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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auswahl einer Detektionsvariante
für ein
von einer Funkstation eines Funkkommunikationssystems über einen
Funkkanal empfangenes Signal sowie eine entsprechende Funkstation
und ein entsprechendes Computerprogramm.
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In
Funkkommunikationssystemen, beispielsweise gemäß dem GSM-Standard (GSM: Global System for Mobile
Communications) oder gemäß dem UMTS-Standard
(UMTS: Universal Mobile Telecommunications System), werden Daten,
d. h. Informationseinheiten zwischen Mobilstationen und Basisstationen über Funkkanäle übertragen.
Funkkanäle
unterscheiden sich z. B. durch ihre Trägerfrequenzen, auf die die
jeweiligen Daten aufmoduliert sind, und/oder durch ihre Spreizcodes,
falls ein CDMA-Verfahren
verwendet wird (CDMA: Code Division Multiple Access).
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Empfängt beispielsweise
eine Basisstation ein auf eine Trägerfrequenz aufmoduliertes
und mit einem individuellen Spreizcode gespreiztes Signal, so ist
der Empfang des Signals neben dem Rauschen des Detektors der Basisstation
auch durch Interferenzen gestört.
Interferenzen treten beispielsweise durch Übertragungen anderer Mobilstationen auf,
die die gleiche Trägerfrequenz
aber einen anderen individuellen Spreizcode verwenden. Ebenso können Interferenzen
durch Übertragungen
auftreten für
die Trägerfrequenzen
verwendet werden, die in der Nähe
der Trägerfrequenz
der Mobilstation liegen und für
die der gleiche oder ein unterschiedlicher individueller Spreizcode
verwendet wird. Die zuvor genannten Interferenzen werden als Gleichkanal-
und Nachbarkanalinterferenz bezeichnet. Gleichkanal- und Nachbarkanalinterferenz
tritt beispielsweise auch bei Mobilfunksystemen auf, die mit Frequenzmultiplex
arbeiten, beispielsweise gemäß dem GSM-Standard,
und zwar insbesondere dann, wenn die in einer Funkzelle verwendeten
Trägerfrequenzen
oder benachbarte Trägerfrequenzen
in einer räumlich
nicht ausreichend weit entfernten anderen Funkzelle verwendet bzw.
wiederverwendet werden. (Interferenz steht hier für die Gesamtheit
der Interferenzen.)
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Durch
den Einsatz von an die aktuellen Übertragungsbedingungen angepassten
Filtern oder durch andere Verfahren insbesondere aus der digitalen
Signalverarbeitung können
in einem empfangenen Signal enthaltene Interferenzen mehr oder weniger
eliminiert werden. Auf diese Weise kann die Detektion des Signals
verbessert werden. Man spricht in diesem Zusammenhang von Interferenzeliminierung (interference
cancellation). Weiterhin sind auch Empfängerarchitekturen bzw. Empfangsalgorithmen
bekannt, mittels derer stark verrauschte Signale besser empfangen
werden können.
Diese Empfängerarchitekturen
bzw. Empfangsalgorithmen sind jedoch störempfindlicher gegenüber Interferenz.
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Während einer
Verbindung über
einen Funkkanal kann es vorkommen, dass nicht alle empfangenen Signale
durch ein Interferenzeliminierungsverfahren besser detektiert werden
können
als ohne Interferenzeliminierung. Wird nun eine Interferenzeliminierung
für alle über die
Verbindung empfangenen Signale durchgeführt, führt dies dazu, dass sich für diejenigen
Sig nale, für
die eine Interferenzeliminierung nicht geeignet ist, Fehlerraten
weit über
dem Durchschnitt ergeben.
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Die
EP 0 632 613 A1 offenbart
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Widerherstellen von Daten in
einem Funkkommunikationssystem, welche Daten während der Übertragung über einen Funkkanal zwischen
einem Sender und einem Empfänger
beschädigt
bzw. verfälscht
wurden. Dazu werden mittels eines Kanalschätzers Eigenschaften des Funkkanals bestimmt, über welchen
ein Signal empfangen wurde. Abhängig
von einem Qualitätswert
für den
Funkkanal werden unterschiedliche Dekodierverfahren für ein empfangenes
Funksignal verwendet.
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Die
US 4,739,518 offenbart einen
Funkempfänger
zum Unterdrücken
eines Störsignals,
welches hinsichtlich seiner Amplitude signifikant größer ist
als das gewünschte
Nutzsignal und welches eine ähnliche
Frequenz wie das Nutzsignal aufweist.
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Die
WO 99/35754 A1 offenbart
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reduzieren von Nachbarkanalinterferenzen
mittels zweier Frequenzfilter, welche zueinander eine unschiedliche
Bandbreite aufweisen. Abhängig
von dem Verhältnis
zwischen der Signalstärke
in dem verwendeten Funkkanal und der Signalstärke in den benachbarten Funkkanälen wird ein
Filter mit geeigneter Bandbreite ausgewählt.
