DE10164796B4

DE10164796B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Charakterisieren eines Übertragungskanals

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Publication number: DE10164796B4
Application number: DE10164796A
Authority: DE
Inventors: Robert Dipl.-Ing. Klinski; Sven Dipl.-Ing. Keunecke
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2001-09-06
Filing date: 2001-09-06
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2021-09-07
Also published as: DE10143729A1; DE10164796A1; DE10143729B4

Abstract

Vorrichtung zum Charakterisieren eines Übertragungskanals, mit folgenden Merkmalen:
einer Einrichtung (10) zum Extrahieren einer auf den Übertragungskanal hinweisenden Kanalgröße aus einem über den Übertragungskanal übertragenen Signal (12), wobei die Einrichtung (10) ausgebildet ist, um Teile einer Autokorrelationsmatrix eines Empfangssignals zu schätzen;
einer Einrichtung (14) zum Vergleichen der extrahierten Kanalgröße mit einer Mehrzahl von vorgegebenen Kanalgrößen, wobei jeder vorgegebenen Kanalgröße eine Kanalklasse einer Mehrzahl von Kanalklassen zugeordnet ist, wobei die Kanalklassen in Form von Referenzwerten abgespeichert sind, und wobei die Referenzwerte Teile von Autokorrelationsmatrizen von Musterkanälen sind; und
einer Einrichtung (16) zum Behandeln des Übertragungskanals als Übertragungskanal der Kanalklasse, deren Kanalgröße der extrahierten Kanalgröße am ehesten entspricht.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die digitale Übertragungstechnik und insbesondere auf Kanalschätzkonzepte, die zum Entzerren eines Übertragungskanals eingesetzt werden können.
Im Falle leitungsgebundener Übertragung (z. B. ADSL, SDSL) kann die Annahme getroffen werden, daß der Übertragungskanal zeitinvariant ist. Dies bedeutet, daß sich seine wesentlichen Eigenschaften während einer laufenden Datenübertragung nicht ändern.
Zu Beginn einer Datenübertragung bzw. nach deren Abbruch, müssen die Kanaleigenschaften jedoch neu bestimmt werden. Dies ist notwendig, um den empfangsseitigen Entzerrer auf den eventuellen Kanalveränderungen anzupassen.
Hierzu werden im allgemeinen sog. Trainingssequenzen übertragen, die zur Schätzung der Kanaleigenschaften herangezogen werden. Dieser Ansatz hat jedoch den Nachteil, daß diese Trainingssequenzen zu einer Verminderung der effektiven Bandbreite führen (falls diese während einer Datenübertragung mitübertragen werden) bzw. eine Datenübertragung (beispielsweise während einer Start-Up-Aktivierung) gänzlich ausschließen. Außerdem führt (bei z. B. einem Verbindungsabbruch) eine erneute Kanalschätzung zu einem erhöhten Aufwand, insbesondere was die dann notwendigen Signalisierungsmechanismen anbetrifft.

US-5,335,356 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum adaptiven Zuweisen von Ressourcen, wie Prozessorzeit oder Prozessorauslastung, in einem mobilen Telefonsystem. Aufgrund einer Mobilität des Empfängers variiert die Übertragungsqualität kontinuierlich. Um eine adäquate Übertragungsqualität und eine Zufriedenheit der Teilnehmer zu sichern, wird die Übertragungsqualität der Gespräche kontinuierlich überwacht, so daß die Gespräche von einem Kanal zu einem anderen geschaltet werden, wenn dadurch die Übertragungsqualität verbessert werden kann. Dabei sind die Kanäle als Zeitschlitze definiert, die durch das Time-Division Multiplex-Verfahren festgelegt werden. Die Zeitschlitz-Kommunikationsfunktionen werden von dem Exchange Terminal Circuit (ETC) seitens des mobilen Service-Centers sowie durch einen Multiplexer (MUX) seitens der Basisstation gehandhabt. Die Übertragungsqualität wird dabei durch eine Messung einer Signalstärke SS (SS = Signal Strength) ausgeführt. Dabei wird in der Basisstation eine Differenz zwischen der Signalstärke und einer maximalen Signalstärke gebildet. Auf der Basis dieser Differenz wird ein Zeitintervall bestimmt, das eine Funktion dieser Zeitdifferenz ist. Die Kanäle werden dann Klassen zugeordnet als Funktion einer optimalen Wartezeit, die auf der Basis der bestimmten Zeitintervalle berechnet wird. Die Basisstation bestimmt dann, ob ein Hand-off zu einer anderen Basisstation notwendig ist oder nicht. Auf der Basis der bestimmten Zeitintervalle werden ferner die Prozessorressourcen adaptiv zugewiesen, in dem ausgehend von der bestimmten Wartezeit die Übertragungsqualität bei stark veränderlichen Kanälen oft überwacht wird, und die Übertragungsqualität von schwach veränderlichen Kanälen weniger oft überwacht wird.

