FI99181C - Vastaanotin - Google Patents

Description

99181

Vastaanotin

Keksinnön kohteena on vastaanotin, joka käsittää digitaalisen koodinseurantasilmukan, jolle tulee sisään-5 menona vastaanotetun signaalin reaali- ja imaginaarikomponentit ja jossa sanotut komponentit käsitellään omissa haaroissaan, ja että kukin haara käsittää kertojan ja suodattimen peräkkäiskytkennässä-

Esillä olevaa keksintöä voidaan soveltaa erityisesti 10 hajaspektrijärjestelmissä, kuten CDMA-järjestelmissä.

CDMA on hajaspektritekniikkaan perustuva monikäyttö-menetelmä, jota on viime aikoina ryhdytty soveltamaan so-lukkoradiojärjestelmissä aiempien FDMA:n ja TDMA:n ohella. CDMA:lla on useita etuja verrattuna aiempiin menetelmiin, 15 kuten esimerkiksi taajuussuunnittelun yksinkertaisuus sekä spektritehokkuus.

CDMA-menetelmässä käyttäjän kapeakaistainen datasig-naali kerrotaan datasignaalia huomattavasti laajakaistaisemmalla hajotuskoodilla suhteellisen laajalle kaistalle.

20 Tunnetuissa koejärjestelmissä käytettyjä kaistanleveyksiä on esimerkiksi 1,25 MHz, 10 MHz sekä 25 MHz. Kertomisen yhteydessä datasignaali leviää koko käytettävälle kaistalle. Kaikki käyttäjät lähettävät samaa taajuuskaistaa käyttäen samanaikaisesti. Kullakin tukiaseman ja liikkuvan 25 aseman välisellä yhteydellä käytetään omaa hajotuskoodia, ja käyttäjien signaalit pystytään erottamaan toisistaan vastaanottimissa kunkin käyttäjän hajotuskoodin perusteella. Hajotuskoodit pyritään valitsemaan siten, että ne ovat keskenään ortogonaalisia eli eivät korreloi toistensa 30 kanssa.

Tavanomaisella tavalla toteutetussa CDMA-vastaanot-timissa olevat korrelaattorit tahdistuvat haluttuun signaaliin, joka tunnistetaan hajotuskoodin perusteella. Datasignaali palautetaan vastaanottimessa alkuperäiselle 35 kaistalle kertomalle se uudestaan samalla hajotuskoodilla 2 99181 kuin lähetysvaiheessa. Ne signaalit, jotka on kerrottu jollain toisella hajotuskoodilla, eivät ideaalisessa tapauksessa korreloi ja palaudu kapealle kaistalle. Täten ne näkyvät kohinana halutun signaalin kannalta. Tavoitteena 5 on siis ilmaista halutun käyttäjän signaali usean häiritsevän signaalin joukosta.

Hajaspektrijärjestelmissä on olennaista, että vastaanotin pystyy tahdistumaan vastaanotettuun signaaliin nopeasti ja tarkasti sekä jatkuvasti seuraamaan vastaan-10 otetun signaalin koodivaihetta. Olennainen osa vastaanotinta, joka useasti on toteutettu korrelaattoritekniikal-la, on koodinseurantasilmukka, jonka tehtävänä on tahdis-tua ja seurata vastaanotetun signaalin hajotuskoodin vaihetta tarkasti.

15 Kuviossa 1 havainnollistetaan tekniikan tason mu kaista epäkoherenttia koodinseurantasilmukkaa, kun järjestelmässä käytetään BPSK-hajotusmodulointia. Koodinseuran-tasilmukkaan tulee sisäänmenona vastaanotetun signaalin reaali- ja imaginaariosat 10, 11, jotka kerrotaan hajotus-20 koodigeneraattorista 20 saatavalla edistetyllä ja viivästetyllä koodivaiheella 22, 21 kertojissa 12a - 12d. Saatu signaali viedään suodattimille 13a - 13d, joiden ulostulosignaali viedään edelleen neliöintivälineille 14a - 14d, joissa signaalin neliöinnillä poistetaan signaalin sisäl-• 25 tämän datan ja kantoaallon vaikutus. Saadut signaalit viedään summaimien 15 - 17 kautta silmukkasuodattimelle 18, joka on alipäästösuodatin. Suodatetulla signaalilla ohjataan jänniteohjattua oskillaattoria 19, jonka ulostulosignaali ohjaa hajotuskoodigeneraattoria 20.

