DE10122689A1 - Verfahren zur Kanalschätzung eines Mobilfunkkanals und Mobilfunk-Empfangsgerät - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Kanalschätzung eines Mobilfunkkanals bei Mehrwegeempfang, bei dem eine Interpolation der in zwei benachbarten Zeitschlitzen aufgrund der jeweiligen Impulsantwort bestimmten Kanalkoeffizienten erfolgt, wobei 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, für die das zutrifft.

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 unterschiedliche Laufzeit, Amplitude und Doppler-Verschiebung auf. Die verschiedenen Empfangssignale überlagern sich an der Antenne eines Empfängers entweder konstruktiv oder destruktiv und erschweren dadurch die Detektion der durch die Signale übertragenen Nutzdaten.
• Insbesondere ruft eine derartige Mehrwegeausbreitung eines Funksignals zeitlich gedehnte Kanalimpulsantworten hervor, die zu einem Delay-Spread und damit einem verschobenen zeitlichen Bezug der einzelnen Symbole des Übertragungssignals untereinander führen. In Mobilfunksystemen, die nach dem Wideband Code Devision Multiplex(W-CDMA)-Verfahren arbeiten, werden daher spezielle Empfänger (RAKE-Empfänger) zur Verarbeitung der Mehrwegesignale eingesetzt.
• Ein derartiger RAKE-Empfänger ermöglicht einen deutlichen Gewinn durch die Nutzung von Mehrwegesignalen, die mit unterschiedlichen Laufzeitverzögerungen an einer Empfangsantenne eines Mobilfunkgerätes eintreffen. Dazu wird das von der Antenne 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 Mobilfunkkanal zu übertragendenen Signals verwendet wurden, auf jeweils eine Komponente der empfangenen Mehrwegesignale eingestellt.
• In einem IS-95-Mobilfunksystem besitzt ein RAKE-Empfänger einer Mobilstation mindestens drei und einer Basisstation mindestens vier solcher Finger. Ferner gibt es sowohl in der Mobilstation 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 Mehrwegesignals auf das neue stärkere Mehrwegesignal optimal eingestellt. 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 Mobilfunkkanals sollte die Datendetektion adaptiv und kohärent sein. Hierzu müssen auf der Basis des Empfangssignals sowohl die zeitdiskreten Kanalimpulsantworten geschätzt als auch die gesendeten Datensymbole auf der Grundlage der zeitdiskreten Kanalimpulsantworten detektiert werden. Der erstere Vorgang wird auch kurz als Kanalschätzung bezeichnet. Für die Kanalschätzung 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 übertragenden Nachricht (den Nutzdaten) dem Empfänger bekannte Nachrichtenanteile übertragen werden. Diese werden dann zur eigentlichen Kanalschätzung herangezogen und als Trainingssequenzen bezeichnet. Sie können am Anfang oder in der Mitte eines gesamten Teilnehmersignals (burst) stehen. Bei modernen Mehrfachzugriffssystemen vom Typ des W-CDMA(Wideband Code Devision 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 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 R 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.
• Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
• Die Erfindung schließt den grundlegenden Gedanken ein, vor einer Interpolation der aus den Impulsantworten berechneten Kanalkoeffizienten eine vergleichende Prüfung der Impulsantworten 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 Übertragungspfad zuzurechnen sind.
• Die Ausführung der Erfindung erfolgt bevorzugt über eine Ermittlung der Zeitverschiebung der einzelnen Maxima bzw. Finger der Impulsantwort, die diese zwischen den beiden Zeitschlitzen erfahren haben, sowie einer anschließenden Schwellwertdiskriminierung der Zeitverschiebungs-Werte.
• Speziell wenn der Unterschied der zeitlichen Lage der Maxima ("Fingerpositionen") kleiner als R Chip ist, wird angenommen, dass die aufgrund der Fingerpositionen ermittelten Kanalkoeffizienten den gleichen Übertragungspfad (der gelegentlich von den Spezialisten dieses Gebietes ebenfalls als "Kanal" bezeichnet wird) repräsentieren. Der vorbestimmte Schwellwert der Diskriminierung beträgt also R Chip.
• Bei der oben bereits erwähnten Figur sind also die Finger 1' und 1" sowie 3' und 3" für eine Interpolation heranzuziehen, 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 gestützt sein. Das den Vorrichtungsaspekt verkörpernde Mobilfunk-Empfangsgerät kann grundsätzlich sowohl in einem Endgerät (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, für die das zutrifft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überprüfung eine Ermittlung der Zeitverschiebung der einzelnen Finger bzw. 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 R Chip eingestellt ist.

4. Mobilfunk-Empfangsgerät, in dem ein Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche implementiert ist.