EP 1 069 721 A2 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Einstellen einer Datenrate in einem drahtlosen Kommunikationssystem. Dabei wird die Datenrate im Sender in Abhängigkeit von einer Messung der Verbindungsqualität eingestellt. Die Verbindungsqualität wird im Empfänger durch eine Zählung der Anzahl der falschen L-PPM (L-PPM = L-Slot Puls Position Modulation) Informationseinheiten, die durch Rauschen gestört worden sind, berechnet. Im Sender werden in Abhängigkeit von der Messung der Verbindungsqualität sowie von mindestens vier vordefinierten Schwellen, die jeweils einer Datenrate von 4, 2, 1, 0,5 oder 0,25 Mb/s entsprechen, eine der erwähnten Datenraten ausgewählt.

EP 632 613 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Datenwiedergewinnung in einem Funkkommunikationssystem. Im Empfänger führt der Kanalqualitätsschätzer eine Schätzung einer Charakteristik des Kommunikationskanals durch. Auf der Basis dieser Schätzung wird selektiv eine erste oder eine zweite Dekodierungstechnik eingesetzt, so daß unabhängig von dem Kanalzustand entweder die Vorteile der ersten oder die Vorteile der zweiten Dekodierungstechnik genutzt werden. Der Kanalqualitätsschätzer arbeitet auf der Basis einer Schätzung der Bitfehlerwahrscheinlichkeit. In Abhängigkeit von der gemessenen Bitfehlerwahrscheinlichkeit wird entweder eine erste Dekodierungstechnik in Form eines BCH-Codes (BCH = Bose, Chadhuri und Hocquenghen), oder in Form einer CRC-Dekodierung eingesetzt. Um zu entscheiden, ob die erste oder ob die zweite Dekodierungstechnik eingesetzt wird, wird eine Schwelle verwendet.

EP 423 485 A1 offenbart ein Verfahren und eine Einrichtung zur bidirektionalen Übertragung von Daten. Dabei wird auf der Basis einer Empfangsgüte ein Code zur Übertragung gewählt. Der Wert für die Empfangsgüte wird aus dem bei einer Demodulation gemessenen Verhältnis von Signal-zu-Rausch-Leistung gewonnen. Aufgrund einer zuvor festgelegten Wertebereichseinteilung wird als Empfangsgüte die Nummer des Bereichs übertragen, in dem der Meßwert liegt. Alternativ kann die Empfangsgüte auch bestimmt werden, in dem der Sender in regelmäßigen Abständen eine dem Empfänger bekannte Bitfolge überträgt. Anhand der über den in Gegenrichtung verlaufenden Kanal übertragener Nummer des Bereichs wird der jeweils zu verwendende Code von einer Code-Auswahlschaltung abgerufen.

WO-00/18058 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abschätzung der Übertragungsqualität eines digitalen Nachrichtensignals. Die Übertragungsqualität wird auf der Grundlage von Kanalzustandsinformationen abgeschätzt, wie sie in Form von Softbits von einem Entzerrer eines herkömmlichen Mobilfunkempfängers geliefert wird. Um eine schnelle Abschätzung der Übertragungsqualität zu erreichen werden die Zuverläßigkeitswerte, die aus den Softbits gewonnen werden, einer Tiefpaßfilterung unterzogen. Das Tiefpaßfiltersignal wird mit wenigstens einer Schwelle verglichen, um ein Vergleichsergebnis zu erhalten, das als Steuersignal zum Umschalten zwischen unterschiedlichen Übertragungsmodi, denen unterschiedliche Datenraten zugewiesen sind, als Nachrichtensignal angewendet wird.