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Die
WO 02/078205 A1 offenbart
einen Funkempfänger
für Code
Division Multiple Access (CDMA) Signale. Der Funkempfänger ist
derart ausgebildet, dass abhängig
von zumindest einer Eigenschaft des verwendeten Funkkanals zwischen
einem Sender und dem Funkempfänger
ein geeigneter Empfangsmodus aus mehreren unterschiedlichen Empfangsmodi
ausgewählt
werden kann.
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Die
Erfindung hat die Aufgabe, ein Verfahren sowie eine Funkstation
und ein Computerprogramm anzugeben, mittels derer eine verbesserte
Detektion eines von der Funkstation über einen Funkkanal empfangenen
Signals erreicht werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch das Verfahren sowie die Funkstation und das Computerprogramm
gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
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Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
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In
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Auswahl einer Detektionsvariante für ein von einer Funkstation
eines Funkkommunikationssystems über
einen Funkkanal empfangenes Signal, wird die Detektionsvariante
abhängig
von zumindest einem Empfangsparameter bezüglich einer Signalstärke des
empfangenen Signals ausgewählt.
Eine erste Detektionsvariante wird ausgewählt, falls der Empfangsparameter
kleiner als ein erster Grenzwert ist, und eine zweite Detektionsvariante
wird ausgewählt, falls
der Empfangsparameter größer oder
gleich dem ersten Grenzwert ist. Erfindungsgemäß ist die erste Detektionsvariante
zur Detektion von gegenüber dem
Rauschen schwachen Signalen ausgelegt.
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Gegenüber dem
Rauschen schwache Signale sind z. B. Signale, die weniger als 20
dB stärker
als das Rauschen sind.
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Dabei
kann die Auswahl der Detektionsvariante durch ein Umschalten zwischen
verschiedenen Empfängerarchitekturen
erfolgen. Alternativ oder zusätzlich
können
bei einem parametrisierbaren, d. h. veränderbar ausgestalteten Verfahren
zur Detektion Detektionsvarianten auch durch jeweiliges Einstellen der
Parameter ausgewählt
werden. Dabei lassen sich Abstufungen zwischen einer rein auf Interferenzeliminierung
und einer rein auf Rauschstörung
ausgelegten Detektionsvariante erzielen.
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Durch
die Erfindung wird ermöglicht,
dass in den Fällen,
in denen beispielsweise die Empfangsleistung des empfangenen Signals
gering ist im Vergleich zur Empfangsleistung von Störsignalen,
z. B. weniger als 10 dB stärker,
eine andere Detektionsvariante ausgewählt wird als in den Fällen, in
denen die Empfangsleistung des empfangenen Signals deutlich größer ist
als die Empfangsleistung von Störsignalen.
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Die
zweite Detektionsvariante ist zur Detektion von durch Interferenz
gestörten
Signalen ausgelegt. Z. B. können,
wenn die Störung
im Frequenzbereich nicht weiß und/oder
im Zeitbereich nicht normal verteilt ist, diese Umstände bei
der Detektion nutzbringend berücksichtigt
werden. Bei der zweiten Detektionsvariante kann beispielsweise auch
vorgesehen sein, Fehlersignale als Kenngrößen für die Eignung des Empfangssignals
zur Interferenzeliminierung zu ermitteln und in deren Abhängigkeit über die Durchführung einer
Interferenzeliminierung zu entscheiden.
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Durch
die zweite Detektionsvariante wird eine Interferenzeliminierung
durchgeführt.
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Die
Interferenzeliminierung erfolgt durch Anpassen der räumlichen
Empfangseigenschaften der Funkstation. Hierzu kann entweder eine
Richtantenne oder eine aus mehreren Antennen kombinierte Antennenvorrichtung
verwendet werden. Die Empfangseigenschaften der Funkstation, d.
h. die Richtungen aus denen bevorzugt Signale empfangen werden,
lassen sich dann so einstellen, dass Interferenzen im empfangenen
Signal reduziert werden. Beispielsweise können die Empfangssignale von mehreren
Antennen getrennt gefiltert und dann so addiert werden, dass ein
Störsignal
dabei weitgehend ausgelöscht
wird.
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Ist
beispielsweise die Signalstärke
des empfangenen Signals kleiner als der erste Grenzwert, wird vom
Rauschen als dominanter Störquelle
ausgegangen und mittels der ersten Detektionsvariante eine Detektion
von schwachen, im Wesentlichen durch Rauschen gestörten Signalen
durchgeführt. Die
erste Detektionsvariante verzichtet beispielsweise auf eine Interferenzeliminierung.
Interferenzen sind in diesem Fall typischerweise so gering, dass
sie bei der Detektion nicht berücksichtigt
werden müssen.
Ist die Signalstärke
größer als
der erste Grenzwert, so wird davon ausgegangen, dass Interferenzen
den größten Anteil
an einer Störung
des empfangenen Signals haben und es wird die zweite Detektionsvariante
ausgewählt
bzw. durchgeführt,
um beispielsweise mittels einer Interferenzeliminierung Signalanteile
in dem empfangenen Signal zu reduzieren, die auf Interferenzen zurückzuführen sind.
