-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Feststellen der Länge einer Standard-Codesequenz eines CDMA(Code Division Multiple Access)-Signals. Bei der Standard-Codesequenz handelt es sich um eine in einem bestimmten Codekanal übertragene standardisierte Codesequenz. Die Standard-Codesequenz kann z. B. vor den zu übertragenen Daten (Preamble) oder auch in der Mitte der zu übertragenen Daten (Midamble) angeordnet sein.
-
Bei CDMA-Signalen werden mehrere Codekanäle, die jeweils mit unterschiedlichen orthogonalen Spreizungscodes gespreizt sind, gleichzeitig übertragen. Nach der Spreizung erfolgt eine Verwürfelung mit einem Verwürfelungscode. Die vorliegende Erfindung kommt insbesondere zur Detektion der Preamblelänge eines CDMA-Signals von Basisstationen des 1xEV-DO Mobilfunksystems zur Anwendung. Dieser Standard ist in dem Dokument 3GPP2, Coma2000 High Rate Packet Data Air Interface Specification (3GPP2 C.S0024), 3GGP2, Kapitel 9.3 vom 23. August 2001 im Detail beschrieben.
-
Die Besonderheit des CDMA-Signals noch obigen Standard besteht darin, daß der Datensequenz eine Standard-Codesequenz als Preamble vorausgeht, welche unterschiedliche Längen, nämlich 1024, 512, 256, 128 oder 64 Chips haben kann. Es kann auch vorkommen, daß keine Standard-Codesequenz (Preamble) übertragen wird. Während bei der Übertragung der Standard-Codesequenz (Preamble) ein Codekanal der Codeklasse CCPreamble = 5, also mit einem Spreizfaktor (spreading factor) SF = 25, verwendet wird, werden zur Übertragung der Daten alle Codekanäle der Codeklasse CCData = 4, also mit einem Spreizfaktor (spreading factor) SF = 24 verwendet. Zur Übertragung der Standard-Codesequenz (Preamble) ist außerdem nur ein Codekanal aktiv, wobei in der Regel nicht bekannt ist, um welchen Codekanal mit welcher Codenummer CN es sich dabei handelt. Der Codekanal mit der Codenummer CN = 0 ist jedoch stets inaktiv. Für ein derartiges Szenario eines CDMA-Signals besteht beispielsweise bei einem Meßgerät die Notwendigkeit, die Länge der Standard-Codesequenz (Preamble) zu detektieten. Die Länge der Standard-Codesequenz (Preamble) ist nicht bekannt und beträgt beispielsweise 1024, 512, 256, 128 oder 64 Chips. Da es auch Fälle gibt, in welchen keine Standard-Codesequenz (Preamble) übertragen wird, muß festgestellt werden können, ob überhaupt eine Standard-Codesequenz übertragen wurde.
-
Zum Stand der Technik sei beispielsweise auf die
DE 199 53 349 A1 verwiesen. Aus dieser Druckschrift geht ein Verfahren zur Synchronisation eines CDMA-Empfangssignals hervor. Eine Detektion der Standard-Codesequenz (Preamble) findet jedoch nicht statt.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Feststellen der Länge einer Standard-Codesequenz eines CDMA-Signals und ein entsprechendes Computerprogramm zu schaffen, daß eine geringe numerische Komplexität hat und einen geringen Implementierungsaufwand bzw. eine geringe Rechenzeit erfordert.
-
Die Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 1 und bezüglich des Computerprogramms durch die Merkmale des Anspruchs 10 oder 11 gelöst. Der Anspruch 12 betrifft ein digitales Speichermedium mit einem solchen Computerprogramm.
