DE102013104215A1

DE102013104215A1 - Detektion binärer Signalisierung in einem Kommunikationsfunkempfänger

Info

Publication number: DE102013104215A1
Application number: DE102013104215A
Authority: DE
Inventors: Rajarajan Balraj; Thorsten Clevorn; Herbert DAWID
Original assignee: Intel Mobile Communications GmbH
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2012-04-25
Filing date: 2013-04-25
Publication date: 2013-10-31
Anticipated expiration: 2033-04-26
Also published as: US8862085B2; US20130288629A1; CN103378865A; DE102013104215B4; CN103378865B

Abstract

Eine Funkempfängervorrichtung umfasst einen Demodulator, der ausgelegt ist, eine Entscheidungsvariable auszugeben, die ein von einem Sender über einen Kanal an die Funkempfängervorrichtung signalisierten binären Indikator angibt. Die Funkempfängervorrichtung umfasst ferner einen Rauschleistungsschätzer, der ausgelegt ist, Rauschleistungsschätzungen zu erzeugen, die in der Funkempfängervorrichtung auftretendes Rauschen angeben. Ein Binärindikatorschätzer ist vorgesehen, um in Abhängigkeit von der Entscheidungsvariablen und den Rauschleistungsschätzungen einen geschätzten binären Indikator zu erzeugen.

Description

Die Erfindung betrifft die Funkkommunikation und insbesondere die Technik des Detektierens binärer Signalisierung in einer Funkempfängervorrichtung.
Binäre Signalisierung wird in vielen Anwendungen von Funkkommunikationssystemen verwendet. Verpasste Detektion und Falschalarmdetektion können beide die Empfängerleistungsfähigkeit verschlechtern. Es ist wünschenswert, eine hohe Empfängerleistungsfähigkeit bei Anwesenheit einer oder mehrerer Zellen des Zellularfunknetzes bereitzustellen.
Eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann darin gesehen werden, eine Funkempfängervorrichtung und ein Verfahren mit einer leistungsfähigen Detektion einer binären Signalisierung zu schaffen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Aspekte der Erfindung werden anhand von Beispielen in der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungsfiguren ersichtlicher. Es zeigen:
1 ein schematisches Blockdiagramm einer beispielhaften Implementierung einer Funkempfängervorrichtung;
2 ein schematisches Blockdiagramm einer beispielhaften Implementierung einer Funkempfängervorrichtung;
3 ein schematisches Blockdiagramm einer beispielhaften Implementierung einer Funkempfängervorrichtung;
4 ein schematisches Blockdiagramm einer beispielhaften Implementierung einer Funkempfängervorrichtung nach 2, die ferner eine Rückkopplungsschleife umfasst;
5 ein schematisches Blockdiagramm einer beispielhaften Implementierung einer Funkempfängervorrichtung nach 3, die ferner eine Rückkopplungsschleife umfasst;
6 ein schematisches Diagramm, das anhand eines Beispiels das Timing eines Paging-Indikatorkanals und eines mit diesem assoziierten Steuerkanals abbildet;
7 ein schematisches Diagramm, das eine Struktur eines Paging-Indikatorkanals abbildet;
8 einen Graph, der anhand eines Beispiels die Wach-Zeit eines UE als Funktion der Wahrscheinlichkeit von Falschalarm darstellt;
9 einen Graph, der Simulationsergebnisse einer Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Schätzung eines Paging-Indikators als Funktion von lor/loc darstellt;
10 einen Graph der mittleren Wach-Zeit pro DRX-Zyklus als Funktion von lor/loc;
11 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Schätzen eines binären Indikators; und
12 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Schätzen eines binären Indikators.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen verwiesen, in denen zur Veranschaulichung Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeführt werden kann. Es versteht sich, dass weitere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Konzept der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist somit nicht im einschränkenden Sinne aufzufassen.
Es versteht sich, dass die Merkmale der verschiedenen hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern es nicht spezifisch anders erwähnt wird. Ferner bezeichnen gleiche Bezugszahlen einander entsprechende oder ähnliche Teile.
