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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung
einer unverkürzten Kanalimpulsantwort in einem OFDM-Übertragungssystems.
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In
der digitalen Rundfunktechnik kommen zur Verringerung der erforderlichen
Sendeleistung verstärkt zelluläre Gleichwellennetze
(SEN: single frequency networks) zum Einsatz. In einem zellulären
Gleichwellennetz wird ein identisches Sendesignal durch mehrere
in regional verteilten Zellen stationierten Sender zeit- und frequenzsynchron
gesendet. Das korrespondierende Empfangssignal setzt sich in einem
zellulären Gleichwellennetz aus den additiven Überlagerungen
der einzelnen, um die entfernungsabhängige Signallaufzeit
verzögerten und mit der unabhängigen Kanalimpulsantwort
gefalteten Sendesignale zusammen.
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Aufgrund
identischer Sendesignale kann der Übertragungskanal in
einem zellulären Gleichwellennetz deshalb durch eine virtuelle
Kanalimpulsantwort charakterisiert werden. Die Länge dieser
virtuellen Kanalimpulsantwort hängt von der maximalen Laufzeitdifferenz
zwischen zwei am weitesten voneinander entfernten Sendern und der
maximalen Umwegelaufzeit des Mehrwegekanals ab. Aufgrund der in
der digitalen Rundfunktechnik üblichen Zellgröße
von 30 km und mehr können damit Kanalimpulsantwortlängen
von mehr als 100 μs auftreten. Die virtuelle Kanalimpulsantwort
wird dabei von einigen zeitlich gegeneinander verschobenen Echoclustern
mit einer Länge von typischerweise weniger als 10 μs,
die in der Regel jeweils einem Sender zugeordnet werden, bestimmt.
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Für
den korrekten Betrieb eines Gleichwellenetzes ist die genaue Kenntnis
des Verhaltens des Übertragungskanal wesentlich. Die hierzu
erforderliche Vermessung des Übertragungskanals durch Schätzung
bedingt eine optimale Rekonstruktion der virtuellen Kanalimpulsantwort.
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Zur
Bestimmung der virtuellen Kanalimpulsantwort werden in einem OFDM-(Orthogonal
Frequency Division Multiplex)-Übertragungssystem Pilotsymbole
in einem bestimmten Frequenz-Zeit-Raster des aus Frequenzträgern
und Symboldauern zusammengesetzten Frequenz-Zeit-Übertragungsrahmens übertragen.
Innerhalb einer Symboldauer des Frequenz-Zeit-Übertragungsrahmens
sind die für die Bestimmung der Kanalimpulsantwort zu übertragenden
Pilotsymbole in einem dem Nutzdatenintervall vorgelagerten bzw.
nachgelagerten Guard-Intervall angeord-net.
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Solange
die Dauer der virtuellen Kanalimpulsantwort kürzer als
die Länge des Guard-Intervalls ist, kann die virtuelle
Kanalimpulsantwort störungsfrei im Guard-Intervall rekonstruiert
werden. Auch die Rekonstruktion des im Nutzdatenintervall übertragenen
Nutzdaten-Symbols erfolgt problemlos.
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Erstreckt
sich die virtuelle Kanalimpulsantwort über die Länge
des Guard-Intervalls, so kommt es zwischen den Pilotsymbolen und
den Nutzdatensymbolen zu Inter-Symbol-Interferenzen, die den Empfang
der Nutzdatensymbole verschlechtern und auch die Rekonstruktion
der Kanalimpulsantwort aus den übertragenen Pilotsymbolen
nicht mehr ermöglichen.
