DE10141951A1

DE10141951A1 - Adaptive Kanalschätzung in einem OFDM-basierten Mobilfunksystem

Info

Publication number: DE10141951A1
Application number: DE10141951A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Baer; Hyung-Nam Choi; Frank Kowalewski; Holger Schmidt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Intel Deutschland GmbH
Priority date: 2001-08-28
Filing date: 2001-08-28
Publication date: 2003-03-20

Abstract

Zur Erhöhung der Datenrate in einem OFDM-basierten Mobilfunksystem soll die Kanalschätzung optimiert werden. Hierzu werden empfangene Datensignale, die Informationssymbole und mindestens ein Pilotsymbol umfassen, über den Funkkanal empfangen und der Funkkanal anhand des mindestens einen Pilotsymbols unter Bereitstellung eines Schätzwerts in einem ersten Schätzschritt geschätzt. In einem anschließenden zweiten Schätzschritt wird das erste Schätzen verfeinert. Dabei wird der Schätzwert des ersten Schätzens als Ausgangswert für das zweite Schätzen verwendet. In vorteilhafter Weise lassen sich hierfür Kalman-Filter einsetzen. Eine Verbesserung der Schätzung kann dadurch erreicht werden, dass die Anzahl der übertragenen Pilotsymbole anhand des Kanalzustands variiert wird.

Description

Im allgemeinen handelt es sich bei einem Mobilfunkkanal um einen zeitvarianten und frequenzselektiven Kanal. Im Fall eines ortsfesten Senders wird die Zeitvarianz hervorgerufen durch die Bewegung des mobilen Empfängers. Die Frequenzselektivität wird hervorgerufen durch die Mehrwegeausbreitung. Der Mobilfunkkanal lässt sich durch folgende Parameter beschreiben:

- Der Delay spread τ_D beschreibt die mittlere zeitliche Verbreiterung eines Signals, wenn dieses über den Funkkanal übertragen wird. Den Kehrwert bezeichnet man als Kohärenzbandbreite K_B.
- Der Doppler spread B_D beschreibt die mittlere Frequenzverbreiterung, die die Bandbreite eines Sendesignals bei der Übertragung über den Funkkanal erfährt. Den Kehrwert bezeichnet man als Kohärenzzeit T_c.