WO 98/49800 A1 offenbart ein System zum Schätzen der Funkkanalbitfehlerwahrscheinlichkeit in einem digitalen Funktelekommunikationsnetzwerk. Aufgrund der Schätzung der Bitfehlerwahrscheinlichkeit wird dann entweder der Service ersten Grades oder der Service zweiten Grades ausgewählt. Der Service ersten Grades unterscheidet sich von dem Service zweiten Grades dadurch, daß eine Modulation auf einem niedrigeren Level eingesetzt wird. Das System schaltet von dem Service ersten Grades zu dem Service zweiten Grades wenn die Bitfehlerwahrscheinlichkeit in der Uplink-Richtung und in der Downlink-Richtung eine erste Schwelle überschritten hat, um die Bitfehlerrate in der Downlink-Richtung unterhalb einer zweiten Schwelle liegt, wenn die restliche Bitfehlerrate in der Uplink-Richtung unterhalb einer dritten Schwelle liegt und wenn die Rahmenauslöschungsrate in der Uplink-Richtung gleich 0 ist.

US 5,701,294 offenbart ein System und ein Verfahren zum flexiblen Kodieren, Modulieren sowie Zeitschlitzzuweisen in einem Funktelekommunikationsnetzwerk. Auf der Basis einer Messung des Verhältnisses der Trägersignalstärke zur Interferenz wird senderseitig aufgrund von geeigneten Kostenfunktionen aus einer Tabelle die geeignete Modulationsart, die geeignete Kodierung, die Datenrate sowie die Zeitschlitzzuweisung durchgeführt.

GB 2 253 546 A offenbart eine Funkkommunikationsvorrichtung mit gespeicherten Kodierungs/Dekodierungs-Prozeduren. Auf der Basis des empfangenen Signallevels entscheidet der Überwachungsmonitor in der Basisstation, ob eine der gespeicherten Sprachkodierungsprozeduren geschaltet werden muß. Diese Auswahlinformation wird dann von der Basisstation zur mobilen Station übertragen.

DE 196 28 008 A1 offenbart einen Entzerrerschaltkreis und -Verfahren einer Datenkommunikationssendeeinrichtung. Dabei wird über eine Telefonleitung ein hochfrequentes Signal und ein niederfrequentes Signal eingegeben. Sowohl das hochfrequente Signal als auch das niederfrequente Signal sind Frequenzumtastsignale. Aufgrund eines Vergleichs der Pegel der beiden hoch- und niederfrequenten Signale durch eine Pegelerkennungseinheit wird eine Pegeldifferenz ermittelt, um einen Kompensationsparameter entsprechend dieser Pegeldifferenz einzustellen. Die Entzerrung wird entsprechend diesem Kompensationsparameter durchgeführt. Um eine Abschwächung der über Kabel übertragenen Signale zu kompensieren ist eine Datenkommunikationssendeeinrichtung zum Übertragen von faximilen Daten mit einer Entzerrfunktion ausgerüstet.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein effizientes Konzept zum Charakterisieren von Übertragungskanälen zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Charakterisieren eines Übertragungskanals nach Patentanspruch 1 oder durch ein Verfahren zum Charakterisieren eines Übertragungskanals nach Patentanspruch 3 gelöst.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß mögliche Eigenschaften eines Übertragungskanals nicht beliebig sind, sondern in bestimmte Klassen unterteilbar sind. Insbesondere im Falle von leitungsgebundenen Kanälen werden solche Kanalklassen beispielsweise durch das Übertragungsmedium selbst, beispielsweise ein Koaxialkabel, eine Zweidrahtleitung, eine Lichtleitfaser etc., und durch die Länge des Übertragungskanals bestimmt. Typischerweise werden nicht beliebige Längen eingesetzt, sondern Längen in bestimmten Abstufungen. Daher ist es möglich, ein Vorwissen über mehrere zu erwartende Kanäle dahingehend einzusetzen, daß eine bzw. mehrere Eigenschaften des tatsächlich vorliegenden Übertragungskanals grob charakterisiert werden, und dann der Übertragungskanal aufgrund der grob charakterisierten Eigenschaften einer bestimmten Kanalklasse zugeordnet wird. Anhand dieser Zuordnung des Kanals zu einer bestimmten Übertragungskanalklasse kann die Charakterisierung des Kanals beispielsweise zu Zwecken der Kanalentzerrung beschleunigt werden, weil diese Zuordnung bereits anhand einiger weniger Kanaleigenschaften möglich ist.

