calculation of the coefficients is terminated if the gradient of the bit error probability with respect to all predistortion coefficients falls below a specified limit.
In einer bevorzugten Ausführungsform der ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die Vorverzerrungskoeffizienten berechnet werden, ist vorgesehen, dass die Abstände der Empfangssymbole am Detektor zu den Entscheidungsschwellen des Detektors für jedes übertragene Bit eines Symbols dadurch berechnet werden, dassIn a preferred embodiment of the first variant of the method according to the invention, in which the predistortion coefficients are calculated, it is provided that the distances between the reception symbols at the detector and the decision thresholds of the detector are calculated for each transmitted bit of a symbol in that
a) die partiellen Code-Korrelationsmatrizen der Spreizcodes aller Empfänger berechnet werden,a) the partial code correlation matrices of the spreading codes of all recipients are calculated,
b) daraus für eine bestimmte Realisierung des Funkkanals und bestimmte Sendefilter und Empfangsfilter eine Symbolwech- selwirkungsmatrix berechnet wird, die den Einfluss jedes möglicherweise vorverzerrten Sendesymbols eines jeden Empfängers auf jedes Empfangssymbol eines jeden Empfängers kennzeichnet,b) a symbol change for a specific realization of the radio channel and certain transmission filters and reception filters interaction matrix is calculated, which characterizes the influence of each possibly predistorted transmission symbol of each receiver on each reception symbol of each receiver,
c) daraus mit den Sendesymbolen und den Vorverzerrungskoeffizienten die EmpfangsSymbole an den Detektoren der Empfänger berechnet, undc) the reception symbols on the detectors of the receivers are calculated therefrom with the transmission symbols and the predistortion coefficients, and
d) daraus für jedes übertragene Bit eines Symbols der Abstand zu den Entscheidungsschwellen des Detektors für jedes ü- bertragene Bit eines Symbols dadurch berechnet werden.d) the distance from the decision thresholds of the detector for each transmitted bit of a symbol is thereby calculated for each transmitted bit of a symbol.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des iterativen Optimierungsverfahrens zur Bestimmung der Vorverzerrungskoeffizienten die erste Ableitung der Bitfehlerwahrscheinlichkeit nach den Vorverzerrungskoeffizienten analytisch berechnet wird.One embodiment of the method according to the invention is characterized in that within the iterative optimization method for determining the predistortion coefficients, the first derivative of the bit error probability is calculated analytically based on the predistortion coefficients.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass innerhalb des iterativen Optimierungsverfahrens zur Bestimmung der Vorverzerrungskoeffizienten die zweiten partiellen Ableitungen der Bitfehlerwahrscheinlichkeit nach den Vorverzerrungskoeffizienten analytisch berechnet werden.Another embodiment of the method according to the invention provides that within the iterative optimization method for determining the predistortion coefficients, the second partial derivatives of the bit error probability are calculated analytically based on the predistortion coefficients.
In einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Sendesignal nicht notwendiger Weise abhängig von den zu sendenden Datensymbolen erzeugt und bei der Simulation verändert wird, bis an dem Empfänger oder den Empfän- gern des Modells ein Empfangssignal simuliert wird, dessen Empfangssymbole den zu sendenden Datensymbolen mit einer errechneten vorhergesagten Bitfehlerwahrscheinlichkeit entsprechen. Das dann diesem Stand der Simulation entsprechende Sendesignal wird an den Empfänger gesendet.In a second variant of the method according to the invention, it is provided that the transmission signal is not necessarily generated depending on the data symbols to be transmitted and is changed during the simulation until a reception signal is simulated at the receiver or the receivers of the model, the reception symbols of which correspond to the correspond to sending data symbols with a calculated predicted bit error probability. The transmission signal corresponding to this state of the simulation is then sent to the receiver.
Hierbei gibt es keine Vorgaben der Struktur der Sendesignaler- zeugung. Es wird vielmehr ein solches Sendesignal generiert, was mit größter Wahrscheinlichkeit ein Empfangssignal am Empfänger hervorruft, dessen Empfangssymbole den Sendesymbolen entsprechen. Diese erfinderische Herangehensweise ist nur in dem Sender möglich, in dem die zu sendenden Datensymbole be- kannt sind. Durch die Einführung der senderintegrierten Simulation der Übertragung wird die Nutzung der Kenntnis über die zu sendenden Datensymbole genutzt, um Empfangssymbole bei der Simulation zu generieren, die weitestgehend den zu sendenden Datensymbolen entsprechen. Mit dem bei dieser Simulation gewonne- nen Sendesignal werden dann im Empfänger mit der größten Wahrscheinlichkeit auch die EmpfangsSymbole erzeugt, die auch erzeugt werden sollen.There are no requirements regarding the structure of the transmission signal generation. Rather, such a transmission signal is generated which most likely causes a reception signal at the receiver, the reception symbols of which correspond to the transmission symbols. This inventive approach is only possible in the transmitter in which the data symbols to be transmitted are known. The introduction of the transmitter-integrated simulation of the transmission makes use of the knowledge of the data symbols to be transmitted in order to generate reception symbols in the simulation which largely correspond to the data symbols to be transmitted. With the transmission signal obtained in this simulation, the reception symbols that are also to be generated are then generated with the greatest probability in the receiver.
Zweckmäßig ist es hierbei, dass die Bitfehlerwahrscheinlichkeit ausIt is expedient here that the bit error probability
a) der Vorhersage der Abstände aller Bits der Empfangsymbole am Detektor zu den Entscheidungsschwellen des Detektors unda) the prediction of the distances of all bits of the reception symbols at the detector to the decision thresholds of the detector and
b) und einer geschätzten Varianz des additiven Rauschens an jedem Empfänger berechnet wird,b) and an estimated additive noise variance at each receiver is calculated,
wobei die Empfangssymbole aus den Elementen des Sendesignalswherein the receive symbols from the elements of the transmit signal
(Chips) und einer Systemmatrix berechnet werden, die die Wirkung aller Elemente des Sendesignals (Chips) auf die Empfangssymbole aller Nutzer durch die Gesamtheit der Übertragungsstrecken, die insbesondere aus Funkkanal, Empfangsfilterung und Entspreizung besteht, enthält.(Chips) and a system matrix are calculated, which contains the effect of all elements of the transmission signal (chips) on the reception symbols of all users by the total of the transmission links, which consists in particular of radio channel, reception filtering and despreading.
In gleicher Weise wie bei der ersten Variante ist auch bei der zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass mit einem iterativen Optimierungsverfahren mit Nebenbedingung das Sendesignal derart bestimmt wird, dass die vorherge- sagte Bitfehlerwahrscheinlichkeit verringert wird, und das Sendesignal eine vorgegebene Leistung nicht übersteigt. Es ist dabei besonders zweckmäßig, dass als iteratives nichtlineares Optimierungsverfahren die sequentielle Quadratische Programmierung (SQP) eingesetzt wird.In the same way as in the first variant, it is also provided in the second variant of the method according to the invention that the transmission signal is determined using an iterative optimization method with a secondary condition in such a way that the predicted bit error probability is reduced and the transmission signal does not exceed a predetermined power. It is particularly expedient that sequential quadratic programming (SQP) is used as the iterative non-linear optimization method.
Nachfolgend werden verschiedene Abbruchbedingungen für die Be- rechnung des Sendesignale angegeben, die einzeln oder zumindest teilweise zusammen wirken können.Various termination conditions for calculating the transmission signals are specified below, which can act individually or at least partially together.
Zum einen ist vorgesehen, dass die Berechnung des Sendesignals abgebrochen wird, wenn die vorausberechnete Bitfehlerwahrscheinlichkeit eine festgelegte Grenze unterschreitet.On the one hand, it is provided that the calculation of the transmission signal is terminated if the predicted bit error probability falls below a defined limit.
Zum anderen ist vorgesehen, dass die Berechnung des Sendesignals abgebrochen wird, wenn eine festgelegte maximale Anzahl von Iterationen überschritten wird.On the other hand, it is provided that the calculation of the transmission signal is terminated if a predetermined maximum number of iterations is exceeded.
Zum dritten ist vorgesehen, dass die Berechnung des Sendesignals abgebrochen wird, wenn der Gradient der Bitfehlerwahr- scheinlichkeit bezüglich aller Sendesignalelemente eine festgelegte Grenze unterschreitet.Thirdly, it is provided that the calculation of the transmission signal is terminated when the gradient of the bit error probability with respect to all transmission signal elements falls below a predetermined limit.
Eine Ausführungsform der zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des iterativen Optimierungsverfahrens zur Bestimmung des Sendesignals die erste Ableitung der Bitfehlerwahrscheinlichkeit nach dem Sendesignal analytisch berechnet wird.An embodiment of the second variant of the method according to the invention is characterized in that within the iterative optimization method for determining the transmission signal, the first derivative of the bit error probability is calculated analytically based on the transmission signal.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass innerhalb des iterativen Optimierungsverfahrens zur Bestimmung des Sendesignals die zweiten partiellen Ableitungen der Bitfehler- Wahrscheinlichkeit nach dem Sendesignals analytisch berechnet werden.In a further embodiment it is provided that within the iterative optimization method for determining the transmission signal, the second partial derivatives of the bit error probability are calculated analytically based on the transmission signal.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die Phasen des Sendesignals als Optimierungsvariable eingesetzt.In a further preferred embodiment, the phases of the transmission signal are used as an optimization variable.
In beiden Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens sind nach- folgenden günstigen Ausgestaltungen möglich. Es möglich, innerhalb eines Senders gleichzeitig mehrere Datenströme mit unterschiedlichen Spreizcodes zu senden. Nach einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens werden diese unterschiedlichen Datenströme wie unterschiedliche Sender behandelt. Innerhalb eines physischen Senders existieren dann mehrere logische Sender, wobei das erfindungsgemäße Verfahren dann für jeden logischen Sender angewandt wird. Dadurch wird ermöglicht, dass das erfindungsgemäße Verfahren für eine sogenannte Multi- code-Übertragung geeignet ist, also dass ein oder mehrere Nut- zer gleichzeitig mehrere Datenströme mit unterschiedlichen Spreizcodes senden und diese unterschiedlichen Datenströme wie unterschiedliche Nutzer behandelt werdenThe following advantageous configurations are possible in both variants of the method according to the invention. It is possible to send several data streams with different spreading codes simultaneously within one transmitter. According to a favorable embodiment of the method, these different data streams are treated like different transmitters. Several logical transmitters then exist within a physical transmitter, the method according to the invention then being used for each logical transmitter. This enables the method according to the invention to be suitable for a so-called multi-code transmission, that is to say that one or more users simultaneously send several data streams with different spreading codes and these different data streams are treated like different users
Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren dadurch ausgestaltet werden, dass im Sender oder in einem oder mehreren Emp- fängern mehrere Antennen verwendet werden. Damit können mehrere Sende- oder/und Empfangsantennen eingesetzt werden, um die Bitfehlerwahrscheinlichkeit zusätzlich zu verringern.Furthermore, the method according to the invention can be designed by using several antennas in the transmitter or in one or more receivers. This means that several transmit and / or receive antennas can be used to further reduce the probability of bit errors.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere das CDMA- Verfahren (CDMA = Code Division Multiple Access) als Mehrfach- zugriffsverfahren vorgesehen. Hierbei eignen sich insbesondereThe method according to the invention is intended in particular the CDMA method (CDMA = Code Division Multiple Access) as a multiple access method. Here are particularly suitable
Direkt-Sequenz-CDMA (DS-CDMA) oder Muli-Carrier-CDMA (MC-CDMA) .Direct sequence CDMA (DS-CDMA) or multi-carrier CDMA (MC-CDMA).
Eine bevorzugte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Signalverarbeitung mit einem digitalen Signalprozessor oder Mikroprozessor oder einem systemspezifischen Schaltkreis erfolgt.A preferred embodiment of the method according to the invention provides that the signal processing takes place with a digital signal processor or microprocessor or a system-specific circuit.
Anordnungsseitig wird die erfindungsgemäße Aufgabenstellung dadurch gelöst, dass Mittel zur Simulation der Ubertragungsstrecke im Sender angeordnet sind, die mit mindestens einer der Verarbeitungseinheiten in Wirkungs erbindung stehen.On the arrangement side, the task according to the invention is achieved in that means for simulating the transmission link are arranged in the transmitter, which have an effect connection with at least one of the processing units.
Durch die Mittel zur Simulation wird es möglich, im Sender dieThe means for simulation make it possible to transmit the
Wirkungen des Sendesignal in einem oder mehreren Empfängern abzuschätzen. Durch die Wirkungsverbindung zu der Verarbeitungs- einheit wird dann das Sendesignal in Abhängigkeit von der simulierten Wirkung beeinflusst.To estimate the effects of the transmission signal in one or more receivers. Through the operative connection to the processing unit, the transmission signal is then influenced depending on the simulated effect.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Mittel zur Simulation der ubertragungsstrecke als Regelstrecke Bestandteil eines Regelkreises sind, dessen Regelgrößenausgang durch einen simulierten Empfängereingang gebildet und über mindestens eine Verarbeitungseinheit als Regler, dessen Sollwerteingang mit einer zu erreichenden Bitfehlerwahr- scheinlichkeit oder mit einer zu erreichenden Sendeleistung beaufschlagbar ist, auf den Stellgrößeneingang der Regelstrecke zurückgeführt wird, der Stellgrößeneingang gleichzeitig mit der mindestens einen Verarbeitungseinheit verbunden ist und die Verarbeitungseinheit über eine Entscheidungseinheit mit der Sendeeinheit verbunden, ist. Mit einer derartigen Anordnung wird es möglich, entweder das Sendesignal selbst oder die Vorverzerrungskoeffizienten durch eine Rückkopplung so einzustellen, dass das beste Simulationsergebnis erzielt wird. Das beste Simulationsergebnis ist erreicht, wenn entweder die Bitfehlerwahrscheinlichkeit, bei einer vorgegebenen Sendeleistung mini- mal oder die Sendeleistung bei einer vorgegebenen Bitfehler- wahrscheinlich minimal ist. Sobald dieses eintritt, wird dann das Sendesignal entsprechend beeinflusst, d.h. entweder das , eingeregelte' Sendesignal gesendet oder das Sendesignal mit den , eingeregelten' Vorverzerrungskoeffizienten zielgerichtet vorverzerrt. Dies wird mit der Entscheidungseinheit bewerkstelligt. In der Entscheidungseinheit sind Abbruchbedingungen implementiert, die angeben, wann das Ergebnis der Simulation für die Sendung von Signalen verwendet wird.In an expedient refinement of the invention, it is provided that the means for simulating the transmission link as a controlled system are part of a control loop, the controlled variable output of which is formed by a simulated receiver input and via at least one processing unit as a controller, the setpoint input with a bit error probability to be achieved or with a transmit power to be reached can be applied, is fed back to the manipulated variable input of the controlled system, the manipulated variable input is simultaneously connected to the at least one processing unit and the processing unit is connected to the transmitting unit via a decision unit. With such an arrangement, it becomes possible to set either the transmission signal itself or the predistortion coefficients by means of feedback so that the best simulation result is achieved. The best simulation result is achieved if either the bit error probability is minimal for a given transmission power or the transmission power is probably minimal for a given bit error. As soon as this occurs, the transmission signal is influenced accordingly, i.e. either the "regulated" transmission signal is transmitted or the transmission signal with the "regulated" predistortion coefficients is predistorted in a targeted manner. This is done with the decision unit. Termination conditions are implemented in the decision unit, which specify when the result of the simulation is used for the transmission of signals.
