Aufgabe 4.6: OVSF-Codes

Baumstruktur zur Konstruktion
eines OVSF–Codes

Die Spreizcodes für UMTS sollen

alle zueinander orthogonal sein, um gegenseitige Beeinflussung der Teilnehmer zu vermeiden,
möglichst flexibel sein, um unterschiedliche Spreizfaktoren $J$ zu realisieren.

Ein Beispiel hierfür sind die so genannten Codes mit variablem Spreizfaktor (englisch: Orthogonal Variable Spreading Factor, OVSF), die Spreizcodes der Längen von $J = 4$ bis $J = 512$ bereitstellen. Diese können, wie in der Grafik zu sehen ist, mit Hilfe eines Codebaums erstellt werden. Dabei entstehen bei jeder Verzweigung aus einem Code $\mathcal{C}$ zwei neue Codes

$(+\mathcal{C} \ +\hspace{-0.05cm}\mathcal{C})$,
$(+\mathcal{C}\ -\hspace{-0.05cm}\mathcal{C})$.

Die Grafik verdeutlicht das hier angegebene Prinzip am Beispiel $J = 4$.

Nummeriert man die Spreizfolgen von $0$ bis $J –1$ durch, so ergeben sich hier die Spreizfolgen

$$ \langle c_\nu^{(0)}\rangle \ = \ {+\hspace{-0.05cm}1}\hspace{0.15cm} {+\hspace{-0.05cm}1} \hspace{0.15cm} {+\hspace{-0.05cm}1}\hspace{0.15cm} {+\hspace{-0.05cm}1} \hspace{0.05cm},\hspace{0.3cm} \langle c_\nu^{(1)}\rangle = {+\hspace{-0.05cm}1}\hspace{0.15cm} {+\hspace{-0.05cm}1} \hspace{0.15cm} {-\hspace{-0.05cm}1}\hspace{0.15cm} {-\hspace{-0.05cm}1} \hspace{0.05cm},$$

$$\langle c_\nu^{(2)}\rangle \ = \ {+\hspace{-0.05cm}1}\hspace{0.15cm} {-\hspace{-0.05cm}1} \hspace{0.15cm} {+\hspace{-0.05cm}1}\hspace{0.15cm} {-\hspace{-0.05cm}1} \hspace{0.05cm},\hspace{0.3cm} \langle c_\nu^{(3)}\rangle = {+\hspace{-0.05cm}1}\hspace{0.15cm} {-\hspace{-0.05cm}1} \hspace{0.15cm} {-\hspace{-0.05cm}1}\hspace{0.15cm} {+\hspace{-0.05cm}1} \hspace{0.05cm}.$$

Nach dieser Nomenklatur gibt es für den Spreizfaktor $J = 8$ die Spreizfolgen $\langle c_{\nu}^{(0)} \rangle, \ \text{...} \ ,\langle c_{\nu}^{(7)} \rangle$.

Anzumerken ist, dass kein Vorgänger und Nachfolger eines Codes von anderen Teilnehmern benutzt werden darf.

Im Beispiel könnten also vier Spreizcodes mit dem Spreizfaktor $J = 4$ verwendet werden, oder
die drei gelb hinterlegten Codes – einmal mit $J = 2$ und zweimal mit $J = 4$.

Hinweise:

Die Aufgabegehört zum Kapitel Nachrichtentechnische Aspekte von UMTS.
Bezug genommen wird insbesondere auf die Seite Spreizcodes und Verwürfelung bei UMTS.

Fragebogen

	$\langle c_{\nu}^{(1)} \rangle = +1 +1 +1 +1 –1 –1 –1 –1$,
	$\langle c_{\nu}^{(3)} \rangle = +1 +1 –1 –1 +1 +1 –1 –1$,
	$\langle c_{\nu}^{(5)} \rangle = +1 –1 +1 –1 –1 +1 –1 +1$,
	$\langle c_{\nu}^{(7)} \rangle = +1 –1 –1 +1 –1 +1 +1 –1$.

$K_{\rm max} \ = \ $

$K \ = \ $

	Ja.
	Nein.

Musterlösung

OVSF–Baumstruktur für $J = 8$

(1) Die Grafik zeigt die OVSF–Baumstruktur für $J = 8$ Nutzer.

Daraus ist ersichtlich, dass die Lösungsvorschläge 1, 3 und 4 zutreffen, nicht jedoch der zweite.

(2) Wird jedem Nutzer ein Spreizcode mit $J = 8$ zugewiesen, so können $\underline{K_{\rm max} = 8}$ Teilnehmer versorgt werden.

(3) Wenn drei Teilnehmer mit $J = 4$ versorgt werden, können nur mehr zwei Teilnehmer durch eine Spreizfolge mit $J = 8$ bedient werden (siehe beispielhafte gelbe Hinterlegung in obiger Grafik) ⇒ $\underline{K = 5}$.

(4) Wir bezeichnen mit

$K_{4} = 2$ die Anzahl der Spreizfolgen mit $J = 4$,
$K_{8} = 1$ die Anzahl der Spreizfolgen mit $J = 8$,
$K_{16} = 2$ die Anzahl der Spreizfolgen mit $J = 16$,
$K_{32} = 8$ die Anzahl der Spreizfolgen mit $J = 32$.

Dann muss folgende Bedingung erfüllt sein:

$$ K_4 \cdot \frac{32}{4} + K_8 \cdot \frac{32}{8} +K_{16} \cdot \frac{32}{16} +K_{32} \cdot \frac{32}{32} \le 32 \hspace{0.3cm} \Rightarrow \hspace{0.3cm} K_4 \cdot8 + K_8 \cdot 4 +K_{16} \cdot 2 +K_{32} \cdot1 \le 32 \hspace{0.05cm}.$$

Wegen $2 \cdot 8 + 1 \cdot 4 + 2 \cdot 2 + 8 = 32$ ist die gewünschte Belegung gerade noch erlaubt ⇒ Antwort JA.
Die zweimalige Bereitstellung des Spreizgrads $J = 4$ blockiert zum Beispiel die obere Hälfte des Baums, nach der Versorgung der einen Spreizung mit $J = 8$, bleiben auf der $J = 8$–Ebene noch drei der acht Äste zu belegen, usw. und so fort.