DE60014113T2

DE60014113T2 - Signalgenerator und dekodierer

Info

Publication number: DE60014113T2
Application number: DE60014113T
Authority: DE
Inventors: Terence Ipswich WIDDOWSON; Guy Jonathan Ipswich MOSS
Original assignee: British Telecommunications PLC
Current assignee: British Telecommunications PLC
Priority date: 1999-08-17
Filing date: 2000-08-03
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2020-08-04
Also published as: WO2001013531A1; CA2382052A1; CN1367955A; AU6305700A; EP1205036A1; EP1205036B1; ATE277459T1; DE60014113D1; US7372891B1; EP1077532A1; JP2003507924A; CA2382052C; CN1165114C; JP4463458B2

Description

Diese Erfindung betrifft einen Signal-Generator zum Erzeugen eines Einseitenband (SSB – single sideband)-Spread-Spectrum-Signals.
Momentan verwenden alle zellularen Netze eine Zweiseitenbandmodulation, um ein Basisbandsignal in eine Hochfrequenz aufwärtszuwandeln. Folglich wird dieselbe Information in beiden Seitenbändern übertragen und das Signal benutzt doppelt so viel Bandbreite als eigentlich notwendig ist. Durch eine Einseitenbandmodulation kann dieselbe Menge von Information unter Benutzung der Hälfte von Bandbreite einer Zweiseitenbandmodulation übertragen werden oder alternativ, doppelt soviel Information in der gleichen Bandbreite.
Die nächste Generation von zellularen Netzen ist bekannt als Universal Mobile Telecommunications Systems (UMTS – Übertragungsstandard für drahtlose Kommunikation). Ein W-CDMA-Verfahren (wideband code division multiple access) wird für 60 MHz eines paarweisen Spektrums verwendet, d.h. zwei getrennte Bänder mit 60 MHz, wobei das untere Band für den Uplink und das obere Band für den Downlink verwendet wird. Die Verwendung von W-CDMA ermöglicht hohe Bit-Raten für Benutzer von Mobiltelefonen.
Die Kapazität eines CDMA-Systems (CDMA – code division multiple access) wird bestimmt von der Anzahl von Chips pro Symbol (als der Verarbeitungsgewinn bekannt) geteilt durch die Energie pro Bit geteilt durch die Rauschleistungs-Spektraldichte (Eb/No). Wenn die Anzahl von Chips pro Symbol erhöht werden kann, dann wird die Kapazität erhöht. Die maximale Chip-Rate ist durch die verfügbare Bandbreite begrenzt. Einseitenbandmodulation verringert die von einem modulierten Signal benötigte Bandbreite um die Hälfte. Deswe gen kann, wenn ein einseitenbandmoduliertes Signal erzeugt werden kann, entweder die Chip-Rate erhöht oder zwei Einseitenband-Signale (oberes und unteres Seitenband) eingesetzt werden, um die Kapazität eines CDMA-Systems zu erhöhen.
Jedoch können traditionelle Techniken, die zur Erzeugung eines Einseitenband-Signals verwendet wurden, wie Bandpassfilter oder das weit bekannte Phasenabgleichsverfahren, nicht mit Daten verwendet werden, wo sich das Spektrum bis zu Gleichstrom (DC) hinunter erstreckt.
Ein bekanntes Verfahren zum Erzeugen eines Einseitenband-Signals wird in 1 gezeigt. Jedoch kann dieser komplexe Modulator nicht mit herkömmlichen Spreizungs-Codes, wie PN-Code, Walsh-Codes, Gold-Code, usw., zur Erzeugung von SSB verwendet werden, da diese Codes binär sind und kein geeignetes komplexes Spread-Spectrum--Signal liefern. Die Autokorrelations- und Kreuzkorrelations-Eigenschaften dieser Signale sind gut. Wenn jedoch das Signal zur Erzeugung eines Quadratursignals transformiert wird (z. B. durch eine Hilbert-Transformation), ergeben sich Diskontinuitäten und schlechte Korrelations-Eigenschaften. Schlechte Korrelations-Eigenschaften führen zu einer Zunahme der von anderen Benutzern erfahrenen Störung und verringern somit die Kapazität des Systems. Folglich ist, um einen wie in der 1 gezeigten Modulator zu verwenden, ein Spreizungs-Code erforderlich, der gute Korrelations-Eigenschaften sowohl in dem realen Bereich als auch in dem imaginären Bereich aufweist, wenn eine entsprechende Zunahme der Kapazität erreicht werden soll.
