DE102006056158A1

DE102006056158A1 - Kanalschätzung für OFDM Systeme

Info

Publication number: DE102006056158A1
Application number: DE102006056158A
Authority: DE
Inventors: Stefan Fechtel; Christian Rom; Benny Vejlgaard
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Intel Deutschland GmbH
Priority date: 2006-11-28
Filing date: 2006-11-28
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2026-11-29
Also published as: DE102006056158B4; US8031787B2; US20080130771A1

Abstract

In einem Verfahren zur Kanalschätzung eines über einen Kanal übertragenen OFDM-Signals wird eine initiale Kanaltransferfunktion (CTF) durch Kanalschätzung berechnet. Auf der Basis der initialen CTF wird eine Kanalimpulsantwort (CIR) berechnet (S1). Werte der CIR oder einer gefilterten CIR (S2) werden in Abhängigkeit von der Höhe der Werte der CIR bzw. der Höhe der Werte der gefilterten CIR in Rauschen und Signal klassifiziert (S3, S4). Auf der Basis der CIR wird unter Verwendung der Klassifizierung eines rauschverminderte CIR und auf deren Basis eine rauschverminderte CTF berechnet.

Description

Die Erfindung betrifft die Kanalschätzung in OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) Systemen und insbesondere die Kanalschätzung in OFDM-Systemen mittels Interpolation im Frequenzbereich.
Das Modulationsformat OFDM wird in vielen Kommunikationsstandards verwendet. Insbesondere in der mobilen Kommunikation findet die OFDM-Technik Anwendung, da sie eine wirkungsvolle Maßnahme gegen den selektiven Signalschwund darstellt.
In OFDM-Systemen wird das verfügbare Frequenzspektrum in eine große Anzahl von schmalbandingen orthogonalen Subträgern unterteilt. Ein OFDM-Symbol wird über eine Mehrzahl (gegebenenfalls sämtliche) dieser Subträger übertragen. Um im Empfänger die empfangenen OFDM-Symbole zu demodulieren, führt der Empfänger fortlaufend eine Schätzung der Kanaltransferfunktion (CTF) durch. Für die Schätzung der CTF wird Pilotinformation verwendet, welche in das durch den OFDM-Symbolstrom aufgespannte Zeit-Frequenz-Gitter eingebettet ist.
Konventionelle Kanalschätzer messen die zu einem OFDM-Symbol gehörende CTF anhand der über den Kanal übertragenen Pilotinformation und entzerren das OFDM-Symbol unter Verwendung der ermittelten CTF. Darüber hinaus ist es bereits bekannt, die ermittelte CTF in den Zeitbereich zu transformieren, die durch die Transformation erhaltene Kanalimpulsantwort (CIR: Channel Impulse Response) in der Weise zu bearbeiten, dass Signalanteile, die länger als eine maximale Verzögerungszeit (delay time) zurückliegen, aus der CIR entfernt werden, und die auf diese Weise „bereinigte" CIR in den Frequenzbereich zurückzutransformieren.
Eine Kanalschätzung soll den geringstmöglichen mittleren Quadratfehler (mean square error: MSE) unter einer Vielzahl von möglichen Kanalszenarien (unterschiedliche Verzögerungsprofile, Dopplerverschiebungen und Signal-zu-Rauschverhältnisse) liefern. Es konnte gezeigt werden, dass der optimale Kanalschätzer für OFDM-Systeme ein Wiener-Filter ist. Das Wiener-Filter erfordert jedoch einen hohen Rechenaufwand und infolgedessen eine hohe Komplexität des Empfängers. Suboptimale Kanalschätzer ermöglichen eine Aufwandsreduzierung zum Preis einer Leistungseinbuße bei der Kanalschätzung. In der Praxis ist die Kanalschätzung daher ein Kompromiss zwischen MSE-Leistung, Empfängerkomplexität, Latenz, Robusteinheit und gegebenenfalls weiterer Einflussgrößen.
Aus diesen und anderen Gründen besteht ein Bedürfnis zur Entwicklung neuer Algorithmen und Vorrichtungen zur Kanalschätzung in OFDM-Systemen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert; in diesen zeigen:
1 eine schematische Blockschaltbild-Darstellung eines OFDM-Entzerrers mit einem OFDM-Kanalschätzer;
2 ein Diagramm zur Erläuterung der Signalverarbeitungsschritte bei der OFDM-Kanalschätzung;
3 eine schematische Blockschaltbild-Darstellung eines weiteren OFDM-Entzerrers mit einem OFDM-Kanalschätzer; und
4 eine schematische Blockschaltbild-Darstellung eines dritten OFDM-Entzerrers mit einem OFDM-Kanalschätzer.