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Vorteilhafterweise
wird als der zumindest eine Empfangsparameter bezüglich einer
Signalstärke
des empfangenen Signals eine Signalstärke, z. B. eine Empfangsleistung
und/oder eine Amplitude des empfangenen Signals und/oder eine Signalstärke eines
in dem empfangenen Signal enthaltenen Nutzsignals verwendet.
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Bei
dem empfangenen Signal handelt es sich beispielsweise um ein digitales
Basisbandsignal, das durch Demodulieren eines auf einer Trägerfrequenz mittels
zumindest einer Antenne der Funkstation empfangenen Signals gewonnen
wird.
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Alternativ
oder zusätzlich
wird als der zumindest eine Empfangsparameter bezüglich einer
Signalstärke
des empfangenen Signals ein Signal-zu-Störsignal-Verhältnis verwendet,
wobei als Signal-zu-Störsignal-Verhältnis ein
Signal-zu-Rausch-Verhältnis verwendet
wird.
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Ein
Signal-zu-Störsignal-Verhältnis wird
beispielsweise anhand des Verhältnisses
der Empfangsleistung des empfangenen Signals und der Empfangsleistung
von einigen oder allen Störsignalen
ermittelt. Unter Störsignal
ist beispielsweise das Rauschen einer Detektionseinheit der Funkstation
zu verstehen. Weiterhin sind unter Störsignal auch Interferenzen
durch Übertragungen
anderer Funkstationen auf dem Funkkanal oder auf benachbarten Funkkanälen zu verstehen.
Benachbarte Funkkanäle
sind z. B. Funkkanäle,
die eine Trägerfrequenz
aufweisen, die geringfügig
oberhalb oder unterhalb der Trägerfrequenz
des Funkkanals liegt.
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Die
erfindungsgemäße Funkstation
weist alle Merkmale auf, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
benötigt
werden. Insbesondere können
entsprechende Mittel zur Durchführung
der einzelnen Verfahrensschritte oder Verfahrensvarianten vorgesehen
sein.
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Das
erfindungsgemäße Computerprogramm weist
alle Merkmale auf, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
benötigt
werden. Insbesondere können
entsprechende Programmabschnitte zur Durchführung der einzelnen Verfahrensschritte
oder Verfahrensvarianten vorgesehen sein. Das Computerprogramm hat
durch das Verarbeiten von auf physikalischen Größen beruhenden Messwerten,
nämlich
dem empfangenen Signal und dem Empfangsparameter, sowie durch die
Auswahl einer Detektionsvariante für die Funkstation in Abhängigkeit
von dem Empfangsparameter einen über das
normale physikalische Zusammenspiel zwischen Computerprogramm und
Recheneinheit hinausgehenden technischen Effekt.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Funkkommunikationssystems, und
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2 eine
schematische Darstellung eines Detektors mit Mitteln zur erfindungsgemäßen Auswahl
einer Detektionsvariante.
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Gleiche
Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche Gegenstände.
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Eine
Funkstation eines Funkkommunikationssystems ist beispielsweise eine
Teilnehmerstation oder eine Basisstation.
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Eine
Teilnehmerstation ist beispielsweise ein Mobilfunkendgerät, insbesondere
ein Mobiltelefon oder auch eine bewegliche oder ortsfeste Vorrichtung zur Übertragung
von Bild- und/oder Tondaten, zum Fax-, Short Messages Service SMS-
und/oder E-Mail-Versand und/oder zum Internetzugang.
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Eine
Basisstation ist eine netzseitige Funkstation, die von einer Teilnehmerstation
Nutz- und/oder Signalisierungsdaten empfängt und/oder Nutz- und/oder
Signalisierungsdaten an die Teilnehmerstation sendet. Eine Basisstation
ist über
netzseitige Einrichtungen mit einem Kernnetz verbunden, über das
Verbindungen in andere Funkkommunikationssysteme oder in andere
Datennetze erfolgen. Unter einem Datennetz ist beispielsweise das
Internet oder ein Festnetz mit beispielsweise leitungsvermittelten
Verbindungen für
z. B. Sprache und/oder Daten zu verstehen.
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Nachfolgend
wird als Funkstation eine Basisstation betrachtet, ohne jedoch damit
zum Ausdruck bringen zu wollen, dass die Erfindung hierauf beschränkt sein
soll.
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Die
Erfindung kann vorteilhaft in beliebigen Funkkommunikationssystemen
verwendet werden. Unter Funkkommunikationssystemen sind Systeme zu
verstehen, in denen eine Datenübertragung
zwischen Funkstationen über
eine Luftschnittstelle erfolgt. Die Datenübertragung kann sowohl bidirektional
als auch unidirektional erfolgen. Funkkommunikationssysteme sind
insbesondere beliebige Mobilfunksysteme beispielsweise digitale
Mobilfunksysteme nach dem GSM- oder dem UMTS-Standard. Auch zukünftige Mobilfunksysteme,
beispielsweise der vierten Generation, sowie Ad-hoc-Netze sollen unter
Funkkommunikationssystemen verstanden werden. Funkkommunikationssysteme
sind beispielsweise auch drahtlose lokale Netze (WLANs: Wireless
Local Area Networks) gemäß den Standards
IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11a–i, HiperLAN1
und HiperLAN2 (HiperLAN: high performance radio local area network) sowie
Bluetooth-Netze.