-
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Analyse der Länge der Standard-Codesequenz vorteilhaft in einem nicht belegten Analysecodekanal, der die gleiche Codeklasse wie der Codekanal der Standard-Codesequenz hat, erfolgt. Getestet werden dabei mehrere Hypothesen verschiedener hypothetischer Längen der Standard-Codesequenz, wobei mit der Hypothese der größten angenommenen hypothetischen Länge der Standard-Codesequenz begonnen wird. Ist die angenommene hypothetische Länge der Standard-Codesequenz korrekt, so befindet sich innerhalb der erfaßten Chipfolge kein Beitrag der Datenkanäle und auch kein Beitrag der zu diesem Zeitpunkt ausgesandten Standard-Codesequenz, da diese einen anderen Codekanal der gleichen Codeklasse benutzt. Ist die Hypothese jedoch unzutreffend, d. h. ist die angenommene hypothetische Länge der Standard-Codesequenz länger als die tatsächliche Länge der Standard-Codesequenz, so fällt in die ausgewertete Chipfolge ein Beitrag der Datenkanäle, was zu einer höheren Leistung pro Symbol im Vergleich zu dem Fall einer richtigen Hypothese führt. Durch Wahl eines geeigneten Schwellwerts kann zwischen richtigen und falschen Hypothesen unterschieden werden. Unterschreitet der Schätzwert der Leistung den Schwellwert, so wird von einer richtigen Hypothese ausgegangen; andernfalls wird entschieden, daß es sich um eine falsche Hypothese handelt und das Verfahren wird unter Zugrundelegung einer kürzeren hypothetischen Länge der Standard-Codesequenz fortgesetzt. Das Verfahren wird so lange fortgeführt, bis entweder aufgrund eines Unterschreitens der Leistungsschwelle auf eine richtige Hypothese und somit auf eine bestimmte Länge der Standard-Codesequenz geschlossen wird oder, falls der Schwellwert auch bei der kürzesten möglichen Länge der Standard-Codesequenz nicht unterschritten wird, davon ausgegangen werden kann, daß keine Standard-Codesequenz (Preamble) in dem ausgewerteten CDMA-Signal enthalten ist.
-
Die Unteransprüche ermöglichen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
-
Das Verfahren wird vorteilhaft für mehrere nicht belegte Analyse-Codekanäle durchgeführt und eine Mehrheitsentscheidung bezüglich der ausgewerteten Analyse-Codekanäle führt zu einer Erhöhung der Genauigkeit bzw. Zuverlässigkeit des Verfahrens.
-
Durch geeignete Wahl des Schwellwerts für die Leistungsbeurteilung kann die Zuverlässigkeit des Verfahrens ebenfalls günstig beeinflußt werden.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
-
1 ein Blockschaltbild für das Übertragungsmodell der Symbole des Analyse-Codekanals für eine richtige Hypothese der Länge der Standard-Codesequenz;
-
2 ein Blockschaltbild für das Übertragungsmodell der Symbole des Analyse-Codekanals für eine falsche Hypothese der Länge der Standard-Codesequenz;
-
3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens und
-
4 eine schematische Darstellung der Codeklassen und Codekanäle zur Übertragung der Daten und zur Übertragung der Standard-Codesequenz (Preamble).
-
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Bei der nachfolgenden mathematischen Darstellung werden folgende Formelzeichen verwendet:
- ν
- Zeitindex auf Chipebene,
- CC
- Codeklasse eines Spreizungscodes,
- CN
- Codenummer eines Spreizungscodes,
- E{...}
- Erwartungswertoperator,
- g(l)
- zeitabhängiger Verstärkungsfaktor,
- l
- Zeitindex auf Symbolebene,
- LData
- Anzahl der Chips, mit welchen die Leistung im Datenbereich eines Slots geschätzt wird,
- LHyp
- Länge der Preamble in Chips für eine Hypothese,
- LPreamble
- tatsächliche Länge einer Preamble,
- n CN / CC(l)
- Störung in einem Codekanal, welcher einen Spreizungscode der Codeklasse CC und der Codenummer CN verwendet,
- P ^Hyp
- Schätzwert der Leistung der Symbole im Analysecodekanal für eine Hypothese,
- P ^Data
- Schätzwert der Gesamtleistung im Bereich eines Slots, in welchem für alle Preamblelängen Daten übertragen werden,
- PData
- Gesamtleistung aller Datencodekanäle,
- rdesc(ν)
- Entwürfeltes Meßsignal,
- r CN / CC(l)
- Symbole eines Codekanals, welcher einen Spreizungscode der Codeklasse CC und der Codenummer CN verwendet,
- SFCC
- Spreizungsfaktor eines Spreizungscodes in der Codeklasse CC,
- w CN / CC(ν)
- Spreizungscode in der Codeklasse CC mit der Codenummer CN.