OFDM-Systeme und Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung können in einer Vielzahl von zeitgemäßen und zukünftigen Anwendungen Verwendung finden. Einsatzgebiete sind beispielsweise das Digital Audio Broadcasting (DAB), das digitale terrestrische Fernsehen DVB-T (Digital Video Broadcasting-Terrestrial), WLAN (Wireless Local Area Network), ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) und WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access). Geplante oder zukünftige Einsatzgebiete sind Mobilfunk der vierten Generation bzw. EUTRA (Longterm Evolution of UTRA).
1 zeigt einen Schaltungsabschnitt eines OFDM-Empfängers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Der Schaltungsabschnitt umfasst einen OFDM-Demodulator 1, einen Kanalschätzer 2 und einen OFDM-Symbol-Entzerrer 3. Der Kanalschätzer 2 und der OFDM-Symbol-Entzerrer 3 bilden einen adaptiven Entzerrer.
Dem OFDM-Demodulator 1 wird ein empfangenes Signal 4 zugeführt. Bei dem empfangenen Signal 4 kann es sich um die digitalisierten Abtastwerte eines Analog-Digital-Wandlers (nicht dargestellt) handeln, der im Signalpfad vor dem OFDM-Demodulator 1 angeordnet ist. Der Analog-Digital-Wandler digitalisiert ein z.B. über eine Luftschnittstelle erhaltenes und gegebenenfalls in einen niedrigeren Frequenzbereich heruntergemischtes OFDM-Signal, welchem ein senderseitig OFDM-moduliertes Sendesignal zugrunde liegt.
Der OFDM-Demodulator 1 separiert die einzelnen Subträger aus dem Empfangssignal. Hierfür kann beispielsweise eine schnelle Fourier-Transformation (FFT) eingesetzt werden. Der Ausgang des OFDM-Demodulators wird z.B. durch K Ausgänge für die K Subträger 5 (im Frequenzbereich) des OFDM-Frequenzbandes gebildet. Ein von dem OFDM-Demodulator 1 ausgegebenes OFDM-Symbol kann mit x[n, k] angegeben werden, wobei n die diskrete Zeit und k = 0, ..., K – 1 den Subträger bezeichnen.
Der Kanalschätzer 2 umfasst einen Erst-Kanalschätzer 20, eine Frequenzbereich-zu-Zeitbereich-Transformationsstufe 21, ein Filter 22, einen Rauschanalysator 23, eine CIR-Rauschverminderungsstufe 24 und eine Zeitbereich-zu-Frequenzbereich-Transformationsstufe 25. Die Funktionsweise des Kanalschätzers 2 wird im Folgenden anhand der 1 und 2 in beispielhafter Weise erläutert. Dabei sind in dem in 2 dargestellten Ablaufdiagramm auf der linken Seite der Signalfluss (d.h. einzelne Signalverarbeitungsschritte) und auf der rechten Seite die dabei erhaltenen Daten dargestellt.
Der Erst-Kanalschätzer 20 ermittelt zu einem bestimmten Zeitschritt n eine initiale CTF. Die initiale CTF, die am Ausgang des Erst-Kanalschätzer 20 bereitgestellt wird, repräsentiert die Kanaltransferfunktion des Übertragungskanals zum Zeitpunkt n. Zur Gewinnung der initialen CTF können vielfältigste Verfahren bzw. Algorithmen eingesetzt werden. Eine geeignete Wahl eines solchen Verfahrens bzw. Algorithmus hängt von der Konzeption des zugrunde liegenden OFDM-Systems und insbesondere der Verteilung von Pilotsymbolen in dem Zeit-Frequenz-Gitter des OFDM-Symbolstroms ab. Werden beispielsweise, wie in der 1 angedeutet, bestimmte Subträger allein für die Übertragung von Pilotinformation genutzt, kann der Erst-Kanalschätzer 20 fest mit den entsprechenden Ausgängen des Demodulators 5 verbunden sein. Die initiale CTF kann dann in jedem Zeitschritt n durch Multiplikation des für diesen Zeitschritt erhaltenen Pilotsymbols (d.h. des aus der erhaltenen Pilotinformation gebildeten „Pilot-Subsymbols") mit dem im Empfänger bekannten inversen übertragenen Pilotsymbol erhalten werden.
Es kann ausreichend sein, eine informationsreduzierte initiale CTF zu erzeugen, z.B. auf der Basis von Pilotinformation, welche nicht sämtliche Pilot-Subträger ausnutzt. Ferner können Pseudo-Pilotsymbole eingesetzt werden, d.h. Pilotsymbole, die nicht a-priori im Empfänger bekannt sind, sondern durch vorherige Datendemodulation „a-posteriori" als Kenntnis über das aktuelle ausgesendete Pilotsymbol zum Zeitschritt n zur Verfügung stehen. Hierfür können beispielsweise sogenannte DD (decision directed) Ansätze verwendet werden, bei welchen im Empfänger rekonstruierte (d.h. entzerrte) OFDM-Symbole im Wege der Rückkopplung für die Kanalschätzung genutzt werden.
