CH695473A5 - Verfahren zum Untersuchen eines Funkkanals. - Google Patents

Description

  [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Untersuchen eines sich zwischen einem Sender und einem Empfänger befindenden Funkkanals, wobei vom Sender ein periodisches Testsignal ausgesendet wird, das einer Mehrwegeausbreitung unterliegt und dabei in eine Vielzahl von pfadgewichteten Testeinzelsignalen aufgeteilt wird und das aus einer Vielzahl von Blöcken mit einer Blockdauer besteht, die mindestens so gross wie die längste Laufzeit aller< zu berücksichtigenden, pfadgewichteten Testeinzelsignale ist.

   Hierbei werden am Empfänger an mehreren Einzelantennen einer Empfangsantennenanordnung die überlagerten pfadgewichteten Testeinzelsignale jeweils als Mess-Signal eines Messkanals empfangen und diese Mess-Signale werden den Eingängen eines Multiplexers zugeführt, bei dem jeder seiner Eingänge mindestens eine Blockdauer lang an seinen Ausgang durchgeschaltet wird, von dem aus die gemultiplexten Mess-Signale einer Signal- und Datenverarbeitungseinrichtung zugeführt werden, welche die gemultiplexten Mess-Signale eines Messdatensatzes in örtlich komplexe Impulsantworten überführt und daraus als Ergebnis eine richtungsaufgelöste komplexe, die Eigenschaften des Funkkanals widerspiegelnde Impulsantwort berechnet.

   Ferner bestimmt die Signal- und Datenverarbeitungseinrichtung dazu bei der Verarbeitung der örtlich komplexen Impulsantworten mit Hilfe eines Richtungsschätzalgorithmus, insbesondere eines auf einem Maximum Likelihood-Verfahren basierenden ESPRIT-Algorithmus, die Einfallsrichtungen und komplexen Amplitudenwerte, d.h. die Anzahl der Reflexionen, deren Verzögerung, Leistung und Phase, für jede ermittelte Einfallsrichtung zu jedem Abtastzeitpunkt des Funkkanals nach Art eines Schnappschusses.

[0002] In einem der Kommunikation dienenden Funkkanal, insbesondere in einem Mobilfunkkanal, entstehen Mehrwegeausbreitungen des vom Sender der Funkstrecke ausgestrahlten Signals, die sich infolge der Ausbreitung dieses Signals auf unterschiedlichen Wegen ergeben, wobei es zu Reflexionen, Abschattungen, Streuungen und Dopplerverschiebungen dieses Signals kommt.

   Am Empfänger der Funkstrecke wird dann eine Vielzahl von pfadgewichteten Signalen empfangen, die sich auf den verschiedensten Wegen ausgebreitet haben und überlagern.

[0003] Zur Weiterentwicklung und Optimierung von Mobilfunksystemen werden statistisch relevante Kanalmodelle benötigt, welche das Verhalten eines Funkkanals wirklichkeitsgetreu beschreiben. Zu diesem Zweck müssen die komplexen Eigenschaften des von den jeweiligen örtlichen Bedingungen abhängigen Kanalmodells möglichst vollständig erfasst und beschrieben werden.

   Zur Vermessung eines realen Funkkanals wird gewöhnlich eine breitbandige Messung der komplexen Übertragungsfünktion des jeweiligen zeitvarianten Funkkanals bewerkstelligt, wobei als Mess-System ein sogenannter Channel-Sounder eingesetzt wird, der sendeseitig ein Testsignal abstrahlt, dessen örtliche, komplexe Impulsantwort am Ende des Funkkanals empfangen und ausgewertet wird.

[0004] Bei der Satellitennavigation beispielsweise kommt es in den Empfängern zu Fehlern in der Positionsbestimmung durch Reflexionen des vom Satelliten ausgesendeten Funksignals an Objekten, z.B. an Gebäuden, im Ausbreitungskanal. Diese Reflexionen erreichen den Empfänger verzögert zum direkten LOS(Line of Sight)-Signal. Entscheidend für den Positionsbestimmungsfehler sind die Leistung, die Verzögerung (Delay) und die Modulation der Reflexionen.