30 Tunnetun tekniikan mukaisessa ratkaisussa käytetään siis koodinseurantasilmukassa neliöintiä signaalin sisältämän datan poistamiseen. Neliöinnin haittana on sen toteutuksen monimutkaisuus, sillä se vaatii huomattavan pitkiä kertojapiirejä, jotka ovat epätoivottuja komponent-35 teja puolijohdepiireissä. Tämän lisäksi neliöinnillä 3 99181 toteutettujen silmukoiden suorituskyky ei ole paras mahdollinen kaikilla mahdollisilla signaali/kohina-suhteilla.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena onkin toteuttaa vastaanotin, jonka koodinseurantasilmukka on yksinker-5 täinen toteuttaa ja jonka ominaisuudet ovat hyvät erityisesti hajaspektritekniikalla esiintyvissä olosuhteissa.

Tämä saavutetaan johdannossa esitetyn tyyppisellä vastaanottimella, jolle on tunnusomaista, että kukin koodinseurantasilmukan haara käsittää edelleen välineet 10 signaalin itseisarvoistamiseksi, jotka sanotut välineet ovat peräkkäiskytkennässä sanottujen suodattimien jälkeen.

Hajaspektrijärjestelmissä, kuten CDMA-järjestelmis-sä, toimitaan tavallisesti erittäin pienillä signaali/kohina-suhteilla. Eb/N0 on käytetystä modulointimenetel-15 mästä ja kanavakoodauksesta riippuen jopa 0 dB. Keksinnön mukaisessa vastaanottimessa synkronointilohkon toimintaa voidaan parantaa verrattuna aiempiin ratkaisuihin toimittaessa pienillä signaali/kohina-suhteilla. Kun neliöinti korvataan itseisarvoistuksella, saavutetaan etuja toimit-20 taessa 0-6 dB:n signaalikohinasuhteilla.

Keksinnön mukaisen vastaanottimen tuomaa parannusta havainnollistaa kuvio 2, jossa vaaka-akselilla on sig-naali/kohina-suhde Eb/N0 ja pystyakselilla vaihevärinän varianssi, kun on käytetty QPSK-hajotusmodulointia ja • 25 epäkoherenttia koodinseurantasilmukkaa. Katkoviivalla on esitetty neliöimällä saavutettava vaihevärinä, ja jatkuvalla viivalla itseisarvoistuksella saavutettavat arvot. Kuviosta huomataan, kuinka itseisarvoistuksella vaihevärinä on merkittävästi pienempi, kun signaali/kohina-suhde 30 on välillä 0-6 dB.

Seuraavassa keksintöä selitetään tarkemmin viitaten oheisten piirustusten mukaisiin esimerkkeihin, joissa kuvio 1 esittää jo selostettua esimerkkiä tunnetun tekniikan mukaisesta koodinseurantasilmukasta, 35 kuvio 2 esittää jo selostettua esimerkkiä vaihevä- 4 99181 rinästä koodinseurantasilmukassa, kuvio 3 havainnollistaa erään keksinnön mukaisen vastaanottimen rakennetta lohkokaaviotasolla ja kuvio 4 havainnollistaa keksinnön mukaisen koodin-5 seurantasilmukan toteutusta.

Esillä olevaa keksintöä voidaan siis soveltaa erityisesti hajaspektrijärjestelmissä, kuten CDMA-järjestel-missä. CDMA-järjestelmissä käytetään yleisesti RAKE-tek-niikalla toteutettuja vastaanottimia. RAKE-periaatteella 10 toimivassa vastaanottimessa on useita haaroja, jotka kukin voivat tahdistua eri signaalikomponenttiin. Täten vastaanotin pystyy vastaanottamaan useita signaaleja samanaikaisesti. Eri haarojen vastaanottamat signaalit kyetään vastaanottimessa yhdistämään edullisesti, jolloin monitie-15 etenemistä voidaan käyttää eräänlaisena toistemenetelmänä.