Dementsprechend ist eine erste Ausführungsform der erfindungs- gemäßen Anordnung dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit das Sendesignal vorverzerrend ausgeführt und die Regelstrecke mit dem entsprechend vorverzerrten Sendesignal als Stellgröße beaufschlagt ist. Ebenso dementsprechend ist bei einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung vorgesehen, dass die Verarbeitungseinheit das Sendesignal erzeugend ausgeführt und die Regelstrecke mit dem Sendesignal der Verarbeitungseinheit als Stellgröße beaufschlagt ist.Accordingly, a first embodiment of the arrangement according to the invention is characterized in that the processing unit executes the transmission signal in a pre-distorting manner and the control system is acted upon by the corresponding pre-distorted transmission signal as a manipulated variable. Likewise, in a second embodiment of the arrangement according to the invention it is provided that the processing unit is designed to generate the transmission signal and the control system is acted upon by the transmission signal of the processing unit as a manipulated variable.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand zweier Ausführungsbei- spiele näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigtThe invention is to be explained in more detail below with the aid of two exemplary embodiments. In the accompanying drawings
Fig. 1 eine CDMA-Übertragungsstrecke von einer Basisstation zu drei Empfängern, beispielsweise mobilen Nutzer, mit einer erfindungsgemäßen Vorverzerrungseinheit,1 shows a CDMA transmission path from a base station to three receivers, for example mobile users, with a predistortion unit according to the invention,
Fig. 2 ein detailliertes Beispiel der erfindungsgemäßen Einheit zur Steuerung der Vorverzerrung,2 shows a detailed example of the unit according to the invention for controlling the predistortion,
Fig. 3 eine QPSK-Empfangskonstellation und die Berechnung der Code-Korrelationsmatrix3 shows a QPSK reception constellation and the calculation of the code correlation matrix
Fig. 4 beispielhafte Simulationsergebnisse, bei denen die Bitfehlerwahrscheinlichkeit von Verfahren des Stands der Technik (RAKE ohne Vorverzerrung, ZF- Vorverzerrung) mit der des erfindungsgemäßen Verfah- rens für verschiedene Werte des Signal-Rauschabstandes verglichen wird,4 shows exemplary simulation results in which the bit error probability of methods of the prior art (RAKE without predistortion, IF predistortion) is compared with that of the method according to the invention for different values of the signal-to-noise ratio,
Fig. 5 einen Sender (Basisstation) mit zwei Nutzern und drei Sendeantennen nach dem Stand der Technik,5 shows a transmitter (base station) with two users and three transmitting antennas according to the prior art,
Fig. 6 eine Ubertragungsstrecke von einer Basisstation mit drei Sendeantennen zu zwei Mobilstationen (Nutzern) mit jeweils zwei Empfangsantennen6 shows a transmission path from a base station with three transmitting antennas to two mobile stations (users), each with two receiving antennas
Fig. 7 eine erfindungsgemäße Einheit zur erfindungsgemäßen Berechnung des Sendesignals,7 shows a unit according to the invention for calculating the transmission signal according to the invention,
Fig. 8 eine QPSK-Empfangskonstellation und Fig. 9 Simulationsergebnisse, bei denen die Bitfehlerwahr- scheinlichkeit von Verfahren des Stands der Technik8 shows a QPSK reception constellation and 9 shows simulation results in which the bit error probability of methods of the prior art
(RAKE ohne Vorverzerrung, ZF-Vorverzerrung) mit der des erfindungsgemäßen Verfahrens für verschiedene Wer- te des Signal-Rauschabstandes verglichen wird.(RAKE without predistortion, IF predistortion) is compared with that of the method according to the invention for different values of the signal-to-noise ratio.
In den Ausführungsbeispielen sind die Werte im Allgemeinen kom- plexwertig. Vektoren werden durch kleine fett gedruckte Formelzeichen hervorgehoben, Matrizen durch große fett gedruckte Formelzeichen und Skalare durch kursiv gedruckte Formelzeichen. Durch ein hochgestelltes H wird die Hermitsche einer Matrix o- der eines Vektors gekennzeichnet, durch ein hochgestelltes T die Transponierte einer Matrix oder eines Vektors und durch einen hochgestellten Stern wird die konjugiert komplexe Operation gekennzeichnet. Mit 5R wird die Realteilbildüng und mit 3 die Imaginärteilbildung gekennzeichnet. Mit blockdiag (x) wird dieIn the exemplary embodiments, the values are generally complex. Vectors are highlighted by small bold formula symbols, matrices by large bold formula symbols and scalars by italic formula symbols. A Hermitsche of a matrix or a vector is identified by a superscript H, the transpose of a matrix or a vector is identified by a superscript T, and the conjugate complex operation is identified by a superscript star. The real part formation is marked with 5R and the imaginary part formation is marked with 3. With blockdiag (x) the
Bildung einer Blockdiagonalen gekennzeichnet. Die Beschreibung erfolgt im Basisband, also diskret. Die Daten werden blockweise übertragen.Formation of a block diagonal marked. The description is in the baseband, that is, discrete. The data are transferred in blocks.
Ein erstes Ausführungsbeispiel gibt die Realisierung einer ge- zielten Beeinflussung des Sendesignales mittel einer Vorverzerrung wieder. Dies ist in Fig. 1 bis Fig. 4 dargestellt.A first exemplary embodiment shows the implementation of a targeted influencing of the transmission signal by means of predistortion. This is shown in FIGS. 1 to 4.
Das erste Ausführungsbeispiel gibt vereinfachtes Übertragungssystems in einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung wieder, das im Folgenden beschrieben wird. Als CDMA-Übertragungsstrecke wird beispielsweise ein vereinfachtes TDD-CDMA-System ähnlich dem 3GPP-TDD bzw. TD-SCDMA Standard verwendet, die unter anderem in Esmailzadeh, Nakagawa: „TDD-CDMA for wireless Communications". Artech House, London 2003 beschrieben werden.The first exemplary embodiment reproduces a simplified transmission system in an embodiment according to the invention, which is described below. A simplified TDD-CDMA system similar to the 3GPP-TDD or TD-SCDMA standard is used as the CDMA transmission path, for example, which is described in Esmailzadeh, Nakagawa: “TDD-CDMA for wireless communications”. Artech House, London 2003 ,
Im ersten Ausführungsbeispiel wird die Abwärtsstrecke für U gleichzeitig aktive mobile Nutzer 1 beschrieben, in Fig. 1 sindIn the first exemplary embodiment, the downlink for U simultaneously active mobile users 1 is described, in FIG. 1
U - 3 Nutzer 1 dargestellt. Ein Datenblock, der für einen Nutzer 1 als Empfänger bestimmt ist, besteht aus K Symbolen. Als Modulation wird QPSK verwendet. Ein Datensymbol k des u - ten Nutzers 1 hat beispielhaft die QPSK-KonstellationU - 3 users 1 shown. A data block which is intended for a user 1 as a receiver consists of K symbols. QPSK is used as the modulation. A data symbol k of the bottom user 1 has, for example, the QPSK constellation
wobei e
Figure imgf000016_0001
ine
Figure imgf000016_0002
where e
Figure imgf000016_0001
ine
Figure imgf000016_0002
Zuordnung der Bits zu den Symbolen durch Gray-Labelling erfolgt. BPSK-Modulation kann als Sonderfall von QPSK- Modulation aufgefasst werden. In Fig. 3 ist diese Signalkonstellation 2 in der komplexen Ebene dargestellt. Die Datensymbole 3 eines w-ten Nutzers 1, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind, können in einem Vektor du = (l),..,du (K)~ angeordnet werden, der Vektor der DatensymboleThe assignment of the bits to the symbols is done by Gray labeling. BPSK modulation can be seen as a special case of QPSK modulation. 3 shows this signal constellation 2 in the complex plane. The data symbols 3 of a wth user 1, as shown in FIG. 1, can be arranged in a vector d u = (l), .., d u (K) ~ , the vector of the data symbols
3 aller Nutzer 1 ist d = [d[,..,dy| . In der Vorverzerrungseinheit3 of all users 1 is d = [d [, .., dy | , In the predistortion unit
4 wird jedes Datensymbol 3 du (k) jedes Nutzers 1 mit einem spezifischen komplexen Vorverzerrungsfaktor u {^) multipliziert. Die Bestimmung dieser Koeffizienten ist Bestandteil der Erfindung und wird später anhand von Fig. 2 erläutert. Der Spreizcode des w-ten Nutzers 1, der Scrambling- und Kanalisierungscode enthält, wird als Vektor cu =[cM (l),..,cH(G)l dargestellt. Dabei werden die Elemente cκ(m)als4, each data symbol 3 d u (k) of each user 1 is multiplied by a specific complex predistortion factor u {^). The determination of these coefficients is part of the invention and will be explained later with reference to FIG. 2. The spreading code of the wth user 1, which contains the scrambling and channeling code, is represented as a vector c u = [c M (l), .., c H (G) l. The elements c κ (m) are as
Chips bezeichnet. G wird als Spreizfaktor oder Spreizgewinn bezeichnet. Die Energie der Spreizcodes ist normiert, imCalled chips. G is called the spreading factor or spreading gain. The energy of the spreading codes is standardized, in
Folgenden beispielhaft mit
Figure imgf000016_0003
Die Spreizcodes werden in der Spreizcodematrix Cu =blockdiag(cH,..,cu) der Größe
Following with an example
Figure imgf000016_0003
The spreading codes are in the spreading code matrix C u = block diagram (c H , .., c u ) of size
(GKxK) angeordnet. Mit dem Spreizer 5 werden die Datensymbole 3 gespreizt. In einer AusführungsVariante kann die Filterung mit einem nutzerspezifischen FIR-Sendefilter 6 mit der(GKxK) arranged. The data symbols 3 are spread with the spreader 5. In one embodiment, the filtering with a user-specific FIR transmission filter 6 can be carried out with the
Impulsantwort Tx u , das auch als Pre-RAKE bezeichnet wird, erfolgen. Das gespreizte Signal des w-ten Nutzers 1 mit derImpulse response Tx u , which is also referred to as pre-RAKE, take place. The spread signal of the wth user 1 with the
Länge (GK) ist sκ=CκdM. Das Sendesignal am Sender 7 wird für u alle Nutzer 1 aufaddiert, s = ^sMund dann von der Sendeantenne 8 κ=l abgestrahlt,Length (GK) is s κ = C κ d M. The transmission signal at the transmitter 7 is added up for u all users 1, s = ^ s M and then from the transmission antenna 8 κ = l radiated
Der frequenzselektive Übertragungs-Kanal für jeden Nutzer 1 wird im Folgenden als Tapped-Delay-Line im Chip-Abstand modelliert. Die maximale Länge der Kanalimpulsantworten ist L Chips. Der Kanal wird im Folgenden als konstant oder nahezu konstant für die Dauer der Datenübertragung eines Datenblocks angenommen. Die Kanalimpulsantwort vom Sender 7 zum EmpfängerThe frequency-selective transmission channel for each user 1 is modeled below as a tapped delay line at the chip spacing. The maximum length of the channel impulse responses is L chips. In the following, the channel is assumed to be constant or almost constant for the duration of the data transmission of a data block. The channel impulse response from the transmitter 7 to the receiver
9 des w-ten Nutzers ist hI( =
Figure imgf000017_0001
(l),..,hu (L)] . Daraus kann die Toeplitz-strukturierte Kanal-Faltungs-Matrix
9 of the wth user is h I ( =
Figure imgf000017_0001
(l), .., h u (L)]. The Toeplitz structured channel convolution matrix can be used for this
Figure imgf000017_0002
Figure imgf000017_0002
gebildet werden. Zusätzlich wird ein additives Rauschen am Eingang jedes Empfängers 9 an dem Addierer 10 modelliert. Das Empfangssignal am Empfänger des w-ten Nutzers 1 ist dannbe formed. In addition, an additive noise at the input of each receiver 9 is modeled on the adder 10. The reception signal at the receiver of the wth user 1 is then
Daran schließt sich dann wahlweise ein RAKE-Empfänger oder ein einfacher Entspreizer 12 an. In einer Darstellungsvariante wird der RAKE-Empfänger als kanalangepasstes FIR-Filter 11 mit derThis is then optionally followed by a RAKE receiver or a simple despreader 12. In one variant, the RAKE receiver is used as a channel-adapted FIR filter 11 with the
Kanalimpulsantwort hÄA. , gefolgt von dem Entspreizer 12 dargestellt. Im Entspreizer 12 wird das Empfangssignal mit der konjugiert komplexen Spreizcodefolge korreliert und imChannel impulse response h ÄA . , followed by the despreader 12. In the despreader 12, the received signal is correlated with the complex conjugate spreading code sequence and im
Symboltakt abgetastet. In dem Entspreizer 12 ist dies durch die Multiplikation mit der konjugiert komplexen transponiertenSymbol clock sampled. In the despreader 12 this is due to the multiplication by the conjugate complex transposed
Spreizcodematrix C symbolisiert. Am Ausgang des Detektors 13 liegen dann die (rausch- und interferenzbehafteten) Empfangssymbole du (k) an, denen durch eine folgende Demodulation wieder Bits zugeordnet werden.Spreading code matrix C symbolizes. At the output of the detector 13, the reception symbols d u (k) (which are subject to noise and interference) are then present, followed by a following Demodulation bits can be assigned again.