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Um
die Nutzdatensymbole korrekt zu rekonstruieren, wird nach dem Stand
der Technik – wie beispielsweise in der
DE 100 05 287 A1 offenbart – die
Kanalschätzung auf der Basis von Pilotsymbolen folgendermaßen
durchgeführt:
Die Pilotsymbole werden gemäß
1A in
einem Raster von jeweils N
F Frequenzträgern
in der aus insgesamt N
C Fre quenzträgern
bestehenden Übertragungsbandbreite positioniert. Die mittels
eines Schätzers im Empfänger aus den Pilotsymbolen
ermittelte diskrete Kanalübertragungsfunktion Ĥ
k des OFDM-Übertragungskanals ergibt
im Zeitbereich gemäß
1B eine
mit der Periodizität
periodisch fortgesetzte Impulsantwort
h(n). Die Schätzung der Kanalübertragungsfunktion H ~
k in den von Pilotsymbolen nicht besetzten
Frequenzträgern erfolgt gemäß
1C durch
Interpolation aus den geschätzten Werten der Kanalübertragungsfunktion Ĥ
k in den mit Pilotsymbolen belegten Frequenzträgern
mittels Interpolationsfilter. Die Interpolation bedingt im Zeitbereich
gemäß
1D eine
Fensterung bzw. Bandbegrenzung der Impulsantwort h(n) in Höhe
der Filterlänge F
I des Interpolationsfilters
(grau punktierter, trapezförmiger Bereich in
1D).
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Durch
geeignete Dimensionierung des Frequenzrasters NF der
Pilotsymbole ist die Dauer der Kanalimpulsantwort kleiner als die
Periodendauer der periodisch fortgesetzten einzelnen Kanalimpulsantworten
zu halten, um damit ein Aliasing zwischen den einzelnen periodisch
fortgesetzten Kanalimpulsantworten als Voraussetzung für
eine korrekte Rekonstruktion der Kanalimpulsantwort zu vermeiden.
Hierzu ist gemäß Gleichung (1) das Verhältnis
des Frequenzrasters NF der Pilotsymbole
in Relation zur Systembandbreite NC des OFDM-Übertragungskanals
größer als die Länge NG des
Guard-Intervalls zu gestalten.
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Außerdem
ist die Filterlänge FI des Interpolationsfilters
so auszulegen, dass die periodischen Fortsetzungen der Kanalimpulsantwort
unterdrückt werden. Die Filterlänge FI des
Interpolationsfilters muss deshalb kleiner als das Verhältnis
des Frequenzrasters NF der Pilotsymbole
in Relation zur Systembandbreite NC des OFDM-Übertragungskanals
ausgelegt sein.
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Weist
die Kanalimpulsantwort eine kürzere Dauer als die Filterlänge
FI des Interpolationsfilters auf, so kann
gemäß 1D die
Kanalimpulsantwort korrekt rekonstruiert werden.
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Ist
jedoch die Dauer der Kanalimpulsantwort, wie in 1E dargestellt
ist, länger als die gewählte Filterlänge
FI des Interpolationsfilters, so wird ein
Teil der Kanalimpulsantwort durch die Bandbegrenzung der Interpolation
unterdrückt. Eine korrekte Rekonstruktion der Kanalimpulsantwort
ist in diesem Fall nicht möglich.
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Um
den negativen Einfluss der Bandbegrenzung des Interpolationsfilters
auf die Rekonstruktion der Kanalimpulsantwort zu beseitigen, wird
herkömmlicherweise die Interpolation durch eine aufwändigere
Kanalschätzung mittels Pilotsymbolen in einem feineren
Frequenzraster ersetzt. Bei einer um den Faktor Q feineren Schätzung
der Kanalübertragungsfunktion mittels Pilotsymbolen im
Frequenzbereich (Faktor Q < 1)
gemäß 2A vergrößert
sich die Periodendauer der periodisch fortgesetzten Kanalimpulsantwort
um den gleichen Faktor Q im Zeitbereich gemäß 2B.
