DE10122689C2 - Verfahren zur Kanalschätzung eines Mobilfunkkanals und Mobilfunk-Empfangsgerät - Google Patents
Verfahren zur Kanalschätzung eines Mobilfunkkanals und Mobilfunk-EmpfangsgerätInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kanalschätzung eines
Mobilfunkkanals nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie
ein Mobilfunk-Empfangsgerät.
In einem Mobilfunkkanal breiten sich Signale im praktischen
Betrieb auf mehreren Wegen aus. Jedes einzelne Empfangssignal
weist entsprechend seinem Übertragungspfad eine unterschied
liche Laufzeit, Amplitude und Doppler-Verschiebung auf. Die
verschiedenen Empfangssignale überlagern sich an der Antenne
eines Empfängers entweder konstruktiv oder destruktiv und er
schweren dadurch die Detektion der durch die Signale übertra
genen Nutzdaten.
Insbesondere ruft eine derartige Mehrwegeausbreitung eines
Funksignals zeitlich gedehnte Kanalimpulsantworten hervor,
die zu einem Delay-Spread und damit einem verschobenen zeit
lichen Bezug der einzelnen Symbole des Übertragungssignals
untereinander führen. In Mobilfunksystemen, die nach dem Wi
deband Code Devision Multiplex(W-CDMA)-Verfahren arbeiten,
werden daher spezielle Empfänger (RAKE-Empfänger) zur Verar
beitung der Mehrwegesignale eingesetzt.
Ein derartiger RAKE-Empfänger ermöglicht einen deutlichen Ge
winn durch die Nutzung von Mehrwegesignalen, die mit unter
schiedlichen Laufzeitverzögerungen an einer Empfangsantenne
eines Mobilfunkgerätes eintreffen. Dazu wird das von der An
tenne kommende Signal im Empfänger in mehreren Pfaden, den
sogenannten "Fingern" des RAKE-Empfängers, verarbeitet. Jeder
dieser Finger wird mit jeweils einer optimierten Phasenlage
der Pseudo-Noise-Folgen, die zur Kodierung eines über den Mo
bilfunkkanal zu übertragendenen Signals verwendet wurden, auf
jeweils eine Komponente der empfangenen Mehrwegesignale ein
gestellt.
In einem IS-95-Mobilfunksystem besitzt ein RAKE-Empfänger ei
ner Mobilstation mindestens drei und einer Basisstation min
destens vier solcher Finger. Ferner gibt es sowohl in der Mo
bilstation als auch in der Basisstation mindestens je einen
"Suchfinger", der fortwährend nach stärkeren Mehrwegesignalen
sucht. Sobald der Suchfinger ein stärkeres Mehrwegesignal
entdeckt, wird der Finger des bisher schwächsten Mehrwegesig
nals auf das neue stärkere Mehrwegesignal optimal einge
stellt. Typischerweise können damit in der Mobilstation bis
zu drei und in der Basisstation bis zu vier der stärksten
Mehrwegesignale mit einer Zeitverzögerung von mindestens
0,8 bis 1 µs demoduliert und mittels Maximum-Ratio-Combining
vorteilhaft kombiniert werden.
Wegen der Zeitvarianz und Frequenzselektivität des Mobilfunk
kanals sollte die Datendetektion adaptiv und kohärent sein.
Hierzu müssen auf der Basis des Empfangssignals sowohl die
zeitdiskreten Kanalimpulsantworten geschätzt als auch die ge
sendeten Datensymbole auf der Grundlage der zeitdiskreten Ka
nalimpulsantworten detektiert werden. Der erstere Vorgang
wird auch kurz als Kanalschätzung bezeichnet. Für die Kanal
schätzung gibt es eine ausgefeilte Theorie; vgl. etwa P.
Jung: "Analyse und Entwurf digitaler Mobilfunksysteme",
Stuttgart 1997, Kapitel 5.
Adaptive kohärente Datendetektoren zur Kanalschätzung können
nur dann sinnvoll eingesetzt werden, wenn neben der zu über
tragenden Nachricht (den Nutzdaten) dem Empfänger bekannte
Nachrichtenanteile übertragen werden. Diese werden dann zur
eigentlichen Kanalschätzung herangezogen und als Trainingsse
quenzen bezeichnet. Sie können am Anfang oder in der Mitte
eines gesamten Teilnehmersignals (burst) stehen. Bei modernen
Mehrfachzugriffssystemen vom Typ des W-CDMA(Wideband Code De
vision Multiple Access) werden jeweils zu Anfang oder Ende
eines Übertragungs-Zeitschlitzes (Slots) sogenannte Pilotbits
zur Kanalschätzung übertragen. Diese Pilotbits werden zur
Berechnung der während des jeweiligen Slots gültigen
Kanalkoeffizienten benutzt.
Um den Übertragungskanal genauer zu schätzen, werden die
berechneten Kanalkoeffizienten zwischen zwei benachbarten
Slots interpoliert. Diese Vorgehensweise ist aus der DE 199 22 184 A1
bekannt, deren Offenbarungsgehalt auch den
Oberbegriff des Anspruchs 1 bildet. Diese Interpolation kann
zu falschen Ergebnissen führen, wenn die in benachbarten
Slots berechneten Kanalkoeffizienten, die bei der
Interpolation verwendet werden, nicht den gleichen Pfad der
Mehrwegeausbreitung beschreiben.
