DE19917334A1 - Channel estimation method for TD-CDMA mobile radio system - Google Patents
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Abstract
Description
In TDMA-basierten CDMA-Mobilfunksystemen (TDMA = Time Divi
sion Multiple Access, CDMA = Code Division Multiple Access)
wird zur Durchführung der Datenschätzung eine Kanalschätzung
benötigt. Die Kanalschätzung in den TDMA-basierten Systemen
beruht auf einer Trainingssequenz, die im allgemeinen als
Mittambel bezeichnet wird, wobei die Mittambel zwischen zwei
Datenblöcken angeordnet ist. Die Einheit aus Mittambel sowie
den beiden Datenblöcken wird als Burst bezeichnet. Dabei er
gibt sich aus Bernd Steiner: "Ein Beitrag zur Mobilfunkkanal
schätzung unter besonderer Berücksichtigung synchroner CDMA-
Mobilfunksysteme mit Joint Detection", Fortschrittsberichte
VDI, Reihe 10, Nr. 337, Düsseldorf: VDI-Verlag 1995, daß die
Länge Lm der Mittambel in TD-CDMA-Mobilfunksystemen, bedingt
durch den verwendeten Algorithmus zur Kanalschätzung, direkt
von der Anzahl der aktiven Teilnehmer K und der maximal
erwarteten Länge W der Kanalimpulsantwort durch die Näherung
In TDMA-based CDMA mobile radio systems (TDMA = Time Division Multiple Access, CDMA = Code Division Multiple Access) a channel estimate is required to carry out the data estimation. The channel estimation in the TDMA-based systems is based on a training sequence, which is generally referred to as the midamble, the midamble being arranged between two data blocks. The unit consisting of the midamble and the two data blocks is called a burst. He gives himself from Bernd Steiner: "A contribution to the mobile radio channel estimation with special consideration of synchronous CDMA mobile radio systems with joint detection", progress reports VDI, row 10, no. 337, Dusseldorf: VDI-Verlag 1995, that the length L m of the midamble in TD-CDMA mobile radio systems, due to the algorithm used for channel estimation, directly from the number of active subscribers K and the maximum expected length W of the channel impulse response due to the approximation
Lm ≈ W (K +1)
L m ≈ W (K +1)
bestimmt ist. Somit ist die Länge Lm der Mittambel ein be grenzender Faktor für die Anzahl der aktiven Teilnehmer, die im Uplink pro Burst vorhanden sein können. Falls Techniken wie "Voice Activity" oder adaptive Datenraten eingesetzt wer den sollen, ist es eventuell sogar erforderlich, mehr Teil nehmer zu unterstützen, als in der Regel pro Burst tatsäch lich aktiv sind, mit anderen Worten in die Kanalschätzung einzubeziehen.is determined. Thus, the length L m of the midamble is a limiting factor for the number of active participants that can be present in the uplink per burst. If techniques such as "voice activity" or adaptive data rates are to be used, it may even be necessary to support more participants than are actually active per burst, in other words, to include them in the channel estimation.
Werden ferner in der Basisstation intelligente Antennen, das heißt Antennen, die beispielsweise selektiv in Richtung des Mobilfunkteilnehmers wirken, eingesetzt, so werden im Down link ebenfalls teilnehmerspezifische Mittambeln benötigt, so daß auch hier die Mittambellänge ein begrenzender Faktor wird.Furthermore, intelligent antennas in the base station, the is called antennas, for example, selectively in the direction of Cellular subscriber act, are used in the down link also requires participant-specific midambles, see above that here too the midambell length is a limiting factor becomes.
Ferner ist es in TD-CDMA-Mobilfunksystemen mit einem Fre quenz-Reusefaktor von r = 1 eventuell erstrebenswert, Inter zell-Interferenzsignale aus Nachbarzellen in die Datenselek tion mit einzubeziehen. Dazu ist es notwendig, Kanäle zu den Nachbarstationen oder den Mobilstationen der Nachbarzellen mitzuschätzen.Furthermore, it is in TD-CDMA mobile radio systems with a Fre quenz-reuse factor of r = 1 possibly desirable, inter Cell interference signals from neighboring cells in the data selec tion to be included. For this it is necessary to connect to the channels Neighboring stations or the mobile stations of the neighboring cells to appreciate.