In OFDM-Systemen, in welchen nicht für jeden Zeitschritt n Pilotinformation vorhanden ist, kann die initiale CTF für den Zeitschritt n durch eine Interpolation der verfügbaren Pilotinformationen erhalten werden. Derartige OFDM-Systeme werden beispielsweise in Fällen langsam veränderlicher Übertragungskanäle eingesetzt. Beispielsweise können in solchen Systemen zeitlich beabstandet OFDM-Pilotsymbole gesendet werden, bei welchen über sämtliche Subträger Pilotinformation übertragen wird. Weitere Möglichkeiten zur „Einstreuung" von Pilotinformation in den OFDM-Symbolstrom sind bekannt. Prinzipiell kann die Erst-Kanalschätzung in dem Erst-Kanalschätzer 20 in beliebiger Weise und für beliebige Pilotinformations-Muster in der Zeit-Frequenz-Ebene durchgeführt werden.
Dem Erst-Kanalschätzer 20 ist die Frequenzbereich-zu-Zeitbereich-Transformationsstufe 21 nachgeschaltet. Die Frequenzbereich-zu-Zeitbereich-Transformation kann beispielsweise in Form einer inversen schnellen Fourier-Transformation (IFFT) durchgeführt werden. Die Frequenzbereich-zu-Zeitbereich-Transformationstufe 21 wandelt die von dem Erst-Kanalschätzer 20 ausgegebene initiale CTF in eine momentane CIR um. Die momentane CIR stellt einen „Schnappschuss" der Kanalimpulsantwort des Übertragungskanals zum Zeitpunkt n dar. In den 1 und 2 ist ein Diagramm 40 dargestellt, das die Daten einer solchen momentanen CIR-Schätzung veranschaulicht.
In dem Diagramm 40 ist die Empfangsenergie (zum Zeitschritt n) über der Verzögerungszeit (Delay) aufgetragen. Empfangsenergieanteile, die auf empfangene Signale zurückgehen, sind mit einem Pfeil gekennzeichnet. Die restlichen Empfangsener gieanteile sind Rauschen. Wie in dem Diagramm 40 ersichtlich, ergibt sich das empfangene Signal aus der Überlagerung der Signalenergien, die über einen kürzesten Hauptausbreitungspfad (z.B. Sichtlinie) und zwei Echo-Pfaden erhalten werden. Die momentane CIR wird daher auch als momentanes Verzögerungsprofil (instantaneous delay profile) bezeichnet. Wie aus dem Diagramm 40 ersichtlich, sind die Signalenergieanteile durch Rauschen überdeckt.
Die momentane CIR wird der CIR-Rauschverminderungsstufe 24 zugeleitet. Darüber hinaus wird eine Kopie der momentanen CIR erstellt. Diese Kopie wird verwendet, um die Signalbeiträge (d.h. die mit den Pfeilen gekennzeichneten Signalenergieanteile) vom Rauschen zu trennen.
Zu diesem Zweck wird die Kopie der momentanen CIR dem Filter 22 zugeleitet. Das Filter 22 besteht aus einer Parallelanordnung von einzelnen Filtern, wobei für jeden CIR-Abtastwert ein einzelnes Filter vorgesehen sein kann. Die Filterung der momentanen CIR findet im Zeitbereich statt. Am Ausgang des Mehrkanalfilters 22 wird eine gefilterte CIR ausgegeben. Die gefilterte CIR ist in 2 im Diagramm 41 dargestellt.
Aus dem Diagramm 41 wird deutlich, dass die gefilterte CIR eine bessere Unterscheidung zwischen Signalbeiträgen und Rauschbeiträgen in der CIR ermöglicht. Der Grund hierfür besteht darin, dass sämtliche Abtastwerte der momentanen CIR (Diagramm 40) zeitlich unkorreliertes weißes Gaußsches Rauschen beinhalten, während lediglich einige der Abtastwerte (hier drei) Signalbeiträge enthalten. Diese Signalbeiträge enthaltenden Abtastwerte (signal sample taps) sind in aufeinanderfolgenden momentanen CIRs zeitlich hoch korreliert, da sich das Verzögerungsprofil (d.h. die zeitlichen Lagen der signalenergiereichen Abtastwerte) und auch ihre Amplituden (Kanalfluktuationen) wesentlich langsamer ändern als das unkorrelierte weiße Rauschen (welches von Zeitschritt zu Zeitschritt statistisch variiert).
Die gefilterte CIR (Diagramm 41) enthält weiterhin Abtastwerte, die allein auf Rauschen zurückzuführen sind, jedoch können die Signalenergie enthaltenden Abtastwerte von diesen allein auf Rauschen beruhenden Abtastwerten anhand ihrer Signalhöhen unterschieden werden.