In der Einheit zur Berechnung der Code-Korrelationsmatrizen 14 werden aus den Spreizcodes aller beteiligten Nutzer 1 zwei partielle Code-Korrelationsfunktionen φfv {n) und ψi,v {n) durchIn the unit for calculating the code correlation matrices 14, two partial code correlation functions φf v {n) and ψi , v {n) are carried out from the spreading codes of all users 1 involved
«-1"-1
<Pul (n) = ∑cv (G-n + i)cu {ή und i=0 < P u l (n) = ∑c v (Gn + i) c u {ή and i = 0
Figure imgf000018_0001
berechnet, wobei n die relativen Verzögerungen (in Chips) zwischen den Code-Sequenzen des u-ten und des v-ten Nutzers 1 sind. Im Ausführungsbeispiel gilt die Annahme, dass nur kurze
Figure imgf000018_0001
calculated, where n are the relative delays (in chips) between the code sequences of the u-th and the v-th user 1. In the exemplary embodiment, the assumption is that only short
Codes (Short Codes) der Länge G zum Einsatz kommen und dieCodes (short codes) of length G are used and the
Kanaleinflusslänge eine Symbollänge nicht übersteigt, gilt für n=0..G.Channel influence length does not exceed a symbol length, applies to n = 0..G.
In Fig. 3 wird die Berechnung der partiellen Code-Korrelation3 shows the calculation of the partial code correlation
15 verdeutlicht.15 clarifies.
In der Einheit zur Berechnung der Symbol-Wechselwirkungsmatrix 16 wird die Wechselwirkung γ der Sendesymbole der verschiedenen Nutzer 1 untereinander zu unterschiedlichen Zeitpunkten berechnet, die am Empfänger 9 entsteht. Dabei sind der Übertragungskanal, das Sendefilter 6 und die Empfangsfilter mit berücksichtigt, sowie die Spreizcodes der unterschiedlichen Nutzer 1.In the unit for calculating the symbol interaction matrix 16, the interaction γ of the transmission symbols of the different users 1 with each other is calculated at different times, which occurs at the receiver 9. The transmission channel, the transmission filter 6 and the reception filter are also taken into account, as are the spreading codes of the different users 1.
Im Folgenden wird beispielhaft für ein Übertragungssystem mit RAKE-Empfängern 11 die Berechnung dieser Matrix gezeigt. Es wird angenommen, dass in diesem Ausführungsbeispiel die Kanalimpulsantwort kleiner als die Symboldauer ist ( L < G ) . Dadurch ergeben sich Auswirkungen auf ein Symbol eines Nutzers 1 von den vorhergehenden, gleichzeitigen und nachfolgenden Symbolen aller Nutzer 1. Der Einfluss des vorherigen Symbols des v-ten Nutzers 1 auf das derzeitige Symbol des w-ten Nutzers 1 istThe calculation of this matrix is shown below as an example for a transmission system with RAKE receivers 11. It is assumed that in this exemplary embodiment the channel impulse response is smaller than the symbol duration (L <G). This has an effect on a symbol of a user 1 from the previous, simultaneous and subsequent symbols of all users 1. The influence of the previous symbol of the vth user 1 to the current symbol of the wth user 1
Figure imgf000019_0001
Figure imgf000019_0001
Dabei ist l der Index des RAKE-Fingers des RAKE-Empfängers 11 des w-ten Nutzers 1 und m ist der Kanal-Koeffizient-Index des v-ten des Nutzers 1. Weiterhin ist der Einfluss des derzeitigen Symbols des v-ten Nutzers 1 auf das derzeitige Symbol des w-ten Nutzers 1L is the index of the RAKE finger of the RAKE receiver 11 of the wth user 1 and m is the channel coefficient index of the vth user 1. Furthermore, the influence of the current symbol of the vth user 1 the current symbol of the wth user 1
Figure imgf000019_0002
Figure imgf000019_0002
Der Einfluss des nächsten Symbols des v-ten Nutzers 1 auf das derzeitige Symbol des w-ten Nutzers 1 istThe influence of the next symbol of the vth user 1 on the current symbol of the wth user 1 is
L ι-\ rc,v,u = ∑∑ {ι)h {™) φ{*} {G- +rn- ) l=\ m=\ Die berechneten Werte sind unabhängig von den Daten und vom Vorverzerrungsvektor. Sie müssen deshalb nur einmal pro Übertragungsblock berechnet werden, bzw. nur für den Fall, dass sich die Kanalkoeffizienten ändern. Für den Fall, dass die Kanaleinflusslänge größer als eine Symboldauer ist { L > G ) , müssen entsprechend weitere Symbol-Wechselwirkungsmatrizen berechnet werden.L ι- \ rc, v , u = ∑∑ {ι) h {™) φ { *} {G- + rn-) l = \ m = \ The calculated values are independent of the data and the predistortion vector. They therefore only have to be calculated once per transmission block, or only in the event that the channel coefficients change. In the event that the channel influence length is longer than a symbol duration {L> G), further symbol interaction matrices must be calculated accordingly.
Jedes zu sendende, möglicherweise komplexe Datensymbol 3 du (k) wird mit einem möglicherweise komplexen Koeffizienten CXu (k) multipliziert. Diese Koeffizienten werden in der Einheit 17 alsEach possibly complex data symbol 3 d u (k) to be sent is multiplied by a possibly complex coefficient CX u (k). These coefficients are in unit 17 as
Vektoren au = [ u (l),.., u (K) und
Figure imgf000019_0003
bereitgestellt.
Vectors a u = [ u (l), .., u (K) and
Figure imgf000019_0003
provided.
In der Einheit zur Berechnung der interferenzbehafteten Empfangssymbole 18 werden die EmpfangsSymbole an den Detektoren 13 der einzelnen mobilen Empfänger 9 vorhergesagt. Das in denThe reception symbols on the detectors 13 of the individual mobile receivers 9 are predicted in the unit for calculating the reception symbols 18 subject to interference. That in the
Empfängern 9 auftretende additive Rauschen (AWGN) wird zunächst nicht berücksichtigt. Am Eingang zur Einheit 2.3 müssen die Vorverzerrungskoeffizienten α, die zu sendenden Datensymbole d, und die Symbol-Wechselwirkungsmatrizen γ anliegen. Dann ist das interferenzbehaftete EmpfangssymbolReceivers 9 additive noise (AWGN) occurring first not considered. The predistortion coefficients α, the data symbols d to be sent and the symbol interaction matrices γ must be present at the input to unit 2.3. Then the reception symbol with interference
Figure imgf000020_0001
Figure imgf000020_0001
In der Einheit zur Berechnung der Abstände zur Entscheidungsschwelle 19 werden die Distanzen zu den Entseheidungsschwellen des Detektors 13 in den mobilen Empfängern 9 berechnet. Dabei istIn the unit for calculating the distances to the decision threshold 19, the distances to the decision-making thresholds of the detector 13 are calculated in the mobile receivers 9. It is
Figure imgf000020_0002
die Distanz zur Entscheidungsschwelle der In-Phase oder I-
Figure imgf000020_0002
the distance to the decision threshold of the in-phase or I-
Komponente des QPSK-Symbols . Bei negativem ζl (k) liegt eine Fehlentscheidung auch bei völliger Abwesenheit von additivem Rauschen vor. Äquivalent dazu berechnet sich die Distanz zur Entscheidungsschwelle der Quadratur-Phase oder Q-Komponente mitComponent of the QPSK symbol. With negative ζ l (k) there is a wrong decision even in the absence of additive noise. The distance to the decision threshold of the quadrature phase or Q component is also calculated accordingly
Figure imgf000020_0003
Figure imgf000020_0003
In der Einheit 19 werden die Distanzen für alle Symbole k = l..K eines Übertragungsblocks für alle Nutzer w =1.. Uberechnet.In unit 19, the distances for all symbols k = l..K of a transmission block for all users w = 1 .. are calculated.
In der nicht näher dargestellten Einheit zur Berechnung der Rauschvarianzen am Empfänger 9 werden die Varianzen des additiven Rauschens an den einzelnen Detektoren 13 unter Berücksichtigung der jeweiligen Stuktur des Empfängers 9 berechnet. Die Rauschvarianz pro Symbol am Eingang des w-tenIn the unit (not shown) for calculating the noise variances at the receiver 9, the variances of the additive noise at the individual detectors 13 are calculated taking into account the respective structure of the receiver 9. The noise variance per symbol at the input of the wth
Empfängers 9 ist σ . Für den Fall, dass im Empfänger 9 nur ein einfacher Entspreizer 12 eingesetzt wird, ergibt sich σ = σ'u 2 .Receiver 9 is σ. In the event that only a simple despreader 12 is used in the receiver 9, the result is σ = σ ' u 2 .
Für den Fall, dass ein RAKE-Empfänger 11 zum Einsatz kommt, wird die Varianz am Detektor 13 folgendermaßen berechnet: σu 2 = σa u ∑K {m)hu (m) . m=lIn the event that a RAKE receiver 11 is used, the variance at the detector 13 is calculated as follows: σ u 2 = σ a u ∑K {m) h u (m). m = l
In der Einheit zur Vorhersage der Bitfehlerwahrscheinlichkeit 20 wird die Bitfehlerwahrscheinlichkeit, die auch mit BER oder mit Pe bezeichnet wird, vorhergesagt:The bit error probability, which is also referred to as BER or P e , is predicted in the unit for predicting the bit error probability 20:
Figure imgf000021_0001
Figure imgf000021_0001
In der Einheit zur Berechnung der Sendeleistung 21 wird dieIn the unit for calculating the transmission power 21
Leistung des gesamten abgestrahlten Sendesignals 'für alle Nutzer berechnet und mit der vorgegebenen Sendeleistung EBl eines Sende-Symbol-Blocks verglichen. Daraus ergibt sich die Leistungsnebenbedingung g(α) = sHs-Eß; ,Performance of the overall radiated transmission signal 'is calculated for all users and compared with the predetermined transmission power E Bl of a transmission-symbol block. This results in the performance constraint g (α) = s H sE ß; .
die bei Einhaltung der Nebenbedingung gleich Null ist. Für orthogonale Codes und wenn kein Pre-RAKE 6 eingesetzt wird, ist folgende vorteilhafte Ausführung dieser Berechnung möglich: g ( ) = H -Em .which is zero if the secondary condition is met. For orthogonal codes and if no Pre-RAKE 6 is used, the following advantageous execution of this calculation is possible: g () = H -E m .
In der Einheit zur iterativen Optimierung 22 wird dieIn the iterative optimization unit 22, the
Zielfunktion e(α) unter der Nebenbedingung g(α) minimiert, d.h. es wird der Vektor α bestimmt, der dieObjective function e (α) is minimized under the constraint g (α), ie the vector α is determined which is the
Bitfehlerwahrscheinlichkeit -Pe(α) minimiert und gleichzeitig mit der vorgegebenen Sendeleistung sendet. Die Optimierungsaufgabe lautetBit error probability -P e (α) minimized and sends at the same time with the specified transmission power. The optimization task is
aopt = arg min Pe (α) mit Nebenbedingung g (α) = 0 αa opt = arg min P e (α) with constraint g (α) = 0 α
Die Optimierungsaufgäbe kann in einer vorteilhaften Ausführung durch Lagrangesche Multiplizierer in ein Problem ohne Nebenbedingung umgeformt werden,In an advantageous embodiment, the optimization tasks can be transformed into a problem without secondary conditions by Lagrangian multipliers,
F( ,λ) = Pe { ) + λg ( ) . Dabei können Verfahren zur nichtlinearen Optimierung mit Nebenbedingung eingesetzt werden, die zum Stand der Technik zählen. Die Verfahren liefern ein lokales Minimum, ein globales Minimum kann meist nicht garantiert werden. Mögliche Verfahren sind beispielsweise in M. Papageorgiou: „Optimierung", Oldenbourg-Verlag München, 1996 beschrieben. In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird das Verfahren der „Sequentiellen Quadratischen Programmierung", SQP verwendet, das unter anderem in der genannten Referenz beschrieben wird.F (, λ) = P e {) + λg (). Methods for nonlinear optimization with secondary conditions can be used, which are part of the prior art. The procedures provide a local minimum, a global minimum can usually not be guaranteed. Possible methods are described, for example, in M. Papageorgiou: "Optimization", Oldenbourg-Verlag Munich, 1996. In an advantageous embodiment of the invention, the method of "Sequential Square Programming", SQP is used, which is described, inter alia, in the reference mentioned.
Es kann vorgehen sein, in der Einheit zur Berechnung der Hesse- Matrix 23 die analytischen ersten Ableitungen der Zielfunktion und der Nebenbedingung nach α zu berechnen und diese der Einheit 2.7 zur Verfügung zu stellen. Dadurch können die Rechengeschwindigkeit und das Konvergenzverhalten des iterativen nichtlinearen Optimierungsalgorithmus verbessert werden.It may be necessary to calculate the analytical first derivatives of the objective function and the secondary condition according to α in the unit for calculating the Hesse matrix 23 and to make them available to the unit 2.7. This can improve the computing speed and the convergence behavior of the iterative nonlinear optimization algorithm.
Es kann vorgehen sein, in der Einheit 23 die analytischen zweiten Ableitungen der Zielfunktion und der Nebenbedingung nach α zu berechnen, die als Hessische Matrix bezeichnet werden, und diese der Einheit 22 zur Verfügung zu stellen. Dadurch können die Rechengeschwindigkeit und das Konvergenzverhalten des iterativen nichtlinearen Optimierungsalgorithmus verbessert werden.It may be necessary to calculate the analytical second derivatives of the target function and the secondary condition according to α in unit 23, which are referred to as the Hessian matrix, and to make them available to unit 22. This can improve the computing speed and the convergence behavior of the iterative nonlinear optimization algorithm.
