CZ286408B6

CZ286408B6 - Transmission method of communication signals and receiver for carrying out receiving step of this method

Info

Publication number: CZ286408B6
Application number: CZ1995148A
Authority: CZ
Inventors: Jorn Thielecke
Original assignee: Koninkl Philips Electronics Nv
Priority date: 1993-05-21
Filing date: 1994-05-20
Publication date: 2000-04-12
Also published as: TW241419B; JPH07509356A; HUT68377A; EP0656162A1; KR950702767A; WO1994028642A1; CN1110072A; CZ14895A3; AU6686994A; KR100336544B1; CN1063600C; DE4316939A1; HU215623B; AU682689B2

Description

Způsob přenosu komunikačních signálů a přijímač pro provádění přijímacího kroku způsobu

Oblast techniky

Vynález se týká přenosu komunikačních signálů s vícenásobným přístupem s kódovým dělením CDMA, ve formě datových posloupností (sekvencí, sledů) digitální reprezentace elektrických komunikačních signálů, vysílaných mezi nejméně jedním vysílačem a nejméně jedním přijímačem, přičemž se ve vysílači datová posloupnost rozprostírá kódovou posloupností pro přenos s rozprostřeným spektrem, a v této formě v přijímači se datové posloupnosti opětovně získávají z kódovaných vysílaných signálů detektorem, přičemž se pro detekci na přijímací straně vypočítávají posloupnosti (sekvencí, sledů) odhadovaných bitových hodnot pro vysílané datové posloupnosti, při zohlednění popisu komunikačního kanálu mezi vysílačem a přijímačem.

Dosavadní stav techniky

V komunikačním systému založeném na vícenásobném přístupu s kódovým dělením (CodeDivision Multiple Access - CDMA) jsou signály různých uživatelů současně vysílány ve společném kmitočtovém pásmu a se společným nosným kmitočtem. Systémy s vícenásobným přístupem s kódovým dělením jsou založeny na technice s rozprostřeným spektrem nebo jinak řečeno rozšířeným pásmem, tj. signál, který se má vysílat, je rozprostřen po kmitočtovém pásmu, které je podstatně širší, než je minimální kmitočtové pásmo potřebné pro přenos signálu.

V důsledku rozšíření pásma jsou systémy s vícenásobným přístupem s kódovým dělením zpravidla značně necitlivé na rušení.

Například pro rozšiřování kmitočtového pásma v číslicových komunikačních systémech se každý bit, který se má vysílat, násobí kódovým slovem, které je shodné jak pro vysílač, tak pro přijímač. Když se používají vzájemně ortogonální kódová slova, je vzájemné rušení signálů od jednotlivých uživatelů principielně vyloučeno. Realistické požadavky pokud jde o šíření vlny po zemském povrchu, jako je vícenásobné šíření, však vedou ke skutečnosti, že na této ortogonálnosti se již netrvá. Jestliže se navíc upustí od synchronizace přístupů jednotlivých uživatelů, a to pro realizování mimořádně jednoduchého přístupu se společným kmitočtovým pásmem, nebo jsou-li dovoleny různé bitové rychlosti, může být signál od uživatele detekován pouze při použití složitějších obvodů a vyššími náklady na zařízení nebo se zhoršenou kvalitou, protože signály již nemohou být vzájemně ortogonální.

Z článku „Linear Multiuser Detector for Synchronous Code-Division Multiple-Access Channels“ autorů Ruxandra Lupas a Sergio Verdú, publikovaného v LEEE Transaction on Information Theory, sv. 35, č.l, leden 1989, str. 123-136, jsou již známy detektory pro přijímač v systému CDMA, v němž jsou detekovány současně detektory různých uživatelů. Současným detekováním různých uživatelů může být zlepšena kvalita detekce zvětšením obvodů v tom, že se vyloučí nebo lineárně zmenší vzájemná korelace mezi signálovými částmi různých uživatelů.

V důsledku toho se také zesílí interference vyvolaná šumem přijímače. Kromě toho jsou takové detektory suboptimální, pokud jde o bitovou chybovost.

Článek „Minimum Probability of Error for Asynchronous Gaussian Multiple-Access Chanels“ autora Sergio Verdú, publikovaný vIEEE Transactions on Information Theory, sv.IT-32, č.l, leden 1986, str. 85-96, popisuje nelineární detektory, které jsou téměř optimální pokud jde o bitovou chybovost. Cena vytvoření takových ideálních nelineárních detektorů však roste exponenciálně s počtem uživatelů komunikačního systému s vícenásobným přístupem s kódovým dělením.

-1 CZ 286408 B6

Vynález si proto klade za úkol vytvořit detektor pro komunikační systémy s vícenásobným přístupem s kódovým dělením, jejichž chování by vzhledem k lineárním detektorům bylo zlepšené, ale jejichž náklady na realizaci by zůstaly pod úrovní nákladů na optimální detektor.