Diese notwendigen Kanaleigenschaften liefert beispielsweise die Autokorrelationsmatrix des empfangenen Signals. Anhand der Bestimmung eines oder mehrere Elemente der Autokorrelationsmatrix kann dann ein Vergleich mit entsprechenden Autokorrelationsmatrix-Informationen von verschiedenen Musterkanälen durchgeführt werden. Die gemessenen Kanaleigenschaften können dann mit den Eigenschaften der Musterkanäle der verschiedenen Kanalklassen verglichen werden. In diesem Fall wird der gemessene Übertragungskanal mit einigen Musterkanalinformationen weniger übereinstimmen, jedoch auch mit zumindest einer Musterkanalinformation vergleichsweise gut übereinstimmen. Die Kanalklasse des Musterkanals, mit dem die beste Übereinstimmung mit dem gemessenen Kanal festgestellt wird, wird ausgewählt. Dies ermöglicht es, beispielsweise einen Kanalentzerrer mit voreingestellten Entzerrerparametern für diese Kanalklasse zu speisen, so daß relativ schnell, nämlich nach einer groben Bestimmung eines oder mehrerer Elemente der Autokorrelationsmatrix des empfangenen Signals eine relativ gute Kanalentzerrung erreicht wird, die durch eine Feinadaption noch verbessert werden kann, um für den gemessenen Übertragungskanal individuelle Entzerrerparameter zu bestimmen, die jedoch von den Musterentzerrerparametern für die festgestellte Kanalklasse nicht mehr besonders stark abweichen werden.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß relativ schnell eine relativ gute Kanalschätzung erreicht wird.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß keine Trainingssequenzen benötigt werden. Die verfügbare Bandbreite des Übertragungskanals kann von Anfang an voll zur Nutzdatenübertragung eingesetzt werden. Der Kanal wird anhand des über den Kanal übertragenen Signals und anhand bekannter Musterkanalklassen geschätzt. Die Bereitstellung von Vorabinformationen über Musterkanäle verschiedener Kanalklassen, die nicht während der Übertragung sondern „Off-Line" erfolgen kann, ermöglicht es, außerhalb der Übertragung bereits Vorarbeit zu leisten, um eine schnellere Charakterisierung des Übertragungskanals während einer Datenübertragung zu erreichen, ohne daß die Bandbreite des Übertragungskanals durch Verwendung von Trainingssequenzen etc. beeinträchtig wird.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Charakterisieren eines Übertragungskanals gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine Vorrichtung zum Entzerren eines Übertragungskanals gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 eine Vorrichtung zum Entzerren eines Übertragungskanals gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4a ein allgemeines Modell eines leitungsgebundenen Übertragungssystems; und
4b eine zeitdiskrete Struktur des Übertragungssystems von 4a.
Wie es bereits ausgeführt worden ist, beruht das erfindungsgemäße Konzept darauf, daß die möglichen Eigenschaften insbesondere von leitungsgebundenen Kanälen, welche Beispiele für zeitinvariante Kanäle sind, in bestimmte Klassen eingeteilt werden können. Anhand einer Zuordnung des Kanals zu einer bestimmten Kanalklasse wird erfindungsgemäß die Schätzung des Kanals beschleunigt. Diese Zuordnung ist bereits anhand einiger weniger Kanaleigenschaften möglich. Diese notwendigen Kanaleigenschaften liefert beispielsweise die Autokorrelationsmatrix des empfangenen Signals. Im nachfolgenden wird anhand der 4a und 4b darauf eingegangen, wie die Autokorrelationsmatrix des empfangenen Signals bzw. einige wenige Elemente der Autokorrelationsmatrix bestimmt werden können.
Ein Übertragungskanal kann, wie es in 4a gezeigt ist, ein Sendefilter 40, ein Empfangsfilter 42, einen Störprozeß n(t) 44 sowie den tatsächlichen Nachrichtenkanal f(t) 46 umfassen, wobei das Sendefilter, das Empfangsfilter, der Störprozeß und der eigentliche Datenkanal jeweils durch ihre Impulsantworten im Zeitbereich angegeben sind. Wie es in
4a gezeigt ist, kann der Störprozeß n(t) einen additiven Einfluß auf das Ausgangssignal des Datenkanals haben. Dies ist in 4a durch eine Addierstelle 48 dargestellt. In den Übertragungskanal wird ein Eingangssignal x(t) an einem Eingang 50 eingespeist, während ein Ausgangssignal y(t) an einem Ausgang 52 der Übertragungsstrecke von 4a erhalten wird.