Die Einheit 22 liefert in jeder Iteration einen neuen Vorverzerrungs-Koeffizientenvektor α, der in der Einheit 17 zur Vorverzerrung benutzt werden kann. Daraus können dann in den Einheiten 18 19 und 20 neue Werte der Zielfunktion berechnet werden, optional in der Einheit 23 neue erste und zweite partielle Ableitungen der Zielfunktion. Das Verfahren wird solange durchgeführt, bis ein gewünschtes Abbruchkriterium erfüllt wird. Es kann vorgesehen sein, als Abbruchkriterium eine maximale Anzahl von Iterationen oder eine maximale Anzahl von Funktionswertberechnungen oder einen minimal möglichen Wert des Gradienten oder einen minimalen möglichen Wert der Zielfunktion zu verwenden.The unit 22 supplies a new predistortion coefficient vector α in each iteration, which can be used in the unit 17 for predistortion. From this, new values of the objective function can then be calculated in units 18 19 and 20, optionally new first and second partial derivatives of the objective function in unit 23. The process continues until a desired termination criterion is met. A maximum number of iterations or a maximum number can be provided as the termination criterion of function value calculations or to use a minimum possible value of the gradient or a minimum possible value of the target function.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird in der Einheit zur iterativen Optimierung 22 das SQP-Verfahren eingesetzt. Das SQP-Verfahren benötigt einen Startvektor für die Optimierungsvariable α. Dafür kann jeder beliebige Vektor gewählt werden, beispielsweise ein Zufallsvektor, ein Vektor, bei dem jedes Element Eins ist oder ein Vektor, der Lösung eines anderen Verfahrens zur Berechnung von Sendesignalen ist, beispielsweise einem Verfahren, dass bei der Erläuterung des Standes der Technik erwähnt wurde .In an advantageous embodiment of the invention, the SQP method is used in the unit for iterative optimization 22. The SQP method requires a start vector for the optimization variable α. Any vector can be chosen for this, for example a random vector, a vector in which each element is one or a vector which is the solution to another method for calculating transmission signals, for example a method which was mentioned in the explanation of the prior art ,
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung können in der Einheit 23 die analytischen ersten Ableitungen der Zielfunktion und/oder der Nebenbedingung nach dem Vektor der Vorverzerrungskoeffizienten α berechnet werden:In an advantageous embodiment variant of the invention, the analytical first derivatives of the target function and / or the secondary condition can be calculated in the unit 23 according to the vector of the predistortion coefficients α:
Figure imgf000023_0001
Figure imgf000023_0001
Auf diese Weise werden alle Elemente des so genannten Jacobi-Vektors pder ersten Ableitungen berechnet,In this way, all elements of the so-called Jacobi vector p of the first derivatives are calculated,
p(v,k) . Der Jacobi-Vektor
Figure imgf000023_0002
pwird am Ausgang der Einheit 23 bereitgestellt und kann als
p (v, k). The Jacobi vector
Figure imgf000023_0002
p is provided at the outlet of unit 23 and can be used as
Eingang der Einheit 22 dienen. Die ersten Ableitungen der Zielfunktion kann folgendermaßen berechnet werden:Serve input of unit 22. The first derivatives of the objective function can be calculated as follows:
Diese Ableitungen m einem Vektor
Figure imgf000024_0001
p = [q(l,ϊ),..,q(l,K),..,q(U,K)] angeordnet und werden am Ausgang der
These derivatives in a vector
Figure imgf000024_0001
p = [q (l, ϊ), .., q (l, K), .., q (U, K)] and are arranged at the exit of the
Einheit 24 bereitgestellt und können als Eingang der Einheit 22 dienen.Unit 24 provided and can serve as the input of unit 22.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung können in der Einheit 23 zusätzlich die Elemente der Hesse-Matrix der zweiten Ableitung der ZielfunktionIn an advantageous embodiment of the invention, the elements of the Hesse matrix of the second derivative of the target function can additionally be in the unit 23
. , „ ,, berechnet werden und in einer Matrix A d u {k)d v {k'), , „,, are calculated and in a matrix A d u {k) d v {k ')
angeordnet werden.to be ordered.
Fig. 4 zeigt beispielhafte Simulationsergebnisse, bei denen die Bitfehlerwahrscheinlichkeit von Verfahren des Stands der Technik (RAKE ohne Vorverzerrung, ZF-Vorverzerrung) mit der des erfindungsgemäßen Verfahrens für verschiedene Werte des Signal- Rauschabstandes verglichen wird. Genutzt werden hierbei Spreizcodes aus dem Dokument 3GPP TS 25.223, V.4.0.0, 2001 http. //www.3gpp.org. mit dem Spreizfaktor G =16, und QPSK- Modulation. Der Kanal mit Koeffizienten im Chip-Abstand ist konstant während eines Blockes und hat ein Leistungs-4 shows exemplary simulation results in which the bit error probability of prior art methods (RAKE without predistortion, IF predistortion) is compared with that of the method according to the invention for different values of the signal-to-noise ratio. Spreading codes from document 3GPP TS 25.223, V.4.0.0, 2001 http are used. //www.3gpp.org. with the spreading factor G = 16, and QPSK modulation. The channel with coefficients in the chip spacing is constant during a block and has a power
Verzögerungs-Profil von [0,-3,-6,-9]eÜ? , also die Kanaleinflusslänge beträgt =4 Chips. Gezeigt wird ein Beispiel mit 3 aktiven Nutzern 9. Es ist ersichtlich, dass die Erfindung (Proposal Min BER) gegenüber dem konventionellen RAKE-Empfänger und gegenüber dem linearen ZF-Kanalentzerrer eine verbesserte Bitfehlerwahrscheinlichkeit aufweist. Der Vorschlag hat für drei Nutzer 1 eine vergleichbare Bitfehlerwahrscheinlichkeit, wie ein konventionelles 1-Nutzer- System ohne jegliche Interferenz (Single User in Fig. 4) .Delay profile of [0, -3, -6, -9] eÜ? , so the channel influence length is = 4 chips. An example is shown with 3 active users 9. It can be seen that the invention (Proposal Min BER) compared to the conventional RAKE receiver and has an improved bit error probability compared to the linear IF channel equalizer. For three users 1, the proposal has a bit error probability comparable to that of a conventional 1-user system without any interference (single user in FIG. 4).
In einer Ausführungsvariante des digitalen ÜbertragungsSystems kann auch ein kanalangepasstes (matched) Filter (Pre-RAKE) im Sender eingesetzt werden. Dann kann der RAKE-Empfänger in der mobilen Empfangseinheit durch einen einfachen Entspreizer ersetzt werden. Die wesentlichen Elemente der Erfindung werden davon nicht beeinflusst, es muss jedoch die Einheit zur Berechnung der Symbol-Wechselwirkungsmatrix 15 modifiziert werden, was im Folgenden beschrieben wird.In a variant of the digital transmission system, a channel-matched filter (Pre-RAKE) can also be used in the transmitter. Then the RAKE receiver in the mobile receiver unit can be replaced by a simple despreader. The essential elements of the invention are not influenced by this, but the unit for calculating the symbol interaction matrix 15 must be modified, which is described below.
Der Einfluss des vorherigen Symbols des v-ten Nutzers 1 auf das derzeitige Symbol des w-ten Nutzers istThe influence of the previous symbol of the vth user 1 on the current symbol of the wth user is
Figure imgf000025_0001
Dabei ist / der Index des Kanals w-ten Nutzers 1 und m ist der Pre-RAKE-Filter-Koeffizient-Index des v-ten Nutzers 1. Weiterhin ist der Einfluss des derzeitigen Symbols des v-ten Nutzers Fig. 1 auf das derzeitige Symbol des w-ten Nutzers 1.
Figure imgf000025_0001
Here, the index of the channel w-th user is 1 and m is the pre-RAKE filter coefficient index of the v-th user 1. Furthermore, the influence of the current symbol of the v-th user is FIG. 1 on the current one Icon of the wth user 1.
J^ J^ »., , . φ^ (m-l) füv m > l l=\ m=l φ{1) (G-l + m-l) ffit m ≤ lJ ^ J ^ » .,,. φ ^ (ml) for m> ll = \ m = l φ {1) (Gl + ml) ffit m ≤ l
Der Einfluss des nächsten Symbols des v-ten Nutzers 1 auf das derzeitige Symbol des w-ten Nutzers 1 istThe influence of the next symbol of the vth user 1 on the current symbol of the wth user 1 is
L l-l rc,v,u = ∑∑K (l)K HφS (G-l+m-l) .L ll r c, v, u = ∑∑K (l) K HφS (G-l + ml).
Die berechneten Werte sind unabhängig von den Daten und vom Vorverzerrungsvektor. Sie müssen deshalb nur einmal pro Übertragungsblock berechnet werden, bzw. nur für den Fall, dass sich die Kanalkoeffizienten ändern. Für den Fall, dass die Kanaleinflusslänge größer als eine Symboldauer ist ( L > G ) , müssen entsprechend weitere Symbol-Wechselwirkungsmatrizen berechnet werden.The calculated values are independent of the data and the predistortion vector. They therefore only have to be calculated once per transmission block, or only in the event that the channel coefficients change. In the event that Channel influence length is longer than a symbol duration (L> G), further symbol interaction matrices must be calculated accordingly.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können in der Einheit zur iterativen Optimierung 22 andere Verfahren der nichtlinearen Optimierung mit Nebenbedin'gung eingesetzt werden, die zum Stand der Technik gehören. Insbesondere zählt dazu das Verfahren zur Optimierung mit konjugierten Gradienten und Straffunktion (method of conjugate gradient with penalty function) .In a further advantageous embodiment of the invention, other methods of nonlinear optimization with secondary conditions can be used in the iterative optimization unit 22, which belong to the prior art. In particular, this includes the method of optimization with conjugate gradient and penalty function (method of conjugate gradient with penalty function).
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung werden am Sender 7 oder/und an einem oder mehreren Empfängern 9 mehrere Antennen 8 eingesetzt. Beim Einsatz mehrerer Sendeantennen 8 wird der Sendefilter 6 durch einen räumlichzeitliches Filter, das in einer vorteilhaften Ausführung ein räumlich-zeitlicher Pre-RAKE ist, ersetzt. Beim Einsatz mehrerer Empfangsantennen in einem Empfänger wird Einheit 12 durch einen ein räumlich-zeitliches Filter, das in einer vorteilhaften Ausführung ein räumlich-zeitlicher RAKE ist, ersetzt. Für beide genannten Fälle muss dann die Einheit 16 zur Berechnung der Symbol-Wechselwirkungsmatrix so modifiziert werden, dass alle Einflüsse von allen Antennen berücksichtigt werden.In a further advantageous embodiment of the invention, a plurality of antennas 8 are used on the transmitter 7 and / or on one or more receivers 9. When using several transmit antennas 8, the transmit filter 6 is replaced by a spatiotemporal filter, which in an advantageous embodiment is a spatiotemporal pre-RAKE. If several receiving antennas are used in one receiver, unit 12 is replaced by a spatial-temporal filter, which in an advantageous embodiment is a spatial-temporal RAKE. For both cases mentioned, the unit 16 for calculating the symbol interaction matrix must then be modified such that all influences from all antennas are taken into account.
In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung wird als Modulation nicht QPSK, sondern eine andere digitale Modulation, beispielsweise QAM oder PSK eingesetzt. Dann ist die Einheit 19 so zu modifizieren, das die Abstände zu den jeweiligenIn a further embodiment variant of the invention, the modulation used is not QPSK, but another digital modulation, for example QAM or PSK. Then the unit 19 is to be modified so that the distances to the respective
Entscheidungsschwellen berechnet werden. Die Einheit 20 ist so zu modifizieren, dass die Bitfehlerwahrscheinlichkeit für die verwendete Modulation berechnet wird, möglicherweise durch eine Zwischenberechnung der Symbolfehlerwahrscheinlichkeit. In einer weiteren AusführungsVariante werden zur Spreizung in dem Spreizer 5 und zur Entspreizung in dem Entspreizer 12 lange Codes eingesetzt, also Codes bei denen die Spreizcodelänge die Symboldauer übersteigt. Dann muss die Symbolwechselwirkungsmatrix in der Einheit 16 für jedes Datensymbol k erneut berechnet und die Einheit 18 entsprechend modifiziert werden.Decision thresholds are calculated. The unit 20 is to be modified such that the bit error probability for the modulation used is calculated, possibly by an intermediate calculation of the symbol error probability. In a further embodiment variant, long codes are used for the spreading in the spreader 5 and for the despreading in the despreader 12, that is to say codes in which the spreading code length exceeds the symbol duration. The symbol interaction matrix in the unit 16 must then be recalculated for each data symbol k and the unit 18 modified accordingly.
In einer weiteren Ausführungsvariante senden ein oder mehrere Nutzer 1 gleichzeitig mehrere Datenströme mit unterschiedlichen Spreizcodes, das als Multi-Code-Transmission bezeichnet wird. Dann müssen in der Erfindung die unterschiedlichen Spreizcodes eines Nutzers wie unterschiedliche Nutzer behandelt werden.In a further embodiment variant, one or more users 1 simultaneously send a plurality of data streams with different spreading codes, which is referred to as multi-code transmission. Then the different spreading codes of a user must be treated like different users in the invention.
Ein zweites Ausführungsbeispiel ist in Fig. 5 bis Fig. 9 darge- stellt. Darin werden gleiche Baugruppen mit dem gleichen Bezugszeichen, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt.A second exemplary embodiment is shown in FIGS. 5 to 9. The same assemblies are shown with the same reference numerals as in the first exemplary embodiment.