Jokainen RAKE-haara on siis itsenäinen vastaanotin ja sisältää omat koodinseurantasilmukkansa. Seuraavassa keksinnön mukaisen vastaanottimen rakennetta selostetaan tarkemmin käyttäen esimerkkinä RAKE-vastaanotinta siihen 20 kuitenkaan rajoittumatta. Keksintöä voidaan vastaavasti soveltaa myös muuntyyppisissä vastaanottimissa.

Kuviossa 3 havainnollistetaan erään keksinnön mukaisen RAKE-vastaanottimen rakennetta lohkokaaviotasolla. Vastaanotin käsittää antennin 23, jolla vastaanotettu 25 signaali viedään radiotaajuusosille 24, joissa signaali muunnetaan radiotaajuudelta välitaajuudelle. RF-osilta 24 signaali viedään edelleen A/D-muuntimelle 25, jossa vastaanotettu analoginen signaali muunnetaan digitaaliseen muotoon. Näin muunnettu digitaalinen signaali viedään 30 RAKE-korrelaattorihaaroihin 27a-27d, jotka kukin ovat tahdistuneet omaan signaalikomponenttiinsa. Lisäksi digitaalinen signaali viedään etsijä-korrelaattorihaaralle 26, jonka tehtävänä on etsiä halutulla hajotuskoodilla lähetettyjä signaalikomponentteja vastaanotetusta signaalista 35 mittaamalla kanavan impulssivasteen ja asettaa kukin RAKE- 5 99181 haara tiettyyn koodivaiheeseen siten, että suurimmat monitie-edenneet komponentit saadaan vastaanotettua. Esimerkin vastaanottimessa on neljä RAKE-korrelaattorihaa-raa, mutta niiden lukumäärä voi luonnollisesti vaihdella ' 5 vastaanottimen toteutuksesta riippuen. Korrelaattorihaaro- jen 27a - 27d ulostulosignaalit viedään yhdistelijalle 28, joka edullisesti yhdistää eri haarojen dekoodaamat signaa-likomponentit ja ilmaisee yhdistetyn signaalin. Näin ilmaistu signaali viedään edelleen kanavadekooderiin 29, 10 joka poistaa kanavakoodauksen sekä puhedekooderiin 30 ja kaiuttimelle 31. Vastaanotin käsittää lisäksi kontrollivälineet 32, jotka ohjaavat edellä mainittujen lohkojen toimintaa. Vastaanotin sisältää luonnollisesti myös muita komponentteja, kuten suodattimia, mutta niitä ei ole 15 kuviossa esitetty, koska ne eivät ole keksinnön kannalta oleellisia.

Kukin mainituista RAKE-korrelaattorihaaroista 27a -27d on siis itsenäinen vastaanotin ja käsittää koo-dinseurantasilmukan, jonka tehtävänä on seurata halutun 20 hajotuskoodin ja annetun koodivaiheen käsittävää signaali-komponenttia. Etsijähaara 26 on rakenteellisesti samanlainen kuin muut korrelaattorihaarat, mutta sen korrelaat-toreita ei käytetä koodinseurantaan, vaan pelkästään etsintään. Kuviossa 4 havainnollistetaan keksinnön mu-25 kaisen koodinseurantasilmukan rakennetta. RAKE-haara käsittää luonnollisesti myös muita lohkoja, kuten spektrin koostamiseen ja monitie-edenneen signaalin kompleksisen kertoimen estimoinnin suorittavat lohkot, mutta keksinnön mukaisessa vastaanottimessa ne voidaan toteuttaa tunne-30 tuilla tavoilla.