Abhängig von den Signal- und Kanaleigenschaften, bezeichnet man den Mobilfunkkanal als frequenzselektiv, d. h. der Mobilfunkkanal lässt sich dann als ein Mehrwegekanal beschreiben, wenn die Signalbandbreite B sehr viel größer als die Kohärenzbandbreite K_B ist, d. h. B >> K_B. Andernfalls ist der Mobilfunkkanal nicht freguenzselektiv und lässt sich dann als ein Einwegekanal beschreiben. Des Weiteren bezeichnet man den Mobilfunkkanal als zeitvariant, wenn die Symboldauer T des Signals sehr viel größer als die Kohärenzzeit T_c ist, d. h. T >> T_c. Andernfalls kann man den Kanal als zeitinvariant betrachten.
Die Eigenschaften des Mobilfunkkanals führen im allgemeinen dazu, dass das Signal des Senders den mobilen Empfänger nicht nur auf dem direkten Weg, sondern auch auf verschiedenen Wegen mit unterschiedlichen Laufzeiten und Dämpfungseinflüssen erreicht. Das empfangene Signal setzt sich also aus einer Vielzahl von Komponenten zusammen, wobei sich deren Amplituden, Laufzeiten und Phasen zufällig verhalten. Das Empfangssignal stellt daher eine verzerrte und gestörte Version des Sendesignals dar. Es ist die Aufgabe des Empfängers eine Entzerrung durchzuführen, um aus dem Empfangssignal wieder das Sendesignal detektieren zu können. Ein Empfänger, der nach dem MLSE-Prinzip arbeitet, benötigt hierfür jedoch die Kenntnis der sogenannten Kanalimpulsantwort, hier dargestellt durch die Funktion f(τ; t). Die Funktion (fτ; t) beschreibt die Antwort des Kanals auf einen Impuls zur Zeit t, der den Kanal zur Zeit t-τ anregte. Die um τ verzögerten Anteile werden als Echos bezeichnet. In Fig. 1 ist als Beispiel eine in Symboltakt T abgetastete Kanalimpulsantwort f(τ; t) dargestellt, die einen Mobilfunkkanal mit L = 6 verschiedenen Ausbreitungswegen beschreibt. Jeder einzelne Pfad beeinflusst das Sendesignal mit unterschiedlichen Verzögerungen und Dämpfungen.
Das Bestimmen einer Schätzung der Kanalimpulsantwort wird als Kanalschätzung bezeichnet. Es gibt eine Vielzahl von Verfahren zur Kanalschätzung. Ein gängiges Verfahren ist das Auswerten des Empfangssignals, das durch das Übertragen eines bekannten Testsignals, auch als Pilotsignal oder Trainingssequenz bezeichnet, über den Mobilfunkkanal entsteht. Mathematisch bedeutet das Übertragen des Testsignals über den Kanal dessen "Faltung" mit der Kanalimpulsantwort. Die Kanalschätzung im Empfänger erreicht man durch die entsprechende "Entfaltung" bzw. "Korrelation" dieses Empfangssignals mit dem ursprünglich gesendeten Testsignal.
In Mobilfunksystemen der 2. bzw. 3. Generation wie dem GSM bzw. UMTS TDD-Mode erfolgt die Datenübertragung in Zeitschlitzen in einer fest vorgegebenen Struktur, den sog. Bursts. In Fig. 2 ist als Beispiel eine solche Burststruktur dargestellt. Der Burst besteht aus zwei Datenblöcken D1 und D2, separiert durch einen Datenblock M zur Kanalschätzung, in dem das Pilotsignal übertragen wird. Die Kanalschätzung in den o. g. Mobilfunksystemen erfolgt bisher nur aus dem Pilotsignal. Mit der geschätzten Kanalimpulsantwort werden dann die Informationsdaten in den Datenblöcken D1 und D2 detektiert. Die Länge des Pilotsignals bzw. des Datenblocks M hängt dabei im wesentlichen von der maximalen Kanalimpulsantwortlänge ab. Die Länge der Datenblöcke D1 und D2 hängt im wesentlichen von der Kanal-Kohärenzzeit ab. Dabei sollten die Längen von D1 und D2 deutlich kleiner als die Kanal-Kohärenzzeit sein, um während der Datendetektion von zeitvarianten Kanaleigenschaften unabhängig zu sein.
Für zukünftige Mobilfunksysteme der 4. Generation werden Übertragungsraten über 100 Mbps gefordert. Hierzu werden auch entsprechend große Bandbreiten benötigt. Mit zunehmender Bandbreite nimmt jedoch die Frequenzselektivität des Mobilfunkkanals zu, die starke Verzerrungen des Empfangssignals bewirken. Dies macht dann den Einsatz aufwendiger Empfänger erforderlich. OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) stellt ein geeignetes Verfahren zur Realisierung von Mobilfunksystemen der 4. Generation dar, mit dem auch die negativen Kanaleinflüsse durch die Frequenzselektivität minimiert werden, so dass auch der Empfängeraufwand erheblich reduziert werden kann.
OFDM stellt ein Mehrträgerverfahren dar, in dem die Signalbandbreite B in M Subbändern unterteilt wird. Auf diese Weise hat man nicht einen Frequenzträger mit großer Bandbreite, sondern M Frequenzträger mit der Bandbreite Δf = B/M. Beim OFDM wird also der zu übertragene Datenstrom auf eine Vielzahl von Subträgern aufgeteilt und mit einer entsprechend reduzierten Datenrate parallel übertragen. Der einzelne Trägerfrequenzabstand Af ist dabei so festgelegt, so dass der Einfluss der Frequenzselektivität klein gehalten wird. Das bedeutet, dass man dann für jeden Subträger einen nichtfrequenzselektiven Kanal erhält, d. h. der Kanal besteht aus dem direkten Pfad. Andererseits nehmen die Auswirkungen der Zeitvarianz mit geringer werdender Bandbreite zu, so dass nach wie vor eine Kanalschätzung durchgeführt werden muss.
In einem OFDM-basierten Mobilfunksystem können die gängigen Kanalschätzverfahren auf Basis von bekannten Pilotsymbolen angewendet werden. Hierzu werden auf jedem Subträger im Datenburst Pilotsymbole übertragen. Die Detektion der unbekannten Informationssymbole erfolgt auf Basis der geschätzten Kanalimpulsantwort. In Fig. 3 ist als Beispiel ein OFDM-System dargestellt, das aus 8 Subträgern (auf der Frequenzachse F) besteht und in dem auf jedem Subträger Pilotsymbole PS im Verhältnis 1/3 verteilt sind (auf der Zeitachse t), d. h. nach jeweils 3 Informationssymbolen IS der Symbollänge T folgt ein Pilotsymbol. Zur Kanalschätzung wird jeweils nur ein Pilotsymbol benötigt, da der Mobilfunkkanal auf jedem Subträger nur aus einem Pfad besteht.