Die am Ausgang des Mehrkanalfilters 22 bereitgestellte gefilterte CIR wird dem Rauschanalysator 23 zugeleitet. Der Rauschanalysator 23 analysiert die gefilterte CIR, um zwischen den Signalenergie enthaltenden Abtastwerten (im Folgenden als Signal-Abtastwerte bezeichnet) und den allein auf Rauschen zurückgehenden Abtastwerten (im Folgenden als Rausch-Abtastwerte bezeichnet) zu unterscheiden. Zu diesem Zweck kann der Rauschanalysator 23 beispielsweise eine Schwellwertanalyse durchführen. In diesem Fall wird die gefilterte CIR 41 mit einem Schwellwert verglichen. Abtastwerte, deren Signalwerte oberhalb des Schwellwertes liegen, werden als Signal-Abtastwerte identifiziert. Abtastwerte, deren Signalwerte unterhalb des Schwellwertes liegen, werden als Rausch-Abtastwerte betrachtet. Der Rauschanalysator 23 führt also eine Klassifizierung der Abtastwerte der gefilterten CIR in Signal- und Rauschbeiträge durch. Der Schwellwertvergleich ist in 2 im Diagramm 42 veranschaulicht.
Es wird darauf hingewiesen, dass entlang der Zeitachse (Delay) unterschiedliche Schwellwerte für die Rauschanalyse verwendet werden können. Ferner kann durch Verwendung von zwei im gleichen Zeitbereich eingesetzten Schwellwerten eine Hysterese erzeugt werden. Darüber hinaus sind weitere Möglichkeiten zur Unterscheidung zwischen den Signal-Abtastwerten und den Rausch-Abtastwerten in der gefilterten CIR denkbar.
Der Ausgang des Rauschanalysators 23 ist mit einem Steuereingang der CIR-Rauschverminderungsstufe 24 gekoppelt. Der Rauschanalysator 23 übermittelt die zeitlichen Positionen der Signal-Abtastwerte an die CIR-Rauschverminderungsstufe 24. Der Ausgang des Rauschanalysators 23 kann beispielsweise in Form eines Boolschen Vektors bestehend aus den Elementen 1 und 0 erfolgen. Jedes Vektorelement ist einer Zeiteinheit des Verzögerungsprofils (d.h. der Zeitlage eines Abtastwertes in der gefilterten CIR) zugeordnet. Zeitlagen, an denen Signal-Abtastwerte auftreten, erhalten den Wert 1. Zeitlagen, an denen Rausch-Abtastwerte ermittelt wurden, erhalten den Wert 0. Das Diagramm 43 veranschaulicht das auf der Basis der momentanen CIR erhaltene Auswerteergebnis für den Zeitschritt n. Es wird deutlich, dass die Signal-Abtastwerte lokalisiert sind. Mit anderen Worten führt die das Filter 22 und den Rauschanalysator 23 umfassende Schaltung eine dynamische, adaptive Ermittlung der Zeitlagen der Signal-Abtastwerte für jeden Zeitschritt n durch.
Die von dem Rauschanalysator 23 für jedes OFDM-Symbol x[n, k] beispielsweise in Form der Boolschen Vektoren ausgegebenen Auswerteergebnisse werden in der CIR-Rauschverminderungsstufe 24 zur Eliminierung der Rausch-Abtastwerte in der momentanen CIR verwendet. Die CIR-Rauschverminderungsstufe 24 bewirkt, dass Abtastwerte der momentanen CIR an Zeitlagen, an welchen der Boolsche Vektor den Wert 0 aufweist, auf den Wert 0 gesetzt werden. Abtastwerte an Zeitlagen, an welchen der Boolsche Vektor den Wert 1 aufweist, bleiben unberührt. Die CIR-Rauschverminderungsstufe 24 kann zu diesem Zweck beispielsweise als Mehrkanalschalter, welcher in Abhängigkeit vom Steuereingang Abtastwerte jeweils zu den Ausgängen durchschaltet oder die Ausgänge auf den Wert 0 legt, realisiert sein. Am Ausgang der CIR-Rauschverminderungsstufe 24 wird die quasi rauschfreie momentane CIR bereitgestellt. Diese ist in 1 im Diagramm 44 veranschaulicht und enthält (im Unterschied zu der gefilterten CIR, siehe Diagramm 41) kaum noch Rauschbeiträge.
Die quasi rauschfreie momentane CIR (Diagramm 44) wird einem Eingang der Zeitbereich-zu-Frequenzbereich-Transformations stufe 25 zugeleitet. Die Zeitbereich-zu-Frequenzbereich-Transformationsstufe 25 kann beispielsweise eine schnelle Fourier-Transformation (FFT) durchführen. Am Ausgang der Zeitbereich-zu-Frequenzbereich-Transformationsstufe 25 wird für jeden Zeitschritt n (d.h. zu jedem OFDM-Symbol x[n, k]) eine rauschverminderte CTF bereitgestellt.