Podstata vynálezu

Uvedeného cíle je dosaženo způsobem přenosu komunikačních signálů s vícenásobným přístupem škodovým dělením CDMA, ve formě datových posloupností digitální reprezentace elektrických komunikačních signálů, vysílaných mezi nejméně jedním vysílačem a nejméně jedním přijímačem, přičemž se ve vysílači datová posloupnost rozprostírá kódovou posloupností pro přenos s rozprostřeným spektrem, a v této formě se vysílá v kódovaném vysílaném signálu, přičemž v přijímači se datové posloupnosti opětovně získávají z kódovaných vysílaných signálů detektorem, přičemž se pro detekci na přijímací straně vypočítávají posloupnosti odhadovaných bitových hodnot pro vysílané datové posloupnosti, při zohlednění popisu komunikačního kanálu mezi vysílačem a přijímačem, jehož podstatou je, že se na přijímací straně při detekci vypočítávají sdružená rozdělení pravděpodobnosti vysílaných datových posloupností vypočítáním jejich odpovídajících momentů, z těchto momentů sdružených rozdělení pravděpodobnosti se odvozují posloupnosti odhadovaných bitových hodnot pro vysílané datové posloupnosti, a tyto odhady, reprezentativní pro příslušné komunikační signály, se převádějí na přijímané elektrické komunikační signály, přenosu komunikačních signálů s vícenásobným přístupem s kódovým dělením CDMA, ve formě datových posloupností digitální reprezentace elektrických komunikačních signálů, vysílaných mezi nejméně jedním vysílačem a nejméně jedním přijímačem, přičemž se ve vysílači datové posloupnosti rozprostírají kódovou posloupností pro přenos s rozprostřeným spektrem, a v této formě se vysílají v kódovaném vysílaném signálu, přičemž v přijímači se datové posloupnosti opětovně získávají z kódovaného vysílaného signálu detektorem, přičemž se pro detekci na přijímací straně vypočítávají posloupnosti odhadovaných bitových hodnot pro vysílané datové posloupnosti, při zohlednění popisu komunikačního kanálu mezi vysílačem a přijímačem, jehož podstatou je, že se na přijímací straně při detekci vypočítávají sdružená rozdělení pravděpodobnosti vysílaných datových posloupností vypočítáním jejich odpovídajících momentů, z těchto momentů sdružených rozdělení pravděpodobnosti se odvozují posloupnosti odhadovaných bitových hodnot pro vysílané datové posloupnosti, a tyto odhady, reprezentativní pro příslušné komunikační signály, se převádějí na přijímané elektrické komunikační signály.

Během spojení jsou nepřetržitě vysílána nová data a přijímač činí rozhodování o hodnotách vysílaných dat. V důsledku toho se sdružené rozdělení pravděpodobnosti nepřetržitě mění, takže musí být vypočítáván sled sdružených rozdělení pravděpodobnosti. Dále může být sdružené rozdělení pravděpodobnosti stále zlepšováno příchozím přijímaným signálem. Když se vypočítávají sdružená rozdělení pravděpodobnosti, mohou být plně brány na zřetel informace o komunikačním kanálu a vlastnostech šumu.

Rozdělení pravděpodobnosti kromě toho automaticky poskytují kvalitativní informaci o odhadech. Tato kvalitativní informace může být užitečně vyhodnocována v dekodéru na výstupní straně obvodu.

Použití momentů pro popsání rozdělení pravděpodobnosti je výhodné v tomu, že se pomocí momentů může dosáhnout velmi jednoduchého popisu rozdělení pravděpodobnosti.

Podle provedení vynálezu se sdružené rozdělení pravděpodobnosti bitových posloupností vypočítává pouze s omezeným souborem momentů.

-2CZ 286408 B6

Omezený soubor momentů poskytne pouze aproximativní popis sdružených rozdělení pravděpodobnosti. Použití omezeného momentů však znamená zmenšení nákladů na detektor, aniž by bylo nutné počítat s významnými ztrátami kvality při detekci.

V dalším provedení vynálezu se vypočítávají pouze první a druhý moment sdruženého rozdělení pravděpodobnosti pro vypočítávání přibližného sdružení rozdělení pravděpodobnosti.

Ukázalo se, že je zpravidla dostačující pro optimální detekci vypočítávat první a druhé momenty sdruženého rozdělení pravděpodobnosti a vypočítávat tak střední hodnotu a kovarianci.

V obzvláštním provedení vynálezu se používá jako detektor Kalmanův filtr.

Podle dalšího znaku vynálezu se rozhodování o hodnotách datové posloupnosti provádějí na základě odhadů těchto hodnot a toto rozhodování je uvnitř detektoru zpětně spojeno zpětnou vazbou. Při zpětné vazbě hodnot se s výhodou bere pro zpětně vázanou hodnotu v úvahu kvalita odhadu. Tím, že se vyloučí tvrdá rozhodování, může být kvalita detekčního procesu ještě zlepšena. Je-li detektor v obvodu následován dekodérem, který může zpracovávat rozhodnutí s tříděním kvality (měkké rozhodování), spolehlivost spojení se zřetelně zvýší.