-
Im Folgenden wird als Ausführungsbeispiel ein Detektionsverfahren zur Ermittelung von Preamblelängen in einem CDMA-Signal einer Basisstation des 1xEV-DO-Mobilfunksystems vorgestellt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es allgemein möglich, die Länge einer Standard-Codesequenz zu bestimmen, wobei es sich bei der Standard-Codesequenz wie im Ausführungsbeispiel um eine vor dem Datenbereich angeordnete Preamble, aber auch z. B. um eine zwischen zwei Datenbereich angeordnete Midamble handeln kann.
-
Ein Slot ist in unterschiedliche Bereiche aufgeteilt. Es gibt, wie in 3 dargestellt, einen Bereich 1, in welchem nur Daten (Data) übertragen werden, und einen Bereich 2, in welchem eine Standard-Codesequenz, im Folgenden Preamble, übertragen wird. Wird keine Preamble übertragen wird der Preamblebereich 2 zur Übertragung von Daten verwendet. Bei dem in 3 in der obersten Zeile dargestellten Beispiel beträgt die Preamblelänge LPreamble 256 Chips. Es gibt aber auch die Fälle, in welchen die Preamblelänge 1024, 512, 128 oder 64 Chips beträgt. Es kann auch sein, daß keine Preamble vorhanden ist. Das erfindungsgemäße Verfahren dient dazu, festzustellen, ob überhaupt eine Preamble vorhanden ist und ggf. deren Länge zu ermitteln.
-
Die Daten und die Preamble werden in unterschiedlichen Codekanälen, welche orthogonale Spreizungscodes (im Ausführungsbeispiel Walshcodes) zur Trennung der Kanäle verwenden, übertragen. Dies ist schematisch in 4 dargestellt. Der Preamblecodekanal 3 1 verwendet im Ausführungsbeispiel des 1xEV-DO-Mobilfunksystems einen Walshcode aus der Codeklasse CC = 5 und die Datencodekanäle 4 0–4 15 verwenden jeweils einen Walshcode aus der Codeklasse CCData = 4. Zur Übertragung der Daten im Datenbereich 1 werden alle Codekanäle aus der Codeklasse CC = 4 verwendet, während zur Übertragung der Preamble nur ein Codekanal aus der Codeklasse CC = 5 benutzt wird. Im in 4 dargestellten Beispiel wird zur Übertragung der Preamble der Codekanal 3 1 mit der Codenummer CN = 1 verwendet, was durch ein X gekennzeichnet ist. Alle weiteren Codekanäle der Codeklasse CC = 5 werden nicht verwendet, was in 4 durch eine 0 gekennzeichnet ist. Der Codekanal 3 0, welcher den Walshcode mit der Codenummer CN = 0 verwendet, wird in keinem Fall als Preamblecodekanal benutzt. Alle Codekanäle 4 0–4 15 zur Übertragung von Daten verwenden dieselbe Sendeleistung, d. h. sämtliche Datencodekanäle 4 0–4 15 der Codeklasse CC = 4 sind im Datenbereich 1 aktiv, im Preamblebereich 2 jedoch inaktiv. Im Datenbereich 1 hat jeder der 16 Codekanäle der Codeklasse CC = 4 deshalb die Leistung PData/16, die in die Codekanäle der Codeklasse CC = 5 mit einer Leistung PData/32 einkoppelt.
-
Die Preamble kann eine unterschiedliche Länge haben. Es werden Preamblelängen, wie es in 3 dargestellt ist, mit 1024, 512, 256, 128, 64 oder 0 Chips verwendet. Die Preamble wird bei dem Ausführungsbeispiel des 1xEV-DO-Mobilfunksystems immer am Anfang eines Slots übertragen.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Detektion der Preamblelänge basiert auf einer Leistungsschätzung für unterschiedliche Hypothesen der Preamblelänge in einem Analysecodekanal, welcher einen Spreizungscode aus der Codeklasse CC = 5 verwendet. Der Spreizungscode des Analysecodekanals sollte nicht von dem Preamblecodekanal 3 1 als Spreizungscode verwendet werden. Es bietet sich als Analysecodekanal besonders der Codekanal 3 0 mit der Codenummer CN = 0 an, der in der Codeklasse CC = 5 zu Übertragung der Preamble nie verwendet wird. Welcher Codekanal zur Überragung der Preamble verwendet wird, ist in der Regel nicht bekannt. Um festzustellen, welche Preamblelänge LPreamble in dem empfangenen CDMA-Signal vorliegt, werden mehrere Hypothesen mit entsprechenden hypothetischen Preamblelängen LHyp = 1024, L = 512, LHyp = 256, LHyp = 128 und LHyp = 64 Chips gebildet.