Die Aufgabe der Erfindung ist die Optimierung der Kanalschätzung zur Erhöhung der Datenrate in einem OFDM-basierten Mobilfunksystem.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1, eine Vorrichtung nach Anspruch 9 und ein Mobilfunksystem nach Anspruch 16. Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der Kern der Erfindung betrifft ein Verfahren, das eine adaptive Kanalschätzung ermöglicht.

Die Kanalschätzung erfolgt vorzugsweise auf Basis von sog. Kalman-Filtern, mit der eine Kanalschätzung auch auf die zu übertragenen unbekannten Informationssymbole durchgeführt werden kann. Das Verfahren stellt eine Kanalschätzung durch Prädiktion (Vorhersage) dar.

Bisher waren für OFDM-Systeme nur Verfahren zur Kanalschätzung bekannt, die eine Schätzung auf Basis der Pilotsymbole durchführen. Die Übertragung von Pilotsymbolen bedeutet aber eine Ressourcen-Verschwendung, da die Pilotsymbole nicht der Informationsübertragung dienen. Daher wird erfindungsgemäß eine Kanalschätzung auch auf die übertragenen unbekannten Informationssymbole durchgeführt, so dass insgesamt die Zahl der zu übertragenden Pilotsymbole reduziert werden kann. Des Weiteren ist auch eine Kanalschätzung auf Basis variabler Übertragung von Pilotsymbolen von Vorteil, so dass Pilotsymbole nur bei Bedarf übertragen werden, in Abhängigkeit von den Kanaleigenschaften. Auf diese Weise kann die Datenübertragungsrate eines OFDM-Systems ohne Beeinträchtigung seiner Leistungsfähigkeit gesteigert werden.

Mit anderen Worten ist damit zum einen eine zuverlässige Kanalschätzung während der gesamten Datenübertragung möglich. Zum anderen kann bei einer Weiterbildung die Zahl der zu übertragenen Pilotsymbole zur Kanalschätzung variabel gestaltet werden. Auf diese Weise kann die Datenübertragungsrate eines OFDM-Systems ohne Beeinträchtigung seiner Leistungsfähigkeit gesteigert werden.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
Fig. 1 ein Beispiel einer im Symboltakt T-abgetasteten Kanalimpulsantwort;
Fig. 2 ein Beispiel einer Burst-Struktur zur Datenübertragung;
Fig. 3 ein Beispiel eines OFDM-Systems mit acht Subträgern;
Fig. 4 ein im Symboltakt T-abgetastetes Zustandsraummodell für einen nichtfrequenzselektiven Kanal; und
Fig. 5 ein Blockschaltbild eines Kanalschätzers.
Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Die erfindungsgemäße Kanalschätzung auf der Basis von sogenannten Kalman-Filtern kann dabei durch eine Kanalschätzung auf der Basis variabler Übertragungs- und Pilotsignalen ergänzt werden.