In der vorliegenden Beschreibung sollen die Ausdrücke "gekoppelt" und/oder "verbunden" nicht im Allgemeinen bedeuten, dass die Elemente direkt miteinander gekoppelt oder verbunden sein müssen; es können dazwischen liegende Elemente zwischen den "gekoppelten" oder "verbundenen" Elementen vorgesehen sein. Obwohl sie nicht auf diese Bedeutung beschränkt sind, können die Ausdrücke "gekoppelt" und/oder "verbunden" jedoch auch so aufgefasst werden, dass sie unter anderem eine Implementierung offenbaren, bei der die Elemente ohne dazwischentretende Elemente, die zwischen den "gekoppelten" oder "verbundenen" Elementen vorgesehen sind, direkt miteinander gekoppelt oder verbunden sind.
Es versteht sich, dass Ausführungsformen in diskreten Schaltungen, teilweise integrierten Schaltungen oder voll integrierten Schaltungen implementiert werden können. Ferner können Ausführungsformen der Erfindung auf einem einzigen Halbleiterchip oder auf mehreren Halbleiterchips, die miteinander verbunden sind, implementiert werden.
Ferner versteht sich, dass Ausführungsformen der Erfindung in Software oder in dedizierte Hardware oder teilweise in Software und teilweise in dedizierte Hardware implementiert werden können.
Die folgende Beschreibung betrifft eine Funkempfängervorrichtung, insbesondere eine Funkempfängervorrichtung, die in einem Zellularnetz operiert. Beispielsweise kann das Zellularnetz ein CDMA-Zellularfunknetz (Code Division Multiple Access) sein, wie z.B. ein UMTS-Netz (Universal Mobile Telecommunications System), das auch als UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) bezeichnet wird. Ferner verwenden bestimmte Mehrträgermodulationssysteme wie z.B. OFDM-Funkkommunikationssysteme (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), darunter Systeme, so wie sie im LTE-Standard (Long Term Evolution) vorgesehen werden, Zellularfunknetze.
Eine Funkempfängervorrichtung wie hier beschrieben kann Teil einer Mobilstation eines drahtlosen Netzes sein. Im Folgenden sollen die Ausdrücke Mobilstation und Benutzergerät (UE) dieselbe Bedeutung aufweisen, und diese Bedeutung soll die Definitionen umfassen, die in den verschiedenen Standards (z.B. UMTS, LTE und deren Ableitungen) gegeben werden. Im Folgenden wird der Ausdruck UE verwendet. Ein UE kann beispielsweise durch ein Mobiltelefon, ein Smartphone, einen Tablet-PC, einen Laptop usw. repräsentiert werden.
In einem drahtlosen Netz für mobile UE besitzen das Netz und das UE Mechanismen zum Austausch von binären Steuerinformationen hinsichtlich Operationen wie z.B. Herstellen einer Verbindung, Datentransfer usw. Beispielsweise können Pagings an bestimmte UEs verwendet werden, um Sleep-Modus-Prozeduren in den UE zu steuern. Bestätigungsprozeduren können verwendet werden, um Informationen über erfolgreiche oder erfolglose Operationen, wie z.B. Datentransferoperationen oder Datenverarbeitungsoperationen zu melden. Bestätigungsprozeduren können beispielsweise verwendet werden, um über den Hybrid-ARQ-Status zu melden.
Im Folgenden wird die Übertragung von binären Informationen als Signalisierung bezeichnet. Die binären Informationen werden als ein Indikator bezeichnet. In der hier verwendeten Bedeutung kann ein Indikator somit zwei Werte annehmen. Die spezifischen Werte können von der Darstellung bzw. Abbildung des Indikators abhängen, z.B. kann der Indikator auf {–1, 1}, {0, 1} usw. abgebildet werden. Der Einfachheit halber und ohne Verlust der Allgemeingültigkeit wird im Folgenden angenommen, dass ein (binärer) Indikator auf {–1, 1} abgebildet wird.