   Vor allem statische Reflexionen mit einer Verzögerung, die kleiner als die Dauer eines Chips des verwendeten Spreizcodes ist, können heute bei Satellitennavigationsempfängern nicht eliminiert werden. Sie überlagern das direkte Signal und führen zu einer fehlerhaften Laufzeitmessung der Satellitensignale. Beim bekannten, vielfach benutzten GPS (Global Positioning System) können diese Fehler einige 10 Meter betragen. Die notwendige Auflösung zur Charakterisierung des Kanals liegt in Verzögerungsrichtung im Bereich von Nanosekunden (ns).

[0005] Um derartige Mehrwege-Funkkanäle exakt beschreiben zu können, sind viele Messungen durchzuführen, in deren Verlauf ländliche und städtische Kanäle für Fussgänger und Kraftfahrzeuge gemessen werden.

   Dies trifft nicht nur auf die Satellitennavigation zu, sondern auch auf andere, auf einer Synchronisation basierende Systeme und darüber hinaus auch auf alle von Mehrwegeproblemen betroffenen Funkkommunikationssysteme zu. Vor allem bei zukünftigen Breitbandsystemen ist die genaue Beschreibung des Funkkanals notwendig.

[0006] Aus DE 19 741 991 C1 ist ein Channel-Sounder-Mess-System der Firma MEDAV Digitale Signalverarbeitung GmbH, Uttenreuth, DE bekannt, von dem bei der Erfindung ausgegangen worden ist. Hierbei wird ein festgelegtes Verfahren zum Bestimmen einer richtungsaufgelösten komplexen Impulsantwort eines Funkkanals angewendet, das sich aus einer Reihe von Schritten zusammensetzt.

   Zuerst wird am einen Ende einer Funkübertragungsstrecke von einer Sendeantenne ein Testsignal abgegeben, das nachfolgend einer Mehrwegeausbreitung unterliegt und dabei in eine Vielzahl von pfadgewichteten Testsignalen aufgeteilt wird, die gemeinsam die richtungsaufgelöste komplexe Impulsantwort darstellen, und das aus einer Vielzahl von aneinandergereihten äquidistanten Blöcken mit einer Blocklänge besteht, die zumindest so gross wie die längste Laufzeit aller zu berücksichtigender pfadgewichteter Testsignale ist.

[0007] An einer räumlichen Antennenanordnung mit mehreren jeweils eine Empfangsantenne umfassenden Messkanälen werden die überlagerten pfadgewichteten Testsignale am anderen Ende der Funkübertragungsstrecke empfangen, wobei jede Empfangsantenne ein Mess-Signal abgibt, das dann an jeweils einen Eingang eines Multiplexers geleitet wird.

   Der Multiplexer wird über eine Steuereinheit zum zyklischen Umschalten zwischen den Eingängen angesteuert, wobei jeder Eingang mindestens für die Dauer einer Blocklänge an den Ausgang des Multiplexers durchgeschaltet wird.

[0008] Es wird dann ein Messdatensatz gebildet, der jeweils einen Block aus jedem der Mess-Signale enthält. Es werden dann zyklisch weitere Messdatensätze gebildet, wobei die Zeit zwischen dem aufeinanderfolgenden Abtasten desselben Messkanals so gewählt ist, dass einerseits das Abtasttheorem bezüglich der Dopplerbandbreite des Funkkanals für jeden Messkanal erfüllt ist und andererseits für jeden Messdatensatz alle Messkanäle abgetastet werden können.

[0009] Danach werden durch Interpolation die Werte der örtlichen komplexen Impulsantworten aller Messkanäle zu einem gemeinsamen Zeitpunkt bestimmt.