Podle dalšího znaku vynálezu jsou do popisu kanálu pro detekci zahrnuty kódové sledy použité pro rozprostírání. Pro zahrnutí kódových sledů v popisu kanálu se s výhodou provádějí znaménkové operace pro popis kanálu.

Vynález dále přináší přijímač pro provádění přijímacího kroku způsobu, obsahující zpracovávací sestavu přijímaného signálu s výstupem upraveného signálu a detektor pro opětovné získávání datových posloupnosti z přijímaného kódového signálu, jehož podstata spočívá vtom, že detektor má první vstup připojený ke vstupu upraveného signálu, a má dále vstup vektoru popisujícího vzájemnou interferenci bitů v přijímaném signálu, přičemž tento druhý vstup je napojen přes kombinační prostředek jednak na odhalovač (estimátor) signálu a jednak na generátor kódových posloupností, odpovídající těm, které byly použity pro rozprostírání v jednotlivých vysílačích, z nichž jsou signály přijímány, přičemž odhadovač signálu je současně napojen na přívod upraveného signálu, přičemž detektor obsahuje prostředky pro výpočet momentů sdruženého rozdělení pravděpodobnosti vysílaných datových posloupností, a odvozování odhadovaných bitových hodnot pro vysílané datové posloupnosti, a má výstup signálu, reprezentativního pro odhad vysílaných datových posloupností. Detektor je s výhodou ve formě Kalmanova filtru.

Použitím modifikovaného Kalmanova filtru pro to, co se běžně označuje jako ekvalizér se zpětnou vazbou s měkkým rozhodováním, bylo vyšetřeno v materiálu „A New Nonlinear Equalizer for Mobile Rádio Channels“ autora J. Tieleckeho v Proceedings ICASSP 90 (mezinárodní konference o akustice, řeči a zpracování signálů, duben 3-6, 1990), str. 16671670 pro běžné komunikační systémy s vícenásobným přístupem s časovým dělením pro vyloučení mezisymbolové interference. V systémech s vícenásobným přístupem s časovým dělením působí časově disperzní komunikační kanály v převažující míře mezisymbolovou interferenci (v případě mezisymbolové interference jsou bity stejného uživatele, vzájemně časově posunuté, vzájemně superponovány). V systémech s vícenásobným přístupem s kódovým dělením hraje tato mezisymbolová interference pouze menší roli ve srovnání s interferencí vyvolávanou jinými uživateli. Pro odborníka v oboru takové šetření neposkytlo žádný náznak, jak aplikovat tento postup s Kalmanovým filtrem také na systém CDMA a jejich odlišné typy problémů.

Obvykle nejsou při použití Kalmanova filtru přiřazovány rozdělení pravděpodobnosti vypočítaný odhadový vektor a chybová kovarianční matice. Je však známo, že odhadový vektor může být uvažován střední vektor sdruženého rozdělení pravděpodobnosti (první moment sdruženého

-3CZ 286408 B6 rozdělení pravděpodobnosti) a chybová kovarianční matice může být považována za kovarianční matici sdruženého rozdělení pravděpodobnosti (druhý moment sdruženého rozdělení pravděpodobnosti).

V dalším provedení vynálezu jsou rozhodování o hodnotách datové posloupnosti prováděna na základě odhadů a tato rozhodnutí jsou vedena zpět uvnitř detektoru. V důsledku zpětného vedení rozhodnutí může být výrazně zlepšena kvalita detekčního procesu, protože je brána v úvahu diskrétní povaha vysílaných datových sledů. Obzvláště při použití Kalmanova filtru k takové zpětné vazbě nedochází.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je blíže vysvětlen v následujícím popisu na příkladech provedení s odvoláním na připojené výkresy, ve kterých znázorňuje obr. 1 schéma komunikačního systému s vícenásobným přístupem s kódovým dělením obsahujícího N mobilních stanic a jednu základovou stanici, obr. 2 schéma přijímače pro takový systém s vícenásobným přístupem s kódovým dělením, obr. 3 funkční bloky detektoru, obr. 4 časový diagram ukazující vysílané datové sledy více uživatelů komunikačního systému s vícenásobným přístupem s kódovým dělením, obr. 5 stavový diagram modifikovaného Kalmanova filtru pro odhad vysílaných datových signálů, obr. 6 blokové schéma obvodů zpětnovazebního kroku ve stavovém diagramu z obr. 5, obr. 7 stavový diagram pro odhad kovarianční matice a obr. 8 blokové schéma obvodů zpětnovazebního kroku ve stavovém diagramu znázorněném na obr. 7.

Příklady provedení vynálezu

V komunikačním systému s vícenásobným přístupem s kódovým dělením, znázorněném na obr. 1, jsou vysílaná data k dispozici jako binární datové posloupnosti (sledy, sekvence) bj.