4b zeigt eine alternative Darstellung des Übertragungskanals von 4a in zeitdiskreter Darstellung. Das Eingangssignal x(k) an dem Eingang 50 der Übertragungsstrecke wird in ein Übertragungsfilter 54, dessen Impulsantwort h(k) ist, eingespeist. Der Störprozeß n(k) wird, gefiltert durch ein Störfilter 56, dessen Impulsantwort mit g(k) bezeichnet ist, mittels der Addierstelle 48 auf das Ausgangssignal des Kanalfilters h(k) aufaddiert, um schließlich an dem Ausgang 52 der Übertragungsstrecke das zeitdiskrete Ausgangssignal y(k) zu erhalten.
Wenn die Vektorschreibweise verwendet wird, so ergibt sich für das empfangene Signal y(k) folgende Beziehung: y = H·x + G·n
In der obigen Gleichung sind das Empfangssignal y, das Eingangssignal x und der Störprozeß n folgendermaßen definiert: y = [y(0), ..., y(l – 1)], x = [(0), ..., x(l – 1)], n = [n(0), ..., n(l – 1))
Mit H und G werden die nachfolgend dargestellten Faltungsmatrizen des Kanalfilters h und des Störfilters g bezeichnet:
Wird nun am Ausgang 52 der Übertragungsstrecke von 4b, also empfangsseitig, die Autokorrelationsmatrix des empfangenen Signals y gebildet, so folgt unter der Annahme, daß der Störprozeß n mit dem Eingangssignal x unkorreliert ist, folgender Zusammenhang: E{y·yH} = H·E{x·xH}·HH+G·E{n·nH}·GH
Die Notation E{...} bezeichnet, wie es für Fachleute bekannt ist, den mathematischen Erwartungswert. Der Operator (...)^H bezeichnet in üblicher Notation die Transposition und Konjugation einer Matrix. Unter der weiteren Annahme, daß das Eingangssignal und der Störprozeß weiß sind, läßt sich der Erwartungswert E{...} wie folgt ausdrücken: E{y·yH} = σ2x ·H·HH + σ2n ·G·GH
In der obigen Gleichung bezeichnet σ 2 / x die Leistung des Eingangsprozesses, während σ 2 / n die Leistung des Störprozesses darstellt. Bei den resultierenden Matrizen H·H^H und G·G^H handelt es sich um die Autokorrelationsmatrizen von H und G, welche nachfolgend als R_h und R_g bezeichnet werden. Die Autokorrelationsmatrix des empfangenen Signals y läßt sich nun folgendermaßen darstellen: E{y·yH} = σ2x ·Rh + σ2n ·Rg
Wie es nachfolgend erläutert wird, umfaßt die Autokorrelationsmatrix bzw. Teile der Autokorrelationsmatrix des empfangenen Signals y die Autokorrelationsmatrix der Kanalimpulsantwort h, bewertet mit der Leistung des Sendesignals. Dieser Autokorrelationsmatrix ist ferner die Autokorrelati onsmatrix des bekannten Empfangsfilters überlagert (bewertet mit der Leistung des Störprozesses n). Unter der weiteren üblicherweise gegebenen Annahme, daß die Störleistung geringer als die Signalleistung ist, ergibt sich für die Autokorrelationsmatrix der Kanalimpulsantwort folgender Ausdruck:
Da die Autokorrelationsmatrix R_h bereits Teilinformationen über den Übertragungskanal liefert, wird sie bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung zu einer Vorentscheidung über die Kanalklasse, der der aktuell betrachtete Übertragungskanal zugeordnet ist, herangezogen.
Es sei darauf hingewiesen, daß es nicht unbedingt erforderlich ist, zum Erhalten von groben Kanalinformationen, um den aktuell betrachteten Kanal einer Kanalklasse zuordnen zu können, die Autokorrelationsmatrix des Empfangssignals verwendet werden muß, obgleich die oben beschriebene Vorgehensweise universell einsetzbar ist. Sind von einem Übertragungssystem nämlich beispielsweise die Sendeleistung, die Modulationsart und die Dämpfung des Kanals pro Längeneinheit bekannt, so kann eine einfache Kanalklassenzuordnung auch dadurch erreicht werden, daß am Empfänger die Leistung des Empfangssignals gemessen wird, und daß eine Kanalzuordnung einfach auf der Basis der Leistung des Empfangssignals durchgeführt wird. Die Leistung des Empfangssignals z. B. gemittelt über eine bestimmte Zeitdauer entspricht lediglich einem einzigen Element der Autokorrelationsmatrix des Empfangssignals, nämlich dem Element in der ersten Zeile und der ersten Spalte. Daraus ist ersichtlich, daß auch einige wenige beliebig auswählbare Elemente der Autokorrelationsmatrix des Empfangssignals oder z. B. einfach nur die Leistung des Empfangssignals genügen, um bereits eine Kanalklassenzuordnung zu erreichen. Die im Ein zelfall verwendete Vorgehensweise wird sich danach richten, welche Kanäle zu erwarten sind, d. h. welches Vorwissen bereits in Form der Musterkanäle einem Empfänger zur Verfügung gestellt werden kann, um eine schnelle Kanalschätzung zu Zwecken der Kanalentzerrung zu erreichen.