Dies ist aber nur dann möglich, wenn hinreichend lange Mitt ambeln zur Verfügung stehen. Folglich ergibt sich die unbe friedigende Situation, daß der verbleibende, für die Daten übertragung zur Verfügung stehende Anteil des Bursts desto geringer wird, je mehr Kanäle geschätzt werden müssen. Daher sollen einerseits viele Kanäle geschätzt werden, aber ande rerseits soll nur ein möglichst kleiner Anteil des Bursts für die Mittambel geopfert werden. Dieses Problem besteht prinzi piell nicht nur bei dem oben erwähnten Kanalschätzverfahren der oben genannten Veröffentlichung, sondern bei allen Schätzverfahren. Um ein hinreichend genaues Schätzergebnis erzielen zu können, ist daher eine Mindestanzahl von Meßwer ten von der empfangenen Mittambel erforderlich.But this is only possible if the Mitt is long enough are available. Hence the unrelated peaceful situation that the remaining, for the data transfer available portion of the burst the more decreases the more channels need to be estimated. Therefore Many channels should be estimated on the one hand, but others on the other hand, only as small a portion of the burst as possible should the midamble will be sacrificed. This problem is prince not only with the channel estimation method mentioned above the above publication, but all Estimation method. A sufficiently accurate estimate To be able to achieve is therefore a minimum number of measured values required from the received midamble.
Dieser Konflikt konnte bisher nicht zufriedenstellend gelöst werden. Vielmehr wurde bisher ein Kompromiß zwischen Mittam bellänge und dem zur Datenübertragung zur Verfügung stehenden Burstanteil gefunden. Üblicherweise ist die Mittambellänge so dimensioniert, daß mindestens so viele Kanäle geschätzt wer den können, wie CDMA-Codes in einer Zelle gleichzeitig detek tierbar sind. Die Anzahl gleichzeitig detektierbarer CDMA- Codes wird im wesentlichen durch den verwendeten Spreizfaktor und die Interzell-Interferenz bestimmt. Daher ist ein brauch barer Kompromiß zwischen Mittambellänge und der Anzahl schätzbarer Kanäle nur dann möglich, falls der Spreizfaktor nicht zu groß ist, mit anderen Worten, wenn sich relativ we nige Teilnehmer die Datenübertragungskapazität eines Bursts teilen. Dies bedingt eine für viele Anwendungen zu hohe mini male Datenrate und bietet wenig Spielraum zur Anwendung der oben erwähnten kapazitätssteigernden Maßnahmen wie Voice Activity, adaptive Datenraten, Antennendiversität und Elimi nation der Interzell-Interferenz.So far, this conflict has not been satisfactorily resolved become. Rather, there has been a compromise between Mittam length and the data transmission available Burst component found. Usually the midambell length is like this dimensioned that at least as many channels are estimated like CDMA codes in a cell can be detected at the same time are animal. The number of CDMA- Codes is essentially used by the spreading factor and determines the intercell interference. Therefore it is a custom compromise between mid-length and number estimable channels only possible if the spreading factor is not too big, in other words, if we are relatively few participants the data transmission capacity of a burst divide. This requires a mini that is too high for many applications male data rate and offers little scope for the application of the above-mentioned capacity-increasing measures such as voice Activity, adaptive data rates, antenna diversity and Elimi nation of intercell interference.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit der eine Schätzung ei ner erhöhten Kanalanzahl möglich ist, ohne daß der Anteil des Bursts für die Mittambel vergrößert wird.The invention is therefore based on the object of a method and to provide a device with which an estimate can be made ner increased number of channels is possible without the proportion of Bursts for the midamble is enlarged.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprü che 1 und 10 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.The task is characterized by the features of the independent claims che 1 and 10 solved. Preferred embodiments of the invention are the subject of the subclaims.
Als Kohärenzzeit TK wird der minimale zeitliche Abstand zwi schen zwei Kanalimpulsantworten definiert, innerhalb dem die Kanalimpulsantworten als unkorreliert betrachtet werden kön nen. Ferner gilt, daß die Kohärenzzeit TK umgekehrt propor tional zur Geschwindigkeit eines Teilnehmers ist.The minimum time interval between two channel impulse responses within which the channel impulse responses can be regarded as uncorrelated is defined as the coherence time T K. Furthermore, the coherence time T K is inversely proportional to the speed of a participant.
Sind nun die Kanalimpulsantworten aufeinanderfolgender Bursts
nahezu gleich, das heißt, der Zeitraum Tauf, in dem die auf
einanderfolgenden Datenbursts übertragen werden, ist wesent
lich kleiner als die oben definierte Kohärenzzeit TK, so wer
den zur Schätzung einer einzigen Kanalimpulsantwort die für
die Kanalschätzung verwendbaren Empfangswerte mehrerer Bursts
verwendet. Dabei erfüllen insbesondere Teilnehmer mit gerin
ger Geschwindigkeit die Bedingung
Now, the channel impulse responses of successive bursts almost the same, that is, the period T, in which the transfer consecutive data bursts is materiality Lich smaller than the above-defined coherence time T K, so who the estimation of a single channel impulse response for the channel estimation usable reception values of several bursts are used. Participants with low speed in particular meet the condition
Tauf « TK.T on «T K.