Kanalschätzung auf Basis von sog. Kalman-Filtern

In einem OFDM-System wird die Signalbandbreite B in M Subbändern so unterteilt, so dass man auf diese Weise für jeden Subträger einen nichtfrequenzselektiven Kanal hat, d. h. der Kanal besteht aus nur einem Ausbreitungsweg. Die Kanalschätzung auf jedem Subträger beschränkt sich damit auf die Schätzung eines zeitvarianten Kanalkoeffizienten. Dies kann wie bisher auf Basis von bekannten Pilotsymbolen erfolgen, die nach einem bestimmten Schema innerhalb eines Datenbursts übertragen werden. Dabei ist das Verhältnis der Anzahl der Pilotsymbole zu Informationssymbole im Burst so gewählt, so dass die Datendetektion unabhängig von zeitvarianten Kanaleigenschaften ist.
Statt nun wie bisher den geschätzten Kanalkoeffizienten zur Detektion der darauffolgenden Informationssymbole zu verwenden, ermöglicht das hier vorgeschlagene Verfahren eine adaptive Kanalschätzung auf die zu übertragenen unbekannten Informationssymbole. Hierzu erfolgt zunächst eine Kanalschätzung wie gehabt in dem Zeitschlitz, in dem das Pilotsymbol gesendet wird. Der geschätzte Kanalkoeffizient wird dann lediglich als Startwert für den anschließenden Algorithmus verwendet, mit dem eine Kanalschätzung auf die unbekannten Informationssymbole durchgeführt wird. Immer wenn ein Zeitschlitz empfangen wird, in dem das Pilotsymbol gesendet wird, findet ein Update des Startwertes für die adaptive Kanalschätzung statt. Auf diese Weise wird die Zuverlässigkeit des Verfahrens gewährleistet. Das hier vorgeschlagene Verfahren basiert auf den sog. Kalman-Filtern und führt eine Kanalschätzung durch Prädiktion (Vorhersage) durch. Zur Theorie der Kalman-Filter existieren eine Vielzahl von Veröffentlichungen, die in Sorenson, H.W.. Kalman Filtering: Theory and Application, IEEE Press selected reprint series, New York, 1985 gesammelt sind.
Beim Kanalschätzer auf Basis der Kalman-Filter wird der nichtfrequenzselektive Mobilfunkkanal durch einen Filter nachgebildet und in ein lineares Zustandsraummodell transformiert. Prinzipiell verwendet man als Kalman-Filter rekursive Filter, die eine rationale Z-Übertragungsfunktion N-ter Ordnung haben:
Dabei ist das Nennerpolynom mit den Koeffizienten a_i, i = 1 . . . N, stets um einen Grad größer als das Zählerpolynom mit den Koeffizienten b_i, i = 1 . . . N. Wenn sich der nichtfrequenzselektive Kanal durch einen Filter mit einer rationalen Z-Übertragungsfunktion nachbilden lässt, dann lautet sein Zustandsraummodell (eine Herleitung ist in Anderson, B.D.O., Moore, J.B.: Optimal Filtering, Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, N.J., 1979 beschrieben):

x_k+1 F_kx_k + G_kw_k
ƒ_k = H_k ^Tx_k