V případě provedení jsou binární datové posloupnosti b; získávány ze signálů řeči vhodným kódováním. Tyto binární datové posloupnosti bj jsou vyměňovány mezi jednotlivými mobilními rádiovými stanicemi a jejich základovou stanicí BS, v jejíž oblasti krytí jsou v daném okamžiku mobilní rádiové stanice umístěny. Je k dispozici N datových zdrojů bj, které odpovídají počtu N současně vysílajících mobilních stanic, přičemž index i=l....N na obrázcích představuje rozlišení mezi jednotlivými datovými zdroji. Pro rozprostření datové posloupnosti je každá datová posloupnost bj násobena kódovou posloupností Sj. V následujícím popisu je bit kódové posloupnosti označován jako „dílek“ (čip) nebo kódový bit pro jeho odlišení od bitu vysílané datové posloupnosti.

Pro to, aby vysílané signály byly oddělovány na přijímací straně, je třeba jednotlivé kódové posloupnosti volit rozlišovatelným způsobem. Pro tento účel například mobilní stanice nahodile volí kódovou posloupnost a vysílá volbu na základnovou stanici, když je vytvořeno spojení mezi mobilní stanicí a základnovou stanicí.

Rozdílné polohy jednotlivých mobilních stanic vedou k tomu, že vysílané signály přicházejí na základnovou stanici různými kanály. Těmito rádiovými kanály jsou vysílané signály vystaveny zkreslením, vyvolávaným například vícecestným šířením. Tyto zkreslené signály jsou superponovány vzájemně na sebe na anténě základnové stanice BS pro vytváření souvislého přijímaného signálu y(t), přičemž tento přijímaný signál obsahuje šumové signálové části n(t).

V přijímači základnové stanice BS se odhaduje přijímaná datová posloupnost b₁ pro každou vysílanou datovou posloupnost b, v přijímaném signálu y(t). V příkladě zde dále není

-4CZ 286408 B6 znázorňováno získávání signálu řeči z těchto vstupních dat a rozdělování přijímaných dat na jednotlivé přijímací vstupy, například přenášením do komunikační sítě.

Obr. 2 ukazuje základní konstrukci přijímače podle vynálezu. Přijímaný signál y(t) se nejprve předem zesiluje vysokofrekvenčním předzesilovacím článkem 21 a filtruje se pásmovou propustí. Prostřednictvím vysokofrekvenčního signálu přicházejícího z vysokofrekvenčního oscilátoru 22, kde tento vysokofrekvenční signál odpovídá nosnému kmitočtu používanému ve vysílači, je přijímaný signál, podrobený filtrování pásmovou propustí, směšován ve směšovačích 23a, 23b se samotným vysokofrekvenčním signálem a se signálem, který má kvadratumí fázi vzhledem k vysokofrekvenčnímu signálu. V důsledku toho je skutečný vstupní signál y(t) přímo převáděn na základní pásmo, přičemž se vytváří komplexní signál základního pásma mající reálnou složku a imaginární složku. Tyto dva signály se vzorkují v ekvidistantních okamžicích kT vzorkovači 24a, 24b, jakmile byly filtrovány dolní propustí, přičemž toto filtrování není na obr. 2 znázorněno. Potom je třeba uvažovat jako vzorkovací teorem, že vzorkovací kmitočet musí být dvakrát tak velký, jako mezní kmitočet signálu základního pásma. V daném provedení je tohoto dosahováno tím, že vzorkování se provádí při dvojnásobku rychlosti „dílků“ (čipů, kódových bitů). Výše popsané prvky tvoří zpracovávací sestava AS ve smyslu definice předmětu vynálezu.

Vzorky se následně převádějí v anologově-číslicových předvodnících 25a, 25b na posloupnost y(k) digitálních hodnot. Tato posloupnost y(k) digitálních hodnot se vede do procesoru 26 číslicového signálu, který obsahuje, například paměti 27 pouze ke čtení, program pro odhadování vysílaných binárních datových posloupností. Mezi výsledky, vyplývající z odhadování, jsou oddělovány procesorem 26 signálů (signálovým procesorem) v paměti 28 pouze pro zápis. V závislosti na počtu uživatelů, který se má detekovat, není již za určitých okolností dostačující výpočtová kapacita jediného signálového procesoru. V tomto případě je třeba použít více signálových procesorů, na které se má rozšířit výpočtová kapacita.