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In
Mobilfunksystemen hat eine Empfangsvorrichtung (Detektor) einer
Funkstation die Aufgabe, die für
die Funkstation und somit auch für
die Empfangsvorrichtung bestimmten gesendeten Daten, die in einem
empfangenen Signal enthalten sind, fehlerfrei bzw. möglichst
fehlerarm zu detektieren.
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Im
Folgenden wird die Erfindung am Beispiel eines digitalen Mobilfunksystems
nach dem UMTS-Standard beschrieben, ohne jedoch damit zum Ausdruck
bringen zu wollen, dass die Erfindung hierauf beschränkt sein
soll.
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1 zeigt
schematisch eine Teilnehmerstation UE, die über einen Funkkanal ein Signal
SIG an eine Basisstation NodeB sendet. Der Empfang des Signals SIG
wird durch Rauschen und Interferenzen, beispielsweise mit Signalen,
die von anderen, nicht dargestellten Teilnehmerstationen an die
Basisstation NodeB oder an andere Basisstationen übertragen werden,
gestört.
Von der Basisstation NodeB wird daher anstelle des gesendeten Signals
SIG ein gestörtes
Signal Y empfangen, beispielsweise ein nach diversen Verarbeitungschritten
im Empfänger
resultierendes digitales Basisbandsignal, und einem beispielsweise
innerhalb der Basisstation NodeB angeordneten Detektor D zugeführt. In
dem Signal SIG enthalten ist eine bekannte Trainingssequenz X, beispielsweise
eine der Basisstation NodeB bekannte Abfolge von Informationseinheiten
(z. B. Bits). Die bekannte Trainingssequenz X ist in der Basisstation NodeB
beispielsweise in einem Speicher SP gespeichert. Der Speicher SP
ist mit dem Detektor D verbunden, so. dass dem Detektor die bekannte
Trainingssequenz X bei Bedarf zur Verfügung steht. Außer der
bekannten Trainingssequenz X sind in dem Signal SIG auch Nutz- und/oder
Signalisierungsdaten enthalten, mittels derer Informationen wie
z. B. Bild- und/oder
Tondaten und/oder Steuersignale beispielsweise in Form von Datensymbolen übertragen werden.
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Die
Basisstation NodeB ist mit einer Funknetzsteuerung RNC verbunden,
der wiederum mit einem Kernnetz CN verbunden ist. Die Basisstation NodeB
und die Funknetzsteuerung RNC sind Bestandteile eines Funkzugangsnetzes
eines Funkkommunikationssystems beispielsweise gemäß dem UMTS-Standard.
Das Funkzugangsnetz weist eine Vielzahl von Basisstationen und Funknetzsteuerungen
auf, die aus Gründen
der Übersichtlichkeit
in 1 nicht dargestellt sind. Das Kernnetz CN besteht
seinerseits ebenfalls aus einer Vielzahl von Einrichtungen, die
für einen
Betrieb des Funkkommunikationssystems erforderlich sind. Diese Einrichtungen
sind ebenfalls aus Gründen
der Übersichtlichkeit nicht
dargestellt. Auch Verbindungen vom Kernnetz CN in andere Datennetze
sind aus Gründen
der Übersichtlichkeit
nicht dargestellt.
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In 2 ist
schematisch ein Aufbau des Detektors D dargestellt. Der Detektor
D weist alle Mittel auf, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
und zur Detektion des empfangenen Signals Y, insbesondere zur Detektion
der in dem empfangenen Signal enthaltenen Nutz- und Signalisierungsdaten,
erforderlich sind. Zur besseren Übersichtlichkeit
sind in 2 nur diejenigen Mittel dargestellt,
die zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
und zur Durchführung
eines alternativen Verfahrens verwendet werden.
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In
einem anhand von 2 erläuterten ersten Ausführungsbeispiel
wird das empfangene Signal Y einer Recheneinheit RE zugeführt, in
der als Empfangsparameter EP die Empfangsleistung des empfangenen
Signals Y bestimmt wird. Hat das empfangene Signal Y beispielsweise
eine Vorrichtung mit einstellbarer Verstärkung durchlaufen, wird deren Einstellung
bei der Bestimmung der Empfangsleistung berücksichtigt. Der Wert der Empfangsleistung wird
einer ersten Vorrichtung V1 zugeführt und dort mit einem ersten
Grenzwert G1 verglichen. Das Ergebnis des Vergleichs wird einem
Prozessor PR zugeführt.
Der Prozessor PR steuert eine Schalteinheit S, die je nach Ansteuerung
durch den Prozessor PR entweder das empfangene Signal Y oder ein
interferenzeliminiertes Signal Y' zur
weiteren Signalverarbeitung in der Basisstation NodeB zur Verfügung stellt.