Zur Verdeutlichung dieses Problems wird auf die Figur
hingewiesen, wo die Impulsantwort zweier benachbarter
Zeitschlitze Slot 1 und Slot 2 in Abhängigkeit von der - in
Chip-Einheiten dargestellten - Zeit skizziert sind. Beide
Impulsantworten in Slot 1 und Slot 2 weisen jeweils drei
Maxima auf, die mit 1', 2' und 3' (in Slot 1) bzw. 1", 2"
und 3" (in Slot 2) bezeichnet sind. Während die Verschiebung
des Maximums 1" gegenüber 1' etwa ¼ Chip beträgt, beträgt
die Verschiebung des Maximums 2" gegenüber 2' ca. 1 Chip,
und zwischen den Maxima 3" und 3' ist keine Verschiebung
festzustellen.
Die Heranziehung all dieser Maxima ("Finger") zur
Interpolation der Kanalkoeffizienten zwischen den Slots 1 und
2 führt nach den Untersuchungen der Erfinder zu unkorrekten
Ergebnissen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe der Bereitstellung
eines verbesserten Verfahrens zur Kanalschätzung zugrunde,
welches genauere, zuverlässigere Ergebnisse liefert. Auch
soll ein Mobilfunk-Empfangsgerät angegeben werden, welches
genauere, zuverlässige Ergebnisse hinsichtlich einer
Kanalschätzung bereitstellt.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 bzw. durch ein Mobilfunk-Empfangsgerät mit den
Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
Die Erfindung schließt den grundlegenden Gedanken ein, vor
einer Interpolation der aus den Impulsantworten berechneten
Kanalkoeffizienten eine vergleichende Prüfung der Impulsant
worten in den beiden Slots dahingehend vorzunehmen, ob die
einzelnen Maxima tatsächlich den gleichen Ausbreitungspfaden
zuordenbar sind. Es werden nur diejenigen Anteile (speziell
Maxima) der Kanalimpulsantwort zur erwähnten Interpolation
herangezogen, die bei beiden Slots ein und demselben Übertra
gungspfad zuzurechnen sind.
Die Ausführung der Erfindung erfolgt bevorzugt über eine Er
mittlung der Zeitverschiebung der einzelnen Maxima bzw. Fin
ger der Impulsantwort, die diese zwischen den beiden Zeit
schlitzen erfahren haben, sowie einer anschließenden Schwell
wertdiskriminierung der Zeitverschiebungs-Werte.
Speziell wenn der Unterschied der zeitlichen Lage der Maxima
("Fingerpositionen") kleiner als ¼ Chip ist, wird angenommen,
dass die aufgrund der Fingerpositionen ermittelten Kanalkoef
fizienten den gleichen Übertragungspfad (der gelegentlich von
den Spezialisten dieses Gebietes ebenfalls als "Kanal" be
zeichnet wird) repräsentieren. Der vorbestimmte Schwellwert
der Diskriminierung beträgt also ¼ Chip.
Bei der oben bereits erwähnten Figur sind also die Finger 1'
und 1" sowie 3' und 3" für eine Interpolation heranzuzie
hen, nicht dagegen die Finger 2' und 2".
Die vorrichtungsmäßige Ausgestaltung des Erfindungsgedankens
wird normalerweise softwaremäßig erfolgen, sie kann aber auch
- zumindest teilweise - durch eine festverdrahtete Logik ge
stützt sein. Das den Vorrichtungsaspekt verkörpernde Mobil
funk-Empfangsgerät kann grundsätzlich sowohl in einem Endge
rät (Mobiltelefon) als auch einer Basisstation realisiert
sein, da die erwähnte Kanalschätzung grundsätzlich sowohl in
Aufwärts-Richtung (im Uplink) als auch in Abwärts-Richtung
(im Downlink) praktiziert werden kann.
Claims (4)
1. Verfahren zur Kanalschätzung eines Mobilfunkkanals bei
Mehrwegeempfang, bei dem eine Interpolation der in zwei
benachbarten Zeitschlitzen aufgrund der jeweiligen
Impulsantwort bestimmten Kanalkoeffizienten erfolgt,
dadurch gekennzeichnet, dass
vor der Interpolation die einzelnen Anteile der Impulsantwort
daraufhin überprüft werden, ob sie ein und demselben
Übertragungspfad zugehörig sind, und
eine Interpolation nur für diejenigen Anteile ausgeführt wird, für
die das zutrifft.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Überprüfung eine Ermittlung der Zeitverschiebung der
Maxima der Impulsantwort zwischen den benachbarten
Zeitschlitzen und eine Schwellwertdiskriminierung der
ermittelten Zeitverschiebung mit einem vorbestimmten
Schwellwert umfasst.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
als Schwellwert für die Schwellwertdiskriminierung ein Wert
von ¼ Chip eingestellt ist.
4. Mobilfunk-Empfangsgerät, in dem ein Verfahren nach einem
der vorangehenden Ansprüche implementiert ist.
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