Darin wird eine Erzeugung von Sendesymbolen dargestellt, die geeignet sind, beim Empfänger 9 EmpfangsSymbole mit geringster Bitfehlerwahrscheinlichkeit zu erzeugen. Die Daten werden blockweise übertragen. Pulsformende Filter im Sender und Empfänger werden im Ausführungsbeispiel nicht mit betrachtet, können jedoch in das Kanalmodell mit integriert werden.This shows the generation of transmission symbols which are suitable for generating 9 reception symbols with the lowest bit error probability at the receiver. The data are transferred in blocks. Pulse-shaping filters in the transmitter and receiver are not considered in the exemplary embodiment, but can be integrated into the channel model.
In Fig. 5 wird zunächst eine konventionelle Ubertragungsstrecke (Abwärtsstrecke, Downlink) beschrieben. Darin ist eine konventionelle Bildung des Sendesignals im Sender 7 (Basisstation) dargestellt. In Fig. 6 wird die weitere Ubertragungsstrecke mit Kanal und mobilen Nutzern (Empfängern 9) dargestellt. Es sind U mobile Nutzer 9 gleichzeitig aktiv. Die Basisstation hat K Sendeantennen 8, wobei K = l ausdrücklich eingeschlossen ist. Die Empfänger 9 haben jeweils Q Empfangsantennen 24, wobei ß=l ausdrücklich eingeschlossen ist. Ein Datenblock, der für einen Empfänger 9 bestimmt ist, besteht aus N Symbolen. Als Modulation wird QPSK verwendet. Ein Datensymbol n des w-ten Nutzers 1 hat beispielhaft die5, a conventional transmission link (downlink, downlink) is first described. This shows a conventional formation of the transmission signal in the transmitter 7 (base station). 6 shows the further transmission path with channel and mobile users (receivers 9). U mobile users 9 are active at the same time. The base station has K transmission antennas 8, K = 1 being explicitly included. The receivers 9 each have Q receiving antennas 24, with β = 1 being expressly included. A data block intended for a receiver 9 consists of N symbols. QPSK is used as the modulation. A data symbol n of the wth user 1 has, for example
QPSK-Konstellation ^ e ^ '1 + j.-1 --1 + j.^1 ,^1 - j. 1 1 j.11QPSK constellation ^ e ^ ' 1 + j. -1 --1 + j . ^ 1, ^ 1 - j. 1 1 j.11
wobei eine Zuordnung der Bits zu den Symbolen durch Gray- Labelling erfolgt . BPSK-Modulation kann als Sonderfall von QPSK-Modulation aufgefasst werden. In ist diese Signalkonstellation 25 in der komplexen Ebene dargestellt.where the bits are assigned to the symbols by gray labeling. BPSK modulation can be seen as a special case of QPSK modulation. This signal constellation 25 is shown in the complex plane in FIG.
Die Datensymbole 3 eines w-ten Nutzers 1 können in einem Vektor du =
Figure imgf000028_0001
werden, der Vektor der
The data symbols 3 of a wth user 1 can be in a vector d u =
Figure imgf000028_0001
be the vector of
df,..,dyj . Anschließend kann eine Daten-Vorverzerrung in einer Vorverzerrungseinheit 4 (z.B. Joint Transmission, Wiener Sendefilter ) gemäß dem Stand der Technik erfolgen, oder es erfolgt keine Daten-Vorverzerrung. Der Spreizcode des w-ten Nutzers 1, der Scrambling- und Kanalisierungscode enthält, wird als Vektor c,( = u (l),..,ci((G)l dargestellt. Dabei werden die Elemente cu (m)alsdf, .., dyj. Subsequently, data predistortion can take place in a predistortion unit 4 (for example joint transmission, Viennese transmission filter) according to the prior art, or no data predistortion takes place. The spreading code of the wth user 1, which contains the scrambling and channeling code, is represented as vector c, ( = u (l), .., c i ( (G) l. The elements c u (m) are represented as
Chips bezeichnet. G wird als Spreizfaktor oder Spreizgewinn bezeichnet. Die Energie der Spreizcodes ist normiert, imCalled chips. G is called the spreading factor or spreading gain. The energy of the spreading codes is standardized, in
Folgenden beispielhaft mit
Figure imgf000028_0002
Die Spreizcodes werden in der Spreizcodematrix CH =blockdiag(cH,..,cH) der Größe (GNXN) angeordnet . In dem Spreizer 5 werde die Datensymbole gespreizt. In einer AusführungsVari nte kann die Filterung mit einem nutzer- und sendeantennenspezifischen FIR-Sendefilter 6 mit der Impulsantwort hTx uΛ und der maximalen Filterlänge Lj.χ erfolgen. In einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist dieses Sendefilter 6 ein Raum-Zeit-Pre-RAKE. Die FIR-Sendefilter 6 werden in der Block-Toeplitz-strukturierten Kanal-Faltungs- Matrix HTx zusammengefasst, analog zu der im Folgenden beschriebenen Bildung der Kanalmatrix. An der k -ten Sendeantenne 8 liegt das gespreizte und vorgefilterte Sendesignal ik mit der Länge (GN) ,
Following with an example
Figure imgf000028_0002
The spreading codes are arranged in the spreading code matrix C H = block diagram (c H , .., c H ) of size (GNXN). The data symbols are spread in the spreader 5. In one embodiment, the filtering can be carried out with a user and transmitter antenna-specific FIR transmission filter 6 with the impulse response h Tx ux and the maximum filter length L j . χ take place. In an advantageous embodiment variant, this transmission filter 6 is a space-time pre-RAKE. The FIR transmit filters 6 are combined in the block-toeplitz-structured channel convolution matrix H Tx , analogously to the formation of the channel matrix described below. The spread and pre-filtered transmission signal i k with the length (GN) is located on the k-th transmission antenna 8,
sft=∑Cκdw h^^ an. Dieses Signal besteht aus einzelnen Chips.s ft = ∑C κ d w h ^^ an. This signal consists of individual chips.
Das Gesamtsendesignal wird als s
Figure imgf000029_0001
berechnet.
The total broadcast signal is called s
Figure imgf000029_0001
calculated.
Der frequenzselektive Übertragungs-Kanal für jeden Nutzer 1 von jeder Sendeantenne 8 zu jeder Empfangsantenne 24 wird im Folgenden als Tapped-Delay-Line im Chip-Abstand modelliert. Die maximale Länge der Kanalimpulsantworten ist L Chips. Der Kanal wird im Folgenden als konstant oder nahezu konstant für die Dauer der Datenübertragung eines Datenblocks angenommen. Die Kanalimpulsantwort von der k -ten Sendeantenne 8 des Senders7 zur q -ten Empfangsantenne 24 des Empfängers 9 des w-tenThe frequency-selective transmission channel for each user 1 from each transmission antenna 8 to each reception antenna 24 is modeled below as a tapped delay line at the chip spacing. The maximum length of the channel impulse responses is L chips. In the following, the channel is assumed to be constant or almost constant for the duration of the data transmission of a data block. The channel impulse response from the kth transmission antenna 8 of the transmitter 7 to the qth reception antenna 24 of the receiver 9 of the wth
Nutzers 1 ist hu ^k = hu ι (l),..,hu ^k L) \ . Daraus kann die Toeplitz- strukturierte Kanal-Faltungs-MatrixUser 1 is h u ^ k = h u ι (l), .., h u ^ k L) \. The Toeplitz structured channel convolution matrix can be used for this
Figure imgf000029_0002
Figure imgf000029_0002
gebildet werden. Daraus wird die Kanalmatrix des Gesamtsystemsbe formed. This becomes the channel matrix of the overall system
Figure imgf000029_0003
Figure imgf000029_0003
gebildet. Zusätzlich wird ein additives Rauschen 2.5 am Eingang jeder Antenne 24 jedes Empfängers 9 modelliert. Das Empfangssignal an der q -ten Empfangsantenne 24 des w-ten Nutzers 1 ist dann Tu,q ~ __ι "-u,q,kSk + Αu,q k=leducated. In addition, an additive noise 2.5 is modeled at the input of each antenna 24 of each receiver 9. The reception signal at the q-th reception antenna 24 of the w-th user 1 is then T u, q ~ __ι "-u, q , k S k + Αu, q k = l
Das gesamte Empfangssignal aller Nutzer 1 mit allen Empfangsantennen 24 wird zu einem Vektor r = r 1,..,TQ ..,r u,.XQ Uj zusammengefasst .The entire received signal of all users 1 with all receiving antennas 24 is combined into a vector r = r 1 , .., T Q .., r u , .X QU j.
In den Empfängern 9 werden räumlich-zeitliches Empfangsfilter 11, gefolgt von Entspreizern 12 eingesetzt. Die räumlichzeitlichen Empfangsfilter 11 mit der Filterlänge LRx haben dieIn the receivers 9, spatial-temporal reception filters 11, followed by despreaders 12, are used. The spatial-temporal reception filter 11 with the filter length L Rx have the
Filterkoeffizienten hft mit der Toeplitz-strukturierten Faltungsmatrix H^ . Diese können in der Empfangsfilter-Matrix für das GesamtsystemFilter coefficients h ft with the Toeplitz-structured convolution matrix H ^. These can be found in the receive filter matrix for the entire system
H Ä,H =[H*C,«,I •• HΛ*,«,Q]> ü Hx = blockdiag (HRx .., 'ΑRXtU ) H Ä , H = [ H * C , «, I •• H Λ *,«, Q ]> ü H x = bl ockdiag (H Rx .., ' Α RXtU )
angeordnet werden. Die räumlich-zeitlichen Empfangsfilter 11 können in einer Ausführungsvariante kanalangepasste Filter (Raum-Zeit-RAKE-Empfänger) sein, oder in einer anderen Ausführungsvariante nicht vorhanden sein (formal h^ =1) oder in einer anderen Ausführungsvariante beliebige Filterkoeffizienten enthalten.to be ordered. The spatial-temporal reception filter 11 can be channel-matched filters (space-time RAKE receiver) in one embodiment variant, or be absent in another embodiment variant (formally h ^ = 1) or contain any filter coefficients in another embodiment variant.
Im Entspreizer 12 wird das Empfangssignal mit der konjugiert komplexen Spreizcodefolge korreliert und im Symboltakt abgetastet. In dem Entspreizer 12 ist dies durch dieIn the despreader 12, the received signal is correlated with the complex conjugate spread code sequence and sampled at the symbol clock. In the despreader 12, this is due to the
Multiplikation mit der konjugiert komplexen transponiertenMultiplication by the conjugate complex transposed
Spreizcodematrix (Entspreizungsmatrix) C für den w-ten Nutzer 1 und der daraus gebildeten gesamten Entspreizungsmatrix CH für alle Nutzer 1 symbolisiert.Spreading code matrix (despreading matrix) symbolizes C for the wth user 1 and the entire despreading matrix C H formed therefrom for all users 1.
Der Symbolvektor d an den Empfängern 9 enthält sowohl Interferenzen als auch additives Rauschen.The symbol vector d on the receivers 9 contains both interference and additive noise.
In Fig. 7 wird beispielhaft das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Sendesignale s im Sender 7 beschrieben. Das Grundprinzip besteht in einer Simulation der gesamten Ubertragungsstrecke mit einer Vorhersage der Bitfehlerwahrscheinlichkeit an den Empfängern 9, wobei dasjenige Sendesignal ausgewählt wird, dass die Bitfehlerwahrscheinlichkeit minimiert und dabei die vorgegebene Gesamtsendeleistung nicht überschreitet.The method according to the invention for Determination of the transmission signals s described in the transmitter 7. The basic principle consists in a simulation of the entire transmission path with a prediction of the bit error probability at the receivers 9, the transmission signal being selected that minimizes the bit error probability and thereby does not exceed the predetermined total transmission power.
Die Empfangsdatensymbole mit Interferenzen, jedoch ohne additives Rauschen sind d = CHHRxIϊs = As , wobei die Systemmatrix A = CHHRxH, Ae NVxKGN mit den Elementen ap m den Einfluss jedesThe received data symbols with interference, but without additive noise, are d = C H H Rx Iϊs = As, whereby the system matrix A = C H H Rx H, Ae NVxKGN with the elements a pm the influence of each
KGNKGN
Sendechips auf jedes Empfangssymbol du n = ∑ a, _ N^n msm beschreibt. m=\Transmit chips on each receive symbol d un = ∑ a, _ N ^ nm s m describes. m = \
In der Einheit 2.1 wird die Systemmatrix A mit ihren Elementen ap m berechnet durch A = CHHRxH, Ae NUXKGN ^ In e_ner vorteilhaften Ausführung des Senders 7 werden aufwandseffizient nur von Null verschiedene Elemente bestimmt und Symmetrienen und Bandstrukturen der Teilmatrizen ausgenutzt. Die Systemmatrix ist unabhängig von den zu sendenden Daten und braucht nur verändert werden, wenn sich der Übertragungskanal oder die Sende- oder Empfangsfilterkonfigurationen ändern. In der Einheit zur Berechnung der interferenzbehaftetenIn the unit 2.1 the system matrix A with its elements is a pm calculated by A = C H H Rx H, Ae NUXKGN ^ in E _ ner advantageous embodiment be of the transmitter 7 effort efficiently determined only nonzero elements, and Symmetrienen and band structures of the split dies utilized , The system matrix is independent of the data to be sent and only needs to be changed if the transmission channel or the send or receive filter configurations change. In the unit for calculating interference
KGNKGN
Empfangssymbole 18 werden die Empfangssymbole du n = ∑ a, l,N+n msm m=l aus A und dem in dieser Iteration aktuellen Sendesignal s berechnet .Receive symbols 18, the receive symbols d un = ∑ a, l , N + nm s m m = l are calculated from A and the current transmission signal s in this iteration.
In der Einheit zur Berechnung der Abstände zur Entscheidungsschwelle 19 werden die Distanzen zu denIn the unit for calculating the distances to decision threshold 19, the distances become
Entscheidungsschwellen des Detektors 13 in den mobilen Empfängern 9 berechnet. Dabei istDecision thresholds of the detector 13 are calculated in the mobile receivers 9. It is
Figure imgf000031_0001
die Distanz zur Entscheidungsschwelle der In-Phase oder I-
Figure imgf000031_0001
the distance to the decision threshold of the in-phase or I-
Komponente des QPSK-Symbols . Bei negativem ζ, u (k) liegt eineComponent of the QPSK symbol. With negative ζ, u (k) there is a
Fehlentscheidung auch bei völliger Abwesenheit von additivem Rauschen vor. Äquivalent dazu berechnet sich die Distanz zur Entscheidungsschwelle der Quadratur-Phase oder Q-Komponente mitWrong decision even in the absence of additive noise. The distance to the decision threshold of the quadrature phase or Q component is also calculated accordingly
Figure imgf000032_0001
Figure imgf000032_0001
In der Einheit zur Vorhersage der Bitfehlerwahrscheinlichkeit 20 werden die Distanzen für alle Symbolen = 1.N eines Übertragungsblocks für alle Nutzer w =1..[/berechnet .The distances for all symbols = 1.N of a transmission block for all users w = 1 .. [/ are calculated in the unit for predicting the bit error probability 20.