Die Dauer der Kanalimpulsantwort kann folglich um diesen Faktor
Q verlängert sein, ohne eine fehlerhafte Rekonstruktion
zu bewirken. Hat sich die Dauer NG des Guard-Intervalls in 2A gegenüber
der Situation in 1B bzw. 1D und 1E nicht
verändert, so kann die Kanalimpulsantwort ĥ gemäß Gleichung
(2) durch eine inverse Fourier-Transformation aus der geschätzten
Kanalübertragungsfunktion Ĥ fehlerfrei rekonstruiert
werden, auch wenn die Dauer der Kanalimpulsantwort h über
die Länge NG des Guard-Intervalls
hinausreicht. ĥ = F–1{Ĥ} (2)
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Eine
fehlerfreie Rekonstruktion einer Kanalimpulsantwort, deren Dauer
sich über die gesamte Symboldauer erstreckt, setzt aber
eine Belegung jedes der NC Frequenzträger
mit Pilotsymbolen voraus. Da auf diese Weise keine Nutzdaten symbole
mehr übertragen werden können, scheidet eine derartige
Vorgehensweise im Fall einer zu rekonstruierenden Kanalimpulsantwort
mit einer sehr langen Dauer in der Praxis aus.
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Während
für den laufenden Betrieb eines OFDM-Übertragungssystems
durch geeignete Wahl des Frequenzrasters NF der
Pilotsymbole und durch geeignete Wahl der Filterlänge FI des Interpolationsfilters eine fehlerhafte
Rekonstruktion der Kanalimpulsantwort vermeidbar ist, muss bei der
Vermessung von Mobilfunknetzen, bei der im laufenden Netzbetrieb
keine Möglichkeit der Anpassung des Frequenzrasters NF der Pilotsymbole und der Filterlänge
FI des Interpolationsfilters besteht, die
Kanalimpulsantwort auch bei einem wie in 1E dargestellten
Fall korrekt rekonstruiert werden können.
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Bei
Messungen im Netzbetrieb des zellulären Gleichwellennetzes
kann beispielsweise aus der korrekt rekonstruierten virtuellen Kanalimpulsantwort überprüft
werden, ob die durch die maximale regionale Entfernung zweier Sender
des zellulären Gleichwellennetzes bedingte maximale Laufzeitdifferenz
der zugehörigen Sendesignale innerhalb der vom Empfänger
maximal verarbeitbaren Länge der Kanalimpulsantwort liegt.
Auch können aus einer korrekt rekonstruierten virtuellen
Kanalimpulsantwort die einzelnen zu einem Sender gehörigen
Echos identifiziert und aus der Doppler-Verschiebung der zu den
einzelnen Sendern gehörigen Echos der Frequenzgleichlauf
der einzelnen Sender überwacht werden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur korrekten Bestimmung der virtuellen Kanalimpulsantwort eines
OFDM-Übertragungskanals in einem zellulären Gleichwellennetz
zu schaffen, bei der die Dauer der virtuellen Kanalimpulsantwort über
die Filterlänge des Interpolationsfilters bzw. über
die Dauer des Guard-Intervalls hinausreicht.
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Die
Erfindungsaufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes
Verfahren zur Ermittlung der Kanalimpulsantwort mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 und durch eine erfindungsgemäße
Vorrichtung zur Ermittlung der Kanalimpulsantwort mit den Merkmalen
des Anspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind
in den Unteransprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß wird
die mittels Schätzung und Interpolation ermittelte Kanalübertragungsfunktion, die
unter Umständen aufgrund der Interpolation eine verkürzte
Kanalimpulsantwort aufweist, durch erneute Bestimmung auf der Basis
der zu den einzelnen Frequenz-Zeit-Positionen empfangenen Symbole
und der aus den empfangenen Symbolen mittels Entscheidung geschätzten
gesendeten Symbolen optimiert. Unter der Voraussetzung, dass die
Schätzung zum in der jeweiligen Frequenz-Zeit-Position
tatsächlich gesendeten Symbol führt, wird auf
diese Weise die in der jeweiligen Frequenz-Zeit-Position korrekte
Kanalübertragungsfunktion bestimmt. Die auf diese Weise
optimierte Kanalübertragungsfunktion weist im Gegensatz
zu der mittels Schätzung und Interpolation ermittelten
Kanalübertragungsfunktion eine Kanalimpulsantwort mit einer
vollständigen Länge auf, die sich nicht nur über
Filterlänge des Interpolationsfilters, sondern auch über
die Dauer des Guard-Intervalls – im Extremfall über
die gesamte Symboldauer – erstrecken kann.