Komplexe Spreizungs-Codes mit den erwünschten Eigenschaften sind bekannt, zum Beispiel Frank-Zadoff-Chu-Codes (FZC), wie in „Polyphase codes with good non-periodic correlation properties", R. L.
Frank, IEEE Transactions of Information Theory, Vol. IT-9, S. 43 – 45, Jan. 1963 beschrieben. Jedoch erzeugt die Verwendung dieser Codes ein Spread-Spectrum-Signal, dass nicht bandbegrenzt ist, wie später gezeigt wird, so dass das erzeugte Signal grenzenlose Bandbreite in Anspruch nehmen würde, welche Modulation auch immer verwendet wird. In „A class of bandlimited complex spreading sequences with analytic properties", M. P. Lotter und L. P. Linde, Proc of ISSSTA 95, 22. – 25. Sept. 1996, wurde gezeigt, dass durch Begrenzen der Phasenverschiebung zwischen aufeinander folgenden Samples der Sequenz auf weniger als π im Bogenmaß, ein bandbegrenztes Signal erhalten und ein Satz von Codes, als analytische bandbegrenzte komplexe Sequenzen bezeichnet, abgeleitet werden kann. Der Nachteil dieses Filtervorgangs liegt darin, dass sowohl die Autokorrelations- als auch die Kreuzkorrelations-Funktionen dieser Codes nicht länger ideal sind, so dass die Anzahl der Benutzer, die bedient werden können, verringert wird. Somit führen, obwohl in diesem bekannten System die Anzahl der Chips pro Symbol erhöht wird, die daraus entstehenden schlechten Korrelations-Eigenschaften nicht zu einer entsprechenden Zunahme der Kapazität.
Die vorliegende Erfindung versucht, diese Probleme zu vermindern durch einen Generator für ein Einseitenband-Spread-Spectrum-Signal, wobei eine Einseitenbandmodulation unter Verwendung eines komplexen Spreizungs-Codes mit verbesserten Korrelations-Eigenschaften erreicht wird, so dass die Interferenz zwischen Benutzern verringert wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Erzeugen eines Einseitenband-Spread-Spectrum-Signals vorgesehen, das die Schritte aufweist:
Phasenverschiebung eines komplexen Spreiz-Signals gemäß einer Hilbert-Transformation, um ein phasenverschobenes komplexes Spreiz-Signal zu erzeugen;
Aufwärtswandlung des komplexen Spreiz-Signals und des phasenverschobenen komplexen Spreiz-Signals auf eine höhere Frequenz, um das Einseitenband-Spread-Spectrum-Signal zu erzeugen;
Bandbegrenzung von zumindest dem komplexen Spreiz-Signal oder dem Einseitenband-Spread-Spectrum-Signal; und
Modulation des komplexen Spreiz-Signals oder des Einseitenband-Spread-Spectrum-Signals mit einem empfangenen Signal,
wobei die Reihenfolge, in der die Schritte ausgeführt werden, unerheblich ist, vorausgesetzt, der Schritt der Phasenverschiebung wird vor dem Schritt der Aufwärtswandlung durchgeführt.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Schritt der Aufwärtswandlung die Teilschritte auf
Modulation eines Signals des aufwärtsgewandelten komplexen Signals in Übereinstimmung mit dem Realteil des komplexen Signals kombiniert mit dem Imaginärteil des phasenverschobenen komplexen Signals; und
Modulation eines Quadratursignals des aufwärtsgewandelten komplexen Signals in Übereinstimmung mit dem Imaginärteil des komplexen Signals kombiniert mit dem Realteil des phasenverschobenen komplexen Signals.
Vorzugsweise ist das komplexe Spreiz-Signal von einer Sequenz abgeleitet, die durch folgende Gleichung definiert ist
wobei
m = 0, 1, 2,..., N – 1, q eine ganze Zahl und die Anzahl von Sequenzen einer vorgegebenen Länge N ist.