Im nachfolgenden wird auf 1 eingegangen, um ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darzustellen. 1 zeigt eine Vorrichtung zum Charakterisieren eines Übertragungskanals. Die Vorrichtung umfaßt eine Einrichtung 10 zum Extrahieren einer auf den Übertragungskanal hinweisenden Kanalgröße aus einem über den Übertragungskanal übertragenen Signals, das in 1 mit Eingangssignal 12 bezeichnet ist. Die Einrichtung 10 zum Extrahieren arbeitet vorzugsweise auf der Basis der Schätzung der Autokorrelationsmatrix des empfangenen Signals bzw. auf der Basis der Schätzung eines Teils dieser Autokorrelationsmatrix.
Der Einrichtung 10 ist eine Einrichtung 14 zum Vergleichen der extrahierten Kanalgröße mit einer Mehrzahl von Kanalgrößen nachgeschaltet, wobei jeder vorgegebenen Kanalgröße der Mehrzahl von vorgegebenen Kanalgrößen eine Kanalklasse einer Mehrzahl von Kanalklassen zugeordnet ist. Die Einrichtung 14 zum Vergleichen führt ferner vorzugsweise die Wahl einer Kanalklasse anhand der Schätzung der Einrichtung 10 durch. Eine Einrichtung 16 zum Behandeln des Übertragungskanals als Übertragungskanal der Kanalgröße, deren Kanalgröße der extrahierten Kanalgröße am ehesten entspricht, führt somit, in anderen Worten ausgedrückt, eine Zuordnung eines Musterkanals zu dem aktuell betrachteten Kanal durch, aus dem das Eingangssignal 12 stammt.
Zunächst wird also die Autokorrelationsmatrix bzw. Teile davon geschätzt. Die Schätzung kann auf einem beliebigen bekannten Verfahren basieren, wobei solche bekannten Verfahren beispielsweise in K. D. Kammeyer und K. Kroschel, „Digitale Signalverarbeitung", B. G. Teubner, Stuttgart, 1998, beschrieben sind.
Aufgrund dieser Schätzung erfolgt dann eine grobe Vorauswahl einer Kanalklasse, zu der der tatsächliche Kanal zugeordnet werden kann. Die Kanalklassen bzw. ihre Eigenschaften, wie z. B. die Autokorrelationsmatrizen bzw. Teile davon, stehen vorzugsweise in Form von abgespeicherten Referenzwerten zur Verfügung. Anhand der Zuordnung des tatsächlichen Kanals zu einer der Kanalklassen wird ein Musterkanal ausgewählt, der mit dem tatsächlich betrachteten Kanal am besten übereinstimmt.
Alternativ dazu kann die Auswahl des Musterkanals direkt anhand der Schätzung der Autokorrelationsmatrix des empfangenen Signals erfolgen. Die in 1 gezeigte Vorrichtung liefert somit einem Empfänger einen Musterkanal, der den tatsächlichen Kanal am besten approximiert. Anhand dieser Zuordnung können dann Entzerrerkoeffizienten eines in dem Empfänger gegebenenfalls vorhandenen Entzerrers grob voreingestellt werden. Falls eine Rückwirkung auf den Sender verfügbar ist, könnte der Sender auch adaptiv eingestellt werden, um eine Vorverzerrung des Signals durchzuführen. In diesem Fall müßte in dem Empfänger selbst kein Entzerrer vorhanden sein.
Im nachfolgenden wird anhand von 2 auf einen Empfänger mit Entzerrerschaltung eingegangen. Das gestörte Eingangssignal 12 wird der Einrichtung 10 zum Schätzen der Autokorrelationsmatrix zugeführt, die einen Musterkanal auswählt. Eine Identifikation des Musterkanals wird von der Einrichtung 16 zu einer Einrichtung 20 zum Dimensionieren eines Entzerrers zugeführt. Der Entzerrer führt eine Entzerrung 22 des gestörten Empfangssignals 12 durch und liefert ausgangsseitig ein vorentzerrtes bzw. grob entzerrtes Empfangssignal, das einer Einrichtung 24 zur weiteren Sig nalverarbeitung beispielsweise mittels einer Feinentzerrung, zugeführt werden kann.
In 3 ist eine Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die in 3 gezeigte Vorrichtung unterscheidet sich von der in 1 gezeigten Vorrichtung insbesondere dahingehend, daß nicht, wie in 1, eine Kanalklasse anhand der durch die Einrichtung 10 erhaltenen Schätzung ausgewählt wird und dann ein Musterkanal zugeordnet wird, sondern daß direkt anhand der Kanalschätzung eine Entzerrerklasse mittels einer Einrichtung 30 ausgewählt wird, und daß dann, auf der Basis der durch die Einrichtung 30 gewählten Entzerrerklasse ein Musterentzerrer mittels einer Einrichtung 32 zugeordnet wird. Die Entzerrerkoeffizienten werden also direkt anhand der Eigenschaften des tatsächlichen Kanals dimensioniert. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß die Entzerrerkoeffizienten als Musterfunktionen in einer Tabelle abgespeichert sind. Die Wahl der Musterfunktion erfolgt somit direkt anhand der Eigenschaften des tatsächlichen Kanals. Alternativ kann der Musterentzerrer direkt auf der Basis der durch die Einrichtung 10 erhaltenen Daten zugeordnet werden.
Wie es bereits ausgeführt worden ist, ist das erfindungsgemäße Konzept dahingehend vorteilhaft, daß eine Entzerrung eines ankommenden Signals ohne Trainingssequenzen erfolgen kann. Dies ist insbesondere dann günstig, wenn nicht genügend oder überhaupt keine Trainingssequenzen zur Verfügung stehen.