Der Schalteinheit S werden daher über einen ersten Eingang 1
das empfangene Signal Y und über einen
zweiten Eingang 2 das interferenzeliminierte Signal Y' zugeführt. Ist
die Empfangsleistung kleiner als der erste Grenzwert G1, schaltet
der Prozessor PR die Schalteinheit S derart, dass über den
ersten Eingang 1 das empfangene Signal Y von der Schalteinheit S
an eine nicht dargestellte Signalverarbeitungsvorrichtung weitergeleitet
wird, in der eine erste Detektionsvariante verwendet wird, welche
dazu ausgelegt ist Signale zu detektieren, die im Wesentlichen durch
Rauschen gestört
sind. Die Signalverarbeitungsvorrichtung kann selbstverständlich Bestandteil
des Detektors D sein oder separat angeordnet sein.
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Ist
die Empfangsleistung größer oder
gleich dem ersten Grenzwert G1, wählt der Prozessor PR eine zweite
Detektionsvariante aus, indem er die Schalteinheit S auf den zweiten
Eingang 2 schaltet, so dass das interferenzeliminierte
Signal Y' in der
Basisstation NodeB zur weiteren Signalverarbeitung, beispielsweise
zur Detektion der in dem interferenzeliminierten Signal Y' enthaltenen Nutz-
und/oder Signalisierungsdaten, vorgehalten wird.
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Das
interferenzeliminierte Signal Y' wird
in einem Interferenzen eliminierenden Filter F1' erzeugt. Filterparameter für den Interferenzen
eliminierenden Filter F1' können beispiels weise
in einer Art und Weise ermittelt werden, wie dies nachfolgend anhand
des alternativen Verfahrens beschrieben wird.
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Das
oben beschriebene erste Ausführungsbeispiel
kann in gleicher Weise durchgeführt
werden, wenn anstelle der Empfangsleistung des empfangenen Signals
die entsprechende Amplitude oder eine zeitliche Mittelung des Betrags
der Zeitfunktion des empfangenen Signals oder die – beispielsweise
aus der Kanalschätzung
ermittelte – Empfangsleistung oder
Amplitude des in dem empfangenen Signal enthaltenen Nutzsignals
in der Recheneinheit RE bestimmt und für einen Vergleich mit einem
entsprechenden Grenzwert verwendet wird. Alternativ oder zusätzlich kann
in der Recheneinheit RE auch ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis für das empfangene Signal Y bestimmt
und für
einen Vergleich mit einem entsprechenden Grenzwert verwendet werden.
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In
dem alternativen Verfahren, das ebenfalls anhand von 2 näher beschrieben
wird, wird in der Recheneinheit RE als Empfangsparameter EP ein
Signal-zu-Interferenz-plus-Rauschen-Verhältnis ermittelt.
Das Signal-zu-Interferenz-plus-Rauschen-Verhältnis wird
beispielsweise aus dem Verhältnis
der Empfangsleistung des empfangenen Signals Y zu der Summe aus
den Leistungen der Interferenzen und dem Rauschen des Detektors
D gebildet.
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Das
Signal-zu-Interferenz-plus-Rauschen-Verhältnis wird der ersten Vorrichtung
V1 zugeführt
und dort mit einem weiteren Grenzwert G1' verglichen. Das Ergebnis des Vergleichs
wird dem Prozessor PR zugeführt.
Das empfangene Signal Y, in dem eine empfangene Trainingssequenz
X2 enthalten ist, wird einer Einheit E1 zugeführt, in der die empfangene
Trainingssequenz X2 aus dem empfangenen Signal Y entnommen wird.
Die empfange ne Trainingsequenz X2 ergibt sich mathematisch durch eine
Faltung des Funkkanals mit der bekannten Trainingssequenz X. Die
empfangene Trainingsequenz X2 wird nachfolgend einem ersten Filter
F1 zugeführt,
der durch erste Filterparameter a charakterisiert ist. Die Einheit
E1 kann alternativ auch in dem ersten Filter F1 angeordnet sein
und wird beispielsweise durch eine entsprechende Software realisiert.
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Der
erste Filter F1 erzeugt durch Filterung der empfangenen Trainingssequenz
X2 eine erste gefilterte Trainingssequenz X2f und führt diese
einer ersten Subtraktionseinheit P1 zu. Mathematisch betrachtet
ist die erste gefilterte Trainingssequenz X2f eine Faltung der empfangenen
Trainingssequenz X2 mit dem ersten Filter F1.
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Der
Zweck des ersten Filters F1 liegt darin, die empfangene Trainingssequenz
X2 derart zu filtern, dass Interferenzen aus der empfangenen Trainingssequenz
X2 herausgefiltert werden können. Hierzu
sind die ersten Filterparameter a entsprechend anzupassen. Ein derart
angepasster erster Filter F1 oder ein mit dem gleichen angepassten
ersten Filterparametern a betriebener Interferenzen eliminierender
Filter F1' können die
Interferenzen selbstverständlich
auch aus dem empfangenen Signal Y herausfiltern.
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Um
die ersten Filterparameter a derart anzupassen, dass sie eine möglichst
gute Eliminierung von Interferenzen bewirken, sind ein Referenzsignal und
ein Referenzfilter erforderlich. Das Referenzsignal ist die bekannte
Trainingsequenz X, die einem zweiten Filter F2 als Referenzfilter
zugeführt
wird. Der zweite Filter F2 dient dazu, den Funkkanal und den ersten
Filter, d. h. die Faltung des Funkkanals mit dem ersten Filter nachzubilden.