Der Schritt der Bandbegrenzung kann vor dem Schritt der Phasenverschiebung durchgeführt werden oder der Schritt der Bandbegrenzung kann nach dem Schritt der Aufwärtswandlung durchgeführt werden.
In einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung wird der Schritt der Modulation nach dem Schritt der Aufwärtswandlung durchgeführt.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist vorgesehen eine Vorrichtung zum Übertragen eines Einseitenband-Spread-Spectrum-Signals mit:
einem Generator (1) für ein komplexes Spreiz-Signal zum Erzeugen eines komplexen Spreiz-Signals;
einem Phasenschieber (3), der gekoppelt ist, um das komplexe Spreiz-Signal über den Generator (1) für ein komplexes Spreiz-Signal zu empfangen, zur Phasenverschiebung des komplexen Spreiz-Signals gemäß einer Hilbert-Transformation, um ein phasenverschobenes komplexes Spreiz-Signal zu erzeugen;
einem komplexen Modulator (6), der gekoppelt ist, das komplexe Spreiz-Signal und das phasenverschobene komplexe Spreiz-Signal zu deren Aufwärtswandlung zu empfangen, um das Einseitenband-Spread-Spectrum-Signal zu erzeugen;
einem Bandbegrenzungs-Filter (2; 2', 2"; 8) zur Bandbegrenzung von zumindest dem komplexen Spreiz-Signal oder dem Einseitenband-Spread-Spectrum-Signal; und
einem Daten-Modulator (4, 5; 9), der verbunden ist, ein Eingangssignal zum Modulieren des komplexen Spreiz-Signals oder des Einseitenband-Spread-Spectrum-Signals mit dem Eingangssignal zu empfangen.
In einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung ist das Bandbegrenzungs-Filter ein Tiefpassfilter, das verbunden ist, die Ausgabe des Generators für ein komplexes Spreiz-Signal zu empfangen. In anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung ist das Bandbegrenzungs-Filter ein Bandpassfilter, das verbunden ist, die Ausgabe des komplexen Modulators zu empfangen.
In einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung ist der Daten-Modulator gekoppelt, um ein zweites Signal über den komplexen Modulator zu empfangen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Decodieren eines Einseitenband-Signals vorgesehen, das die Schritte aufweist:
Phasenverschiebung eines komplexen Spreiz-Signals gemäß einer Hilbert-Transformation;
Aufwärtswandlung des komplexen Spreiz-Signals auf eine höhere Frequenz; und
Demodulierung eines empfangenen Signals in Übereinstimmung mit dem aufwärtsgewandelten komplexen Spreiz-Signal.
Vorzugsweise ist das komplexe Spreiz-Signal von einer Sequenz abgeleitet, die durch folgende Gleichung definiert ist
wobei
m = 0, 1, 2,..., N – 1, q eine ganze Zahl und die Anzahl von Sequenzen einer vorgegebenen Länge N ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist vorgesehen eine Vorrichtung zum Decodieren eines übertragenen Signals mit:
einem Generator für ein komplexes Spreiz-Signal;
einem Phasenschieber, der verbunden ist, um das komplexe Spreiz-Signal von dem Generator für ein komplexes Spreiz-Signal zu empfangen;
einem komplexen Modulator, der verbunden ist, das komplexe Spreiz-Signal von dem Generator für ein komplexes Spreiz-Signal zu empfangen, der verbunden ist, das phasenveränderte komplexe Spreiz-Signal von dem Phasenschieber zu empfangen, und der ausgebildet ist, in Betrieb das komplexe Spreiz-Signal aufwärtszuwandeln; und
einem Daten-Modulator, der verbunden ist, das übertragene Signal und das aufwärtsgewandelte komplexe Spreiz-Signal zu empfangen, und der ausgebildet ist, in Betrieb das übertragene Signal zu demodulieren, um ein decodiertes übertragenes Signal zu erhalten.
Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen und Decodieren von Signalen gemäß der vorliegenden Erfindung werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
1 einen bekannten Modulator zum Erzeugen eines Einseitenband-Übertragungssignals von einer arbiträren Informationsquelle zeigt;
2 einen bekannten komplexen Modulator zum Erzeugen eines Einseitenband-Übertragungssignals von komplexen Eingangs-Daten zeigt;
3a bis 3e Ausführungsbeispiele eines Signal-Generators gemäß der Erfindung zeigen;
4 ideale Autokorrelations- und Kreuzkorrelations-Funktionen für ein Spreiz-Signal der Länge 49 Chips zeigt;
5 komplexe Spreiz-Signale zur Verwendung in einem Signal-Generator gemäß der Erfindung zeigt;
6 schematisch zeigt, wie ein Signal-Generator gemäß der Erfindung auf unterschiedliche Arten eingesetzt werden kann, um die Kapazität in einem System zu erhöhen;
7 eine graphische Darstellung ist, die eine Bit-Fehler-Rate (BER) über der Anzahl von Benutzern für ein System zeigt, das einen Signal-Generator gemäß der Erfindung benutzt, eine BER für ein Standard-UMTS-System, das eine Zweiseitenbandmodulation benutzt, und eine BER für ein System zeigt, das eine Kombination der Techniken einsetzt, die den Entwicklungsweg bei der Übernahme der Erfindung darstellen würden, wo SSB- und DSB-Systeme in demselben Spektrum koexistieren;
8 darstellt, wie eine höhere Chip-Rate ein Fading (destruktive Interferenz) aufgrund von Mehrwegeausbreitung verringern kann;
9 zeigt, wie BER mit der Zeitverzögerung zwischen einem Signal der Sichtlinie und einem Signal zufälliger Phase mit gleicher Ampli tude, das dasselbe über einen anderen Weg empfangene Signal darstellt, variiert;
10 Ergebnisse von in einer typischen mikrozellularen Umgebung aufgenommener Sounding-Messungen zeigt, das die geringen Empfangsverzögerungen zwischen mehreren Wegen in einer dichten städtischen Umgebung veranschaulicht; und
11 einen Dekodierer zum Decodieren eines übertragenen Signal gemäß der Erfindung zeigt.
1 zeigt einen bekannten Modulator zum Erzeugen eines SSBs. Ein Datensignal I und sein entsprechendes Quadratursignal Q werden an den Modulatoren 10 und 13 durch ein Kosinussignal der Modulationsfrequenz moduliert. Die Datensignale I und Q werden auch an den Modulatoren 12 und 11 durch ein Sinussignal der Modulationsfrequenz moduliert. Die Ausgaben der Modulatoren 10 und 11 werden an einen Addierer 14 gegeben, der ein SSB-Signal 16 liefert, und die Ausgaben der Modulatoren 12 und 13 werden an einen Addierer 15 gegeben, der ein SSB-Ausgabe-Signal 17 liefert. Die Ausgabe bei 16 ist zu der Ausgabe an 17 in der Phase um 90° verschoben. Der Modulator von 1 liefert ein oberes Seitenbandsignal, ein unteres Seitenbandsignal kann durch Ändern des Vorzeichens einer der Eingänge in die Addierer 14 und 15 erzeugt werden. Es ist offensichtlich, dass ein Modulator, der nur das eine oder das andere der Ausgabe-Signale 16 oder 17 erzeugt, genauso gut verwendet werden kann.
2 zeigt einen komplexen Modulator zum Erzeugen eines SSB-Signals aus einem komplexen Eingangssignal. Das komplexe Signal B ist das Quadratur-Gegenstück des komplexen Signals A. Der Imaginärteil des komplexen Signals B wird von dem Realteil des komple xen Signals A (über einen nicht gezeigten Invertierer) in einem Addierer 20 abgezogen, und das daraus resultierende summierte Signal wird dann von einem Kosinussignal der Modulationsfrequenz in einem Modulator 23 moduliert. Ähnlich wird der Imaginärteil des komplexen Signals A zu dem Realteil des komplexen Signals B in einem Addierer 21 addiert, und das summierte Signal wird dann von einem Sinussignal der Modulationsfrequenz in einem Modulator 22 moduliert. Die beiden modulierten Signale werden in einem Addierer 24 summiert, um ein SSB-Signal zu erzeugen. Der komplexe Modulator von 2 erzeugt ein oberes Seitenbandsignal, ein unteres Seitenbandsignal kann durch Ändern des Vorzeichens einer der Eingänge in die Addierer 20 und 21 erzeugt werden.