Vorzugsweise können innerhalb des Bursts kurz Mittambeln ge sendet werden, wobei die Kanalschätzung dann eine aktuelle Kanalimpulsantwort aus den von den Mittambeln herrührenden Empfangswerten e(x) mehrerer aufeinanderfolgender Bursts x ermittelt. Dabei müssen die Empfangswerte so vieler Bursts bei der Kanalschätzung berücksichtigt werden, daß die erfor derliche Qualität zur Kanalschätzung erreicht wird. Diese Vorgehensweise ist genau dann möglich, wenn die Kanalim pulsantworten innerhalb des Zeitraums, in dem die benötigten Empfangswerte e(x), x = 1. . .X empfangen werden, weitestge hend identisch sind, mit anderen Worten die Bedingung Tauf « TK erfüllt ist. Ferner kann die Mittambel um so kürzer sein, je geringer die Geschwindigkeit einer Mobilstation ist, da dadurch die Kohärenzzeit TK um so größer ist, und eine um so höhere Datenrate erreichbar ist.Midambles can preferably be briefly transmitted within the burst, the channel estimate then determining a current channel impulse response from the received values e (x) of several successive bursts x originating from the midambles. The received values of so many bursts must be taken into account in the channel estimation that the required quality for the channel estimation is achieved. This procedure is possible only if the channel impulse responses within the period in which the required reception values e (x), x = 1.. .X are received, are largely identical, in other words the condition T on «T K is fulfilled. Furthermore, the lower the speed of a mobile station, the shorter the midamble, since this increases the coherence time T K and the higher the data rate can be achieved.
Durch das Prinzip des stückweisen Sendens der Mittambel kann folglich die Teilnehmerzahl erhöht werden. Läßt man die Länge der Mittambel innerhalb der Bursts allerdings gleich und in terpretiert diese als Abschnitte einer langen Mittambel, so ist es möglich, wesentlich mehr Teilnehmer unterzubringen. Daher kann das Problem der normalerweise durch die Kanal schätzung hart begrenzten Teilnehmeranzahl in TD-CDMA-Mobil funksystemen als gelöst betrachtet werden.Due to the principle of sending the midamble piece by piece consequently the number of participants will be increased. If you leave the length the midamble within the bursts is the same and in interprets them as sections of a long midamble, so it is possible to accommodate significantly more participants. Therefore, the problem can usually be caused by the channel estimate hard limited number of subscribers in TD-CDMA-Mobil radio systems can be considered as solved.
Ferner müssen unter der Voraussetzung der Gültigkeit der Ab schätzung Tauf « TK innerhalb eines Bursts nicht zwangsläufig Mittambeln verwendet werden, sondern die Verwendung von Prä ambeln ist generell möglich. Vorteilhafterweise können Präam beln aufgrund ihrer Eigenschaft, daß sie nicht von der Inter ferenz vorhergehender Symbole gestört werden, kürzer als Mit tambeln gewählt werden, wodurch beispielsweise die Datenrate erhöht wird. Sind Präambel und Mittambel gleich lang, so er möglicht die Verwendung von Präambeln eine höhere Teilnehmer zahl.Furthermore, given the validity of the estimate T on «T K within a burst, it is not absolutely necessary to use middle ambles, but the use of preambles is generally possible. Advantageously, preambles due to their property that they are not disturbed by the interference of previous symbols can be chosen shorter than with tambeln, which increases the data rate, for example. If the preamble and the midamble are of the same length, then the use of preambles enables a higher number of participants.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben.Preferred embodiments of the invention are as follows described with reference to the drawings.
Fig. 1 zeigt das Aufteilen einer Mittambel in mehrere kür zere Mittambeln, und Fig. 1 shows the division of a midamble into several shorter midambles, and
Fig. 2 zeigt die Verwendung periodischer Mittambel-Codes. Fig. 2 shows the use of periodic midamble codes.
Fig. 1 zeigt das Aufteilen einer Mittambel m in mehrere Mitt ambeln m(x), wobei x von 1 bis X läuft. Durch das abschnitts weise Senden der Mittambel m in aufeinanderfolgenden Bursts wird die Mittambel eines Bursts verkürzt, so daß die Anzahl der schätzbaren Kanäle aufgrund der kurzen Mittambeln erhöht wird. Fig. 1 shows the division of a Mittambel m into several Mitt ambeln m (x), where x runs from 1 to X. By transmitting the midamble m in sections in successive bursts, the midamble of a burst is shortened, so that the number of channels that can be estimated is increased due to the short midamble.