1 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Implementierung einer Funkempfängervorrichtung darstellt. Die Funkempfängervorrichtung kann in einer Basisstation oder in einer Mobilstation implementiert werden. Ohne Verlust der Allgemeingültigkeit wird beispielsweise im Folgenden angenommen, dass die Funkempfängervorrichtung in einem UE implementiert ist.
Das UE 100 wie in 1 dargestellt kann eine HF-Einheit 1, einen Indikator-Demodulator 2 mit einem Eingang, der mit einem Ausgang der HF-Einheit 1 gekoppelt ist, einen Rauschleistungsschätzer 3 mit einem Eingang, der mit einem Ausgang der HF-Einheit 1 gekoppelt ist, und einen Indikatorschätzer 4 mit einem Eingang, der mit einem Ausgang des Indikator-Demodulators 2 gekoppelt ist, umfassen. Ferner kann das UE 100 einen Schwellengenerator 5 umfassen, der einen mit einem Ausgang des Rauschleistungsschätzers 3 gekoppelten Eingang und einen mit einem Schwellenwerteingang des Indikatorschätzers 4 gekoppelten Ausgang aufweist.
Im Betrieb kann die HF-Einheit 1 ein Eingangssignal empfangen, das durch eine oder mehrere Antennen bereitgestellt wird. Das durch die HF-Einheit 1 empfangene Eingangssignal kann in der HF-Einheit 1 verarbeitet werden, indem herkömmliche Techniken angewandt werden, wie z.B. Filterung, Abwärtsumsetzung, Analog-Digital-Umsetzung usw.
Der Indikator-Demodulator 2 ist dafür ausgelegt, einen Indikatorkanal zu demodulieren, der in dem drahtlosen Kommunikationsnetz verwendet wird, um einen Indikator von dem Netz (z.B. der Basisstation) zu dem UE 100 zu senden. Der Indikator-Demodulator 2 kann Techniken zur Unterscheidung zwischen Signalen von verschiedenen Zellen und/oder Techniken zum Extrahieren eines spezifischen Kanals verwenden, d.h. es können Techniken wie Entwürfelung bzw. Entspreizung angewandt werden. Diese Techniken können von dem in der spezifischen Anwendung verwendeten Funkkommunikationsnetz abhängen. Beispiele für einen Indikator-Demodulator 2 sind ein Demodulator für den PICH (Paging Indicator CHannel), so wie er z.B. in UTRAN verwendet wird, oder ein Demodulator für den PHICH (Physical Hybrid ARQ Indicator CHannel), so wie er z.B. in LTE-Netzen verwendet wird. Ferner sind andere Indikatorkanäle zum Senden von binären Informationen in der Technik bekannt, und entsprechende Indikator-Demodulatoren bilden einen Teil der Offenbarung der Beschreibung und können als ein Indikator-Demodulator 2 verwendet werden.
Somit kann der Indikator-Demodulator 2 Ausgangsabtastwerte von der HF-Einheit 1 empfangen und Techniken wie z.B. Entspreizen, Entwürfeln und Maximum-Ratio-Kombinieren anwenden, um eine Entscheidungsvariable Z zu erzeugen. Die Entscheidungsvariable Z kann dem Eingang des Indikator-Schätzers 4 zugeführt werden.
Ferner kann der Rauschleistungsschätzer 3 Ausgangsabtastwerte von der HF-Einheit 1 empfangen und Rauschleistungsschätzungen σ 2 / n berechnen. Die Rauschleistungsschätzungen σ 2 / n können die geschätzte Rauschleistung des durch die HF-Einheit 1 ausgegebenen Signals angeben. Das heißt, die Rauschleistungsschätzungen σ 2 / n können die Störungen und das weiße Rauschen umfassen, die bzw. das das UE 100 erfährt. Die Rauschleistung kann kontinuierlich in dem UE 100 gemessen werden und Messergebnisse können durch den Index n gekennzeichnet werden. Typischerweise wird die Rauschleistung einer Verbindung in einem UE kontinuierlich überwacht, und deshalb sind die Rauschleistungsschätzungen σ 2 / n bereits in dem UE 100 verfügbar oder können leicht zu erhalten sein. Dasselbe gilt für andere hier offenbarte UE.