Der Ausgang der Zeitbreich-zu-Frequenzbereich-Transformationsstufe 25 ist mit einem Eingang des OFDM-Symbol-Entzerrers 3 verbunden. Die zu jedem OFDM-Symbol erzeugte rauschverminderte CTF wird in dem OFDM-Symbol-Entzerrer 3 zur Entzerrung des zugehörigen OFDM-Symbols eingesetzt. Der OFDM-Symbol-Entzerrer stellt als Ausgang einen entzerrten Symbolstrom 6 z.B. in Form von Soft-Werten zur Verfügung. Der entzerrte Symbolstrom 6 kann in einem nachgeschalteten FEC (Forward Error Correction) Decoder weiterverarbeitet werden.
Es wurde bereits erwähnt, dass der Kanalschätzer 2 eingangsseitig mit im Zeitbereich interpolierten Pilotinformationen gespeist werden kann, um für jeden Zeitschritt n eine rauschverminderte CTF zu berechnen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass der Kanalschätzer 2 nur für bestimmte, beabstandete Zeitschritte Pilotinformationen prozessiert und an seinem Ausgang für jeden Zeitschritt ausgegebene rauschverminderte CTF durch Interpolation gewinnt. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass für langsam veränderliche Kanäle keine „symbolweise" Entzerrung des OFDM-Datenstroms in dem Sinne durchgeführt wird, dass für jedes OFDM-Symbol bzw. jeden Zeitschritt n eine individuelle rauschverminderte CTF berechnet wird, sondern dass eine berechnete rauschverminderte CTF für die Entzerrung von mehreren OFDM-Symbolen verwendet wird.
Das beschriebene Kanalschätzverfahren weist den Vorteil auf, dass eine selektive Entfernung von Rausch-Abtastwerten über die gesamte CIR ermöglicht wird. Während bei bekannten Kanalschätzverfahren eine Rauschverminderung durch Eliminieren von Abtastwerten in der CIR, die eine bestimmte maximale Verzögerungszeit überschreiten, erreicht wird, können beim vorstehend beschriebenen Verfahren auch Rausch-Abtastwerte eliminiert werden, die geringe Verzögerungszeiten aufweisen, d.h. im „vorderen" Bereich der CIR liegen. Dadurch kann insbesondere bei Kanalszenarien, bei welchen mehrere Gruppierungen von Signal-Abtastwerten in Art eines Sägezahn-Profils auftreten, eine wesentliche Verbesserung der Entzerrerleistung erreicht werden.
Mit anderen Worten wurde erkannt, dass Verzögerungsprofile von Übertragungskanälen häufig eine bestimmte Feinstruktur aufweisen, d.h. die Statistik von CIR-Abtastwerten in hohem Maße innerhalb eines bestimmten Beobachtungsfensters (begrenzt z.B. durch eine maximale Verzögerungszeit) variieren kann. Die Filterung der momentanen CIR im Filter 22 reduziert aufgrund der Zeitkorrelation von aufeinanderfolgenden momentanen CIRs zwar den Rauschanteil in der gefilterten CIR (Diagramm 41), führt jedoch nicht zu einer vollständigen Eliminierung von Rausch-Abtastwerten in der gefilterten CIR. Sie ermöglicht jedoch eine sichere und robuste Klassifizierung von CIR-Abtastwerten in Bezug auf Signal-Abtastwerte und Rausch-Abtastwerte. Diese Klassifizierung ermöglicht die Eliminierung von Rausch-Abtastwerten in der momentanen CIR oder einer anderen aus der momentanen CIR berechneten CIR und führt somit zu einer quasi vollständigen, selektiven Eliminierung von Rausch-Abtastwerten aus der betreffenden CIR. Sofern, wie in dem in 1 dargestellten Beispiel, die momentane CIR (Diagramm 40) von Rausch-Abtastwerten befreit wird, können auch Übertragungskanäle mit hohen Fluktuationen (schnellen Amplitudenänderungen der Signal-Abtastwerte in der momentanen CIR) effektiv entzerrt werden, da bei der Rauscheliminierung durch das Filter 22, den Rauschanalysator 23 und die CIR-Rauschverminderungsstufe 24 keine Interpolation im Zeitbereich stattfindet.
2 veranschaulicht den vorstehend beschriebenen Algorithmus zur Kanalschätzung für OFDM-Symbole. In einem ersten Schritt S1 wird in der bereits beschriebenen Weise die momentane CIR (Diagramm 40) geschätzt. Im Schritt S2 erfolgt die Filterung der momentanen CIR (Diagramm 40) mittels des Mehrkanalfilters 22. Für jeden CIR-Abtastwert kann ein Filter vorgesehen sein. Durch die Filterung wird die gefilterte CIR (Diagramm 41) erhalten.