Der zweite Filter F2 hat zweite Filterparameter h. Der Wert der
zweiten Filterparameter h ist ein Schätzwert der Faltung des Funkkanals
mit dem ersten Filter.
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Durch
Filtern der bekannten Trainingssequenz X in dem zweiten Filter F2
mit den zweiten Filterparametern h wird eine zweite gefilterte Trainingssequenz
Xf erzeugt, die ebenfalls der ersten Subtraktionseinheit P1 zugeführt wird.
In der ersten Subtraktionseinheit P1 wird ein komplexes Fehlersignal
e1' aus der Differenz
zwischen erster gefilterter Trainingssequenz X2f und zweiter gefilterter
Trainingssequenz Xf gebildet. Für
eine weitere Verarbeitung wird in einer weiteren Einheit PW beispielsweise
die Leistung des komplexen Fehlersignals e1' ermittelt und auf die Leistung PF von
Filterstufen des zweiten Filters F2 normiert oder es wird der Betrag
des komplexen Fehlersignals e1' bestimmt.
Am Ausgang der weiteren Einheit PW liegt dann ein erstes Fehlersignal
e1 vor. Das komplexe Fehlersignal e1' ist betragsmäßig um so kleiner, je genauer
der zweite Filter F2 den Funkkanal und den ersten Filter F1 nachbildet.
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Um
mittels des ersten Filters F1 eine möglichst gute Eliminierung von
Interferenzen zu erreichen, wird das komplexe Fehlersignal e1' einem Interferenzeliminierungsalgorithmus
INTCA zugeführt,
der für
den ersten Filter F1 und den zweiten Filter F2 die ersten Filterparameter
a und die zweiten Filterparameter h ermittelt und dem jeweiligen
Filter F1, F2 zuführt.
Die ersten Filterparameter a und die zweiten Filterparameter h werden
von dem Interferenzeliminierungsalgorithmus INTCA wiederholt derart
angepasst, dass der Betrag des komplexen Fehlersignals e1' und somit auch das
erste Fehlersignal e1 verringert wird. Vorzugsweise wird durch den Interferenzeliminierungsalgorithmus
der Betrag des komplexen Fehlersignals e1' bzw. das erste Fehlersignal e1 minimiert.
Beim Erreichen eines Minimalwertes für den Betrag des komplexen
Fehlersignals e1' bzw.
für das
erste Fehlersignal e1 oder beispielsweise nach Ablauf einer vorgegebenen
Anzahl von Iterationsschritten des Interferenzeliminierungsalgorithmus
wird der dann vorliegende Wert des ersten Fehlersignals e1 an eine
zweite Vorrichtung V2 übergeben
und dort mit einem zweiten Grenzwert G2 verglichen. Das Ergebnis
dieses Vergleichs wird dem Prozessor PR zugeführt.
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Nach
dem Verringern des Betrages des komplexen Fehlersignals e1' bzw. des ersten
Fehlersignals e1, d. h. nach dem Beenden der Anpassung der ersten
Filterparameter a und der zweiten Filterparameter h haben die ersten
Filterparameter den Wert a' und
die zweiten Filterparameter h den Wert h1. Zum Erzeugen eines zweiten
Fehlersignals e2 wird eine nach dem Verringern des Betrages des
komplexen Fehlersignals e1' bzw.
des ersten Fehlersignals e1 vorliegende erste gefilterte Trainingssequenz
X2', für die gilt
X2' = X2·a', einer Kanalschätzeinheit
KS, zugeführt.
In der Kanalschätzeinheit
KS wird anhand der ersten gefilterten Trainingssequenz X2' und anhand der bekannten
Trainingssequenz X eine Schätzung
einer Faltung des Funkkanals mit dem ersten Filter F1 vorgenommen.
Mathematisch betrachtet wird hierzu beispielsweise der Ausdruck
(X2' – X·h') durch Variation
von h' minimiert.
Nach der Minimierung hat h' den
Wert h2. Der Wert h2 kann als eine Faltung aus einem geschätzten Funkkanal,
beispielsweise mit dem Wert h'', und einem Schätzwert a'' der ersten Filterparameter a dargestellt
werden. Es gilt: h2 = h''·a''.
Der Wert h2 wird einer zweiten Subtraktionseinheit P2 zugeführt.
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Der
Wert h2 entspricht um so mehr dem Wert h1 der nach dem Verringern
des Betrages des komplexen Fehlersignals e1' bzw. des ersten Fehlersignals e1 vorliegenden
zweiten Filterpara meter h, je besser durch den Interferenzeliminierungsalgorithmus
INTCA die ersten und zweiten Filterparameter a, h angepasst wurden.
Um die Qualität
der Anpassung der ersten und zweiten Filterparameter a, h zu überprüfen, wird
der Wert h1 der zweiten Filterparameter h der zweiten Subtraktionseinheit
P2 zugeführt.