Obr. 3 ukazuje obvodové schéma funkcí realizovaných tím signálovým procesorem nebo procesory, pokud jsou potřebné pro odhad signálů. Pro vykonávání odhadu signálů v detektoru 30 (schematicky vyznačeném i na obr. 2 jako vřazeném mezi výstup upraveného signálu y(k) a výstup signálu reprezentativního pro vektor b(k) střední hodnoty) je zapotřebí pro každého uživatele popis komunikačního kanálu, který se vytváří odhadovačem (estimátorem) 31 signálu. Je v této souvislosti třeba poznamenat, že vzhledem k různým polohám mobilních stanic je každý rádiový kanál mezi mobilní stanicí a základnovou stanicí rozdílný. Pro popis kanálu se často používá odpovídající tak zvaná kanálová impulzová odezva. Pro určení popisu kanálu je možné například vkládat do vysílaného signálu zkušební (tréninkovou) posloupnost, z níž může být vypočítána korelátory kanálová impulzová odezva. Dále je zapotřebí generátor 32 sledu impulzů, který vytváří hodnotu jednoho dílku (čipu) pro každého jednotlivého uživatele ve vzorkovacím okamžiku k. Jak bude vysvětleno níže, bude s výhodou učiněna dostupnou detektoru 30 kanálová impulzová odezva, tvořená impulzovou odezvou rádiového kanálu a kódovými posloupnostmi.

Ve smyslu definice předmětu vynálezu má detektor 30 první vstup připojený ke vstupu upraveného signálu vy. a má dále druhý vstup H(k) vektoru popisujícího vzájemnou interferenci bitů v přijímaném signálu y_t, přičemž tento druhý vstup je napojen přes kombinační prostředek 33 jednak na odhadovač 31 signálu a jednak na generátor 32 kódových posloupností, odpovídajících těm, které byly použity k rozprostírání ve vysílačích, přičemž odhalovač (estimátor) 31 signálu je současně napojen na přívod upraveného signálu yt. Detektor 30 obsahuje prostředky pro výpočet momentů sdruženého rozdělení pravděpodobnosti vysílaných posloupností, a odvozování odhadovaných bitových hodnot pro vysílané datové posloupnosti, a má výstup B(k) signálu, reprezentativního pro odhad vysílaných datových posloupností.

Pro vypočítávání sledu momentů sdruženého rozdělení je výhodné použít popis komunikačního kanálu ve stavovém prostoru. Pro tento účel se kombinují data jednotlivých uživatelů, která

-5CZ 286408 B6 působí na signál y(k) přijímaný v diskrétním čase ve vzorkovacím okamžiku k ve vektoru b(k). Jelikož vzájemnou interferenci v časově rozptýlených komunikačních kanálech mohou vyvolat nejen bity od různých uživatelů, ale také po sobě následující bity od jednoho uživatele, vektor b(k) obsahuje nejen jeden bit na uživatele, ale v závislosti na časovém rozptýlení více bitů na uživatele. Předpokládá-li se zjednodušení lineárního komunikačního kanálu, kteiý je zkreslován aditivním šumem, může být použita následná pozorovací rovnice pro vstupní signál y(k) pozorovaný v přijímači ve vzorkovacím okamžiku k:

y(k) = h^T(k) b(k) + n(k)

Vektor h(k) popisuje, jak vysílané bity působí vzájemnou interferenci. Vektor bere v úvahu aktuální radiový kanál, filtr v komunikačním obvodu a rozprostírací posloupnosti.

Pro vysvětlení vlivu kódových posloupností vektor na h(k) ukazuje obr. 4 velmi jednoduché provedení. V tomto provedení má komunikační systém s vícenásobným přístupem s kódovým dělením tři uživatele. Modulační metoda je klíčování fázovým posuvem a rádiový kanál pro každého uživatele obsahuje přímé spojení linku (žádné vícecestné šíření, žádný únik, žádný útlum), která je rušena pouze aditivním bílým Gaussovým šumem (Additive White Gaussian Noise - AWGN). Pro okamžik ko se získá následující podmínka pro vektor b(ko), který obsahuje vysílané bity, působící vzájemně na sebe interferencí b(ko) = [+1,+1,-1]^T.

Vektor h(ko) impulzové odezvy je v tomto jednoduchém případě určován pouze kódovými posloupnostmi použitými pro rozprostírání. Z obr. 4 vyplývá, že:

h(ko) = [+l,-l,+l]^T.

Když se hodnoty „dílků“ (čipů) plynule mění, je třeba vypočítat nový vektor h(k) impulzové odezvy pro prakticky každý nový vzorkovací okamžik, přičemž vektor bere v úvahu běžné hodnoty „dílků“ (čipů).

Vřazení kódových posloupností do vektoru h(k) impulzové odezvy je výhodné, protože detektor může mít vysoce flexibilní stavbu. Například mohou být povoleny kódové posloupnosti, jejichž perioda neodpovídá použité datové periodě. Dále může být uživatelům povoleno, aby měli rozdílné a proměnlivé datové rychlosti. Provedení znázorněné na obr. 4 ukazuje, že integrování sledů binárních kódů do vektoru h(k) impulzové odezvy je velmi jednoduché, protože se ve vektoru h(k) impulzové odezvy mohou pouze měnit znaménka v závislosti na dílech.