Der Indikator-Schätzer 4 ist dafür ausgelegt, einen geschätzten binären Indikator Î auf in Abhängigkeit von der Entscheidungsvariablen Z und den Rauschleistungsschätzungen σ 2 / n zu erzeugen. Beispielsweise kann der Indikator-Schätzer 4 einen Komparator umfassen, der dafür ausgelegt ist, die Entscheidungsvariable Z mit einem Schwellenwert C zu vergleichen, der eine Funktion f der Rauschleistungsschätzungen σ 2 / n ist, d.h. C = f(σ 2 / n). Wie in 1 dargestellt, kann ein Schwellengenerator 5 vorgesehen und dafür ausgelegt sein, den Schwellenwert C in Abhängigkeit von den Rauschleistungsschätzungen σ 2 / n und der Funktion f zu erzeugen. Der Schwellengene
rator 5 kann einen Eingang zum Empfangen der Rauschleistungsschätzungen σ 2 / n und einen Ausgang zum Bereitstellen des Schwellenwerts C für den Schwelleneingang des Indikator-Schätzers 4 aufweisen. Unter der Annahme, dass der Indikator auf {–1, 1} abgebildet wird, kann der Indikator-Schätzer 4 den geschätzten binären Indikator Î entscheiden, indem die Entscheidungsvariable Z wie in der folgenden Gleichung gezeigt mit der Schwelle C verglichen wird:
Beispielsweise wird eine Übertragung eines Indikators über den Indikatorkanal detektiert, wenn Î = –1 gilt, und es wird keine Übertragung eines Indikators über den Übertragungskanal entschieden, wenn Î = 1 gilt.
Die Leistungsfähigkeit des Indikator-Schätzers 4 kann durch Betrachtung der Wahrscheinlichkeit verpasster Detektion P_md und der Wahrscheinlichkeit von Falschalarm P_fa bewertet werden. P_md ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Indikator mit dem Wert –1 gesendet wird, aber ein geschätzter Indikator von Î = 1 entschieden wird. Pfa ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Indikator 1 gesendet wird, aber ein geschätzter Indikator von Î = –1 entschieden wird.
Herkömmliche Indikator-Schätzer, wie z.B. MAP-Detektoren (Maximum a posteriori) verwenden in der Regel eine Schwelle C = 0. Anders ausgedrückt, wird das Vorzeichen der Entscheidungsvariablen Z verwendet, um den geschätzten Indikator Î zu entscheiden. Solche Schätzer nehmen an, dass die Kosten für P_md und P_fa gleich sind. Abhängig von der Beschaffenheit des zu schätzenden Indikators können die zwei Fehlerereignistypen jedoch zu völlig verschiedenen Konsequenzen führen. Dies wird später mit Bezug auf das spezielle Beispiel eines Paging-Indikators PI exemplifiziert.
Im Folgenden werden die Rauschleistungsschätzungen σ 2 / n beim Berechnen des Schwellenwerts C berücksichtigt. Genauer gesagt werden zwei beispielhafte Implementierungen dafür offenbart, wie die Leistungsfähigkeit eines Indikator-Schätzers 4 durch Berücksichtigung der Rauschleistungsschätzungen σ 2 / n zum Berechnen des Schwellenwerts C unter Verwendung der Funktion F verbessert werden kann.
Gemäß einem ersten Beispiel, das als Indikator-Schätzer mit Bias bezeichnet wird, kann der Schwellenwert C gemäß der Funktion
berechnet werden, wobei η_Biased > 0 ist und S_PICH die Signalleistung des Indikatorkanals ist. Der Parameter η_Biased kann über einen großen Bereich variieren und kann z.B. bei einer Ausführungsform auf 1/4 gesetzt werden.
Der Indikator-Schätzer 4 mit Bias gemäß Gleichung (2) verringert die Falschalarmwahrscheinlichkeit P_fa bei einem niedrigeren SNR (Rauschabstand) zu Lasten einer höheren Wahrscheinlichkeit P_md verpasster Detektion. Bei einem höheren SNR kann die Wahrscheinlichkeit verpasster Detektionen P_md auf die eines herkömmlichen MAP-Detektors konvergieren, der C = 0 verwendet.