In der zweiten Subtraktionseinheit P2 wird die Differenz aus dem
Wert h2 und dem Wert h1 gebildet. Das Ergebnis ist das zweite Fehlersignal
e2, das somit die Differenz aus der in der Kanalschätzeinheit
KS geschätzten
Faltung des Funkkanals mit dem ersten Filter und dem Wert h1 der
zweiten Filterparameter h nach dem Verringern des ersten Fehlersignals
e1 ist. Der Wert h1 der zweiten Filterparameter h entspricht derjenigen
Faltung des Funkkanals mit dem ersten Filter F1, die von dem zweiten
Filter F2 nach dem Verringern des Betrages des komplexen Fehlersignals
e1' bzw. des ersten
Fehlersignals e1 nachgebildet wird.
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Das
zweite Fehlersignal e2 wird einer dritten Vorrichtung V3 zugeführt. In
der dritten Vorrichtung V3 wird beispielsweise die Leistung des
zweiten Fehlersignals e2 mit einem dritten Grenzwert G3 verglichen.
Das Ergebnis des Vergleichs wird dem Prozessor PR zugeführt.
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Der
Prozessor PR überprüft zunächst, ob das
Signal-zu-Interferenz-plus-Rauschen-Verhältnis kleiner ist als der weitere
Grenzwert G1'. Ist
dies der Fall, wird durch den Prozessor PR eine Detektionsvariante
ausgewählt,
indem der Prozessor PR die Schalteinheit S auf den zweiten Eingang
2 schaltet, so dass in der Basisstation NodeB das interferenzeliminierte
Signal Y', das in
dem Interferenz eliminierenden Filter F1' gefiltert wurde, zur Verfügung steht.
Die Filterparameter des Interferenz eliminierenden Filters F1' haben den Wert a', der sich nach dem
Verringern des ersten Fehlersignals e1 für die ersten Filterparameter
a des ersten Filters F1 ergeben hat. Der Wert a' wird dem Interferenz eliminierenden
Filter F1', dem eingangsseitig
das empfangene Signal Y zugeführt wird,
beispielsweise vom dem ersten Filter F1 übermittelt. Alternativ kann
der Wert a' der
ersten Filterparameter a auch in einem Speicher gespeichert werden
und vom Speicher oder direkt von dem Interferenzeliminierungsalgorithmus
INTCA an das Interferenz eliminierende Filter F1' übermittelt
werden.
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Ist
das Signal-zu-Interferenz-plus-Rauschen-Verhältnis größer oder gleich dem weiteren Grenzwert
G1', schaltet der
Prozessor PR die Schalteinheit S nur dann auf den zweiten Eingang
2, wenn gleichzeitig das erste Fehlersignal e1 kleiner oder gleich
dem zweiten Grenzwert G2 ist und gleichzeitig das zweite Fehlersignal
e2 kleiner oder gleich dem dritten Grenzwert G3 ist. In alternativen
Ausgestaltungen wird überprüft, ob entweder
das erste Fehlersignal e1 oder das zweite Fehlersignal e2 kleiner oder
gleich dem jeweiligen Grenzwert G2, G3 sind. Auf diese Weise wird
ermöglicht,
dass das interferenzeliminierte Signal Y' nachfolgend in der Basisstation NodeB
zur weiteren Detektion bereit gehalten wird, wenn aufgrund des ersten
und/oder zweiten Fehlersignals e1, e2 und dem Vergleich mit den
entsprechenden Grenzwerten G2, G3 angenommen werden kann, dass das
Interferenzeliminierungsverfahren hinreichend gut funktioniert,
obwohl das Signal-zu-Interferenz-plus-Rauschen-Verhältnis größer oder gleich
dem weiteren Grenzwert G1' ist.
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Ist
das Signal-zu-Interferenz-plus-Rauschert-Verhältnis größer oder gleich dem weiteren Grenzwert
G1' und das erste
Fehlersignal e1 und/oder das zweite Fehlersignal e2 sind nicht kleiner
oder gleich den entsprechenden Grenzwerten G2, G3, funktioniert
das Interferenzeliminierungsverfahren nicht hin reichend gut und
der Prozessor PR wählt
ein anderes Detektionsverfahren aus, indem er die Schalteinheit
S auf den ersten Eingang 1 schaltet, an dem das empfangene Signal
Y anliegt.
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Der
jeweilige Wert des zweiten und/oder dritten Grenzwertes G2, G3 wird
beispielsweise in Abhängigkeit
von dem Wert des Signal-zu-Interferenz-plus-Rauschen-Verhältnis gewählt und/oder empirisch
anhand von Testmessungen bestimmt.
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Die
in 2 dargestellten Mittel können sowohl durch separate
physikalische Einheiten als auch ganz oder teilweise durch eine
Software realisiert werden. Die in 2 dargestellten
Mittel können somit
durch ein mit entsprechenden Programmabschnitten versehenes, auf
einem Computer ablaufendes Computerprogramm mit den Eingangsgrößen empfangenes
Signal Y und bekannte Trainingssequenz X sowie den Ausgangsgrößen empfangenes
Signal Y und interferenzeliminiertes Signal Y' realisiert werden. Je nach nachfolgender
Signalverarbeitung kann es vorteilhaft sein, als Ausgangsgrößen zusätzlich auch
die Filterparameter h1 und/oder h2 auszugeben.