3a zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines SSB-Spread-Spectrum-Signal-Generators gemäß der Erfindung, mit einem Generator 1 für komplexe Spreiz-Signale, der ein komplexes Spreiz-Signal erzeugt, mit Re(ss) und Im(ss) bezeichnet. Die Beschaffenheit des komplexen Spreiz-Signals wird später unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. Das komplexe Spreiz-Signal wird von einem Tiefpassfilter 2 empfangen, das ein gefiltertes komplexes Spreiz-Signal ausgibt, wobei der Realteil mit Re(F(ss)) bezeichnet wird und der Imaginärteil mit Im(F(ss)) bezeichnet wird. Das Filter 2 ist als ein root-raised Kosinus-Filter implementiert, obwohl jeder Typ eines Tiefpassfilters verwendet werden kann. Ein Datensignal moduliert die realen und imaginären komplexen Spreiz-Signale in den Modulatoren 4 und 5, um ein moduliertes komplexes Signal zu erzeugen. Das modulierte komplexe Signal wird dann unter Verwendung eines Hilbert-Transformations-Filters 3 um 90° phasenverschoben, um das Quadratur-Gegenstück des komplexen Signals zu erzeugen. Diese komplexen Signale werden dann durch einen komplexen Modulator 6 auf die gewünschte Frequenz aufwärtsgewandelt, um als Ausgabe ein SSB- Spread-Signal zu liefern. Kosinus- und Sinus-Signale der gewünschten Frequenz werden von einem Signal-Generator 7 geliefert.
3b zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, in dem das komplexe Signal nach einer Modulation durch die Eingangsdaten gefiltert wird. Genauso kann ein Filtern nach der Hilbert-Transformation durchgeführt werden, wie in dem Ausführungsbeispiel von 3c gezeigt wird. Dieses Ausführungsbeispiel erfordert die Verwendung von zwei Tiefpassfiltern 2' und 2". 3d zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, in dem das aufwärtsgewandelte SSB-Signal von einem Bandpassfilter 8 bandbegrenzt wird.
3e zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, in dem die Daten das aufwärtsgewandelte SSB-Signal in einem Modulator 9 modulieren. Es ist offensichtlich, dass eine Bandbegrenzung des Signals auf mehrere Arten durchgeführt werden kann, ähnlich zu den in 3b, 3c und 3d gezeigten Ausführungsbeispielen.
Für Spread-Spectrum-Übertragungen ist ein Satz von Spreiz-Signalen erforderlich, von denen jedes eine Autokorrelations-Funktion hat, die überall nahe Null ist außer an einem einzigen Maximum pro Zeitabschnitt, und die auch minimale Kreuzkonelations-Funktionen aufweisen. Es wurde von D. V. Sarwate in „Sounds on crosscorrelation and autoconelation of sequences", IEEE Transactions on Information Theory, Vol. IT-25, S. 720 – 724, gezeigt, dass die Maximalgröße der periodischen Kreuzkonelations-Funktion und die Maximalgröße der periodischen Autokonelation in Beziehung stehen, und dass, wenn ein Satz von Signalen gute Autokorrelations-Eigenschaften aufweist, die Kreuzkonelations-Eigenschaften nicht sehr gut sind, und umgekehrt. Die 4a und 4b zeigen eine perfekte Autokorrelations-Funktionen und ideale Kreuzkonelations-Funktionen (für ein Spreiz-Signal mit einer Länge von 49 Chips).
Der Generator 1 für ein komplexes Spreiz-Signal erzeugt eines einer Familie von komplexen Spreiz-Signalen, die gute Korrelations-Eigenschaften aufweisen. Die in diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung benutzten Codes sind bekannt als Frank-Zadoff-Chu-Sequenzen oder -Codes (FZC). Sie basieren auf den komplexen Einheitswurzeln:
Wobei i = √–1, N die FZC-Sequenz-Länge bezeichnet und r eine ganze Zahl relativ prim zu N ist. Die FZC-Sequenzen werden dann definiert als:
wobei m = 0, 1, 2,..., N – 1 und q eine ganze Zahl ist und die Anzahl von Sequenzen einer vorgegebenen Länge N ist.