Darin sind f_k der zeitvariante Kanalkoeffizient, x_k der Zustandsvektor, F_k die Systemmatrix, H_k ^T die Transponierte der Ausgangsmatrix H_k und G_k der Eingangsvektor. Das Systemrauschen w_k ist als komplexer, weißer, gaußverteilter Rauschprozess angenommen, mit dem man die zeitvarianten Einflüsse des Kanals modelliert. Fig. 4 zeigt das in Symboltakt T abgetastete Zustandsraummodell für den nichtfrequenzselektiven Kanal, dargestellt durch den Index k, gleichbedeutend mit t = kT. Die Matrizen F_k, H_k ^T und G_k lauten in Regelungsnormalform:
F_k hat die Dimension N × N, die Vektoren x_k, G_k und H_k haben die Dimension N × 1. Die Elemente von x_k sind komplexwertig, während F_k, G_k und H_k reell sind.
Da der Kanal nun durch ein lineares Zustandsraummodell gegeben ist, erfolgt die Schätzung des Kanalkoeffizienten ≙_k durch eine Schätzung des Zustandsvektors ≙_k. Fig. 5 zeigt das entsprechende Blockschaltbild des Kanalschätzers, wobei z_k das Empfangssymbol darstellt. Die Gleichungen für den Kanalschätzer lauten:
Man sieht, dass der Kanalschätzer im wesentlichen eine Nachbildung des Kanals darstellt. An die Stelle des Eingangsvektors G_k tritt die Kalman-Verstärkung K_k, der für eine schnelle Konvergenz des Schätzalgorithmus sorgt. Als Startwert ≙₀ wird, wie bereits erwähnt, der geschätzte Kanalkoeffizient verwendet, der auf dem übertragenen Pilotsymbol basiert. Die nächsten Schätzwerte ≙_k ergeben sich jeweils aus dem aktuellen Empfangssymbol z_k, der von den unbekannten Informationssymbolen herrührt, und dem jeweils vorhergehenden Schätzwert.
Der Kanalschätzer auf Basis der Kalman-Filter ist für ein gegebenes Zustandsraummodell der optimale lineare Schätzer. Nach dem MSE-Kriterium, d. h. dem Kriterium zur Minimierung der mittleren Leistung des Fehlers ek, liefert er einen linearen, erwartungstreuen Schätzwert für den Kanalkoeffizienten mit minimaler Varianz gegenüber allen anderen linearen Schätzverfahren. Die Qualität sowie Komplexität dieses adaptiven Kanalschätzers hängen im wesentlichen von den verwendeten Filtern und von der Filterordnung N ab, mit der man den zeitvarianten nichtfrequenzselektiven Mobilfunkkanal nachbildet. Im Falle langsam veränderlicher Kanaleigenschaften (z. B. in einem ländlichen Gebiet mit einer niedrigen Geschwindigkeit des mobilen Empfängers) kann ein Filter niedriger Ordnung (z. B. N = 1,2) verwendet werden, so dass eine zuverlässige Kanalschätzung bei relativ niedriger Komplexität möglich ist. Im Falle schnell veränderlicher Kanaleigenschaften (z. B. in der Stadt mit einer hohen Geschwindigkeit des mobilen Empfängers) hingegen muss ein Filter hoher Ordnung (z. B. N > 7) verwendet werden, so dass eine zuverlässige Kanalschätzung bei hoher Komplexität möglich ist. Andererseits ermöglicht die Kanalschätzung mit Kalman-Filtern eine zuverlässige Kanalschätzung auf die zu übertragenen unbekannten Informationssymbole, so dass insgesamt die Anzahl der zu übertragenen Pilotsymbole in einem Datenburst reduziert werden kann, was wiederum die Datenrate des OFDM-Mobilfunksystems vergrößert.