Nach einem Verbindungsabbruch kann dann gemäß der vorliegenden Erfindung eine notwendige Re-Initialisierungsphase beschleunigt werden. Hierzu werden während der Re-Initialisierungsphase im Stand der Technik oft zunächst empfangsseitig bekannte Trainingssequenzen übertragen, die dazu dienen, den Entzerrer im Empfänger neu zu dimensionieren. Während dieser Phase ist im Stand der Technik keine Datenübertragung möglich. Das erfindungsgemäße Konzept ermöglicht es dagegen, ohne Trainingssequenzen den Entzerrer im Empfänger zu dimensionieren. Diese Dimensionierung wird eine relativ grobe Dimensionierung sein, wobei die Grobheit jedoch von der Anzahl der einstellbaren Muster-Kanalklassen abhängt. Bereits während der Grobdimensionierung kann, wenn Störeinflüsse auf den Kanal nicht all zu hoch sind, bereits eine Übertragung von Nutzdaten mit im Vergleich zu der Datenrate, die bei optimaler Entzerrereinstellung möglich ist, geringerer Datenrate erfolgen.
Das mit der geringeren Datenrate einhergehende höhere Signal/Rausch-Verhältnis muß dabei ausreichend sein, damit die Nutzdaten im Empfänger korrekt decodiert werden können. Im Anschluß an die Grob-Einstellung des Entzerrers kann ein adaptives Feinentzerrungsverfahren verwendet werden, das beispielsweise entscheidungsrückgekoppelt arbeitet. Je stärker konvergent die Feinadaption arbeitet, um so schneller kann auch die Datenrate von der niedrigen Datenrate auf die im normalen Betrieb vorhandene hohe Datenrate gesteigert werden. Ein Sender, der dazu geeignet ist, muß somit eine niedrige Datenrate liefern können und, wenn eine Grobentzerrung durch Zuordnung einer Kanalklasse erreicht ist, diese niedrige Datenrate kontinuierlich, schrittweise oder auf einen Schlag steigern können, um den Kanal mit der maximal zulässigen Datenrate auszulasten, was jedoch nur möglich ist, wenn der Empfänger-Entzerrer optimal eingestellt ist, damit die Bitfehlerraten im Empfänger unterhalb vorgeschriebener Grenzen bleiben.
Das erfindungsgemäße Konzept kann jedoch auch dazu verwendet werden, um neben der Re-Initialisierungsphase nach einem Verbindungsabbruch, auch die Initialisierungsphase zu Beginn einer Verbindung zu beschleunigen. Hierzu erfolgt zunächst eine grobe Vorauswahl des Kanals und darauffolgend eine erste Signalentzerrung.
Wie es anhand der 4a und 4b ausgeführt worden ist, wird für die erfindungsgemäße Kanalcharakterisierung bzw. Entzerrung der mathematische Erwartungswert der Autokorrelationsmatrix des empfangenen Signals y verwendet. Wie es bekannt ist, ist eine zeitliche Mittelung, die eigentlich für die Berechnung einer Autokorrelation benötigt wird, äquivalent zu einer Scharmittelung, wenn die Scharmittelung über eine lange Zeitdauer durchgeführt wird. Der Scharmittelwert bzw. der Erwartungswert E{...} des Empfangssignals wird dadurch erhalten, daß eine bestimmte Anzahl von zeitdiskreten Empfangssignalwerten, beispielsweise die zeitdiskreten Empfangssignale mit der laufenden Nummer 1 bis 10, genommen werden. Daraufhin wird die Autokorrelation der Folge mit den zeitdiskreten Abtastwerten 2 bis 11 berechnet. Dieser Vorgang wird dann für die zeitdiskreten Ausgangssignalwerte 3 bis 12, 4 bis 13, 5 bis 14, ... wiederholt. Eine Mittelung über sämtliche bestimmten Autokorrelationsfunktionen gibt schließlich den Erwartungswert. Es hat sich herausgestellt, daß bereits eine Mittelung über 1000 Autokorrelationen von 1000 verschiedenen Ausgangssignalfolgen zu einer ausreichend detaillierten Kanalschätzung führt, so daß eine aussagekräftige Kanalklassenwahl durchgeführt werden kann. Aus dem obigen Beispiel ist ferner zu sehen, daß die Ausgangssignalfolgen, unter Verwendung derer der Erwartungswert gebildet wird, nicht aneinander angrenzend sein müssen, sondern überlappend sein dürfen. Dies bedeutet, daß eine Grobadaption auch in mehreren Stufen durchgeführt werden kann. So kann bereits auf der Basis der Ergebnisse der ersten ausgewerteten Ausgangssignalfolge eine – wenn auch sehr grobe – Entzerrereinstellung durchgeführt werden, die dann, nach und nach, verfeinert wird, indem aus einer groben Kanalklasse immer detailliertere „Kanalunterklassen" ausgewählt werden, bis die Entzerrereinstellung hinreichend genau ist, daß eine beispielsweise entscheidungsrückgekoppelt arbeitende Feinadaption zu einer exakten Einstellung der Entzerrerparameter führt.