Die von der Sequenz {a_m} erreichte maximale augenblickliche Frequenz tritt bei m = N-1 auf und kann geschrieben werden als:
für große N.
Zweifellos ist die maximale augenblickliche Frequenz nicht bandbegrenzt auf den Nyquist-Wert für die Chip-Rate und hängt von r ab. Die Real- und Imaginärteile einer FZC-Sequenz werden in 5a gezeigt. Die von dem Generator 1 für ein komplexes Spreiz-Signal er zeugte Sequenz wird durch das Hilbert-Transformations-Filter 3 phasenverschoben, um ein Signal zu erzeugen, das in der Phase um 90° verschoben ist. Die der komplexen Sequenz von 5a entsprechende phasenverschobene Sequenz wird in 5b gezeigt. Die komplexe Spreiz-Sequenz und die transformierte Sequenz weisen jeweils gute Autokorrelations- und gute Kreuzkorrelations-Eigenschaften auf.
Die Vorgänge der Bandbegrenzung, Anwendung der Hilbert-Transformation und Aufwärtswandlung zu einer Sende-Frequenz unter Verwendung eines komplexen Modulators kann in jeder beliebigen Reihenfolge durchgeführt werden, vorausgesetzt die Hilbert-Transformation wird vor dem Schritt der Aufwärtswandlung durchgeführt. Folglich ist in alternativen Ausführungsbeispielen der Erfindung die Reihenfolge, in der die Signale gefiltert, gespreizt und moduliert werden, unterschiedlich. Zum Beispiel, unter erneuter Bezugnahme auf 3, kann das komplexe Spreiz-Signal von dem Generator 1 für ein komplexes Spreiz-Signal von dem Hilbert-Transformations-Filter 3 phasenverschoben werden und dann können das komplexe Spreiz-Signal und das phasenverschobene Spreiz-Signal jeweils gefiltert werden, obwohl in diesem Fall zwei Tiefpassfilter erforderlich wären. 3e zeigt ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung, in der die Daten verwendet werden, um das aufwärtsgewandelte Spread-Spectrum-Signal zu modulieren.
Die Kapazität des Systems wird potenziell erhöht, da entweder zwei SSB-Signale in einem einzigen existierenden UMTS-Kanal verwendet werden oder ein SSB-Kanal mit der doppelten Chip-Rate eingesetzt wird, wie schematisch in 6 gezeigt wird. Für ein praktisches System, das einen reibungslosen Übergang von einem Standard mit Zweiseitenbandmodulation zu einem Standard mit SSB-Modulation ermöglicht, ist es wünschenswert, dass sich ein Signal, das eine SSB-Modulation einsetzt, und ein Signal, das eine Zweiseitenbandmodula tion einsetzt, nur minimal gegenseitig stören. 7 zeigt die Ergebnisse eines Versuchs, die BER im Verhältnis zu der Anzahl von Benutzern für ein System zu messen, das eine SSB-Modulation gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet, die BER für ein Standard-UMTS-System, das eine Zweiseitenbandmodulation verwendet, und die BER für ein System, dass eine Kombination der Techniken einsetzt, in 7 mit „Overlay" bezeichnet.
Ein Vorteil der Verwendung eines SSB-Kanals mit der doppelten Chip-Rate liegt darin, dass eine Mehrweg-Auflösung verbessert wird. Eine Mehrweg-Auflösung ist erforderlich, wenn ein Signal eine Vielzahl von Wegen zwischen einem Sender und einem Empfänger nehmen kann. Wenn die Mehrweg-Auflösung verbessert wird, beträgt aufgrund reduzierten Fadings und somit verringerter Interferenz die mögliche Zunahme der Kapazität mehr als 100%. 8 zeigt, wie eine höhere Chip-Rate eine Störung reduzieren kann, wenn es möglich ist, über unterschiedliche Wege empfangene Signale aufzulösen. Es ist auch möglich, über unterschiedliche Wege empfangene Signale konstruktiv zu verbinden, so dass die Leistung einer Leitung mit mehreren Wegen tatsächlich verbessert werden kann gegenüber der eines perfekten Kanals.