Die Mittambel m besteht im hier beispielhaft beschriebenen
Fall aus X = 5 Blöcken der Länge W. Das nur von der noch
nicht aufgeteilten Mittambel m herrührende Empfangssignal be
rechnet sich für einen beliebigen Teilnehmer k zu
The midamble m in the case described here by way of example consists of X = 5 blocks of length W. The received signal originating only from the not yet divided midamble m is calculated for any subscriber k
Das gesamte, von den Mittambeln der Teilnehmer herrührende
Empfangssignal ergibt sich durch die Überlagerung der Signale
der K Teilnehmer zu
The total received signal originating from the middle tones of the participants results from the superimposition of the signals of the K participants
Ferner ist die Empfangsfolge e m um W Elemente kürzer als die Mittambel, da Empfangswerte mit Interferenz aus den Daten blöcken nicht zur Kanalschätzung verwendet werden können.Furthermore, the reception sequence e m is shorter by W elements than the midamble, since reception values with interference from the data blocks cannot be used for channel estimation.
Damit zur Kanalschätzung nach Aufteilen der Mittambel auf mehrere Bursts derselbe Algorithmus eingesetzt werden kann wie bisher, der auf der Empfangsfolge e m der Länge KW ba siert, muß durch die abschnittsweise Übertragung der Mittam bel ebenfalls das Signal e m entstehen. In dem Beispiel der Fig. 1 setzt sich das Signal e m aus vier Untersignalen e m = [e m(1). . .e m(4)] zusammen, wenn die Mittambel m auf X = 4 Bursts verteilt wird. Dabei resultieren die Empfangs werte von e m(1) aus der Sendefolge des Mittambelteils m(1) und, da die Kanalimpulsantwort die Länge W hat, aus den W - 1 vorherigen Abtastwerten aus dem Block m(0). Die Empfangswerte von e m(2) resultieren aus der Sendefolge m(2) und, da die Ka nalimpulsantwort die Länge W hat, aus den W - 1 vorherigen Abtastwerten aus dem Block m(1). Analoges gilt für die Emp fangswerte e m(3) und e m(4).So that the same algorithm can be used for channel estimation after splitting the midamble over several bursts as before, which is based on the reception sequence e m of length KW, the signal e m must also be generated by the transmission of the midamble in sections. In the example in FIG. 1, the signal e m is composed of four sub-signals e m = [ e m (1). . . e m (4)] together if the midamble m is distributed over X = 4 bursts. The received values of e m (1) result from the transmission sequence of the midamble part m (1) and, since the channel impulse response has the length W, from the W-1 previous samples from the block m (0). The received values of e m (2) result from the transmission sequence m (2) and, since the channel impulse response has the length W, from the W-1 previous samples from block m (1). The same applies to the reception values e m (3) and e m (4).
Nach der Übertragung der vier Bursts, wie dies in Fig. 1 dar gestellt ist, kann aus den vier Empfangsfolgen das identische Signal e m = [e m(1). . .e m(4)] zusammengesetzt werden, wenn die Kanalimpulsantwort konstant ist. Die Kanalschätzung kann aufwandsgünstig nach einem in dem oben genannten Artikel ge schilderten Verfahren erfolgen.After the transmission of the four bursts, as shown in FIG. 1, the identical signal e m = [ e m (1) can be obtained from the four reception sequences. . . e m (4)] can be composed if the channel impulse response is constant. The channel estimation can be carried out in a cost-effective manner according to a method described in the above-mentioned article.
Die Schätzung der Kanalimpulsantwort kann im eingeschwungenen Zustand nach dem Empfang eines jeden Bursts und damit eines jeden Teilstücks e m(x) durchgeführt werden, wenn zum Beispiel ein zeitlich älteres e m(1) durch ein gerade empfangenes gleichlautendes Teilstück ersetzt wird. Daher wird das Ergeb nis der Kanalschätzung dem sich langsam ändernden Kanal adap tiv nachgeführt.The estimation of the channel impulse response can be carried out in the steady state after the reception of each burst and thus of each section e m (x), if, for example, an older e m (1) is replaced by a just received section of the same name. The result of the channel estimation is therefore adaptively tracked to the slowly changing channel.