Gemäß einem zweiten Beispiel, das im Folgenden als erweiterter Indikator-Schätzer 4 mit Bias bezeichnet wird, kann der Schwellenwert von der Rauschleistung σ 2 / n abhängig gemacht werden, wie in der folgenden Gleichung
gegeben, wobei η_SINR > 0 und 0 < η_{DistanceMetric} ≤ 1 ist, mit
Der Parameter η_SINR kann über einen großen Bereich variieren und kann z.B. auf 1 gesetzt werden. Der Parameter η_{DistanceMetric} kann z.B. auf 1/4 gesetzt werden.
Ähnlich wie der Indikator-Schätzer 4 mit Bias verringert der erweiterte Indikator-Schätzer 4 mit Bias gemäß Gleichung (3) die Falschalarmwahrscheinlichkeit P_fa bei einem niedrigeren SNR. Ferner verringert im Gegensatz zu dem Indikator-Schätzer mit Bias der erweiterte Indikator-Schätzer 4 mit Bias die Wahrscheinlichkeit einer verpassten Detektion P_md bei höheren SNR. Diese Verringerung bei höheren SNR kann möglicherweise besser als bei herkömmlichen MAP-Detektoren sein, die C = 0 verwenden.
Es ist zu beachten, dass die durch Gleichung (2) gegebene Funktion f eine homogene lineare Funktion ist, wobei der Proportionalitätsfaktor durch η_Biased/S_PICH gegeben wird. Die durch Gleichung (3) gegebene Funktion f ist eine nicht homogene lineare Funktion, d.h. der Funktionswert bei σ 2 / n = 0 ist von null verschieden und ist insbesondere negativ.
Gemäß 2 kann ein beispielhaftes UE 200 einen Indikator-Schätzer 4 mit Bias gemäß Gleichung (2) implementieren. Der Kürze halber wird auf die Beschreibung des UE 100 verwiesen, die für 2 gilt. Ferner kann das UE 200 eine Parametersetzeinheit 6 umfassen. Die Parametersetzeinheit 6 ist dafür ausgelegt, dem Schwellengenerator 5 den Parameter η_Biased zuzuführen. Der Parameter η_Biased kann auf einen konstanten Wert gesetzt werden oder kann variabel sein.
Gemäß 3 kann ein beispielhaftes UE 200 einen erweiterten Indikator-Schätzer 4 mit Bias gemäß Gleichung (3) implementieren. Der Kürze halber wird auf die Beschreibung des UE 100 verwiesen, die für 3 gilt. Ferner kann das UE 300 eine Parametersetzeinheit 6 umfassen. Die Parametersetzeinheit 6 ist dafür ausgelegt, dem Schwellengenerator 5 die Parameter η_SINR und η_{DistanceMetric} zuzuführen. Die Parameter η_SINR und/oder η_{DistanceMetric} können jeweils auf einen konstanten Wert gesetzt werden oder können jeweils auf einen variablen Wert gesetzt werden.
Gemäß 4 kann ein UE 400 mit derselben Struktur wie UE 200 ferner einen Schätzungsfehlerdetektor, z.B. einen Falschalarmdetektor 7, umfassen. Beispielsweise wird ein Falschalarmdetektor 7 betrachtet. Der Falschalarmdetektor 7 ist dafür ausgelegt, die Falschalarmrate der Indikator-Schätzung Î, die durch den Indikator-Schätzer 4 durchgeführt wird, zu bestimmen. Zu diesem Zweck kann der Falschalarmdetektor 7 zusätzlich Informationen empfangen, die benutzt werden könnten, um zu prüfen, ob die Indikatorschätzung Î korrekt ist oder nicht. Es gibt vielfältige Mechanismen dafür, wie das UE 400 Kenntnis über die Korrektheit der Indikatorschätzung erhalten kann. Wenn beispielsweise der zu schätzende Indikator ein Paging-Indikator ist, wird ein Falschalarm (d.h. Î = –1, obwohl ein Indikator von 1 gesendet wurde) durch das UE 400 erkannt, wenn es versucht, die durch den fehlerhaft detektierten Paging-Indikator angesagten Paging-Informationen zu demodulieren. Tatsächlich gibt es im Fall eines Falschalarms keine Paging-Informationen, die demoduliert werden könnten, wodurch angezeigt wird, dass Î = –1 falsch geschätzt wurde.