   Schliesslich wird aus den interpolierten Werten die richtungsaufgelöste komplexe Impulsantwort berechnet, die Auskunft über die Charakteristiken des untersuchten Funkkanals gibt. Aus den örtlichen komplexen Impulsantworten werden mit Hilfe eines Richtungsschätzalgorithmus die Einfallsrichtungen und mit Hilfe dieser durch einen Strahlbilder (Beamformer) die komplexen Amplituden ermittelt.

[0010] Als Richtungsschätzalgorithmus kann hierbei vorzugsweise ein sogenannter ESPRIT-Algorithmus verwendet werden, der wohlbekannt ist und beispielsweise in dem Artikel von Roy Kailath:

   "ESPRIT - Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques" in IEEE Transactions on Acoustics, Speech and Signal Processing, Vol. 37, No. 7, 07.07.1989 beschrieben wird.

[0011] Damit sich eine hohe Auflösung in Verzögerungsrichtung ergibt, ist eine möglichst hohe Messbandbreite erforderlich, und für die Bestimmung von Dopplerverschiebungen und Dopplerbandbreiten wird eine hohe Abtastrate benötigt. Die Messdaten bilden sich nun auf diesem Abtastratenraster ab. Mit der zum Channel-Sounder gehörenden Software lassen sich dann Verzögerungs- und Doppler-Spektren aus den Messdaten berechnen.

   Es ist jedoch nicht möglich einzelne Reflexionen zu isolieren und deren Charakteristiken unabhängig darzustellen.

[0012] Mit dem bekannten Messverfahren können Reflexionen bei statischen Messungen nur näherungsweise, bei dynamischen Messungen nur sehr eingeschränkt analysiert werden. Insbesondere über die Häufigkeiten von Echos, die Dauer von Echos, "Geburten-" bzw.

   "Sterberaten", die Anzahl von Reflexionen, mittlere Leistungen und Verzögerungen, Variationen von Leistung und Verzögerung können keine statistischen Aussagen getroffen werden.

[0013] Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zu Grunde, das bekannte Funkkanal-Untersuchungsverfahren so weiterzubilden, dass es möglich wird, einzelne Reflexionen in den Messdaten zu isolieren und deren Charakteristik unabhängig darzustellen, vor allem auch bei dynamischen Kanalmessungen, überdies soll es ermöglicht werden, statistische Aussagen über eine Vielfalt von Eigenschaften des gemessenen Kanals zu machen, was bislang nicht möglich war, aber zur Modellierung des Satellitennavigationskanals, zum Entwurf von Navigationssystemen und zur Erarbeitung von Lösungen notwendig ist, um den Fehlereinfluss durch Reflexionen in Zukunft weiter zu vermindern.

   Analog zum Einsatz bei diesen speziellen Satellitennavigationssystemen und anderen auf Synchronisation basierenden Funksystemen soll das durch die Erfindung zu schaffende Verfahren auch auf Messdaten anderer Mehrwegekanäle, wie sie in der Funkkommunikation und insbesondere beim Mobilfunk auftreten, anwendbar sein.

   Vor allem bei zukünftigen Breitbandsystemen ist eine genauere Beschreibung des Kanals notwendig.

[0014] Gemäss der Erfindung, die sich auf ein Verfahren zum Untersuchen eines Funkkanals der eingangs genannten Art bezieht, wird diese Aufgabe in definierter Weise dadurch gelöst, dass das Ergebnis dieser Berechnung zur Rausch- und Mehrdeutikeitsunterdrückung bandbegrenzt und sowohl in Zeit- als auch in Verzögerungsrichtung gefiltert wird, dass dann mittels eines vierdimensionalen "Minimum Distance Search"-Algorithmus in Zeit-, Verzögerungs-, Leistungs- und Bewegungsrichtung Ketten von Reflexionen detektiert und anschliessend durch Polynome approximiert werden, so dass das Ergebnis eine Information über den Verzögerungsverlauf jeder Reflexion im Beobachtungszeitraum sowie über deren Beginn und Ende ist,

   und dass mit Hilfe dieser Informationen durch Interpolation der Messdaten der Signalverlauf und das Spektrum für jede einzelne Reflexion aus den Messdaten extrahiert werden.