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Die
Korrektheit der Schätzung des in der jeweiligen Frequenz-Zeit-Position
gesendeten Symbols kann verbessert werden, indem vor der Schätzung
des gesendeten Symbols eine Entzerrung des in der jeweiligen Frequenz-Zeit-Position
empfangenen Symbols, das im Übertragungskanal verzerrt
wird, mit der inversen, aus Schätzung und Interpolation
ermittelten Kanalübertragungsfunktion durchgeführt
wird.
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Die
Entscheidung des in der jeweiligen Frequenz-Zeit-Position gesendeten
Symbols kann zusätzlich optimiert werden, indem in Serie
zu einer ersten „harten Entscheidung" – direkte
Rückgewinnung der gesendeten Bitsequenz aus den empfangenen
Symbolen beispielsweise durch Minimierung der euklidischen Distanz
zwischen dem empfangenen Symbol und sämtlichen Symbolen
des zum verwendeten Modulationsverfahrens gehörigen Symbolalphabets
im Konstellationsdiagramm – eine zweite, die erste „harte
Entscheidung" optimierende "weiche Entscheidung" – Gewinnung
von Zuverlässigkeits- bzw. Wahrscheilichkeitswerten der gesendeten
Bitsequenz – durchgeführt wird. Durch Kombination
einer „harten Entscheidung" mit einer „weichen
Entscheidung" können aus „harten Bits" und Zuverlässigkeitswerten
in einer Remodulation optimierte Schätzwerte für
die gesendete Bitsequenz ermittelt werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße
Vorrichtung zur Ermittlung einer unverkürzten Kanalimpulsantwort
in einem OFDM-Übertragungssystem wird im folgenden anhand
der Zeichnung im Detail erläutert. Die Figuren der Zeichnung
zeigen:
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1A, 1B,
ein Frequenzdiagramm einer mittels Pilotsymbolen geschätzten
Kanalübertragungsfunktion und ein Zeitdiagramm der zugehörigen
Kanalimpulsantwort,
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1C, 1D ein
Frequenzdiagramm einer geschätzten und interpolierten Kanalübertragungsfunktion
und ein Zeitdiagramm der zugehörigen Kanalimpulsantwort,
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1E ein
Zeitdiagramm einer mittels Interpolation bandbegrenzten Kanalimpulsantwort,
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2A, 2B ein
Frequenzdiagramm eines mittels Pilotsymbolen in einem feineren Frequenzraster geschätzten
Kanalübertragungsfunktion und ein Zeitdiagramm der zugehörigen
Kanalimpulsantwort,
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3 ein
Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Ermittlung einer unverkürzten Kanalimpulsantwort und
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4 ein
Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Ermittlung einer unverkürzten Kanalimpulsantwort.
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Bevor
die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße
Verfahren zur Ermittlung einer unverkürzten Kanalimpuls-antwort
in einem OFDM-Übertragungssystem im Detail anhand der 3 und 4 im
Detail erläutert werden, werden im folgenden die für
das Verständnis der Erfindung erforderlichen mathematischen
Grundlagen hergeleitet.
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Sendeseitig
wird in einem OFDM-Übertragungssystem das n-te komplexwertige
OFDM-Sendesymbol im k-ten Frequenzträger mittels Fourier-Transformation
gemäß Gleichung (3) in einen l-ten Abtastwert
des komplexwertigen zu sendenden Signals sn,l transformiert, bevor
es ins Hochfrequenzband gemischt wird.
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Die
Nutzdatensymbole können dabei dem Symbolalphabet eines
M-wertigen kohärenten (M-QAM,M-(A)PSK) oder eines M-wertigen
differenziellen (M-D(A)PSK) Modulationsverfahrens entnommen werden.