Der Falschalarmdetektor 7 kann Falschalarmereignisse detektieren und kann eine Falschalarmrate ausgeben. Die durch den Falschalarmdetektor 7 ausgegebene Falschalarmrate kann an die Parametersetzeinheit 6 zurückgemeldet werden. In diesem Beispiel kann die Parametersetzeinheit 6 Teil einer Rückmeldungsstruktur bilden. Genauer gesagt kann die Parametersetzeinheit 6 die durch den Falschalarmdetektor 7 gemeldete Falschalarmrate auswerten und in Abhängigkeit von den Auswertungsergebnisses kann der Wert des Parameters η_Biased variiert werden. Allgemein ausgedrückt, reagiert die durch die Parametersetzeinheit 6 erzielte Parametereinstellung somit auf die Leistungsfähigkeit des Indikator-Schätzers 4. Die Leistungsfähigkeit (oder Qualität) des Indikator-Schätzers 4 kann auch durch andere Größen gemessen werden, die die Leistungsfähigkeit (oder Qualität) der Indikatorschätzung anzeigen, als die Falschalarmrate, z.B. die Rate verpasster Detektion usw. In diesem Fall kann der Falschalarmdetektor 7 im Allgemeinen ein Schätzungsfehlerdetektor sein, der dafür ausgelegt ist, einen Fehler des geschätzten binären Indikators zu detektieren.
Gemäß 5 kann ein beispielhaftes UE 500 dieselbe Struktur wie das UE 300 aufweisen und kann ähnlich wie das UE 400 ferner mit einem Falschalarmdetektor 7 (oder allgemeiner einem Schätzungsfehlerdetektor, der dafür ausgelegt ist, einen Fehler des geschätzten binären Indikators zu detektieren) ausgestattet sein. Hinsichtlich des Schätzungsfehlerdetektors (oder genauer gesagt, des Falschalarmdetektors 7) wird auf die Beschreibung in Verbindung mit 4 verwiesen. In dem UE 500 kann sich die Falschalarmrate (allgemeiner, die Schätzungsfehlerrate), die durch den Falschalarmdetektor 7 ausgegeben wird, sowohl auf die Einstellung von η_SINR als auch auf die Einstellung von η_{DistanceMetric} auswirken. Genauer gesagt, kann der Parameter η_SINR durch die Parametersetzeinheit 6 abhängig von der durch den Falschalarmdetektor 7 detektierten Falschalarmrate variiert werden und/oder der Parameter η_{DistanceMetric} kann durch die Parametersetzeinheit 6 abhängig von der durch den Falschalarmdetektor 7 (allgemeiner, den Schätzungsfehlerdetektor) ausgegebenen Falschalarmrate (allgemeiner, Schätzungsfehlerrate) variiert werden.
Es ist zu beachten, dass eine Variation eines oder mehrerer der Parameter η_Biased, η_SINR und η_{DistanceMetric} bewirkt, dass sich die Funktion f gemäß Gleichung (2) bzw. (3) ändert. Typischerweise wird die Funktion f so geändert oder modifiziert, dass vergrößerte Schwellenwerte C erzeugt werden, falls eine vergrößerte Schätzungsfehlerrate (z.B. Falschalarmrate) durch den Schätzungsfehlerdetektor (z.B. Falschalarmdetektor 7) bestimmt wurde. Auf diese Weise erhöht eine Zunahme der Schätzungsfehlerrate (z.B. Falschalarmrate) den Schwellenwert C, was dazu führt, dass die Wahrscheinlichkeit einer Falschindikatorschätzung (z.B. im Fall von Falschalarm wird Î = –1 geschätzt, aber gesendet wird I = 1) abnimmt.