In der Einheit zur Berechnung der Rauschvarianzen 26 an den Empfängern 9 werden die Varianzen des additiven Rauschens <72 an den einzelnen Detektoren 13 unter Berücksichtigung der jeweiligen Empfängerstruktur berechnet. Die Rauschvarianz pro Symbol am Eingang des w-ten Empfängers 9 ist σa u . Für den Fall, dass im Empfänger 9 mit nur einer Empfangsantenne 24 nur ein einfacher Entspreizer 12 eingesetzt wird, ergibt sich σu 2 = σa u . Für den Fall, dass ein Raum-Zeit-RAKE-Empfänger zum Einsatz kommt, wird die Varianz am Detektor folgendermaßen berechnet:In the unit for calculating the noise variances 26 at the receivers 9, the variances of the additive noise <7 2 at the individual detectors 13 are calculated taking into account the respective receiver structure. The noise variance per symbol at the input of the wth receiver 9 is σ a u . In the event that only a simple despreader 12 is used in the receiver 9 with only one receiving antenna 24, σ u 2 = σ a u results. In the event that a space-time RAKE receiver is used, the variance at the detector is calculated as follows:
Figure imgf000032_0002
Figure imgf000032_0002
In der Einheit zur Vorhersage der Bitfehlerwahrscheinlichkeit 20 wird die Bitfehlerwahrscheinlichkeit, die auch mit BER oder mit P. bezeichnet wird, vorhergesagt:The bit error probability, which is also referred to as BER or P., is predicted in the unit for predicting the bit error probability 20:
Figure imgf000032_0003
Figure imgf000032_0003
In der Einheit zur Berechnung der Sendeleistung 21 wird die Leistung des gesamten abgestrahlten Sendesignals für alle Nutzer 1 berechnet und mit der vorgegebenen Sendeleistung Em eines Sende-Symbol-Blocks verglichen. Daraus ergibt sich die LeistungsnebenbedingungIn the unit for calculating the transmission power 21, the power of the entire transmitted transmission signal is for everyone User 1 calculated and compared with the predetermined transmission power E m of a transmission symbol block. This results in the performance constraint
g(s) = sHs- Eß/ ,g (s) = s H s- E ß / ,
die bei Einhaltung der Nebenbedingung gleich Null ist .which is zero if the secondary condition is met.
In der Einheit zur iterativen Optimierung 22 wird dieIn the iterative optimization unit 22, the
Zielfunktion Pe (s) unter der Nebenbedingung g (s) minimiert , d. h . es wird der Vektor des Sendesignals s bestimmt , der die Bitfehlerwahrscheinlichkeit Pe (s) minimiert und gleichzeitig mit der vorgegebenen Sendeleistung sendet . Die Optimierungsaufgabe lautetObjective function P e (s) minimized under the constraint g (s), i.e. H . the vector of the transmission signal s is determined, which minimizes the bit error probability P e (s) and transmits at the same time with the predetermined transmission power. The optimization task is
sopt = arg min Pe (s) mit Nebenbedingung g (s) = 0 ss opt = arg min P e (s) with constraint g (s) = 0 s
Die Optimierungsaufgäbe kann in einer vorteilhaften Ausführung durch Lagrangesche Multiplizierer in ein Problem ohne Nebenbedingung umgeformt werden,In an advantageous embodiment, the optimization tasks can be transformed into a problem without secondary conditions by Lagrangian multipliers,
F (s,λ) = Pe {s) + λg (s) .F (s, λ) = P e {s) + λg (s).
Dabei können Verfahren zur nichtlinearen Optimierung mit Nebenbedingung eingesetzt werden, die zum Stand der Technik zählen. Die Verfahren liefern ein lokales Minimum, ein globales Minimum kann meist nicht garantiert werden. Mögliche Verfahren sind beispielsweise in M. Papageorgiou: „Optimierung", Oldenbourg-Verlag München, 1996 beschrieben. In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird das Verfahren der „Sequentiellen Quadratischen Programmierung", SQP verwendet, das unter anderem in der genannten Referenz beschrieben wird.Methods for nonlinear optimization with secondary conditions can be used, which are part of the prior art. The procedures provide a local minimum, a global minimum can usually not be guaranteed. Possible methods are described, for example, in M. Papageorgiou: "Optimization", Oldenbourg-Verlag Munich, 1996. In an advantageous embodiment of the invention, the method of "Sequential Square Programming", SQP is used, which is described, inter alia, in the reference mentioned.
Es kann vorgehen sein, in der Einheit 23 die analytischen ersten Ableitungen der Zielfunktion und der Nebenbedingung nach s zu berechnen und diese der Einheit 22 zur Verfügung zu stellen. Dadurch können die Rechengeschwindigkeit und das Konvergenzverhalten des iterativen nichtlinearen Optimierungsalgorithmus verbessert werden.The analytical unit 23 can be used to calculate the first derivatives of the objective function and the secondary condition according to s and to make them available to the unit 22. This can improve the computing speed and the convergence behavior of the iterative nonlinear optimization algorithm.
Es kann vorgehen sein, in der Einheit 23 die analytischen zweiten Ableitungen der Zielfunktion und der Nebenbedingung nach s zu berechnen, die als Hessische Matrix bezeichnet werden, und diese der Einheit 22 zur Verfügung zu stellen. Dadurch können die Rechengeschwindigkeit und das Konvergenzverhalten des iterativen nichtlinearen Optimierungsalgorithmus verbessert werden.It may be necessary to calculate in unit 23 the analytical second derivatives of the objective function and the secondary condition according to s, which are referred to as the Hessian matrix, and to make them available to unit 22. This can improve the computing speed and the convergence behavior of the iterative nonlinear optimization algorithm.
Die Einheit 22 liefert in jeder Iteration einen neuen Sendessignalvektor s , der in der Einheit zur Erzeugung der Sendesignale 27 und den folgenden Einheiten zur erneuten Berechnung der Bitfehlerwahrscheinlichkeit dient. Daraus können dann in den Einheiten 18, 19 und 20 neue Werte der Zielfunktion berechnet werden, optional in der Einheit 23 neue erste und zweite partielle Ableitungen der Zielfunktion.The unit 22 supplies a new transmission signal vector s in each iteration, which is used in the unit for generating the transmission signals 27 and in the following units for recalculating the bit error probability. From this, new values of the target function can then be calculated in units 18, 19 and 20, optionally new first and second partial derivatives of the target function in unit 23.
Das Verfahren wird solange durchgeführt, bis ein gewünschtes Abbruchkriterium erfüllt wird. Es kann vorgesehen sein, als Abbruchkriterium eine maximale Anzahl von Iterationen oder eine maximale Anzahl von Funktionswertberechnungen oder einen minimal möglichen Wert des Gradienten oder einen minimalen möglichen Wert der Zielfunktion zu verwenden.The process continues until a desired termination criterion is met. Provision can be made to use a maximum number of iterations or a maximum number of function value calculations or a minimum possible value of the gradient or a minimum possible value of the target function as the termination criterion.
Nachdem die Iterationen gemäß einem Abbruchkriterium abgebrochen wurden, wird das resultierende Sendesignal s zum Senden von der Basisstation 7 benutzt.After the iterations have been terminated according to an abort criterion, the resulting transmission signal s is used for transmission from the base station 7.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird in der Einheit zur iterativen Optimierung 22 das SQP-Verfahren eingesetzt. Verfahren der iterativen Optimierung, wie das SQP-Verfahren, benötigen einen Startvektor für die Optimierungsvariable s . Dafür kann jeder beliebige Vektor gewählt werden, beispielsweise ein Zufallsvektor, ein Vektor, bei dem jedes Element Eins ist oder ein Vektor, der durch ein anderes Verfahren zur Bestimmung des Sendesignals bestimmt wird. Beispielsweise kann ein Verfahren benutzt werden, dass bei der Erläuterung des Stands der Technik erwähnt wurde, wie Joint Transmission. In einer vorteilhaften Ausführung wird als Startvektor das Signal s = HTxCd berechnet. In einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird als Startvektor das Signal s =Td, T= (CHRxH)_1.In an advantageous embodiment of the invention, the SQP method is used in the unit for iterative optimization 22. Iterative optimization methods, such as the SQP method, require a start vector for the optimization variable s. Any vector can be selected for this, for example a random vector, a vector in which each element is one or a vector which is determined by another method for determining the transmission signal. For example, a method can be used that was mentioned in the explanation of the prior art, such as joint transmission. In an advantageous embodiment, the signal s = H Tx Cd is calculated as the start vector. In a further advantageous embodiment, the signal s = Td, T = (CH Rx H) _1 is used as the start vector.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung können in der Einheit 26 die analytischen ersten Ableitungen der Zielfunktion und/oder der Nebenbedingung nach dem Vektor der Sendesignale s berechnet werden:In an advantageous embodiment of the invention, the analytical first derivatives of the target function and / or the secondary condition can be calculated in the unit 26 according to the vector of the transmission signals s:
Figure imgf000035_0001
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Die Elemente pm werden in einem so genannten Jacobi-Vektors p der ersten Ableitungen zusammengefasst. p wird am Ausgang der Einheit 23 bereitgestellt und kann als Eingang der Einheit 22 dienen.The elements p m are combined in a so-called Jacobi vector p of the first derivatives. p is provided at the output of the unit 23 and can serve as the input of the unit 22.
Die ersten Ableitungen der Zielfunktion kann folgendermaßen berechnet werden:The first derivatives of the objective function can be calculated as follows:
_ dg{ ) _ b_ = = 2s„ ds„_ dg {) _ b_ = = 2s "ds"
Diese Ableitungen b werden in einem Vektor b angeordnet und werden am Ausgang der Einheit 23 bereitgestellt und können als Eingang der Einheit 22 dienen.These derivatives b are arranged in a vector b and are provided at the output of the unit 23 and can serve as the input of unit 22.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung können in der Einheit 23 zusätzlich die Elemente der Hesse- dP2 (s)In an advantageous embodiment variant of the invention, the elements of the Hesse dP 2 (s)
Matrix der zweiten Ableitung der Zielfunktion — e berechnetMatrix of the second derivative of the objective function - e calculated
werden und in einer Matrix B angeordnet werden, als Eingang der Einheit 22 dienen kann.and are arranged in a matrix B, can serve as the input of the unit 22.
In einer vorteilhaften Ausführung der Einheit zur iterativen Optimierung 22 werden die komplexen Größen s, p, und B in gestapelte reelle Größen mit Realteil und Imaginärteil ge- wandelt. Somit sind iterative Optimierungsverfahren für reelle Parameter auch mit komplexen Parametern anwendbar.In an advantageous embodiment of the iterative optimization unit 22, the complex quantities s, p, and B are converted into stacked real quantities with a real part and an imaginary part. Iterative optimization methods for real parameters can therefore also be used with complex parameters.
Fig. 8 zeigt beispielhafte Simulationsergebnisse, bei denen die Bitfehlerwahrscheinlichkeit von Verfahren des Stands der Technik (Konventioneller RAKE ohne Vorverzerrung, ZF- Vorverzerrung, Wiener Filter/MMSE Vorverzerrung) mit der des erfindungsgemäßen Verfahrens für verschiedene Werte des Signal- Rauschabstandes verglichen wird. Genutzt werden hierbei Spreizcodes aus dem Dokument 3GPP TS 25.223, V.4.0.0, 2001 http. //www.3gpp.org. mit dem Spreizfaktor G =16, und QPSK- Modulation. Der Kanal mit Koeffizienten im Chip-Abstand ist konstant während eines Blockes und hat ein Leistungs-8 shows exemplary simulation results in which the bit error probability of methods of the prior art (conventional RAKE without predistortion, IF predistortion, Wiener filter / MMSE predistortion) is compared with that of the method according to the invention for different values of the signal-to-noise ratio. Spreading codes from document 3GPP TS 25.223, V.4.0.0, 2001 http are used. //www.3gpp.org. with the spreading factor G = 16, and QPSK modulation. The channel with coefficients in the chip spacing is constant during a block and has a power
Verzögerungs-Profil von [0,-3,-6,-9]dB , also dieDelay profile of [0, -3, -6, -9] dB, i.e. the
Kanaleinflusslänge beträgt L = 4 Chips. Gezeigt wird ein Beispiel mit drei aktiven Nutzern 1. Es ist ersichtlich, dass die Erfindung (Min BER Chip) gegenüber dem konventionellen RAKE-Empfänger und gegenüber dem linearen MMSE-Kanalentzerrer (Wiener Sendefilter) eine verbesserte Bitfehlerwahrscheinlich- keit aufweist.Channel influence length is L = 4 chips. An example with three active users 1 is shown. It can be seen that the invention (Min BER chip) has an improved probability of bit errors compared to the conventional RAKE receiver and compared to the linear MMSE channel equalizer (Vienna transmit filter).
In einer Ausführungsvariante des digitalen Übertragungssystems kann auch ein kanalangepasstes (matched) Filter (Pre-RAKE) imIn an embodiment variant of the digital transmission system, a channel-matched filter (Pre-RAKE) can also be used in the
Sender 7 eingesetzt werden. Dann kann das Empfangsfilter 11 in der mobilen Empfangseinhei 9 weggelassen werden, es kommt demzufolge nur ein einfacher Entspreizer 12 zum Einsatz.Transmitter 7 can be used. Then the reception filter 11 in the mobile receiving unit 9 are omitted, consequently only a simple despreader 12 is used.