[0015] Nachdem die Messdaten in bekannter Weise zuerst mit dem in der Channel-Sounder-Software verfügbaren "Super Resolution Algorithmus" ESPRIT, der auf einem "Maximum Likelihood"-Verfahren beruht, postprozessiert worden ist, dessen Ergebnis eine Schätzung der Anzahl der Reflexionen, deren Verzögerung, Leistung und Phase zu jedem Abtastzeitpunkt (Schnappschuss) des Kanals ist, wird das Ergebnis dieser Berechnung gemäss der Erfindung nun bandbegrenzt und sowohl in Zeit- als auch Verzögerungsrichtung gefiltert, um Rauschen im ESPRIT-Ergebnis zu unterdrücken.

[0016] Mittels des vierdimensionalen "Minimum Distance Search"-Algorithmus, der in Zeit-, Verzögerungs-, Leistungs- und Bewegungsrichtung wirkt,

   werden dann Ketten von Reflexionen detektiert und anschliessend durch Polynome.approximiert. Das Ergebnis ist eine sehr genaue Ermittlung des Verzögerungsverlaufes der Reflexion im Beobachtungszeitraum sowie die Bestimmung von deren Beginn und Ende. Mit diesen Informationen können anschliessend aus dem Messdatenraster durch Interpolation der Signalverlauf und das Spektrum für jede einzelne Reflexion im gemessenen Kanal berechnet werden.

[0017] Auf Grund der Informationen über den Verzögerungsverlauf jeder Reflexion sowie über deren Beginn und Ende können in vorteilhafter Weise statistische Aussagen insbesondere über Häufigkeiten von Reflexionen, Dauer der Reflexionen, "Geburten-" bzw. "Sterberaten", Anzahl von Reflexionen, mittlere Leistungen und Verzögerungen,< Variationen von Leistung und Verzögerung der Reflexionen getroffen werden.

   Damit ist man auch in der Lage, den Funkkanal sehr genau zu beschreiben und zu modellieren.

[0018] Was die Detektion von einzelnen Reflexionen in den Messdaten betrifft, so konnten bisher nur für statische Messungen, d.h. für zeitlich konstante Verzögerungsverläufe die Charakteristiken von Reflexionen bestimmt werden. Für diesen Fall ist der Verzögerungsverlauf von Reflexionen konstant. Durch Auswahl eines Verzögerungsbereiches in den Messdaten lassen sich diese Reflexionen isolieren und untersuchen.

   Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht es, für den statischen und dynamischen Fall jede einzelne Reflexion mit ihren Kenndaten, also Verzögerung, Leistung und Phase, aus den Messdaten zu extrahieren.

[0019] Was die Analyse von Reflexionen mit zeitlich veränderlichem Verzögerungsverlauf anbelangt, so kann erst durch die erfindungsgemässe Detektion des Verzögerungsverlaufes und von Beginn bzw. Ende der Reflexionen jede einzelne Reflexion für sich genau analysiert werden. Bisher konnten vor allem bei dynamischen Messungen nur Aussagen über Bereiche des Funkkanals gemacht werden, zu dem in typischer Weise mehrere Reflexionen Beiträge liefern.

[0020] Was die statistische Auswertung betrifft, so wird es erst durch die erfindungsgemässe Detektion der einzelnen Reflexionen möglich, statistische Aussagen über Häufigkeiten von Echos, deren Dauer, "Geburten-" bzw.

   Sterberaten, Anzahl von Reflexionen, mittlere Leistungen und Verzögerungen, Variationen von Leistung und Verzögerung und vieles mehr zu machen. Bisher war dies nicht möglich.

[0021] Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens zum Untersuchen eines Funkkanals gemäss der Erfindung sind in den unmittelbar oder mittelbar auf den Patentanspruch 1 rückbezogenen Ansprüchen angegeben.