-
In 1 ist das Übertragungsmodell für die Symbole des Analysecodekanals 3 für eine richtige Hypothese dargestellt. Falls die Hypothese der vom Sender verwendeten Preamblelänge zutrifft, bestehen die Analysecodekanalsymbole s CN / 5(l) = n CN / 5(l) (1) nur aus einer komplexwertigen Störung n CN / 5(l). In dem Addierer 5 des Modells wird diese Störung zu einem Eingangssignal, das identisch Null ist, addiert.
-
Falls die Hypothese nicht zutrifft, setzten sich, wie in
2 gezeigt, die Symbole
des Analysecodekanals aus den mit dem zeitabhängigen Verstärkungsfaktor g(l) verstärkten leistungsnormierten Symbolen
eines Datenkanals (für den beispielhaften Analysecodekanal
3 0 der Codenummer CN = 0 der Codeklasse CC = 5 ist dies der Datenkanal
4 0 mit der Codenummer CN = 0 der Codeklasse CC = 4) und der komplexwertigen Störung
n 0 / 5(l) zusammen. In dem Multiplizierer
6 des Modells wird das Signal
mit dem Verstärkungsfaktor g(l) multipliziert. In dem Addierer
7 wird die Störung
n 0 / 5(l) addiert. Der zeitabhängige Verstärkungsfaktor hängt von der verwendeten Preamblelänge des Senders, dem zeitunabhängigen Verstärkungsfaktor g(l) des Datenkanals des Senders, den gesendeten Symbolen
des Datenkanals in der Codeklasse CC = 4 und der Codenummer CN des Analysecodekanals ab.
-
Zur Detektion der Länge der gesendeten Preamble werden wie in 3 veranschaulicht, nacheinander unterschiedliche Hypothesen getestet. Zuerst wird die Hypothese, daß die Preamblelänge LHyp 1024 Chips beträgt untersucht. Wird diese verworfen, werden anschließend die Hypothesen, daß die Preamblelänge LHyp 512, 256, 128 oder 64 Chips beträgt untersucht, bis sich eine Hypothese als richtig erweist. Erweist sich keine Hypothese als richtig, dann wird angenommen, daß keine Preamble gesendet wurde.
-
Im Folgenden wird das Entscheidungskriterium beschrieben, mit welchem getestet wird, ob eine Hypothese als richtig beurteilt oder verworfen wird. Da im Preamblebereich 2 eines Slots bei einer gültigen Hypothese keine Daten übertragen werden, wird dort im Analysecodekanal 3 CN (z. B. CN = 0) nur die Rauschleistung gemessen. Ist die Hypothese ungültig, dann setzt sich der Leistungsschätzwert der Preambleleistung aus der Rauschleistung und der Leistung eines Datencodekanals 4 CN Beispiel CN = 0) zusammen. Mit einer Schwellenentscheidung können diese beiden Fälle unterschieden werden.