Im Folgenden wird, sofern es nicht anders angegeben wird, ein Paging-Indikator PI als Anschauungsbeispiel für den Indikator I betrachtet, der in der obigen Beschreibung verwendet wird. Es muss nicht erwähnt werden, dass die obige Offenbarung auch für die folgende Beschreibung gilt. Umgekehrt gelten Einzelheiten der folgenden Beschreibung auch für die oben in Verbindung mit 1 bis 5 beschriebenen Beispiele und können mit diesen kombiniert werden.
Das UE, z.B. UE 100 bis UE 500, kann sich im Ruhe- bzw. Leerlaufmodus (idle-Modus) befinden, um den Stromverbrauch zu verringern. Beispielsweise wird bei UTRAN ein DRX (diskontinuierlicher Empfang) für Leerlaufbetrieb verwendet, um die Standby-Zeit des UE zu vergrößern. Wenn DRX verwendet wird, muss das UE nur den PICH an einem bekannten Zeitpunkt (der sogenannten Paging-Gelegenheit (paging occasion)) während des Paging-Intervalls (dem sogenannten DRX-Zyklus) überwachen.
Die Standby-Zeit eines UE nimmt zu, wenn der Stromverbrauch im Leerlaufmodus verringert ist. Im Leerlauf führt das UE nur periodische Beaufsichtigungsprozeduren aus, z.B. Beaufsichtigung des PICH. Beim Ausführen der periodischen Beaufsichtigungsprozeduren ist das UE wach und seine Schaltkreise sind teilweise aktiviert. Zwischen solchen Perioden schläft das UE ein und der größte Teil seiner Schaltkreise ist deaktiviert. Der Stromverbrauch während der Wachperiode ist signifikant höher (hauptsächlich aufgrund der HF-Komponenten in der HF-Einheit 1) als im Schlaf. Ein Verfahren zum Verringern der Wachperiode ist die Verwendung von Paging-Indikatoren PI. Die Paging Indikatoren PI sind binär und werden periodisch einmal pro Paging-Zyklus gesendet. Wenn sie auf "ON" (P ^I = –1) gesetzt sind, muss das UE den nächsten Paging-Kanal demodulieren. Andernfalls kann das UE sofort in den Leerlaufzustand zurückgehen, wodurch sein Stromverbrauch beträchtlich verringert wird.
6 ist ein Diagramm, dass anhand eines Beispiels eine mögliche Struktur eines PICH und einen mit dem PICH assoziierten Steuerkanal darstellt, der als SCCPCH (Secondary Common Control Physical CHannel) bezeichnet wird. Der PICH und SCCPCH werden für Pagings in UTRAN-Systemen verwendet.
Der PICH wird über Funkrahmen mit einer Länge von z.B. 10 ms, d.h. der Länge von UMTS-Funkrahmen, wiederholt gesendet. Der PICH dient zum Führen des PI (Paging-Indikators). Der PICH ist immer mit einem SCCPCH assoziiert, auf den ein PCH (Paging CHannel) abgebildet wird. Ein in einem PICH-Rahmen gesetzter PI bedeutet, dass Paging-Informationen, die auch als Paging-Nachricht bezeichnet werden, auf dem PCH in dem SCCPCH-Rahmen zu senden sind. Die Zeitlücke DT_PICH zwischen den PICH- und SCCPCH-Rahmen kann zwischen 2 ms (3 Schlitze) und 20 ms (30 Schlitze) betragen.
7 zeigt die Struktur des PICH. Der PICH ist ein physischer Kanal fester Rate (Spreizfaktor SF = 256), der zum Übertragen des PI verwendet wird. Ein 10-ms-PICH-Rahmen besteht aus 300 Bit (p₀, p₁, ..., p₂₉₉). Von diesen werden 288 Bit (p₀, p₁, ..., p₂₈₇) zum Übertragen von PI verwendet. Die übrigen 12 Bit sind formal nicht Teil des PICH und sollen nicht gesendet werden. In jedem PICH-Rahmen werden N_P Paging-Indikatoren {PI₀, ..., PI_Np-1} gesendet, wobei N_P = 18, 36, 72 oder 144.