Die einzelnen Sendersymbole Sn,k sind dabei
hinsichtlich ihrer Signalleistung auf den Wert σS 2 normiert. Neben
den Nutzdatensymbolen werden in einem bestimmten Frequenz-Zeit-Raster
Pilotsymbole in die einzelnen Frequenzträger und Symbolintervalle
eingestreut. Die Pilotsymbole sind in einem niederwertigeren Modulationsverfahren – typischerweise
PSK-Modulation – moduliert und weisen gegenüber
den Nutzdatensymbolen eine höhere mittlere Signalleistung
auf.
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Während
der Übertragung über den OFDM-Übertragungskanal
erfolgt eine Faltung des Sendesignals s(t) mit der Kanalimpulsantwort
h(t) des OFDM-Übertragungskanals und eine additive Überlagerung
mit einem Gauß-verteilten, weißen unkorrelierten
Kanalrauschen (AWGN) n(t) mit der Rauschleistung σN 2, so dass sich gemäß Gleichung
(4) das Empfangssignal r(t) ergibt. r(t)
= s(t)·h(t) + n(t) (4)
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Nachdem
im Empfänger das im Sender in das Sendesignal hinzugefügte
Guard-Intervall aus dem Empfangssignal r(t) entfernt und das Empfangssignals
r(t) in den Frequenzbereich transformiert worden ist, ergibt sich
ausgehend von Gleichung (4) die in Gleichung (5) dargestellte Beziehung
für das komplexwertige Empfangsymbol Rn,k: Rn,k = Hn,k·Sn,k + Nn,k (5)
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Der Übertragungsfaktor
H
n,k der Kanalübertragungsfunktion
im n-ten Symbolintervall und k-ten Frequenzträger ergibt
sich dabei gemäß Gleichung (6) durch Fourier-Transformation
der virtuellen Kanalimpulsantwort h(τ, n·T
S):
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Hierbei
stellt τ die mittlere Signallaufzeit des OFDM-Übertragungssystems
im zellulären Gleichwellennetz und TS das
gemäß Gleichung (7) aus dem Nutzdatenintervall
T und dem Guard-Intervall TG zusammengesetzte
Symbolintervall dar. TS =
T + TG (7)
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Die
virtuelle Kanalimpulsantwort h(τ, n·T
S)
wiederum ergibt sich gemäß Gleichung (8) aus der Überlagerung
der Pfadgewichte h
p,m(n·T
S) und der zugehörigen Pfadlaufzeiten τ
p,m der insgesamt N
m p diskreten Echo-Pfade von allen N
T Sendern:
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Die
einzelnen Pfadgewichte hp,m(n·TS) werden innerhalb der einzelnen OFDM-Symboldauern
als konstant vorausgesetzt und sind zueinander unkorreliert. Sie
sind einem stationären stochastischen Prozess entnommen,
der eine von der Übertragungsumgebung abhängige
Zeit-Frequenz-Korrelationsfunktion der Kanalübertragungsfunktion
aufweist (WSSUS-Übertragungskanal: Wide-Sense-Stationary-Uncorrelated-Scattering-Übertragungskanal).
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Innerhalb
eines OFDM-Symbols können die einzelnen Abtastwerte hn,l der Kanalimpulsantwort, die gemäß Gleichung
(9) in einem Vektor h n zusammengefasst sind, mittels einer inversen
Fourier-Transformation gemäß Gleichung (10) aus
den Kanalübertragungsfaktoren Hn,k in
den einzelnen Frequenzträgern, die gemäß Gleichung
(11) in einem Vektor H n zusammengefasst sind, berechnet werden.