[0022] Anhand von Diagrammen, die sich aus im Rahmen einer Mehrwegekanalmessung entstandenen Messergebnissen ergaben, wird nachfolgend das Verfahren zum Untersuchen von Funkkanälen nach der Erfindung erläutert. Es zeigen: 
<tb>Fig. 1 <sep>einen Diagrammausschnitt eines Impulsantwort-Messergebnisses einer gebräuchlichen Mehrwegekanalmessung, bei der von einem simulierten Satelliten ein Testsignal zu einem Nutzer in dicht bebautem, städtischen Gebiet ausgesendet wurde,


  <tb>Fig. 2 <sep>in einem Diagramm das Ergebnis nach der bekannten "Super Resolution"-Prozessierung mit dem ESPRIT-Algorithmus,


  <tb>Fig. 3 <sep>in einem Diagramm das Ergebnis nach der bekannten "Super Resolution"-Prozessierung ESPRIT eines Schnappschusses,


  <tb>Fig. 4 <sep>in einem Diagrammausschnitt von Fig. 2 das Messergebnis nach der bekannten "Super Resolution"-Prozessierung mit Durchführung des ESPRIT-Schätzalgorithmus,


  <tb>Fig. 5 <sep>in einem Diagramm, das dem Ausschnitt von Fig. 4 entspricht, das Messergebnis nach der bekannten "Super Resolution"-Prozessierung unter Durchführung des ESPRIT-Sehätzalgorithmus und nach der zum erfindungsgemässen Verfahren gehörenden Filterung,


  <tb>Fig. 6 <sep>in einem Diagramm das Ergebnis einer Reflexionsdetektion unter Anwendung Suche in Schnappschussrichtung vorwärts sowie rückwärts für die ersten 50 Sekunden einer Messfahrt,


  <tb>Fig. 7 <sep>in einem Diagramm das Ergebnis nach Approximierung der Reflexionsketten durch Polynome, die den Verzögerungsverlauf widerspiegeln, und


  <tb>Fig. 8 <sep>in einem Diagramm, das dem Ausschnitt von Fig. 4 und Fig. 5 entspricht, die gemäss dem Verfahren nach der Erfindung detektierten Reflexionen gemeinsam mit dem ESPRIT-Ergebnis. 

[0023] In Fig. 1 ist in Diagrammform beispielhaft ein Ausschnitt eines Messergebnisses der Mehrwegekanalmessung dargestellt. In diesem Beispiel wurde ein Testsignal von einem simulierten Satelliten zu einem Nutzer in dicht bebaumten städtischen Gebiet gesendet. Auf der Abszisse des Diagramm-Koordinatensystems ist die absolute Verzögerung, d.h. die Signallaufzeit in ns aufgetragen. Die Ordinate zeigt den Fortlauf der Messung in den ersten 50 Sekunden. Alle 10 ms wurde ein impulsähnliches Testsignal ausgesandt, also ein Schnappschuss des Kanals aufgenommen.

[0024] Das dabei gemessene Signal stellt also die Impulsantwort des Kanals auf das Testsignal dar.

   Das direkte Signal wird zuerst empfangen, nämlich nach ca. 5200 ns zu Beginn der Messung, gefolt von Reflexionen. Die empfangene Signalenergie ist entsprechend dem rechten, senkrechten Balken codiert in dB dargestellt, wobei die in reiner Grautönung graduierte Codierung von etwa -70 dB bis -25 dB reicht und die mit Punkten versehene Grautönung den Bereich von etwa -25 dB bis 0 dB abdeckt.

[0025] Fig. 2 zeigt das Ergebnis der Messung im Anschluss an eine bekannte "Super Resolution"-Prozessierung mit dem ESPRIT-Algorithmus. Deutlich sind nun einzelne Reflexionen voneinander zu unterscheiden.

   Zu beachten ist, dass hier in Fig. 2 auf der Abszisse bereits die eigentlich interessierende zusätzliche Verzögerung aufgetragen ist, also diejenige Verzögerung, die über die Verzögerung des sich direkt ausbreitenden Signal (LOS-Signal) hinausgeht, welches hier die Nulllinie abbildet.