Pozorovací rovnice může být doplněna rovnicí stanového přechodu, která popisuje, jak se mění složení vektoru b(k) na přechodu ze vzorkovacího okamžiku k do vzorkovacího okamžiku k+1 b(k+l) = A(k) * b(k) + k(k+l)

Pomocí matice A(k) je formálně popsáno, která data jsou vypuštěna z vektoru b(k) nebo b(k+l), protože již nepřispívají k přijímanému signálu y(k+l) v okamžiku k+1. Prostřednictvím vektoru bi(k+l) se k odpovídajícímu vektoru b(k) nebo b(k+l) přidávají data, která byla vysílána v okamžiku k+1 a ovlivňují tak přijímaný signál poprvé.

Stavová rovnice v této formě, která je pouze použita pro obecné popisování ve formě vzorce, jak jsou data připojována k vektoru b(k+l) nebo čtena z tohoto vektoru. Když je vektor b(k+l) vypočítáván v signálovém procesoru, nejsou takové operace s výhodou prováděny maticovými násobeními a maticovými sčítáními, ale specifickými operacemi ukládání do paměti. Pro případ,

-6CZ 286408 B6 kde v okamžiku k+1 nejsou vysílána žádná data, mění se při přechodu vektor b(k) na vektor b(k+l).

Prostřednictvím velikostí a popisů zaváděných popisem stavového prostoru bude nyní popsáno, které výpočtové operace se mají provádět v detektoru pro odhad dat. Pro jednoduchost se předpokládá pro přednostní provedení, že jako data se vysílají binární hodnoty a přijímaný signál základního pásma je signál s reálnou hodnotou. V případě signálu základního pásma s komplexní hodnotou se reálná a imaginární část komplexní vzorkové hodnoty ve výhodném provedení zpracovávají po sobě jako dva samostatné signály s reálnou hodnotou. V Kalmanových filtrech se získávají i malé výhody pokud jde o kvalitu, aniž by se zvýšily nároky na obvody i náklady.

Ve výhodném provedení se rekurzivně vypočítávají první a druhý moment, tj. vektory b(k) a b₊(k) střední hodnoty, jakož i přiřazené kovarianční matice P(k) a P₊(k). Tyto momenty mohou být přiřazeny sdruženým rozdělením pravděpodobnosti, která se blíží skutečným rozdělením pravděpodobnosti. Obr. 5 ukazuje schematicky znázorněný úsek stavového diagramu, kterým se mají provádět výpočtové kroky, vykonávané signálovým procesorem 26. Detektor samotný může být uvažován jako modifikovaný Kalmanův filtr, modifikovaný zpětnou vazbou rozhodování, s informaci o kvalitě (měkké rozhodování). Výpočet kovarianční matice, potřebný pro odhad datových posloupností, je uveden ve schematické formě ve stavovém diagramu znázorněna na obr. 7. Výpočty, které se mají provádět signálovým procesem 26 pro zpětnou vazbu jsou znázorněny na obr. 6 a 8 v odpovídajících stavových diagramech. Pro lepší pochopení je možné pozorovat, že blok, značící zpětnovazební krok na obr. 5 a 6, je označen jako blok 10 a blok U na obr. 7 a 8.

bez zpětnovazebních rozhodnutí však Kalmanův filtr, použitý podle vynálezu, vykazuje významně zlepšené vlastnosti ve srovnání se suboptimálními detektory podle známého stavu techniky, zejména pokud jde o flexibilitu.

Na začátku datového přenosu se normálně vysílají zkušební (tréninková) data, když je vytvořeno spojení. Inicializace detektoru pro přídavného uživatele je proto jednoduchá, protože do vektoru střední hodnoty musí být pouze zavedena vhodná data. V kovarianční matici jsou hodnoty kovariance nastaveny na nulu. Tímto způsobem je ke v okamžiku k znám vektor b +(k) střední hodnoty spolu s přiřazenou kovarianční maticí P+(k). Signálová hodnota y(k), přijímaná v okamžiku k, ještě nebyla vyhodnocena.

Poté se vypočítá zlepšený odhad nebo vektor b(k) střední hodnoty pro stavový vektor b (k) tak, že se předchozí odhadový vektor b+(k) koriguje na základě přijímané hodnoty y(k). To se provádí filtrovou rovnicí Kalmanova filtru, která je založena na pozorovací rovnici popisu stavového prostoru. Pro korigovaný vektor střední hodnoty platí b(k)= b+(k) + g(k) e(k)

Korekční složka může být vypočítána z Kalmanova ziskového vektoru

P₊(k)h(k) _g(k) =-------------------h^T(k) P₊(k) h(k) + σ_η ² a z odhadované chyby e(k) pro přijímaný signál y(k) e(k) = y(k) - h^T(k) b₊(k).

-7CZ 286408 B6

V Kalmanově ziskovém vektoru g(k) je třeba brát v úvahu výkon σ_η ² příjmového šumu n(k). Výkon může být snadno v přijímači, například v rámci identifikace kanálu. Přesný odhad není potřebný, protože Kalmanovy filtry jsou jak známo robustní z hlediska chyby v šumovém výkonu.