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Die
Fourier-Matrix F mit der Dimension N
C enthält
dabei die Elemente Fk,l gemäß Gleichung (12):
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Die
Gewinnung der für die Bestimmung des l-ten Abtastwerts
hn,l der Kanalimpulsantwort im n-ten Symbolintervall
erforderlichen Kanalübertragungsfaktoren Hn,k im
n-ten Symbolintervall und im k-ten Frequenzträger wird
mittels Kanalschätzung über in einem bestimmten
Frequenz-Zeit-Raster übertragene Pilotsymbole realisiert.
Diese im Abstand von NF Frequenz-träger
und ND Symbolintervallen angeordneten Sende-Pilot-symbole
Sn,k sind dem Empfänger nach Position
im Frequenz-Zeit-Übertragungsrahmen und nach Inhalt bekannt. Aus
den im Frequenz-Zeit-Übertragungsrahmen empfangenen Pilotsym-bolen
Rn,k kann im Empfänger hieraus der
Schätzwert Ĥn,k des Kanalübertragungsfaktors
Hn,k im n-ten Symbolintervall und im k-ten
Frequenzträger ermittelt werden.
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Durch
Interpolation mittels Interpolationsfilter können aus den
Schätzwerten Ĥ
n,k der
Kanalübertragungsfaktoren H
n,k interpolierte
Werte H ~
n,k der Kanalübertragungsfaktoren
H
n,k in einem feineren Frequenz-Zeit-Raster
ermittelt werden. Die Interpolation kann zweidimensional oder eindimensional
getrennt nach der Zeit- und Frequenz-Richtung erfolgen. Zur Erzielung
einer höchsten Frequenz-Zeit-Genauigkeit bei der Bestimmung
der Kanalübertragungsfunktion H kann die Interpolaktion
sogar innerhalb eines Symbolintervalls getrennt für jedes
Symbolintervall und jeden Frequenzträger erfolgen. Für
den Fall einer eindimensionalen Interpolation in Frequenzrichtung
ergeben sich die interpolierten Werte H ~
n,k der
Kanalübertragungsfaktoren H
n,k im n-ten
Symbolintervall aus der Matrixmultiplikation der zugehörigen
Schätzwerte Ĥ
n,k der Kanalübertragungsfaktoren
H
n,k im n-ten Symbolintervall mit den Elementen
der Wienerschen Filtermatrix W gemäß Gleichung (13):
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Hierbei
sind die interpolierten Werte H ~
n,k der Kanalübertragungsfaktoren
H
n,k im n-ten Symbolintervall gemäß Gleichung
(14) in einem Vektor
und
die Schätzwerte Ĥ
n,k der
Kanalübertragungsfaktoren H
n,k im n-ten
Symbolintervall gemäß Gleichung (15) in einem
Vektor
zusammengefasst.
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Die
im n-ten Symbolintervall und k-ten Frequenzträger empfangenen
Symbole Rn,k, die gegenüber den gesendeten Symbolen
Sn,k auf dem OFDM-Übertragungskanal
verzerrt werden, werden mit der inversen Schätzwerten Ĥn,k bzw. interpolierten Werten H ~n,k der
Kanalübertragungsfunktion gemäß Gleichung
(16) entzerrt.
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Aus
dem entzerrten Empfangsymbol D ^
n,k gemäß Gleichung
(16) wird in einer "harten Entscheidung" ein grober Schätzwert S ~
n,k des Sendersymbols S
n,k gemäß Gleichung
(17) geschätzt und optional im Rahmen einer Remodulation
in Kombination der „harten Entscheidung" mit einer nachfolgenden
"weichen Entscheidung" mittels beispielsweise eines Interleavers
und eines Viterbi-Dekodierers ein verbesserter Schätzwert
des
Sendesymbols S
n,k gemäß Gleichung
(18) geschätzt.
S ~n,k =
Q1{D ^n,k} (17) S ≈n,k = Q2{S ~n,k} (18) -
Der
Operator Q1{•} beschreibt hierbei
die "harte Entscheidung" und der Operator Q2{•}
die optionale "weiche Entscheidung".