[0026] In Fig. 3 ist im Detail in einem Zeitablaufdiagramm die am Empfänger ankommende Leistung eines Testsignals in dB in Abhängigkeit von der Verzögerung in Micros für einen einzelnen Schnappschuss dargestellt. Die mit einem Pluszeichen markierten Werte sind die gemessenen Abtastwerte ak, deren Abtastrate genau dem Reziprokwert der Messbandbreite B = 100 MHz entspricht.

   Durch Interpolation der Abtastwerte erhält man den komplexen Verlauf des empfangenen Signals s(t), der in Fig. 3 in Form einer durchgezogenen Kurve dargestellt ist:
 <EMI ID=2.0> 

[0027] Hierin ist tau  die zusätzliche Verzögerung der betreffenden Reflexion des Testsignals, also diejenige Verzögerung, die zur Verzögerung t des sich direkt ausbreitenden Signals (LOS-Signal) hinzukommt.

[0028] Das Ergebnis der "Super Resolution"-Prozessierung ist in Fig. 3 durch die kleinen Kreise dargestellt und liefert diskrete Reflexionen mit Verzögerung, Leistung und Phase. Es ist anzumerken, dass es sich hierbei um ein Modell handelt, welches die Messdaten im Sinne einer Maximum Likelihood-Methode bestmöglich approximiert.

   Die Phasenschätzung z.B. ist aber für die Berechnung eines Spektrums viel zu ungenau.

[0029] Da in der Messung Rauschen vorhanden ist und da der verwendete ESPRIT-Algorithmus ein Schätzverfahren darstellt, ist natürlich auch in dem Ergebnis der Super Resolution-Prozessierung Rauschen vorhanden. Dies bedeutet, dass selbst im statischen Fall das ESPRIT-Ergebnis variiert. Die geschätzten Verzögerungen können um einige ns variieren; auch die Leistung variiert um einige dB und manchmal wird ein einzelnes Echo im mathematischen Sinn durch zwei Reflexionen "genauer" approximiert. Um die eigentliche Reflexionsdetektion zu erleichtern, wird nach der Erfindung im ersten Schritt eine Filterung zur Eliminierung von Mehrdeutigkeiten vorgenommen.

   Als Methode zur Filterung wurde eine zweidimensionale Mittelwertbildung in einem elliptischen Ausschnitt, also sowohl in Schnappschuss- als auch in Verzögerungsrichtung implementiert, wie die in Fig. 4 und Fig. 5 dargestellten Diagramm-Detailansichten verdeutlichen sollen, wobei Fig. 4 die ungefilterte, mit dem ESPRIT-Algorithmus behandelte Impulsantwort zeigt und Fig. 5 die gefilterte, mit dem ESPRIT-Algorithmus behandelte Impulsantwort.

[0030] Im nächsten Schritt des Verfahrens nach der Erfindung werden diese Daten mit Hilfe einer Art "Minimum Distance Search"-Algorithmus prozessiert, welcher die eigentliche Reflexionsdetektion darstellt.

   Diese Detektion wurde wie folgt implementiert: 
 Ausgehend von lokalen Leistungsmaxima, welche die jeweils aktuellen Ausgangspunkte bilden, wird jeweils eine Suche in Schnappschussrichtung vorwärts sowie rückwärts durchgeführt. 
 Für alle Reflexionen in einem Abschnitt um den aktuellen Punkt wird nun eine "Distanz" aus den gewichteten Abweichungen von Verzögerung, Ableitung der Verzögerung, Leistung und Zeit (Schnappschussrichtung) berechnet. 
 Jener Punkt mit der niedrigsten Distanz wird nun an die aktuelle Reflexionskette angeknüpft. 
 Eine obere Schranke für diese Distanz führt zum Abbruch der Suche und somit zum Ende bzw.

   Beginn einer Reflexionskette.