Kanalschätzung auf Basis variabler Übertragung von Pilotsymbolen

Bei diesem Verfahren erfolgt im Empfänger die Kanalschätzung auf jedem Subträger in Abhängigkeit von den jeweiligen Kanaleigenschaften. Am Anfang der Datenverbindung überträgt der Sender auf jedem Subträger Pilotsymbole (PS) noch nach einem festen Muster, beispielsweise im Verhältnis 1/3, d. h. nach jeweils 3 Informationssymbolen (IS) der Symbollänge T folgt ein Pilotsymbol. In diesem Fall erfolgt die Kanalschätzung wie gehabt in dem Zeitschlitz, in der das Pilotsymbol gesendet wird. Der geschätzte Kanalkoeffizient wird dann anschließend zur Detektion der darauffolgenden drei Informationssymbole verwendet. Danach folgt wieder eine neue Kanalschätzung usw.
Nach einer bestimmten Zeit kann die Übertragung der Pilotsymbole im Burst adaptiv eingestellt werden, in Abhängigkeit von den jeweiligen Kanaleigenschaften. Im Falle langsam veränderlicher Kanaleigenschaften (z. B. in einem ländlichen Gebiet mit einer niedrigen Geschwindigkeit des mobilen Empfängers) kann die Anzahl der Pilotsymbole sukzessiv verringert werden, beispielsweise im Verhältnis von 1/3 auf 1/4. Im Falle schnell veränderlicher Kanaleigenschaften (z. B. in der Stadt mit einer hohen Geschwindigkeit des mobilen Empfängers) hingegen wird die Anzahl der Pilotsymbole im Burst erhöht, beispielsweise im Verhältnis von 1/3 auf S, um weiterhin eine zuverlässige Datendetektion zu gewährleisten.
Das Verfahren nutzt hierzu Kanalzustandsinformationen aus, welche über einen Rückkanal vom Empfänger zum Sender übertragen werden. Eine geeignete Kanalzustandsinformation ist z. B. das SIR (Signal-to-Interference-Ratio), d. h. das Signal-Interferenz-Verhältnis. Gemeint ist damit das Verhältnis der empfangenen Signalleistung der Informationssymbole zu der Kanalstörleistung. Das SIR beeinflusst die Güte einer digitalen Datenübertragung, welche durch die Bitfehlerrate BER (Bit Error Rate) ausgedrückt wird. Das BER gibt das Verhältnis der fehlerhaft empfangenen Bits zu den gesendeten Bits wieder. Bei ungünstigen Kanalbedingungen, d. h. bei schnellveränderlichen Kanaleigenschaften, ist die empfangene Signalleistung sehr klein. In diesem Fall sinkt die SIR, und die Daten können dann nur fehlerbehaftet detektiert werden, womit gleichzeitig die BER steigt. Unter Umständen kann der Anstieg der BER so groß sein, dass eine sinnvolle Informationsübertragung nicht mehr möglich ist.
Der Empfänger hat nun die Aufgabe das SIR zu messen, und diese Information über den Rückkanal an den Sender zu schicken. Der Sender reagiert dementsprechend, indem er bei Absinken der SIR unterhalb einer bestimmten Schwelle (die Spezifikation der Schwelle hängt dabei u. a. von der jeweiligen Quality of Service, QoS, ab) in den darauffolgenden Datenübertragungen wieder mehr Pilotsymbole im Burst sendet, so dass wieder eine zuverlässige Datendetektion erreicht werden kann. Andererseits kann es bei günstigen Kanalbedingungen, d. h. bei langsamveränderlichen Kanaleigenschaften, die Zahl der zu übertragenen Pilotsymbole im Burst adaptiv reduzieren, solange die SIR oberhalb der definierten Schwelle bleibt. Dieses adaptive Verfahren erlaubt eine zuverlässige Kanalschätzung in Abhängigkeit von den jeweiligen Kanaleigenschaften. Unter günstigen Umständen kann damit insgesamt die Anzahl der zu übertragenen Pilotsymbole reduziert werden, was wiederum zu einer Erhöhung der Datenrate des OFDM-Mobilfunksystems zur Folge hat.
Im folgenden werden explizit zwei Ausführungsbeispiele vorgestellt. In allen Ausführungsbeispielen wird von einem OFDMbasierten Mobilfunksystem ausgegangen. Des Weiteren wird ohne Einschränkung der Allgemeinheit jeweils eine downlink-Übertragung angenommen, d. h. die Datenübertragung erfolgt von einer Basisstation in Richtung einer Mobilstation.
In dem OFDM-System ist die zur Verfügung stehende Signalbandbreite B in M Subbändern unterteilt, so dass der Einfluss der Frequenzselektivität auf jedem Subträger klein gehalten wird. Auf jedem Subträger erhält man einen nichtfrequenzselektiven Kanal, d. h. der Kanal besteht aus dem direkten Pfad. Andererseits nehmen die Auswirkungen der Zeitvarianz mit geringer werdender Bandbreite zu, so dass auf jedem Subträger eine Kanalschätzung durchgeführt wird. Zur Kanalschätzung werden im Datenburst Pilotsymbole nach einem zunächst festen Muster übertragen, wie beispielsweise nach Fig. 3, d. h. nach jeweils 3 Informationssymbolen (IS) der Symbollänge T folgt ein Pilotsymbol (PS).