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Mit
dem verbesserten Schätzwert S ≈n,k des
Sendesymbols Sn,k und dem zugehörigen
empfangenen Symbol Rn,k wird in einem darauf
folgenden Schätzer ein optimierter Schätzwert H ≈n,k des Kanalübertragungsfaktors
Hn,k im n-ten Symbolintervall und k-ten
Frequenzträger gemäß Gleichung (19) geschätzt.
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Die
Kanalübertragungsfunktion mit den gemäß Gleichung
(19) optimierten Schätzwerten H ≈n,k ist
gegenüber den interpolierten Werten H ~n,k der
Kanalübertragungsfunktion Hn,k nicht
bandbegrenzt und stellt im Fall einer korrekten Entscheidung ein
wirklichkeitsnaheres Abbild des OFDM-Übertragungskanals
gegenüber den interpolierten Werten H ~n,k der
Kanalübertragungsfunktion Hn,k dar.
Somit ist die mittels inverser Fourier-Transformation gemäß Gleichung
(20) aus den optimierten Schätzwerten H ≈n,k der
Kanalübertragungsfunktion Hn,k berechnete
Kanalimpulsantwort h ≈n in ihrer vollen Länge
ermittelbar. h ≈n =
F–1{H ≈n,k} (20)
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In 3 ist
das Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Ermittlung einer unverkürzten Kanalimpulsantwort in
einem OFDM-Übertragungssystemen dargestellt.
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Aus
dem ins Zwischenfrequenz- bzw. Basisband gemischte Empfangssignal
r(t) wird in einem Fourier-Transformator 1 das im n-ten
Symbolintervall und im k-ten Frequenzträger übertragene
Empfangs-Pilotsymbol Rn,k ermittelt. In
einem ersten Schätzer 2 des Empfängers
wird aus dem empfangenen Pilotsymbol Rn,k und
dem zugehörigen, dem Empfänger bekannten Sende-Pilotsymbol
Sn,k ein Schätzwert Ĥn,k des Kanalübertragungsfaktors
Hn,k im n-ten Symbolintervall und im k-ten
Frequenzträger geschätzt.
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In
einem nachfolgenden Interpolator 3 werden in Anlehnung
an Gleichung (13) aus den einzelnen Schätzwerten Ĥn,k des Kanalübertragungsfaktors
Hn,k Interpolationswerte H ~n,k des
Kanalübertragungsfaktors Hn,k in
einem gegenüber dem Frequenz-Zeit-Raster der Schätzwerte Ĥn,k feineren Frequenz-Zeit-Raster berechnet.
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Mit
Hilfe der Schätzwerte Ĥn,k und
der Interpolationswerte H ~n,k des Kanalübertragungsfaktors
Hn,k wird in einem nachfolgenden Entzerrer 4 das
auf dem OFDM-Übertragungskanal verzerrte, empfangene Nutzdaten-
oder Pilotsymbol Rn,k gemäß Gleichung
(16) entzerrt.
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Aus
dem entzerrten Empfangsymbol D ^
n,k wird in
einem "harten Entscheider"
5 ein grober Schätzwert
des
zugehörigen Sendesymbols S
n,k gemäß Gleichung
(17) bestimmt. Optional kann in einem nachfolgenden "weichen Entscheider"
6 bestehend
beispielsweise aus einem Interleaver und einem Dekodierer ein optimierter
Schätzwert S ≈
n,k des Sendesymbols
S
n,k gemäß Gleichung (18)
ermittelt werden.
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In
einem darauffolgenden zweiten Schätzer 7 wird
anhand des Empfangssymbols Rn,k und des
optimierten Schätzwerts S ≈n,k des
Sendesymbols Sn,k ein optimierter Schätzwert H ≈n,k für den Kanalübertragungsfaktor
Hn,k gemäß Gleichung (19)
in jedem Symbolintervall n und in jedem Frequenzträger
k ermittelt. Schließlich wird in einem inversen Fourier-Transformator 8 aus
den optimierten Schätzwerten H ≈n,k für
den Kanalübertragungsfaktor Hn,k gemäß Gleichung
(20) die Kanalimpulsantwort h ≈n berechnet.