Im Schritt S3 erfolgt der Vergleich der Signalwerte der gefilterten CIR mit dem Schwellwert bzw. mit mehreren Schwellwerten. Der Verfahrensschritt S3 wird in dem Rauschanalysator 23 durchgeführt und in dem Diagramm 42 veranschaulicht. Als Ergebnis des Vergleichs wird in Schritt S4 der Boolsche Vektor erzeugt, welcher zur Ansteuerung der CIR-Rauschverminderungsstufe 24 (z.B. in Form einer Aktivierung der in dieser Stufe vorgesehenen Abtastwerte-Schalter) eingesetzt wird. Die Bestimmung der „durchzuschaltenden" Signal-Abtastwerte kann Zeitschritt für Zeitschritt erfolgen und wird durch die in dem Diagramm 43 dargestellte dynamische, adaptive Lokalisierung der Zeitlagen von Signal-Abtastwerten veranschaulicht.
In nicht dargestellter Weise kann bei einem hohen Signal-zu-Rauschverhältnis auf die Filterung der momentanen CIR durch das Filter 22 verzichtet werden. Bei einem hohen Signal-zu-Rauschverhältnis kann eine ausreichend sichere Unterscheidung zwischen Signal-Abtastwerten und Rausch-Abtastwerten durch eine Signalhöhenanalyse in der momentanen CIR möglich sein, so dass die Klassifizierung nach Signal-Abtastwerten und Rausch-Abtastwerten im Rauschanalysator 23 direkt anhand der momentanen CIR vorgenommen werden kann.
3 und 4 zeigen weitere Ausführungsbeispiele des Kanalschätzers 2. Dieselben oder ähnliche Funktionselemente sind in den 1, 3 und 4 mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Der in 3 gezeigte Kanalschätzer 2a unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten Kanalschätzer 2 im Wesentlichen dadurch, dass sich das Filter 22 im Signalweg zwischen der Frequenzbereich-zu-Zeitbereich-Transformationsstufe 21 und der CIR-Rauschverminderungsstufe 24 befindet. Dies bewirkt, dass anders als in 1 nicht die momentane CIR (Diagramm 40), sondern die gefilterte CIR 41 in der CIR-Rauschverminderungsstufe 24 prozessiert wird. Die Filterlänge des Filters 22 in 3 sollte so bemessen sein, dass die Kanalfluktuationen (die zeitlichen Änderungen der Amplituden der Signal-Abtastwerte in der momentanen CIR) nicht herausgefiltert werden.
Es ist gemäß 4 auch möglich, in dem Kanalschätzer 2b zwei unterschiedliche Filterungen der momentanen CIR vorzusehen. Während die momentane CIR eingangsseitig der CIR-Rauschverminderungsstufe 24 einer ersten Filterung mit dem Filter 22a unterzogen wird, wird die Kopie der momentanen CIR (Diagramm 40) vor dem Eingang des Rauschanalysators 23 einer Filterung durch das Filter 22 unterzogen. Das Filter 22 kann dabei eine größere Filterlänge als das Filter 22a aufweisen, da das Verzögerungsprofil (d.h. die zeitliche Lage von Signal-Abtastwerten) sich langsamer ändert (d.h. eine höhere zeitliche Korrelation aufweist) als die Amplituden der Signal-Abtastwerte in der momentanen CIR.
Beispielsweise können die Ausführungsbeispiele in folgender Weise in einem LTE (Long Term Evolution) Mobilfunk-Endgerät implementiert werden. Die nachfolgend angegebenen Parameter sind in dem Standard 3GPP TR 25.814 angegeben. Eine der möglichen Konfigurationen nutzt eine Abtastrate von 30,72 MHz bei einer FFT (Fast Fourier Transform) der Kanalanzahl 2048, ein OFDM-System mit 1201 nutzbaren Subträger bei einem Subträgerabstand von 15 kHz und einem Pilotabstand von sechs Subträgern im Frequenzbereich. Die vorgeschlagene Subrahmendauer kann 0,5 ms betragen und führt zu einer OFDM-Symbol-Dauer von 71,4 μs. In diesem Fall ist es möglich, bis zu 14.000 Schätzung der rauschverminderten CIR pro Sekunde durchzuführen.