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Vorzugsweise
werden Verfahrensschritte nur durchgeführt, wenn sie erforderlich
sind. Ergibt beispielsweise ein Vergleich des Empfangsparameters EP
mit dem ersten Grenzwert G1, dass die Schalteinheit S auf den ersten
Eingang 1 geschaltet wird, sind keine Filterungen im ersten, zweiten
und im Interferenz eliminierenden Filter F1, F2, F1' erforderlich und werden
daher auch nicht durchgeführt.
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Ein
zweites Ausführungsbeispiel
besteht aus einer Kombination des ersten Ausführungsbeispiels und des alternativen
Verfahrens. Diese Kombination sieht vor, dass der Vergleich des Signal-zu-Interferenz-plus-Rauschen-Verhältnisses
mit dem weiteren Grenzwert G1' sowie
die zuvor anhand des alternativen Verfahren beschriebenen weiteren
Verfahrensschritte nur dann durchgeführt werden, falls ein entsprechender
Vergleich ergibt, dass beispielsweise die Empfangsleistung größer oder
gleich dem ersten Grenzwert G1 ist. Ist die Empfangsleistung kleiner
als der erste Grenzwert G1 erfolgt keine Durchführung der Verfahrensschritte
gemäß dem alternativen
Verfahren, und es wird eine Detektionsvariante für das empfangene Signal Y ausgewählt, die
zur Detektion von im Wesentlichen durch Rauschen gestörten Signalen
ausgelegt ist.
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Von
einer Beschreibung einer Verarbeitung der am Ausgang der Schalteinheit
S anliegenden Signale, insbesondere von einer Beschreibung der Funktionsweise
einer Detektionsvariante zur Detektion von im Wesentlichen durch
Rauschen gestörten Signalen,
wird in dieser Anmeldung abgesehen, da eine derartige Verarbeitung
nicht Gegenstand dieser Erfindung ist und im Rahmen fachmännischen
Könnens
liegt.
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Anstelle
einer rein zeitlichen Interferenzeliminierung gemäß, dem alternativen
Verfahren in Verbindung mit 2, kann
zur Detektion von durch Interferenz gestörten Signalen selbstverständlich auch eine
rein räumliche
oder gemischt räumlich-zeitliche Verfahrensvariante
verwendet werden, die Interferenzen alternativ oder zusätzlich dadurch
reduziert, dass die räumlichen
Empfangseigenschaften der Funkstation angepasst werden. Hierzu kann
entweder eine Richtantenne oder eine aus zumindest zwei Antennen
bestehende Antennenvorrichtung, beispielsweise eine sogenannte smart
antenna, verwendet werden. Die Ausrichtung der Richtantenne oder die
Empfangseigenschaften der Antennenvorrichtung werden dabei so angepasst,
dass die Richtungen, aus denen im Wesentlichen Signale empfangen werden,
so gewählt
werden, dass aus diesen Richtungen möglichst wenig Interferenzen
erzeugende Signale empfangen werden, während gleichzeitig das gewünschte Signal,
d. h. das von der Teilnehmerstation UE gesendete Signal SIG, mit
einer für
eine Detektion ausreichenden Signalstärke empfangen wird. Interferenzen
im empfangenen Signal Y können auf
diese Weise zumindest verringert werden.
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Selbstverständlich kann
mehr als eine Antenne zum Empfang des gesendeten Signals SIG verwendet
werden. In diesem Fall liegen empfängerseitig für jede Antenne
empfangene Signale vor, die jeweils eine empfangene Trainingssequenz
enthalten. Die empfangenen Signale werden dann jeweils einem dem
ersten Filter entsprechenden Filter zugeführt, und am Ausgang jedes Filters
liegt dann eine jeweilige erste gefilterte Trainingssequenz vor.
Die jeweiligen ersten gefilterten Trainingssequenzen werden addiert
und das komplexe Fehlersignal e1' wird durch
Subtraktion der zweiten gefilterten Trainingsequenz Xf gebildet.
Alle weiteren Verfahrensschritte sowie das Anpassen der Filterparameter
aller Filter erfolgt analog zum zweiten Ausführungsbeispiel. Auf diese Weise
erfolgt eine räumlichzeitliche
Interferenzeliminierung.
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Mathematisch
betrachtet kann aus allen empfangenen Signalen ein Empfangsvektor
gebildet werden. Dem Empfangsvektor kann eine Faltungsmatrix zugeordnet
werden, und durch Multiplikation der Faltungsmatrix mit einem Vektor
aus den Filterparametern der entsprechenden Filter – dies entspricht
im – Prinzip
einem einzigen ersten Filter – kann
in einem Rechenschritt eine erste gefilterte Trainingssequenz gebildet
werden, die aus der Summe der zuvor genannten jeweiligen ersten
Trainingssequenzen besteht. 2 zeigt
somit auch ein von mehreren Antennen empfangenes Signal, wenn als empfangenes
Sig nal Y ein Spaltenvektor aus den von den Antennen empfangenen
Signalen betrachtet wird und in den Filtern eine Multiplikation
entsprechender Faltungsmatrizen mit Vektoren aus Filterparametern
durchgeführt
wird.