Právě tak, jak byl korigován vektor střední hodnoty, musí být korigována kovarianční matice. Odpovídající rovnice Kalmanova filtru zní:

P(k) = P₊(k)-g(k)h^T(k)P₊(k), přičemž se opět použije Kalmanova ziskového vektoru g(k). Momenty b (k) a P(k) jsou první a druhý moment, při nichž se bere v úvahu průběžně přijímaná vzorková hodnota y(k).

Před měněním ze vzorkovacího okamžiku kna k+1, zavádí se uvedená zpětná vazba (měkké rozhodování), za předpokladu, že se má rozhodovat o bitu. Rozhodnutí se potom provede, když bit v okamžiku k+1 se již nevyskytuje ve stavovém vektoru b(k+l) kanálového modelu. Vzhledem ke zpětné vazbě se odhady zlepší, protože Kalmanův filtr (bez zpětné vazby) nebere v úvahu, že se přenášejí binární signály. Kalmanův filtr implicitně místo toho předpokládá Gaussovo rozdělení pravděpodobnosti, tj. gaussovsky rozdělená vysílací data. Zpětnou vazbou je potom zahrnuto v (Gaussově) rozdělení pravděpodobnosti, náležející b(k) a P(k), že i-tý prvek stavového vektoru b(k), vypuštěný v přechodu z kdo k+1, je binární. Výsledné rozdělení pravděpodobnosti má momenty b *(k) a P*(k). Je obzvláště výhodné, že v provedení vynálezu se zlepšené momenty vypočítávají rovnicemi, které jsou podobné filtrovým rovnicím Kalmanova filtru. V důsledku toho může být pro výpočet použit v podstatě stejný algoritmus.

Pro vektor b .(k) střední hodnoty se získá:

b.(k)= b(k) + g.(k)e.(k) s modifikovaným Kalmanovým ziskovým vektorem

P(k)ui

g.(k) =---------------Ui^T P(k) u, a s výrazem pro chybu odhadu e.(k)

e.(k) = a(k) - uj b(k).

Pro a(k) může být potom uvažováno:

Ui^Tb(k) a(k) = tanh-------Ui^T P(k) uj

Vektor u; je jednotkový vektor, ve kterém je pouze i-tý prvek odlišný od nuly, tj. je rovný nule. Bylo předpokládáno, že se má rozhodovat o i-tém prvku stavového vektoru b(k) a tento prvek se má vzorkovat z vektoru.

-8CZ 286408 B6

Jiné provedení, mající „tvrdé“ rozhodování o vysílaných datech, se získá tím, že v rovnici pro a(k) se tangens hyperbolicus (tanh) nahradí znaménkovou funkcí (znaménkem).

Pro kovarianční matici platí modifikovaná rovnice Kalmanova filtru

P.(k) = P(k) - g.(k) Ui^T P(k) P(k) s korekčním faktorem l-a²(k) _P(k)=l------------------u,^T P(k) Uj

Vyskytují se tak momenty b »(k) a P.(k), které berou v úvahu, že i-tý prvek stavového vektoru b(k) je bit. Před měněním vzorkovacího okamžiku k+1, a vypouštění bitu ze stavového vektoru b(k), se provádí bitové rozhodování na základě přiřazeného prvku odhadového vektoru nebo vektoru b .(k) střední hodnoty. Dále může být aproximována pravděpodobnost bitové chyby, protože momenty b.(k) a P.(k) jsou přiřazeny k rozdělení pravděpodobnosti. Pro pravděpodobnost bitové chyby se získá:

— |uí b .(k)|

P(bitových chyb) =-------------------2

Toto kritérium kvality může být výhodně vyhodnocováno v dekodéru na výstupní straně obvodu, aby se přenos informace stal spolehlivější.

Jestliže se více bitů opomene při přechodu z k na k+1, mohou být modifikované filtrové rovnice vyhodnocovány s odpovídající častostí, a místo b(k) a P(k) mohou být zaváděny již zlepšené momenty b.(k) a P.(k). Nejsou-li opomenuty žádné bity, jsou modifikované filtrové rovnice zrušeny a může být konstatováno, že b .(k) = b (k) a P.(k) = P(k). Tomu tak bude i v případě, kdy by bylo obecně upuštěno od zpětné vazby.

Přechod ze vzorkovacího okamžiku k do k+1 nastává v souladu s přechodovou rovnicí popisu stavového prostoru. Přiřazená Kalmanova redukční rovnice pro vektor střední hodnoty zní:

b+(k+l) = A(k) b.(k)

Pro kovarianční matici se získá:

P+(k+l) = A(k) P.(k) A^T(k) + Qb_Á(k).

Matice Qh (k) je diagonální matice, která obsahuje rozptyly (variance) bitů, které byly právě vysílány v okamžiku k+1, tj. hodnotu 1 (jinak 0) v řádku, v němž se přiřazený bit objevuje v neznámém vektoru b(k+l). V odpovídajícím řádku odhadového vektoru nebo vektoru b .(k+1) střední hodnoty se objevuje nula, protože se předpokládá, že bity jsou rovnoměrně rozděleny, tj. bez střední hodnoty. Tím je redukční krok přiřazený k rovnici stavového přechodu popsán a cyklus je uzavřen. V provedení se během redukčního kroku neprovádějí žádná maticová násobení v signálovém procesu, ale pouze ukládací operace, které již byly vysvětleny s odvoláním na rovnici stavového přechodu.