In einer Ausführungsvariante des digitalen Übertragungssystems kann auch ein kanalangepasstes (matched) Filter 6 (Pre-RAKE) im Sender 7 eingesetzt werden.In an embodiment variant of the digital transmission system, a channel-matched filter 6 (pre-RAKE) can also be used in the transmitter 7.
In einer Ausführungsvariante des digitalen Übertragungssystems kann auch ein so genannter Eigenprecoder als Sende- und Empfangsfilter 6, 11 eingesetzt werden. Das Sendefilter 6 wird dabei nur zur Berechnung des Initialisierungs-Sendesignals verwendet.In an embodiment variant of the digital transmission system, a so-called self-precoder can also be used as the transmission and reception filter 6, 11. The transmission filter 6 is used only to calculate the initialization transmission signal.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können in der Einheit zur iterativen Optimierung 22 andere Verfahren der nichtlinearen Optimierung mit Nebenbedingung eingesetzt werden, die zum Stand der Technik gehören. Insbesondere zählt dazu das Verfahren zur Optimierung mit konjugierten Gradienten und Straffunktion (method of conjugate gradient with penalty function) .In a further advantageous embodiment of the invention, other methods of non-linear optimization with secondary conditions that belong to the prior art can be used in the unit for iterative optimization 22. In particular, this includes the method of optimization with conjugate gradient and penalty function (method of conjugate gradient with penalty function).
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung werden am Sender 7 oder/und an einem oder mehreren Empfängern 9 mehrere Antennen 8, 24 eingesetzt. Beim Einsatz mehrerer Sendeantennen 8 wird das Sendefilter 6 durch einen räumlichzeitliches Filter, das in einer vorteilhaften Ausführung ein räumlich-zeitlicher Pre-RAKE ist, ersetzt. Beim Einsatz mehrerer Empfangsantennen 24 in einem Empfänger 9 wird Einheit 11 durch einen ein räumlich-zeitliches Filter, das in einer vorteilhaften Ausführung ein räumlich-zeitlicher RAKE ist, ersetzt. Für beide genannten Fälle muss dann die Einheit zur Berechnung der Symbol-Wechselwirkungsmatrix 16 so modifiziert werden, dass alle Einflüsse von allen Antennen 24 berücksichtigt werden.In a further advantageous embodiment of the invention, a plurality of antennas 8, 24 are used on the transmitter 7 and / or on one or more receivers 9. When using multiple transmit antennas 8, the transmit filter 6 is replaced by a spatiotemporal filter, which in an advantageous embodiment is a spatiotemporal pre-RAKE. When using a plurality of receiving antennas 24 in a receiver 9, unit 11 is replaced by a spatial-temporal filter, which in an advantageous embodiment is a spatial-temporal RAKE. For both cases mentioned, the unit for calculating the symbol interaction matrix 16 must then be modified such that all influences from all antennas 24 are taken into account.
In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung wird zunächst ein initiales Sendesignal s=s0 durch ein anderes Verfahren bestimmt, beispielsweise durch eine konventionelle Spreizung, ein Pre-RAKE, oder eine Joint Transmission oder ein Sende-Wiener-Filter . Bei der folgenden Optimierung der BER dient nicht das komplexe Sendesignal s als Optimierungsvariable, sondern nur dessen Phase, die im Vektor der Phasenwinkel z repräsentiert wird. Dementsprechend ist derIn a further embodiment variant of the invention, an initial transmit signal s = s 0 is replaced by another Process determined, for example by conventional spreading, a pre-RAKE, or a joint transmission or a Sende-Wiener filter. In the subsequent optimization of the BER, it is not the complex transmission signal s that serves as an optimization variable, but only its phase, which is represented in the vector as the phase angle z. Accordingly, the
Initialisierungsvektor der Optimierung z0 = arg(s0). DieInitialization vector of optimization z 0 = arg (s 0 ). The
Nebenbedingung der begrenzten Sendleistung wird durch jedes beliebige z erfüllt, falls sie bereits durch s0 erfüllt wird, kann also entfallen. Dadurch vereinfacht sich die numerische Optimierung, da jetzt Verfahren der Optimierung ohne Nebenbedingung eingesetzt werden können, wie z.B. das Preconditioned Conjugate Gradient (PCG) Verfahren. Außerdem wird die Anzahl der reellen Optimierungsvariablen halbiert. Das resultierende Sendesignal ist s=|s0j.eyz . Die modifizierte ersteAny condition of the limited transmission power is fulfilled by any z, so if it is already fulfilled by s 0 , it can be omitted. This simplifies numerical optimization, since optimization methods can now be used without constraints, such as the preconditioned conjugate gradient (PCG) method. In addition, the number of real optimization variables is halved. The resulting transmission signal is s = | s 0 per yz . The modified first
Ableitung nach der Optimierungsvariablen ist nunmehrDerivation according to the optimization variable is now
Pm dzm 2NUJ2ä £ϊä σH '(u-l)N+n,m Pm dz m 2NUJ2ä £ ϊä σ H '(ul) N + n, m
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In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung wird als Modulation nicht QPSK, sondern eine andere digitale Modulation, beispielsweise QAM oder PSK eingesetzt. Dann ist die Einheit 19 so zu modifizieren, das die Abstände zu den jeweiligen Entscheidungsschwellen berechnet werden und Einheit 20 so zu modifizieren, dass die Bitfehlerwahrscheinlichkeit für die verwendete Modulation berechnet wird, möglicherweise durch eine Zwischenberechnung der Symbolfehlerwahrscheinlichkeit.In a further embodiment variant of the invention, the modulation used is not QPSK, but another digital modulation, for example QAM or PSK. The unit 19 is then to be modified such that the distances to the respective decision thresholds are calculated and the unit 20 is to be modified such that the bit error probability for the modulation used is calculated, possibly by an intermediate calculation of the symbol error probability.
In einer weiteren AusführungsVariante werden zur Spreizung in Einheit 5 und zur Entspreizung in Einheit 12 lange Codes eingesetzt, also Codes bei denen die Spreizcodelänge die Symboldauer übersteigt. Dann muss die Berechnung der Systemmatrix in Einheit 16 entsprechend modifiziert werden, dass die Wechselwirkung jedes Sendechips mit jedem Empfangssymbol repräsentiert wird.In a further embodiment variant, long codes are used for spreading in unit 5 and for despreading in unit 12, that is to say codes in which the spreading code length is the same Symbol duration exceeds. Then the calculation of the system matrix in unit 16 must be modified accordingly so that the interaction of each transmitter chip is represented with each receive symbol.
In einer weiteren Ausführungsvariante senden ein oder mehrere Nutzer gleichzeitig mehrere Datenströme mit unterschiedlichen Spreizcodes, das als Multi-Code-Transmission bezeichnet wird. Dann müssen in der Erfindung die unterschiedlichen Spreizcodes eines Nutzers wie unterschiedliche Nutzer behandelt werden. In a further embodiment variant, one or more users simultaneously send several data streams with different spreading codes, which is referred to as multi-code transmission. Then the different spreading codes of a user must be treated like different users in the invention.
Verfahren und Anordnung zum Senden von Signalen nach einemMethod and arrangement for sending signals after a
MehrfachzugriffsverfahrenMultiple access methods
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
Nutzer Signalkonstellation Datensymbol Vorverzerrungseinheit Spreizer Sendefilter (FIR-Filter) Sender Sendeantenne Empfänger Addierer Empfangsfilter (RAKE-Empfänger) Entspreizer Detektor Einheit zur Berechnung der Code-Korrelationsmatrizen Berechnung der partiellen Code-Korrelation Einheit zur Berechnung der Symbol-Wechselwirkungsmatrix Einheit für Vektorbereitstellung Einheit zur Berechnung der interferenzbehafteten Empfangs- Symbole Einheit zur Berechnung der Abstände zur Entscheidungs- schwelle Einheit zur Vorhersage der Bitfehlerwahrscheinlichkeit Einheit zur Berechnung der Sendeleistung Einheit zur iterativen Optimierung Einheit zur Berechnung der Hesse-Matrix Empfangsantenne Signalkonstellation Einheit zur Berechnung der Rauschvarianzen Einheit zur Erzeugung der Sendesignale User signal constellation data symbol predistortion unit spreader transmission filter (FIR filter) transmitter transmission antenna receiver adder reception filter (RAKE receiver) despreader detector unit for calculating the code correlation matrices calculating the partial code correlation unit for calculating the symbol interaction matrix unit for vectoring unit for calculating the receiving symbols subject to interference Unit for calculating the distances to the decision threshold Unit for predicting the bit error probability Unit for calculating the transmission power Unit for iteratively optimizing Unit for calculating the Hesse matrix Receiving antenna signal constellation Unit for calculating the noise variances Unit for generating the transmitted signals

Claims

Verfahren und Anordnung zum Senden von Signalen nach einemMehrfachzugriffsverfahrenPatentansprüche Method and arrangement for sending signals according to a multiple access method
1. Verfahren zum Senden von Signalen nach einem Mehrfachzugriffsverfahren, bei dem zu sendende Datensymbole in einem Sender vorbehandelt und von dem Sender als Sendesignal über eine Ubertragungsstrecke zwischen dem Sender und einem oder mehreren Empfänger mittels eines Funkkommunikationssystems an den oder die Empfänger gesendet werden und von dem Empfänger als Empfangssignal empfangbar ist, wobei das Sendesignal aus Sendesignalelementen und das Empfangssignal aus - Empfangselementen besteht, dadurch gekennzeichnet , dass im Sender mittels eines die Ü- bertragungsstrecke repräsentierten Modells eine Simulation mit einem Sendesignal durchgeführt und das Sendesignal unter der Bedingung, dass die in dem Kommunikationssystem zulässige Sendeleistung nicht überschritten wird, so vorbehandelt wird, bis an dem Empfänger oder den Empfängern des Modells ein Empfangssignal mit einer minimalen Bitfehlerwahrscheinlichkeit simuliert wird und dieses veränderte Sendesignal über die Ubertragungsstrecke an den oder die Empfänger gesendet wird.1. Method for sending signals according to a multiple access method, in which data symbols to be sent are pretreated in a transmitter and sent by the transmitter as a transmission signal over a transmission link between the transmitter and one or more receivers to and by the receiver by means of a radio communication system Receiver can be received as a reception signal, the transmission signal consisting of transmission signal elements and the reception signal consisting of reception elements, characterized in that a simulation with a transmission signal is carried out in the transmitter by means of a model representing the transmission path, and the transmission signal under the condition that the Communication system permissible transmission power is not exceeded, it is pretreated until a receiver signal with a minimal bit error probability is simulated at the receiver or the receivers of the model and this changed transmission signal via the transmission is sent to the recipient (s).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass zu sendende Datensymbole in einem Sender mit einem Spreizcode gespreizt und im Empfänger entspreizt wird und dass jedes für einen Empfänger bestimmte Datensymbol im Sender durch einen für dieses Datensymbol spezifischen Vorverzerrungskoeffizienten vorverzerrt wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that data symbols to be transmitted are spread in a transmitter with a spreading code and despread in the receiver and that each data symbol intended for a receiver is predistorted in the transmitter by a predistortion coefficient specific for this data symbol.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass die Vorverzerrungskoeffizienten aller Symbole des Senders für alle Empfänger gemeinsam derart bestimmt werden, dass die mittlere Bitfehlerwahrschein- lichkeit an allen Empfängern (BER) minimal wird, wobei3. The method according to claim 2, characterized in that the predistortion coefficients of all symbols of the transmitter for all receivers are jointly determined in such a way that the mean bit error probability at all receivers (BER) is minimal, whereby
a) die Bitfehlerwahrscheinlichkeit durch eine Vorhersage der Abstände der Empfangsymbole an einem Detektor des Empfängers zu den Entscheidungsschwellen des Detektors für jedes übertragene Bit eines Symbols und der geschätzten Varianz des additiven Rauschens an jedem Empfänger berechnet wird,a) the bit error probability is calculated by predicting the distances of the received symbols on a detector of the receiver from the decision thresholds of the detector for each transmitted bit of a symbol and the estimated variance of the additive noise at each receiver,
b) die Empfangssymbole berechnet werden aus den Sendesymbolen für alle Empfänger und durch die Gesamtheit der Übertragungsstrecken aller Empfänger, die insbe- sondere aus Vorverzerrung, Spreizung, Vorfilterung,b) the reception symbols are calculated from the transmission symbols for all receivers and through the entirety of the transmission paths of all receivers, in particular from predistortion, spreading, prefiltration,
Funkkanal, Empfangsfilterung und Entspreizung besteht, undRadio channel, reception filtering and despreading exists, and
c) die Gesamtheit der Koeffizienten derart bestimmt wird, dass die mittlere gesamte Leistung am Ausgang des Senders durch die Vorverzerrung ein zulässigesc) the entirety of the coefficients is determined in such a way that the average total power at the output of the transmitter is a permissible value due to the predistortion
Maß nicht überschreitet.Dimension does not exceed.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , dass mit einem iterativen nichtlinearen Optimierungsverfahren mit Nebenbedingung alle Vorver- zerrungskoeffizienten bestimmt werden.4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that all pre-distortion coefficients are determined with an iterative non-linear optimization method with a constraint.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , dass als iteratives nichtlineares Optimierungsverfahren die sequentielle Quadratische Programmierung (SQP) eingesetzt wird.5. The method according to claim 4, characterized in that the sequential quadratic programming (SQP) is used as the iterative non-linear optimization method.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet , dass die Berechnung der Vorverzer- rungskoeffizienten abgebrochen wird, wenn die vorausberechnete Bitfehlerwahrscheinlichkeit eine festgelegte Grenze unterschreitet .6. The method according to any one of claims 2 to 5, characterized in that the calculation of the pre-distortion tion coefficient is aborted if the predicted bit error probability falls below a specified limit.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet , dass die Berechnung der Vorverzerrungskoeffizienten abgebrochen wird, wenn eine festgelegte maximale Anzahl von Iterationen überschritten wird.7. The method according to any one of claims 2 to 6, characterized in that the calculation of the predistortion coefficients is terminated when a predetermined maximum number of iterations is exceeded.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet , dass die Berechnung der Koeffizien- ten abgebrochen wird, wenn der Gradient der Bitfehlerwahr- scheinlichkeit bezüglich aller Vorverzerrungskoeffizienten eine festgelegte Grenze unterschreitet.8. The method according to any one of claims 2 to 7, characterized in that the calculation of the coefficients is terminated when the gradient of the bit error probability with respect to all predistortion coefficients falls below a predetermined limit.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet , dass die Abstände der Empfangssymbo- le am Detektor zu den Entscheidungsschwellen des Detektors für jedes übertragene Bit eines Symbols dadurch berechnet werden, dass9. The method according to any one of claims 2 to 8, characterized in that the distances of the reception symbols at the detector to the decision thresholds of the detector for each bit of a symbol transmitted are calculated in that