[0031] In Fig. 6 ist das Ergebnis dieser Suche wieder für die ersten 50 Sekunden der Messfahrt, d.h. für 5000 Schnappschüsse im jeweiligen Abstand von 10 ms, dargestellt, wobei wie in Fig. 2 und in Fig. 3 bis 5 auf der Abszisse die eigentlich interessierende, zusätzliche Verzögerung aufgetragen ist, also diejenige Verzögerung, die über die Verzögerung des sich direkt ausbreitenden Signals (LOS-Signal) hinausgeht, welches die Nulllinie abbildet.

[0032] Diese Reflexionsketten werden gemäss einem weiteren Schritt des Verfahrens nach der Erfindung nun durch Polynome approximiert, die den Verzögerungsverlauf der einzelnen Echos widerspiegeln. Das Diagramm, das sich nach Bewerkstelligung dieses Verfahrensschrittes im gemessenen Beispiel ergeben hat, ist in Fig. 7 dargestellt.

   Der Polynomgrad wird dabei für jede Reflexion unterschiedlich so weit erhöht, bis der mittlere quadratische Fehler (MSE; Mean Square Error) unter einer bestimmten Schranke liegt.

[0033] In Fig. 8 sind in einer Detailansicht die detektierten Reflexionen nun gemeinsam mit dem ESPRIT-Ergebnis dargestellt, um die Leistungsfähigkeit des Verfahrens nach der Erfindung in Verbindung mit dem vierstufigen "Minimum Distance Search"-Prozessierungsalgorithmus zur Detektion zu demonstrieren.

[0034] Mit Hilfe des Verzögerungsverlaufs der einzelnen Reflexionen (Echos) lässt sich nun durch Interpolation der Messdaten das Signal jeder einzelnen Reflexion aus den Messdaten extrahieren. Man ist damit in der Lage, sehr genau den Verlauf der Signalenergie und das Doppler-Spektrum der so detektierten Reflexionen einzeln zu bestimmen.

   Vor allem können auch insbesondere über Häufigkeiten von Echos, deren Dauer, "Geburten"- bzw. "Sterberaten", die Anzahl von Reflexionen, mittlere Leistungen und Verzögerungen, Variationen von Leistung und Verzögerung und viel mehr statistische Aussagen getroffen werden.

[0035] Damit ist man aber auch in der Lage, den vermessenen Kanal zu beschreiben und zu modellieren. Für in Zukunft immer breitbandigere Kommunikations- bzw. Navigationssysteme ist es notwendig, den Funkübertragungskanal mit sehr hoher Genauigkeit zu kennen. Das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht es, einzelne Reflexionen zu extrahieren und zu analysieren, was die genaueste Art der Charakterisierung eines Kanals darstellt.

   Dies ist nicht nur für Simulationszwecke zum Entwurf von Signalen, sondern auch zur Verbesserung von Empfängerstrukturen unumgänglich.

[0036] Das aus DE 19 741 991 C1 bekannte Verfahren der Firma MEDAV zum Bestimmen einer richtungsaufgelösten komplexen Impulsantwort eines Funkkanals ist mit seiner Software nur in der Lage, Dopplerspektren für diskrete konstante absolute Verzögerungen zu berechnen. Dies bedeutet aber, dass nur für Reflexionen mit konstanter absoluter Verzögerung auf diese Weise das Spektrum und der Signalverlauf näherungsweise bestimmt werden können. Solch eine Situation ist allerdings nur bei statischen Messungen gegeben, bei denen sich weder Sender noch Empfänger und auch die potentiellen Reflektoren nicht bewegen.

Claims (5)

1. Verfahren zum Untersuchen eines sich zwischen einem Sender und einem Empfänger befindenden Funkkanals, wobei vom Sender ein periodisches Testsignal ausgesendet wird, das einer Mehrwegeausbreitung unterliegt und dabei in eine Vielzahl von pfadgewichteten Testeinzelsignalen aufgeteilt wird und das aus einer Vielzahl von Blöcken mit einer Blockdauer besteht, die mindestens so gross wie die längste Laufzeit aller zu berücksichtigenden, pfadgewichteten Testeinzelsignale ist, wobei am Empfänger an mehreren Einzelantennen einer Empfangsantennenanordnung die überlagerten pfadgewichteten Testeinzelsignale jeweils als Mess-Signal eines Messkanals empfangen werden und diese Mess-Signale den Eingängen eines Multiplexers zugeführt werden, bei dem jeder seiner Eingänge mindestens eine Blockdauer lang an seinen Ausgang durchgeschaltet wird,