Claims

Verfahren zur Kanalschätzung eines über einen Kanal übertragenen OFDM-Signals, umfassend: Berechnen einer initialen Kanaltransferfunktion durch Kanalschätzung unter Verwendung des empfangenen OFDM-Signals; Berechnen einer Kanalimpulsantwort (S1) auf der Basis der initialen Kanaltransferfunktion; Klassifizieren (S3, S4) der Werte der Kanalimpulsantwort oder einer gefilterten Kanalimpulsantwort in Rauschen und Signal in Abhängigkeit von der Höhe der Werte der Kanalimpulsantwort bzw. der Höhe der Werte der gefilterten Kanalimpulsantwort; Berechnen einer rauschverminderten Kanalimpulsantwort auf der Basis der Kanalimpulsantwort unter Verwendung der Klassifizierung; und Berechnen einer rauschverminderten Kanaltransferfunktion auf der Basis der rauschverminderten Kanalimpulsantwort.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Klassifizieren (S3, S4) durch einen Schwellwertvergleich der Werte der Kanalimpulsantwort oder der gefilterten Kanalimpulsantwort erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Klassifizieren (S3, S4) derart erfolgt, dass Werte der Kanalimpulsantwort oder der gefilterten Kanalimpulsantwort, die unterhalb eines Schwellwertes liegen, als Rauschen klassifiziert werden und Werte der Kanalimpulsantwort oder der gefilterten Kanalimpulsantwort, die oberhalb des Schwellwertes liegen, als Signal klassifiziert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Berechnen einer rauschverminderten Kanalimpulsantwort derart erfolgt, dass Werte der Kanalimpulsantwort oder Werte einer von der Kanalimpulsantwort abgeleiteten Kanalimpulsantwort auf den Wert Null gesetzt werden, wenn sie gemäß der Klassifizierung zum Rauschen gehören.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die von der Kanalimpulsantwort abgeleitete Kanalimpulsantwort die gefilterte Kanalimpulsantwort ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kanalimpulsantwort durch inverse Fourier-Transformation aus der initialen Kanaltransferfunktion berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei zur Berechnung der Kanalimpulsantwort eine spektral gröbere Unterfunktion der Kanaltransferfunktion gebildet wird und die inverse Fourier-Transformation auf die Unterfunktion angewandt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die rauschverminderte Kanaltransferfunktion durch Fourier-Transformation aus der rauschverminderten Kanalimpulsantwort berechnet wird.
Verfahren zum Berechnen einer rauschverminderten Kanalimpulsantwort zu einem über einen Kanal übertragenen OFDM-Symbol, umfassend: Berechnen einer initialen Kanaltransferfunktion zu dem OFDM-Symbol durch Kanalschätzung; Berechnen einer Kanalimpulsantwort durch Transformieren der initialen Kanaltransferfunktion in den Zeitbereich; Filtern aufeinanderfolgender Kanalimpulsantworten zur Berechnung einer gefilterten Kanalimpulsantwort zu dem OFDM-Symbol; Klassifizieren (S3, S4) der Werte der gefilterten Kanalimpulsantwort in Rauschen und Signal in Abhängigkeit von der Höhe der Werte der gefilterten Kanalimpulsantwort; und Berechnen einer rauschverminderten Kanalimpulsantwort zu dem OFDM-Symbol auf der Basis der Kanalimpulsantwort unter Verwendung der Klassifizierung.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Klassifizieren (S3, S4) durch einen Schwellwertvergleich der Werte der gefilterten Kanalimpulsantwort erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Klassifizieren (S3, S4) derart erfolgt, dass Werte der gefilterten Kanalimpulsantwort, die unterhalb eines Schwellwertes liegen, als Rauschen klassifiziert werden und Werte der gefilterten Kanalimpulsantwort, die oberhalb des Schwellwertes liegen, als Signal klassifiziert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das Berechnen einer rauschverminderten Kanalimpulsantwort derart erfolgt, dass Werte der Kanalimpulsantwort oder Werte einer von der Kanalimpulsantwort abgeleiteten Kanalimpulsantwort auf den Wert Null gesetzt werden, wenn sie gemäß der Klassifizierung zum Rauschen gehören.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die von der Kanalimpulsantwort abgeleitete Kanalimpulsantwort die gefilterte Kanalimpulsantwort ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die gefilterte Kanalimpulsantwort mit einem Filter (22) gefiltert ist und die von der Kanalimpulsantwort abgeleitete Kanalimpulsantwort eine gefilterte Kanalimpulsantwort ist, die mit einem Filter (22a) geringerer Filterlänge als die Filterlänge des Filters (22) gefiltert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei die Kanalimpulsantwort durch inverse Fourier-Transformation aus der initialen Kanaltransferfunktion berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei zur Berechnung der Kanalimpulsantwort eine spektral gröbere Unterfunktion der Kanaltransferfunktion gebildet wird und die inverse Fourier-Transformation auf die Unterfunktion angewandt wird.
Kanalschätzer für ein über einen Kanal übertragenes OFDM-Signal, umfassend: einen Erst-Kanalschätzer (20) zur Berechnung einer initialen Kanaltransferfunktion durch Kanalschätzung unter Verwendung des empfangenen OFDM-Signals; eine Frequenzbereich-zu-Zeitbereich-Transformationsstufe (21) zum Berechnen einer Kanalimpulsantwort auf der Basis der initialen Kanaltransferfunktion; einen Rauschanalysator (23) zum Klassifizierung der Werte der Kanalimpulsantwort oder einer gefilterten Kanalimpulsantwort in Rauschen und Signal in Abhängigkeit von der Höhe der Werte der Kanalimpulsantwort bzw. der Höhe der Werte der gefilterten Kanalimpulsantwort; eine Berechnungsstufe (24) zum Berechnen einer rauschverminderten Kanalimpulsantwort auf der Basis der Kanalimpulsantwort unter Verwendung der Klassifizierung; und eine Zeitbereich-zu-Frequenzbereich-Transformationsstufe (25) zum Berechnen einer rauschverminderten Kanaltransferfunktion auf der Basis der rauschverminderten Kanalimpulsantwort.