9 zeigt, wie die BER mit der Zeitverzögerung zwischen einem Signal der Sichtlinie und einem Signal zufälliger Phase mit gleicher Amplitude, das dasselbe über einen anderen Weg empfangene Signal darstellt, variiert. In diesem Beispiel beträgt die Chip-Rate 4 Mchip/s mit einer Periode von 0.25 s und einem Eb/No von 6.8dB, was zu einer BER von 1 × 10-3 führt, wenn keine Mehrwege-Interferenz auftritt. In diesem Beispiel befindet sich der Abtastzeitpunkt in der Mitte des Chips, was dazu führt, dass der Start des nächsten Chips mit einer Verzögerung von 0.125 s stattfindet. Es ist zu sehen, dass die niedrige BER beibehalten wird, bis die beiden Signale weniger als die Chip-Periode auseinander sind, dann tritt ein signifikantes Fading (destruktive Interferenz) auf und die BER nimmt signifikant zu.
10 zeigt Ergebnisse von in einer typischen mikrozellularen Umgebung aufgenommenen Sounding-Messungen. Ein signifikanter Mehrweg ist definiert als Wege, die eine Signalstärke in dem Bereich von 10 dB des stärksten Signals aufweisen. In der graphischen Darstellung von 10 ist die Profilbreite gegenüber der Anzahl signifikanter Mehrwege dargestellt. Es ist zu sehen, dass in vielen Fällen die gesamte Energie in dem Bereich eines Fensters von 0.5 s verteilt ist, auch wenn viele Wege dazu beitragen. Wenn die Chip-Periode 0.25 s beträgt, kommen viele getrennte Mehrwege innerhalb jedes Chip-Intervalls an, was zu einem Fading und somit einer Verschlechterung der Systemleistung führt. Somit kann das System die meiste Zeit nur zwei Mehrwege auflösen. Ein Erhöhen der Chip-Rate reduziert nicht nur ein Fading, sondern liefert auch mehr auflösbare Mehrwege, die vorteilhaft an dem Empfänger kombiniert werden können.
11 zeigt einen Dekodierer zum Decodieren des übertragenen Signal dieser Erfindung. Ein Entspreiz-Signal wird auf ähnliche Weise wie die Erzeugung eines Spreiz-Signals, wie in 3e gezeigt, unter Verwendung eines Spreiz-Signal-Generators 1', eines Hilbert-Transformations-Filters 3', eines Quadratur-Signal-Generators 7' und eines komplexen Modulators 6' erzeugt. Die übertragenen Daten werden demoduliert und von einem Modulator 9 entspreizt und dann von einem Tiefpassfilter 10 tiefpassgefiltert, um das decodierte Signal zu erlangen.

Claims

Verfahren zum Erzeugen eines Einseitenband-Spread-Spectrum-Signals, das die Schritte aufweist: Phasenverschiebung eines komplexen Spreiz-Signals gemäß einer Hilbert-Transformation, um ein phasenverschobenes komplexes Spreiz-Signal zu erzeugen; Aufwärtswandlung des komplexen Spreiz-Signals und des phasenverschobenen komplexen Spreiz-Signals auf eine höhere Frequenz, um das Einseitenband-Spread-Spectrum-Signal zu erzeugen; Bandbegrenzung von zumindest dem komplexen Spreiz-Signal oder dem Einseitenband-Spread-Spectrum-Signal; und Modulation des komplexen Spreiz-Signals oder des Einseitenband-Spread-Spectrum-Signals mit einem empfangenen Signal, wobei die Reihenfolge, in der die Schritte ausgeführt werden, unerheblich ist, vorausgesetzt, der Schritt der Phasenverschiebung wird vor dem Schritt der Aufwärtswandlung durchgeführt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt der Aufwärtswandlung die Teilschritte aufweist Modulation eines Signals des aufwärtsgewandelten komplexen Signals in Übereinstimmung mit dem Realteil des komplexen Signals kombiniert mit dem Imaginärteil des phasenverschobenen komplexen Signals; und Modulation eines Quadratursignals des aufwärtsgewandelten komplexen Signals in Übereinstimmung mit dem Imaginärteil des komplexen Signals kombiniert mit dem Realteil des phasenverschobenen komplexen Signals.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das komplexe Spreiz-Signal von einer Sequenz abgeleitet ist, die durch folgende Gleichung definiert ist
wobei
m = 0, 1, 2,..., N – 1, q eine ganze Zahl und die Anzahl von Sequenzen einer vorgegebenen Länge N ist.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem der Schritt der Bandbegrenzung vor dem Schritt der Phasenverschiebung durchgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, in dem der Schritt der Bandbegrenzung nach dem Schritt der Aufwärtswandlung durchgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem der Schritt der Modulation nach dem Schritt der Aufwärtswandlung durchgeführt wird.