Claims

Vorrichtung zum Charakterisieren eines Übertragungskanals, mit folgenden Merkmalen: einer Einrichtung (10) zum Extrahieren einer auf den Übertragungskanal hinweisenden Kanalgröße aus einem über den Übertragungskanal übertragenen Signal (12), wobei die Einrichtung (10) ausgebildet ist, um Teile einer Autokorrelationsmatrix eines Empfangssignals zu schätzen; einer Einrichtung (14) zum Vergleichen der extrahierten Kanalgröße mit einer Mehrzahl von vorgegebenen Kanalgrößen, wobei jeder vorgegebenen Kanalgröße eine Kanalklasse einer Mehrzahl von Kanalklassen zugeordnet ist, wobei die Kanalklassen in Form von Referenzwerten abgespeichert sind, und wobei die Referenzwerte Teile von Autokorrelationsmatrizen von Musterkanälen sind; und einer Einrichtung (16) zum Behandeln des Übertragungskanals als Übertragungskanal der Kanalklasse, deren Kanalgröße der extrahierten Kanalgröße am ehesten entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der jeder Kanalklasse eigene Musterkanäle zugeord net sind, und bei der die Einrichtung zum Behandeln (16) angeordnet ist, um dem Übertragungskanal die Musterkanäle zuzuordnen, die der Kanalklasse zugeordnet sind, für die die extrahierte Kanalgröße der Kanalklasse am ehesten entspricht.
Verfahren zum Charakterisieren eines Übertragungskanals, mit folgenden Schritten: Extrahieren (10) einer auf den Übertragungskanal hinweisenden Kanalgröße aus einem über den Übertragungskanal übertragenen Signal (12); Vergleichen (14) der extrahierten Kanalgröße mit einer Mehrzahl von vorgegebenen Kanalgrößen, wobei jeder vorgegebenen Kanalgröße eine Kanalklasse einer Mehrzahl von Kanalklassen zugeordnet ist, wobei die Kanalklassen in Form von Referenzwerten abgespeichert sind, und wobei die Referenzwerte Teile von Autokorrelationsmatrizen von Musterkanälen sind; und Behandeln (16) des Übertragungskanals als Übertragungskanal der Kanalklasse, deren Kanalgröße der extrahierten Kanalgröße am ehesten entspricht.