Fig. 2 zeigt, wie Blöcke der Mittambel aus einem in der oben
genannten Veröffentlichung beschriebenen periodischen Mittam
belgrundcode hervorgehen. Wenn die unterstützte Teilnehmeran
zahl K ein Vielfaches der Anzahl X der Bursts ist, auf die
die Mittambel aufgeteilt wird, so äußert sich die Mittambel
aufteilung am Kanalschätzer als zyklisches Vertauschen der
von den Teilnehmern verwendeten Mittambeln. Es kann also bei
jedem Burst exakt der gleiche Kanalschätzer verwendet werden,
der jeweils die Mittambelempfangssignale der letzten X Bursts
verwendet. Der Schätzwert h der Kanalimpulsantworten ergibt
sich mit der konstanten, rechtszirkulanten, nur von den ver
wendeten Mittambelcodes abhängigen Matrix G -1 zu
Fig. 2 shows how blocks of the midamble emerge from a periodic midamble code described in the above publication. If the supported subscriber number K is a multiple of the number X of bursts to which the midamble is divided, the midamble distribution at the channel estimator manifests itself as a cyclical interchanging of the midambles used by the subscribers. Exactly the same channel estimator can be used for each burst, which uses the midamble reception signals of the last X bursts. The estimated value h of the channel impulse responses results from the constant, right-circulating matrix G -1 , which is dependent only on the midamble codes used
h = G -1 e m (3) h = G -1 e m (3)
Da pro Burst nur ein Teil der Empfangsfolge e m neu gewonnen wird, ist es nicht unbedingt erforderlich, bei jedem Burst eine vollständige Kanalschätzung durchzuführen. Da es sich um einen linearen Schätzalgorithmus handelt, kann man statt des sen aus der Differenz zwischen alter und neuer Empfangsfolge e m direkt die Differenz zwischen alter und neuer Schätzung der Kanalimpulsantwort bestimmen und das Schätzergebnis h ak tualisieren.Since only a part of the reception sequence e m is newly acquired per burst, it is not absolutely necessary to carry out a complete channel estimation for each burst. Since this is a linear estimation algorithm, one can instead of sen from the difference between old and new reception sequence e m directly the difference between old and new estimation of the channel impulse response and determine the estimation result h tualisieren ak.
Im Beispiel der Fig. 2 ist X = K = 4. Der periodische Grund code PGC ist in vier Bestandteile unterteilt, beginnend je weils mit m 1, m W+1, m 2W+1, sowie m 3W+1. Dabei endet der peri odische Grundcode PGC mit dem Zeichen m KW. Zwischen den Teil nehmern T1, T2, T3 und T4 ist der genannte Grundcode PGC je weils immer periodisch um einen Block verschoben, wobei in der Mittambel M1 der Teilnehmers T1 die Bestandteile m 1 sowie m W+1 sendet, während der Teilnehmer T2 die Bestandteile m W+1 und m 2W+1, der Teilnehmer T3 die Bestandteile m 2W+1 und m 3W+1 sowie der Teilnehmer T4 die Bestandteile m 2W+1 und m 1 in die ser Reihenfolge sendet. Entsprechend werden in den Mittambeln M2 bis M4 die in Fig. 2 jeweils darüber angeordneten 8 Be standteile des periodischen Grundcodes PGC gesendet. Dabei wird Mittambel M1 im ersten Burst B1 gesendet, während die Mittambeln M2 bis M4 in den entsprechenden nachfolgenden zweiten bis vierten Bursts gesendet werden. In Fig. 2 ist im Teilbild rechts unten die Bestandteile der ersten im ersten Burst B1 gesendeten Mittambel M1 dargestellt.In the example in FIG. 2, X = K = 4. The periodic basic code PGC is divided into four components, each beginning with m 1 , m W + 1 , m 2W + 1 , and m 3W + 1 . The periodic basic code PGC ends with the character m KW . Between the participants T1, T2, T3 and T4, the said basic code PGC is always periodically shifted by one block, with the participant T1 sending the components m 1 and m W + 1 in the midamble M1, while the participant T2 is the components m W + 1 and m 2W + 1 , the subscriber T3 sends the components m 2W + 1 and m 3W + 1 and the subscriber T4 the components m 2W + 1 and m 1 in this order. Correspondingly, the 8 components of the periodic basic code PGC which are arranged above it in FIG. 2 are sent in the middle messages M2 to M4. The midamble M1 is sent in the first burst B1, while the midambles M2 to M4 are sent in the corresponding subsequent second to fourth bursts. In FIG. 2, the components of the first midamble sent in the first burst B1 M1 is in the partial image shown to the right below.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8131 | Rejection |