von dem aus die gemultiplexten Mess-Signale einer Signal- und Datenverarbeitungseinrichtung zugeführt werden, welche die gemultiplexten Mess-Signale eines Messdatensatzes in örtlich komplexe Impulsantworten überführt und daraus als Ergebnis eine richtungsaufgelöste komplexe, die Eigenschaften des Funkkanals widerspiegelnde Impulsantwort berechnet und welche dazu bei der Verarbeitung der örtlich komplexen Impulsantworten mit Hilfe eines Richtungsschätzalgorithmus, insbesondere eines auf einem "Maximum Likelihood"-Verfahren basierenden ESPRIT-Algorithmus, die Einfallsrichtungen und komplexen Amplitudenwerte, d.h.

die Anzahl der Reflexionen, deren Verzögerung, Leistung und Phase, für jede ermittelte Einfallsrichtung zu jedem Abtastzeitpunkt des Funkkanals nach Art eines Schnappschusses bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass das Ergebnis dieser Berechnung zur Rausch- und Mehrdeutigkeitsunterdrückung bandbegrenzt und sowohl in Zeit- als auch in Verzögerungsrichtung gefiltert wird, dass dann mittels eines vierdimensionalen "Minimum Distance Search"-Algorithmus in Zeit-, Verzögerungs-, Leistungs- und Bewegungsrichtung Ketten von Reflexionen detektiert und anschliessend durch Polynome approximiert werden, so dass das Ergebnis eine Information über den Verzögerungsverlauf jeder Reflexion im Beobachtungszeitraum sowie über deren Beginn und Ende ist,

und dass mit Hilfe dieser Informationen durch Interpolation der Messdaten der Signalverlauf und das Spektrum für jede einzelne Reflexion aus den Messdaten extrahiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf Grund der Informationen über den Verzögerungsverlauf jeder Reflexion sowie über deren Beginn und Ende statistische Aussagen insbesondere über Häufigkeiten von Reflexionen, Dauer der Reflexionen, "Geburten-" bzw. "Sterberaten", Anzahl von Reflexionen, mittlere Leistungen und Verzögerungen, Variationen von Leistung und Verzögerung der Reflexionen getroffen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Filterung eine zweidimensionale Mittelwertbildung in einem elliptischen Ausschnitt, also sowohl in Schnappschuss als auch in Verzögerungsrichtung, durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektion mittels des vierdimensionalen "Minimum Distance Search"-Algorithmus in Zeit-, Verzögerungs-, Leistungs- und Bewegungsrichtung darin besteht, dass zuerst, ausgehend von lokalen Leistungsmaxima, welche die jeweils aktuellen Ausgangspunkte bilden, jeweils eine Suche in Schnappschussrichtung vorwärts sowie rückwärts durchgeführt wird, dass dann für alle Reflexionen in einem Abschnitt um den aktuellen Punkt eine "Distanz" aus den gewichteten Abweichungen von Verzögerung, Ableitung der Verzögerung, Leistung und Schnappschussrichtung berechnet wird, dass danach jener Punkt mit der niedrigsten "Distanz" an eine aktuelle Reflexionskette, die aus solchen Punkten gebildet ist, angeknüpft wird und dass schliesslich eine obere Schranke für diese "Distanz" zum Abbruch der Suche und somit zum Ende bzw.

Beginn der aktuellen Reflexionskette führt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Approximierung der Reflexionsketten durch Polynome, welche den Verzögerungsverlauf widerspiegeln, der Polynomgrad für jede Reflexion unterschiedlich so weit erhöht wird, bis der mittlere quadratische Fehler unter einer bestimmten Schranke liegt.