Ausführungsbeispiel 1

Kanalschätzung auf Basis von sog. Kalman-Filtern

Die Mobilstation verfügt über einen Kanalschätzer auf Basis der Kalman-Filter, d. h. es wird ein Filter bestimmter Ordnung verwendet, der eine gute Nachbildung des nichtfrequenzselektiven Kanals darstellt. Zunächst erfolgt eine Kanalschätzung in dem Zeitschlitz, in dem das Pilotsymbol gesendet wird. Der geschätzte Kanalkoeffizient wird als Startwert für den anschließenden Algorithmus verwendet, bei der eine Kanalschätzung auf die unbekannten Informationssymbole durchgeführt wird. Der jeweils aktuelle Schätzwert ergibt sich aus dem aktuellen Empfangssymbol und dem vorhergehenden Schätzwert. Immer wenn ein Zeitschlitz empfangen wird, in dem das Pilotsymbol gesendet wird, findet ein Update des Startwertes für die adaptive Kanalschätzung statt.

Ausführungsbeispiel 2

Zusätzliche Kanalschätzung auf Basis variabler Übertragung von Pilotsymbolen

Die Mobilstation verfügt über einen Kanalschätzer auf Basis der Kalman-Filter, d. h. es wird ein Filter bestimmter Ordnung verwendet, der eine gute Nachbildung des nichtfrequenzselektiven Kanals darstellt. Auf diese Weise kann die Basisstation einen Burst verwenden, in dem mehr Ressourcen zur Übertragung der Informationssymbole bereit gestellt werden. Die Übertragung der Pilotsymbole in diesem optimierten Burst erfolgt beispielsweise im Verhältnis von 1/10.
Zunächst erfolgt eine Kanalschätzung in dem Zeitschlitz, in dem das Pilotsymbol gesendet wird. Der geschätzte Kanalkoeffizient wird als Startwert für den anschließenden Kalman-Filter verwendet, bei dem eine Kanalschätzung auf die unbekannten Informationssymbole durchgeführt wird. Der jeweils aktuelle Schätzwert ergibt sich aus dem aktuellen Empfangssymbol und dem vorhergehenden Schätzwert. Immer wenn ein Zeitschlitz empfangen wird, in dem das Pilotsymbol gesendet wird, findet ein Update des Startwertes für die adaptive Kanalschätzung statt.
Parallel hierzu misst die Mobilstation bei sich jeweils das SIR und schickt diesen Wert als Kanalzustandsinformation über einen Rückkanal zur Basisstation. Diese reagiert dementsprechend, indem sie bei Absinken der SIR unterhalb einer bestimmten Schwelle in den darauffolgenden Datenübertragungen im Burst wieder mehr Pilotsymbole sendet, beispielsweise im Verhältnis von 1/10 auf 1/9 usw., um wieder eine zuverlässige Datendetektion zu gewährleisten. Andererseits reduziert die Basisstation die Zahl der zu übertragenen Pilotsymbole im Burst, solange die SIR oberhalb der definierten Schwelle bleibt, beispielsweise im Verhältnis von 1/10 auf 1/11 usw. Abkürzungen BER: Bit Error Rate
GSM: Global System for Mobile Communications
MLSE: Maximum Likelihood Sequence Estimation
OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing
QoS: Quality of Service
SIR: Signal to Interference Ratio
TDD: Time Division Duplex
UMTS: Universal Mobile Telecommunications System.

Claims

1. Verfahren zum Schätzen eines Funkkanals durch
Empfangen eines Datensignals, das Informationssymbole (IS)und mindestens ein Pilotsymbol (PS) umfasst, über den Funkkanal und
erstes Schätzen des Funkkanals anhand des mindestens einen Pilotsymbols (PS) unter Bereitstellung eines Schätzwerts,
gekennzeichnet durch
ein zweites Schätzen zur Verfeinerung des ersten Schätzens, wobei der Schätzwert des ersten Schätzens als Ausgangswert für das zweite Schätzen verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das zweite Schätzen durch eine rekursive Filterung insbesondere auch unter Verwendung von allen oder einigen der Informationssymbole (IS) erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die rekursive Filterung eine Kalman-Filterung ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei Pilotsignale (PS) periodisch empfangen werden und für jedes der Pilotsignale durch das erste Schätzen ein neuer Ausgangswert für das zweite Schätzen ermittelt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei Daten über den Funkkanal burstweise übertragen werden und in jedem Burst eines oder mehrere Pilotsymbole untergebracht sind.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Datenübertragungssystem ein OFDM-System ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Funkkanal ein Mobilfunkkanal und insbesondere ein frequenzselektiver Funkkanal ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei dem Sender des Datensignals eine Kanalzustandsinformation übertragen wird, anhand der die Anzahl der Pilotsymbole in jedem Burst variierbar ist.

9. Vorrichtung zum Schätzen eines Funkkanals mit
einer Empfangseinrichtung zum Empfangen eines Datensignals, das Informationssymbole (IS) und mindestens ein Pilotsymbol (PS) umfasst, über den Funkkanal und
einer ersten Schätzeinrichtung zum Schätzen des Funkkanals anhand des mindestens einen Pilotsymbols (PS) unter Bereitstellung eines Schätzwerts,
gekennzeichnet durch
eine zweite Schätzeinrichtung zum verfeinerten Schätzen anhand des Schätzwerts der ersten Schätzeinrichtung als Ausgangswert.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die zweite Schätzeinrichtung ein rekursives Filter, insbesondere ein Kalman-Filter ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei durch die Empfangseinrichtung Pilotsignale periodisch empfangbar und für jedes der Pilotsignale (PS) durch die erste Schätzeinrichtung ein jeweiliger Ausgangswert für die zweite Schätzeinrichtung ermittelbar ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei Daten über den Funkkanal burstweise übertragen werden und in jedem Burst eines oder mehrere Pilotsymbole untergebracht sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei das Datenübertragungssystem ein OFDM-System ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei der Funkkanal ein Mobilfunkkanal und insbesondere ein frequenzselektiver Funkkanal ist.

15. Mobiles Endgerät und/oder Basisstation mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14.

16. Mobilfunksystem mit einem Empfänger, der eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14 umfasst, und mit einem Sender, an den von dem Empfänger eine Kanalzustandsinformation übertragbar ist, so dass von dem Sender die Anzahl der Pilotsymbole in jedem Burst anhand der Kanalzustandsinformation variierbar ist.