Vorrichtung zum Übertragen eines Einseitenband-Spread-Spectrum-Signals mit: einem Generator (1) für ein komplexes Spreiz-Signal zum Erzeugen eines komplexen Spreiz-Signals; einem Phasenschieber (3), der gekoppelt ist, um das komplexe Spreiz-Signal über den Generator für ein komplexes Spreiz-Signal zu empfangen, und zur Phasenverschiebung des komplexen Spreiz-Signals gemäß einer Hilbert-Transformation, um ein phasenverschobenes komplexes Spreiz-Signal zu erzeugen; einem komplexen Modulator (6), der gekoppelt ist, das komplexe Spreiz-Signal und das phasenverschobene komplexe Spreiz-Signal zu deren Aufwärtswandlung zu empfangen, um das Einseitenband-Spread-Spectrum-Signal zu erzeugen; einem Bandbegrenzungs-Filter (2; 2', 2"; 8) zur Bandbegrenzung von zumindest dem komplexen Spreiz-Signal oder dem Einseitenband-Spread-Spectrum-Signal; und einem Daten-Modulator (4, 5; 9), der verbunden ist, ein Eingangssignal zum Modulieren des komplexen Spreiz-Signals oder des Einseitenband-Spread-Spectrum-Signals mit dem Eingangssignal zu empfangen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 7, in welcher das Bandbegrenzungs-Filter ein Tiefpassfilter ist, das verbunden ist, die Ausgabe des Generators für ein komplexes Spreiz-Signal zu empfangen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 7, in welcher das Bandbegrenzungs-Filter ein Bandpassfilter ist, das verbunden ist, die Ausgabe des komplexen Modulators zu empfangen.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, in welcher der Daten-Modulator gekoppelt ist, um ein zweites Signal über den komplexen Modulator zu empfangen.
Verfahren zum Decodieren eines Einseitenband-Signals, das die Schritte aufweist: Phasenverschiebung eines komplexen Spreiz-Signals gemäß einer Hilbert-Transformation; Aufwärtswandlung des komplexen Spreiz-Signals auf eine höhere Frequenz; und Demodulierung eines empfangenen Signals in Übereinstimmung mit dem aufwärtsgewandelten komplexen Spreiz-Signal.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei das komplexe Spreiz-Signal von einer Sequenz abgeleitet ist, die durch folgende Gleichung definiert ist
wobei
m = 0, 1, 2,..., N – 1, q eine ganze Zahl und die Anzahl von Sequenzen einer vorgegebenen Länge N ist.
Vorrichtung zum Decodieren eines übertragenen Signals mit: einem Generator für ein komplexes Spreiz-Signal; einem Phasenschieber, der verbunden ist, um das komplexe Spreiz-Signal von dem Generator für ein komplexes Spreiz-Signal zu empfangen; einem komplexen Modulator, der verbunden ist, das komplexe Spreiz-Signal von dem Generator für ein komplexes Spreiz-Signal zu empfangen, der verbunden ist, das phasenveränderte komplexe Spreiz-Signal von dem Phasenschieber zu empfangen, und der ausgebildet ist, in Betrieb das komplexe Spreiz-Signal aufwärtszuwandeln; und einem Daten-Modulator, der verbunden ist, das übertragene Signal und das aufwärtsgewandelte komplexe Spreiz-Signal zu empfangen, und der ausgebildet ist, in Betrieb das übertragene Signal zu demodulieren, um ein decodiertes übertragenes Signal zu erhalten.