Koodinseurantasilmukkaan tulee sisäänmenona vastaanotetun digitalisoidun signaalin reaali- ja imaginaariosat - 10, 11. Ensimmäisessä kertojassa 12a signaalin reaaliosa 10 kerrotaan hajotuskoodigeneraattorilta 20 saatavalla 35 edistetyllä hajotuskoodilla 22, joka koodi on siis halu- 6 99181 tulla demoduloitavalla yhteydellä käytettävä pseudosatun-nainen hajotuskoodi jonka vaihetta on edistetty. Toisessa kertojassa signaalin reaaliosa 10 kerrotaan sanotulta hajotuskoodigeneraattorilta 20 saatavalla viivästetyllä 5 hajotuskoodilla 21, joka on siis haluttu hajotuskoodi, jonka vaihetta on viivästetty. Vastaavasti kolmannessa ja neljännessä kertojassa 12c, 12d signaalin imaginaariosa 11 kerrotaan sanotuilla edistetyllä ja viivästetyllä hajotus-koodeilla 21,22.

10 Hajotuskoodilla kerrotut signaalit viedään edelleen suodatinvälineille 13a - 13d. Suodatetut signaalit viedään edelleen välineille 33a - 33d, missä keksinnön mukaisessa vastaanottimessa suodatetuille signaaleille suoritetaan itseisarvoistus, jolla signaalista saadaan datan vaikutus 15 poistettua. Koodinseurannassa ei haluta demoduloida varsinaista dataa, vaan ainoastaan seurata haluttua koodivai-hetta. Keksinnön edullisessa toteutusmuodossa itseisarvoistus voidaan toteuttaa yksinkertaisesti poistamalla digitaalisesta luvusta etumerkin ilmaiseva bitti. Tämä 20 toteutus on huomattavasti yksinkertaisempi kuin tekniikan tasona tunnetun kertojan toteuttaminen.

Itseisarvoistetut signaalit summataan siten, että edistetyllä hajotuskoodilla kerrotut signaalit summataan ensimmäisessä summaimessa 15, ja viivästetyllä hajotuskoo-, 25 dilla kerrotut signaalit summataan toisessa summaimessa 16. Saadut signaalit viedään kolmannelle summaimelle 17, jossa edistetyllä koodivaiheella kerrotuista signaaleista vähennetään viivästetyllä vaiheella kerrotut signaalit.

Saatu signaali viedään silmukkasuodattimelle 18, jossa 30 signaali alipäästösuodatetaan, ja viedään edelleen sisään-menona jänniteohjatulle oskillaattorille 19, joka ohjaa hajotuskoodigeneraattoria 20.

Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten oheisten piirustusten mukaiseen esimerkkiin, on selvää, 35 ettei keksintö ole rajoittunut siihen, vaan sitä voidaan 7 99181 muunnella monin tavoin oheisten patenttivaatimusten esittämän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

Claims (4)

99181

1. Vastaanotin, joka käsittää digitaalisen koodin-seurantasilmukan, jolle tulee sisäänmenona vastaanotetun 5 signaalin reaali- ja imaginaarikomponentit ja jossa sanotut komponentit käsitellään omissa haaroissaan, ja että kukin haara käsittää kertojan (12a - 12d) ja suodattimen (13a - 13d) peräkkäiskytkennässä, tunnettu siitä, että kukin koodinseurantasilmukan haara käsittää edelleen 10 välineet (33a - 33d) signaalin itseisarvoistamiseksi, jotka sanotut välineet (33a - 33d) ovat peräkkäiskytkennässä sanottujen suodattimien (13a - 13d) jälkeen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen vastaanotin, tunnettu siitä, että vastaanotin on toteutettu

15 RAKE-periaatteella.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen vastaanotin, tunnettu siitä, että koodinseurantasilmukka käsittää jänniteohjatun oskillaattorin (19), joka ohjaa hajo-tuskoodigeneraattoria (20), ja kertojat (12a - 12d), jois- 20 sa vastaanotettu signaali kerrotaan hajotuskoodigeneraat- torin (20) ulostulosignaalilla.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen vastaanotin, tunnettu siitä, että välineissä (33a - 33d) signaalin itseisarvoistus toteutetaan poistamalla digitaali- 25 sesta luvusta etumerkin ilmaiseva bitti. 99181