a) die partiellen Code-Korrelationsmatrizen der Spreizcodes aller Empfänger berechnet werden,a) the partial code correlation matrices of the spreading codes of all recipients are calculated,
b) daraus für eine bestimmte Realisierung des Funkkanals und bestimmte Sendefilter und Empfangsfilter eine Symbolwechselwirkungsmatrix berechnet wird, die den Einfluss jedes möglicherweise vorverzerrten Sendesymbols eines jeden Emfängers auf jedes Empfangs- Symbol eines jeden Empfängers kennzeichnet,b) a symbol interaction matrix is calculated therefrom for a specific realization of the radio channel and specific transmission filter and reception filter, which characterizes the influence of each possibly predistorted transmission symbol of each receiver on each reception symbol of each receiver,
c) daraus mit den Sendesymbolen und den Vorverzerrungskoeffizienten die Empfangssymbole an den Detektoren der Empfänger berechnet, undc) the reception symbols on the detectors of the receivers are calculated therefrom with the transmission symbols and the predistortion coefficients, and
d) daraus für jedes übertragene Bit eines Symbols der Abstand zu den Entscheidungsschwellen des Detektors für jedes übertragene Bit eines Symbols dadurch be- rechnet werden.d) the distance to the decision thresholds of the detector for each transmitted bit of a symbol is thereby determined for each transmitted bit of a symbol. be counted.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des iterativen OptimierungsVerfahrens zur Bestimmung der Vorverzer- rungskoeffizienten die erste Ableitung der Bitfehlerwahrscheinlichkeit nach den Vorverzerrungskoeffizienten analytisch berechnet wird.10. The method according to any one of claims 4 to 9, characterized in that within the iterative optimization method for determining the predistortion coefficients, the first derivative of the bit error probability is calculated analytically based on the predistortion coefficients.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des ite- rativen OptimierungsVerfahrens zur Bestimmung der Vorverzerrungskoeffizienten die zweiten partiellen Ableitungen der Bitfehlerwahrscheinlichkeit nach den Vorverzerrungskoeffizienten analytisch berechnet werden.11. The method according to any one of claims 4 to 10, characterized in that within the iterative optimization method for determining the predistortion coefficients, the second partial derivatives of the bit error probability are calculated analytically according to the predistortion coefficients.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sendesignal nicht notwendiger Weise abhängig von den zu sendenden Datensymbolen erzeugt und bei der Simulation so vorbehandelt wird, bis an dem Empfänger oder den Empfängern des Modells ein Empfangssignal simuliert wird, dessen EmpfangsSymbole den zu senden- den Datensymbolen mit einer errechneten vorhergesagten Bitfehlerwahrscheinlichkeit entsprechen und dass dann das diesem Stand der Simulation entsprechende Sendesignal an den Empfänger gesendet wird.12. The method according to claim 1, characterized in that the transmission signal is not necessarily generated depending on the data symbols to be transmitted and is pretreated in the simulation until a reception signal is simulated at the receiver or receivers of the model, the reception symbols of which are to be transmitted correspond to the data symbols with a calculated predicted bit error probability and that the transmission signal corresponding to this state of the simulation is then sent to the receiver.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bitfehlerwahrscheinlichkeit aus13. The method according to claim 12, characterized in that the bit error probability
a) der Vorhersage der Abstände aller Bits der Empfangsymbole am Detektor zu den Entscheidungsschwellen des Detektors unda) the prediction of the distances of all bits of the reception symbols at the detector to the decision thresholds of the detector and
b) und einer geschätzten Varianz des additiven Rauschens an jedem Empfänger berechnet wird, wobei die Empfangssymbole aus den Elementen des Sendesignals (Chips) und einer Systemmatrix berechnet werden, die die Wirkung aller Elemente des Sendesignals (Chips) auf die Empfangssymbole aller Nutzer durch die Gesamtheit der Übertra- gungsstrecken, die insbesondere aus Funkkanal, Empfangsfilterung und Entspreizung besteht, enthält.b) and an estimated additive noise variance at each receiver is calculated, wherein the reception symbols are calculated from the elements of the transmission signal (chips) and a system matrix which determines the effect of all elements of the transmission signal (chips) on the reception symbols of all users through the entirety of the transmission links, which consists in particular of radio channel, reception filtering and despreading, contains.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet , dass mit einem iterativen Optimierungsverfahren mit Nebenbedingung das Sendesignal derart be- stimmt wird, dass die vorhergesagte Bitfehlerwahrscheinlichkeit verringert wird, und das Sendesignal eine vorgegebene Leistung nicht übersteigt.14. The method according to claim 12 or 13, characterized in that the transmission signal is determined using an iterative optimization method with a secondary condition in such a way that the predicted bit error probability is reduced and the transmission signal does not exceed a predetermined power.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , dass als iteratives nichtlineares Optimierungsverfahren die sequentielle Quadratische Programmierung (SQP) eingesetzt wird.15. The method according to claim 14, characterized in that the sequential quadratic programming (SQP) is used as the iterative non-linear optimization method.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung des Sendesignals abgebrochen wird, wenn die vorausberechnete Bitfehlerwahrscheinlichkeit eine festgelegte Grenze unterschreitet .16. The method according to any one of claims 12 to 15, characterized in that the calculation of the transmission signal is terminated when the predicted bit error probability falls below a predetermined limit.
17. Verfahren nach einem der Ansprüchen 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung des Sendesignals abgebrochen wird, wenn eine festgelegte maxima- le Anzahl von Iterationen überschritten wird.17. The method according to any one of claims 12 to 16, characterized in that the calculation of the transmission signal is terminated when a predetermined maximum number of iterations is exceeded.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung des Sendesignals abgebrochen wird, wenn der Gradient der Bitfehlerwahrscheinlichkeit bezüglich aller Sendesignalelemente eine festgelegte Grenze unterschreitet.18. The method according to any one of claims 12 to 17, characterized in that the calculation of the transmission signal is terminated when the gradient of the bit error probability with respect to all transmission signal elements falls below a predetermined limit.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des iterativen OptimierungsVerfahrens zur Bestimmung des Sendesignals die erste Ableitung der Bitfehlerwahrscheinlichkeit nach dem Sendesignal analytisch berechnet wird.19. The method according to any one of claims 14 to 18, characterized in that within the iterative optimization process for determining the transmission signal, the first derivative of the bit error probability is calculated analytically based on the transmission signal.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des iterativen Optimierungsverfahrens zur Bestimmung des Sendesignals die zweiten partiellen Ableitungen der Bitfehlerwahr- scheinlichkeit nach dem Sendesignals analytisch berechnet werden.20. The method according to any one of claims 14 to 19, characterized in that within the iterative optimization method for determining the transmission signal, the second partial derivatives of the bit error probability are calculated analytically after the transmission signal.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasen des Sendesignals als Optimierungsvariable eingesetzt werden.21. The method according to any one of claims 12 to 20, characterized in that the phases of the transmission signal are used as an optimization variable.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig mehrere Datenströme mit unterschiedlichen Spreizcodes gesendet werden und diese unterschiedlichen Datenströme wie unterschiedliche Sender behandelt werden.22. The method according to any one of claims 1 to 21, characterized in that several data streams with different spreading codes are sent simultaneously and these different data streams are treated like different transmitters.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass im Sender oder in einem oder mehreren Empfängern mehrere Antennen verwendet werden.23. The method according to any one of claims 1 to 22, characterized in that several antennas are used in the transmitter or in one or more receivers.
24. Verfahren nach einem der Ansprüchel bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass als Mehrfach- zugriffsverfahren Direkt-Sequenz-CDMA (DS-CDMA) oder Muli- Carrier-CDMA (MC-CDMA) verwendet wird.24. The method according to any one of claims to 23, characterized in that direct sequence CDMA (DS-CDMA) or multi-carrier CDMA (MC-CDMA) is used as the multiple access method.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die SignalVerarbeitung mit einem digitalen Signalprozessor oder Mikroprozessor oder einem systemspezifischen Schaltkreis erfolgt.25. The method according to any one of claims 1 to 24, characterized in that the signal processing is carried out with a digital signal processor or microprocessor or a system-specific circuit.
26. Anordnung zum Senden von Signalen nach einem Mehr- fachzugriffsverfahren, mit einer in einem Sender angeordneten Sendeeinheit und der Sendeeinheit vorgeschalteten Verarbeitungseinheiten, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Simulation der Ubertragungsstrecke im Sender an- geordnet sind, die mit mindestens einer der Verarbeitungs- einheiten in WirkungsVerbindung stehen.26. Arrangement for sending signals after a multiple Subject access method, with a transmitter unit arranged in a transmitter and processing units upstream of the transmitter unit, characterized in that means for simulating the transmission link are arranged in the transmitter, which are operatively connected to at least one of the processing units.
27. Anordnung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet , dass die Mittel zur Simulation der Ubertragungsstrecke als Regelstrecke Bestandteil eines Re- gelkreises sind, dessen Regelgrößenausgang durch einen simulierten Empfängereingang gebildet und über mindestens eine Verarbeitungseinheit als Regler, dessen Sollwerteingang mit einer zu erreichenden Bitfehlerwahrscheinlichkeit oder mit einer zu erreichenden Sendeleistung, jeweils als Sollwert beaufschlagbar ist, auf den Stellgrößeneingang der Regelstrecke zurückgeführt wird, der Stellgrößeneingang gleichzeitig mit der mindestens einen Verarbeitungseinheit verbunden ist und die Verarbeitungseinheit über eine Entscheidungseinheit mit der Sendeeinheit verbunden ist.27. Arrangement according to claim 26, characterized in that the means for simulating the transmission link as a controlled system are part of a control loop, the controlled variable output of which is formed by a simulated receiver input and via at least one processing unit as a controller, the setpoint input with a bit error probability to be achieved or with of a transmission power to be achieved, each of which can be acted upon as a setpoint, is fed back to the manipulated variable input of the controlled system, the manipulated variable input is simultaneously connected to the at least one processing unit and the processing unit is connected to the transmitting unit via a decision unit.
28. Anordnung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet , dass die Verarbeitungseinheit das Sendesignal vorverzerrend ausgeführt und die Regelstrecke mit dem entsprechend vorverzerrten Sendesignal als Stellgröße beaufschlagt ist.28. The arrangement according to claim 27, characterized in that the processing unit executes the transmission signal pre-distorting and the controlled system is acted upon with the corresponding pre-distorted transmission signal as a manipulated variable.
29. Anordnung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet , dass die Verarbeitungseinheit das Sendesignal erzeugend ausgeführt und die Regelstrecke mit dem Sendesignal der Verarbeitungseinheit als Stellgröße beaufschlagt ist. 29. Arrangement according to claim 27, characterized in that the processing unit is designed to generate the transmission signal and the control system is acted upon by the transmission signal of the processing unit as a manipulated variable.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112291176A (en) * 2020-11-09 2021-01-29 安徽大学 Dynamic multi-user detection method and dynamic multi-user detection device thereof

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4611333A (en) * 1985-04-01 1986-09-09 Motorola, Inc. Apparatus for despreading a spread spectrum signal produced by a linear feedback shift register (LFSR)
US4669091A (en) * 1986-02-10 1987-05-26 Rca Corporation Adaptive multipath distortion equalizer
EP0454913A1 (en) * 1988-01-11 1991-11-06 Sicom, Incorporated Compensating for distortion in a communication channel
US5940429A (en) * 1997-02-25 1999-08-17 Solana Technology Development Corporation Cross-term compensation power adjustment of embedded auxiliary data in a primary data signal
DE10042203A1 (en) * 2000-08-28 2002-03-14 Siemens Ag Method and device for pre-equalization of radio channels

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4611333A (en) * 1985-04-01 1986-09-09 Motorola, Inc. Apparatus for despreading a spread spectrum signal produced by a linear feedback shift register (LFSR)
US4669091A (en) * 1986-02-10 1987-05-26 Rca Corporation Adaptive multipath distortion equalizer
EP0454913A1 (en) * 1988-01-11 1991-11-06 Sicom, Incorporated Compensating for distortion in a communication channel
US5940429A (en) * 1997-02-25 1999-08-17 Solana Technology Development Corporation Cross-term compensation power adjustment of embedded auxiliary data in a primary data signal
DE10042203A1 (en) * 2000-08-28 2002-03-14 Siemens Ag Method and device for pre-equalization of radio channels

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
IRMER R ET AL: "Minimum BER transmission for TDD-CDMA in frequency-selective channels", IEEE 2003 14TH, INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON PERSONAL, INDOOR AND MOBILE RADIO COMMUNICATION PROCEEDINGS, vol. 2, 7 September 2003 (2003-09-07), pages 1260 - 1264, XP010679264 *
MIYASHITA K ET AL: "High data-rate transmission with eigenbeam-space division multiplexing (E-SDM) in a MIMO channel", VTC 2002-FALL. 2002 IEEE 56TH. VEHICULAR TECHNOLOGY CONFERENCE PROCEEDINGS. VANCOUVER, CANADA, SEPT. 24 - 28, 2002, IEEE VEHICULAR TECHNOLGY CONFERENCE, NEW YORK, NY : IEEE, US, vol. VOL. 1 OF 4. CONF. 56, 24 September 2002 (2002-09-24), pages 1302 - 1306, XP010608639, ISBN: 0-7803-7467-3 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112291176A (en) * 2020-11-09 2021-01-29 安徽大学 Dynamic multi-user detection method and dynamic multi-user detection device thereof

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