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Im
folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren
zur Ermittlung der Kanalimpulsantwort in einem OFDM-Übertragungssystem
anhand des Flussdiagramms in 4 erläutert:
In
einem ersten Verfahrenschritt S10 werden aus den in einem bestimmten
Frequenz-Zeit-Raster empfangenen Pilotsymbolen Rn,k und
den dem Empfänger bekannten zugehörigen gesendeten
Pilotsymbolen Sn,k Schätzwerte Ĥn,k für den Kanalübertragungsfaktor
Hn,k im Frequenz-Zeit-Raster der Pilotsymbole
bestimmt.
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In
einem darauf folgenden Verfahrenschritt S20 werden gemäß Gleichung
(13) ausgehend von den in Verfahrenschritt S10 ermittelten Schätzwerten Ĥn,k des Kanalübertragungsfaktors
Hn,k mit einem herkömmlichen Interpolationsverfahren – beispielsweise
ein Optimierungsverfahren mit einer nach einem Minimum-Mean-Square-Error-Kriterium
ermittelten Optimierungsgüte – interpolierte Werte H ~n,k des Kanalübertragungsfaktors
Hn,k in einem gegenüber dem Frequenz-Zeit-Raster
der Pilotsymbole feineren Frequenz-Zeit-Raster ermittelt.
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Der
nächste Verfahrenschritt S30 beinhaltet die Entzerrung
der empfangenen, auf dem OFDM-Übertragungskanal verzerrten
Nutzdaten- bzw. Pilotsymbole Rn,k mit Hilfe
der inversen Schätzwerte Ĥn,k und
inversen Interpolationswerte H ~n,k des Kanalübertragungsfaktors
Hn,k gemäß Gleichung (16).
Die entzerrten Empfangsymbole D ^n,k werden
im nächsten Verfahrensschritt S40 in einem "harten Entscheider” zur
Bestimmung von groben Schätzwerten S ~n,k für
die zugehörigen gesendeten Nutzdaten- bzw. Pilotsymbole
Sn,k gemäß Gleichung (17)
herangezogen.
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Optimierte
Schätzwerte S ≈n,k für die
gesendeten Nutzdaten- bzw. Pilotsymbole Sn,k werden
optional im darauf folgenden Verfahrenschritt S50 in einem "weichen
Entscheider” – beispielsweise einem Viterbi-Dekodierer – gemäß Gleichung
(18) ausgehend von den groben Schätzwerten S ~n,k der
Sendersymbole Sn,k ermittelt.
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Aus
den optimierten Schätzwerten S ≈n,k für
die gesendeten Nutzdatensymbole bzw. Pilotsymbole Sn,k und
den zugehörigen Empfangsymbolen Rn,k werden
im darauf folgenden Verfahrenschritt S60 in einem zweiten Schätzer
optimierte Schätzwerte H ≈n,k für
den jeweiligen Kanalübertragungsfaktor Hn,k entsprechend
Gleichung (19) bestimmt.
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Im
abschließenden Verfahrenschritt S70 wird mit Hilfe der
inversen Fourier-Transformation gemäß Gleichung
(20) aus den optimierten Schätzwerten H ≈n,k des
Kanalübertragungsfaktors Hn,k die
unverkürzte Kanalimpulsantwort h ≈n berechnet.
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Die
Erfindung ist nicht auf die dargestellte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen
Verfahren zur Ermittlung der Kanalimpulsantwort in einem OFDM-Übertragungssystem
beschränkt. Die Erfindung deckt neben dem vorgestellten,
im Frequenzbereich durchgeführten Verfahren auch ein dem frequenzbereichsorientierten
Verfahren entsprechendes Verfahren im Zeitbereich zur Bestimmung
einer unverkürzten Kanalimpulsantwort ab.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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zusammengefasst.