-9CZ 286408 B6

Závěrem může být konstatováno, že náklady na vypočítávání v popsaném detektoru budou výrazně sníženy ve srovnání s optimálním detektorem, aniž by se znatelně zvýšila bitová chybovost. Detektor dále vytváří odhady pro pravděpodobnosti bitové chyby. To může být použito v dekodéru pro zvýšení spolehlivosti přenosu. Detektor také využívá vícecestného šíření jako výhodu. Pro kódové posloupnosti nemusí být brána na zřetel žádná omezení, pokud jde o použitá trvání period. Jsou dovoleny různé a proměnlivé rychlosti dat uživatelů. Uživatelé nemusí být vzájemně synchronizováni. Všechno toto jsou výhody, které obecně neobsahují suboptimální detektory.

Claims

1. Způsob přenosu komunikačních signálů s vícenásobným přístupem s kódovým dělením CDMA, ve formě datových posloupností digitální reprezentace elektrických komunikačních signálů, vysílaných mezi nejméně jedním vysílačem a nejméně jedním přijímačem, přičemž se ve vysílači datová posloupnost rozprostírá kódovou posloupností pro přenos s rozprostřeným spektrem, a v této formě se vysílá v kódovaném vysílaném signálu, přičemž v přijímači se datové posloupnosti opětovně získávají z kódovaných vysílaných signálů detektorem, přičemž se pro detekci na přijímací straně vypočítávají posloupnosti odhadovaných bitových hodnot pro vysílané datové posloupnosti, při zohlednění popisu komunikačního kanálu mezi vysílačem a přijímačem, vyznačený tím, že se na přijímací straně při detekci vypočítávají sdružená rozdělení pravděpodobnosti vysílaných datových posloupností vypočítáním jejich odpovídajících momentů, z těchto momentů sdružených rozdělení pravděpodobnosti se odvozují posloupnosti odhadovaných bitových hodnot pro vysílané datové posloupnosti, a tyto odhady, reprezentativní pro příslušné komunikační signály, se převádějí na přijímané elektrické komunikační signály.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že se sdružené rozdělení pravděpodobnosti bitových posloupností vypočítává pouze s omezeným souborem momentů.

3. Způsob podle nároku 2, vyznačený tím, že když se vypočítává sdružené rozdělení pravděpodobnosti bitových posloupností, vypočítávají se pouze první a druhý moment.

4. Způsob podle nároku 3, vyznačený tím, že se používá jako detektor Kalmanův filtr.

5. Způsob podle nejméně jednoho z nároků 1 až 4, vyznačený tím, že rozhodování o hodnotách datové posloupnosti se provádějí na základě odhadů těchto hodnot a toto rozhodování je uvnitř detektoru zpětně spojeno zpětnou vazbou.

6. Způsob podle nároku 5, vyznačený tím, že se při zpětné vazbě hodnot bere pro zpětně vázanou hodnotu v úvahu kvalita odhadu.

7. Způsob podle nejméně jednoho u nároků laž6, vyznačený tím, že do popisu kanálů pro detekci jsou zahrnuty kódové posloupnosti použité pro rozprostírání.

8. Způsob podle nároku 7, vyznačený tím, že se pro zahrnutí kódových posloupností do popisu kanálů provádí znaménkové operace pro popis kanálu.

-10CZ 286408 B6

9. Přijímač pro provádění přijímacího kroku způsobu podle nejméně jednoho z nároků 1 až 8, obsahující zpracovávací sestavu (AS) přijímaného signálu (y_t) s výstupem upraveného signálu (yit) a detektor (30) pro opětovné získávání datových posloupností z přijímaného kódovaného signálu, vyznačený tím, že detektor (30) má první vstup připojený ke vstupu upraveného signálu (yk), a má dále druhý vstup (Hk) vektoru popisujícího vzájemnou interferenci bitů v přijímaném signálu (y_t), přičemž tento druhý vstup je napojen přes kombinační prostředek (33) jednak na odhadovač (31) signálu a jednak na generátor (32) kódových posloupností, odpovídající těm, které byly použity pro rozprostírání v jednotlivých vysílačích, z nichž jsou signály přijímány, přičemž odhadovač (31) signálu je současně napojen na přívod upraveného signálu (y_k), přičemž detektor (30) obsahuje prostředky pro výpočet momentů sdruženého rozdělení pravděpodobnosti vysílaných datových posloupností, a odvozování odhadovaných bitových hodnot pro vysílané datové posloupnosti, a má výstup (Bk) signálu, reprezentativního pro odhad vysílaných datových posloupností.

10. Přijímač podle nároku 9, vyznačený tím, že detektor (30) je ve formě Kalmanova filtru.