-
Zum Test einer Hypothese werden in einem ersten Schritt die Symbole
des Analysecodekanals
3 die Hypothesen, daß die Preamblelänge L
Hyp entweder 1024, 512, 256, 128 oder 64 Chips beträgt, zunächst entwürfelt und dann entspreizt. Hierbei sind SF
5 der Spreizungsfaktor des Anaylsecodekanals
3 CN,
w CN / 5(ν) der Walshcode des Analysecodekanals
3 CN und r
desc(ν) das entwürfelte, empfangene CDMA-Signal. Anschließend kann die mittlere Leistung des Analysecodekanals
der Hypothese berechnet werden. Unterschreitet der Schätzwert der Leistung einer Hypothese die Leistungsschwelle
dann wird entschieden, daß die Hypothese gültig ist und die Suche wird abgebrochen. Hierbei ist
der Schätzwert der Gesamtleistung im Datenbereich
1 eines Slots, wenn angenommen wird, daß die längste Preamble im Beispiel mit 1024 Chips übertragen wird. Der Versatz Offset wird verwendet, um die Leistung des Gesamtsignals stets im Datenbereich
1 eines Slots zu schätzen. D. h. zur Schätzung der Leistung
P ^Data pro Chip in dem Datenbereich
1 wird stets ein Versatz Offset verwendet, der so groß ist, daß die in die Auswertung von
P ^Data eingehenden Chips auch bei der am längsten möglichen Preamble (im Beispiel 1024 Chips) aus dem Datenbereich
1 stammen.
-
Im Folgenden wird untersucht, wie der k-Faktor der Entscheidungsschwelle zu dimensionieren ist. Wird eine Preamble der Länge L
Preabmle übertragen und eine Hypothese mit der Preamblelänge L
Hyp getestet, dann ergibt sich der Erwartungswert des Leistungsschätzwertes einer Hypothesen zu
falls die Leistungen der Datencodekanäle
4 CN der Codeklasse CC = 4 gleichmäßig, wie es in
4 schematisch dargestellt ist, in alle Codekanälen
3 CN der Analysecodeklasse CC = 5 einkoppeln. Hierbei sind E{n(ν)
2} die Leistung der Störung auf der Chipebene und P
Data die Gesamtleistung aller Datencodekanäle
4 CN. Der erste Summand in Gleichung (7) stellt die Störung dar, die in dem Bereich der Hypothesenlänge L
Hyp, der mit der Preamble belegt ist, als auch in dem nachfolgenden Datenbereich auftritt. Der zweite Summand in Gleichung (7) bezieht sich auf den Bereich, der bei der falschen Hypothese bereits mit Daten belegt ist.
-
Dies bedeutet, daß der Leistungsschätzwert P ^Hyp für diejenige ungültige Hypothese am kleinsten wird, bei welcher LHyp = 2·LPreamble gilt. Die Entscheidungsschwelle ist mit dem Parameter k in Gleichung (5) nun so zu dimensionieren, daß in diesem kritischen Grenzfall noch eine richtige Entscheidung getroffen werden kann. Für diesen Fall ergibt sich eine optimale Entscheidungsschwelle für k = ½ in Gleichung (5). Da nicht sichergestellt ist, daß sich die Leistung der Datenkanäle 4 CN gleichmäßig auf alle Codekanäle 3 CN Analysecodeklasse CC = 5 aufteilt, muß ein Sicherheitsabstand zur theoretischen Schwelle aus Gleichung (7) eingehalten werden. Hierfür sollte bevorzugt ein k-Faktor in der Großenordnung von ½ gewählt werden.
-
Da sich die Leistung der Datenkanäle 4 CN Extremfällen bei ungünstigen Datenkanalsymbolsequenzen sehr ungleichmäßig auf die Codekanäle 3 CN Analysecodeklasse CC = 5 aufteilen kann, ist es sinnvoll, das oben beschriebene Verfahren in mehreren gegebenenfalls sogar allen Analysecodekanälen 3 CN in 4 anzuwenden und alle Detektionsergebnisse aller Analysecodekanäle auszuwerten. Hierfür wird in jedem Analysecodekanal das oben beschriebene Verfahren angewendet.
-
Es wird diejenige Hypothese als richtig entschieden, bei welcher die höchste Anzahl an Einzeldetektionsergebnissen auftritt (Mehrheitsentscheidung). Dabei ist es unschädlich, wenn auch derjenige in der Regel unbekannte Codekanal (im Beispiel von 4 der Codekanal 3 1) in die Auswertung einbezogen wird, der mit der Preamble belegt ist, da dieser ”Ausreißer” die Mehrheitsentscheidung nicht beeinflußt. Mit diesem erweiterten verfahren reduziert sich die Fehldetektionswahrscheinlichkeit deutlich.
-
Mit dem erfindungsgemäßen verfahren ergibt sich somit eine sichere Erfassung der Preamble-Länge bzw. allgemein der Länge der Standard-Codesequenz.