Kanalschätzer nach Anspruch 17, wobei der Rauschanalysator (23) einen Schwellwertvergleicher umfasst.
Kanalschätzer nach Anspruch 18, wobei der Rauschanalysator (23) Werte der Kanalimpulsantwort bzw. der gefilterten Kanalimpulsantwort, die unterhalb eines Schwellwertes liegen, als Rauschen klassifiziert und Werte der Kanalimpulsantwort bzw. der gefilterten Kanalimpulsantwort, die oberhalb des Schwellwertes liegen, als Signal klassifiziert.
Kanalschätzer nach Anspruch 19, wobei der Rauschanalysator (23) einen Vektor ausgibt, der für diskrete Zeitwerte, an denen die Kanalimpulsantwort bzw. die gefilterte Kanalimpulsantwort als Rauschen klassifiziert ist, den Wert 0 aufweist und für diskrete Zeitwerte, an denen die Kanalimpulsantwort bzw. die gefilterte Kanalimpulsantwort als Signal klassifiziert ist, den Wert 1 aufweist.
Kanalschätzer nach einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei die Berechnungsstufe (24) Werte der Kanalimpulsantwort oder Werte einer von der Kanalimpulsantwort abgeleiteten Kanalimpulsantwort auf den Wert Null setzt, wenn sie gemäß der Klassifizierung zum Rauschen gehören.
Kanalschätzer nach einem der Ansprüche 17 bis 21, wobei die Berechnungsstufe (24) eine Schalteranordnung ist.
Kanalschätzer nach einem der Ansprüche 17 bis 22, wobei ein Ausgang der Frequenzbereich-zu-Zeitbereich-Transformationsstufe (21) mit einem Eingang der Berechnungsstufe (24) und mit einem Eingang eines Filters (22) gekoppelt ist und ein Ausgang des Filters (22) mit einem Eingang des Rauschanalysators (23) gekoppelt ist.
Kanalschätzer nach einem der Ansprüche 17 bis 22, wobei ein Ausgang der Frequenzbereich-zu-Zeitbereich-Transformationsstufe (21) mit einem Eingang eines Filters (22) gekoppelt ist und ein Ausgang des Filters (22) mit einem Eingang der Berechnungsstufe (24) und mit einem Eingang des Rauschanalysators (23) gekoppelt ist.
Kanalschätzer nach einem der Ansprüche 17 bis 22, wobei ein Ausgang der Frequenzbereich-zu-Zeitbereich-Transformationsstufe (21) mit einem Eingang eines ersten Filters (22a) und einem Eingang eines zweiten Filters (22) gekoppelt ist, ein Ausgang des ersten Filters (22a) mit einem Eingang der Berechnungsstufe (24) gekoppelt ist und ein Ausgang des zweiten Filters (22) mit einem Eingang des Rauschanalysators (23) gekoppelt ist.
Kanalschätzer nach einem der Ansprüche 17 bis 25, wobei die Frequenzbereich-zu-Zeitbereich-Transformationsstufe (21) eine inverse Fourier-Transformation durchführt.
Kanalschätzer nach einem der Ansprüche 17 bis 26, wobei die Zeitbereich-zu-Frequenzbereich Transformationsstufe (25) eine Fourier-Transformation durchführt.
Kanalschätzer zum Berechnen einer rauschverminderten Kanalimpulsantwort zu einem über einen Kanal übertragenen OFDM-Symbol, umfassend: einen Erst-Kanalschätzer (20) zur Berechnung einer initialen Kanaltransferfunktion zu dem OFDM-Symbol durch Kanalschätzung; eine Frequenzbereich-zu-Zeitbereich-Transformationsstufe (21) zum Berechnen einer Kanalimpulsantwort durch Transformieren der initialen Kanaltransferfunktion in den Zeitbereich; ein Filter (22) zum Filtern aufeinanderfolgender Kanalimpulsantworten zur Berechnung einer gefilterten Kanalimpulsantwort zu dem OFDM-Symbol; einen Rauschanalysator (23) zum Durchführen einer Rauschanalyse der gefilterten Kanalimpulsantwort, wobei der Rauschanalysator (23) eine Klassifizierung der Werte der gefilterten Kanalimpulsantwort in Rauschen und Signal in Abhängigkeit von der Höhe der Werte der gefilterten Kanalimpulsantwort durchführt; und eine Berechnungsstufe (24) zum Berechnen einer rauschverminderten Kanalimpulsantwort zu dem OFDM-Symbol auf der Basis der Kanalimpulsantwort unter Verwendung der Klassifizierung.