Der von einem gewissen UE zu verwendende PI ist mit dem Paging-Indikator PI_q assoziiert. q wird durch höhere Schichten berechnet. Wenn ein PI in einem gewissen Rahmen auf "ON" gesetzt ist, ist dies eine Anzeige, dass mit diesem PI assoziierte UE den entsprechenden Rahmen des SCCPCH des PCH lesen sollten.
Der PICH ist mit BPSK (Binary Pulse Shift Keying) moduliert. Somit berücksichtigt die PICH-Detektion PI-Binärentscheidungen. Die PI-Schätzung kann gemäß den in 1 bis 5 angegebenen Implementierungsbeispielen erreicht werden. Genauer gesagt können unter der Annahme einer zuverlässigen Phasenreferenz z.B. zur kohärenten Demodulation abgetastete Ausgaben nach Entspreizung, Entwürfelung und Maximum-Ratio-Kombinieren zu der Entscheidungsvariablen Z_PICH wie in den folgenden Gleichungen führen:
wobei h_l,i die Kanalschätzungen in Bezug auf den Ausbreitungspfad l einer Anzahl von M Ausbreitungspfaden und dem Abgriff (tap) i ist, p_i das i-te Bit des in dem UE abgetasteten PI ist, und n ein Rauschbeitrag ist. Beispielsweise ist die Vorgabeeinstellung bei UMTS N_P = 72, was zu N_bits = 4 führt. In diesem Fall umfasst der PI vier Bit, z.B. p₀, ..., p₃, die jeweils denselben Wert aufweisen. Das hochgestellte h bedeutet die Hermitesche und das hochgestellte * bezeichnet das konjugiert Komplexe einer Variablen.
Analog zu Gleichung (1) kann PI-Schätzung durch Vergleichen der Entscheidungsvariablen Z_PICH mit der Schwelle C folgendermaßen durchgeführt werden:
Wie bereits erwähnt, verwenden C = 0 benutzende MAP-Detektoren dieselben Falschalarm- und verpasste-Detektion-Wahrscheinlichkeiten über alle Kanalbedingungen, d.h. alle SNR, hinweg. Der Effekt von PICH-Falschalarmen und der Effekt von verpasster Detektion des PICH sind jedoch von verschiedener Wichtigkeit für einen Benutzer.
Erstens wird die Auswirkung von PICH-Falschalarmen auf die Standby-Zeit betrachtet. Ohne Verlust der Allgemeingültigkeit wird zur Erläuterung ein spezifisches Beispiel verwendet. Die mittlere Zeit, für die ein UE pro DRX-Zyklus wach ist, wird durch die folgende Gleichung gegeben. Awake_time ≈ T_PICH + P_faT_PCH, (9)

T_PICH: = 7 Schlitze
T_PCH: = 34 Schlitze

Der Graph von 8 zeigt die Wachzeit (in ms) im Schlafmodus als Funktion von P_fa der PICH-Falschalarmwahrscheinlichkeit. Wie aus 8 hervorgeht, ergibt eine Verringerung der Falschalarmwahrscheinlichkeit P_fa < 0,05 nur eine vernachlässigbare Abnahme der Wachzeit.
Zweitens wird die Auswirkung einer verpassten Detektion des PICH auf die Rate verpasster Anrufe betrachtet. Die Wahrscheinlichkeit eines verpassten Anrufs wird durch die folgende Gleichung gegeben: P_mc = 1 – (1 – P_{fail_DPE})(1 – P_{fail_PCH})(1 – P_md) (10) wobei P_{fail_DPE} die Wahrscheinlichkeit eines verpassten Pagings aufgrund eines Mehrwegesucherfehlers ist und P_{fail_PCH} die Wahrscheinlichkeit eines verpassten Pagings aufgrund eines PCH-Decodierungsfehlers ist.
Wie aus Gleichung (10) ersichtlich ist, kann, wenn die Kanalbedingungen ausgezeichnet sind (hohes SNR), die Rate verpasster Anrufe durch die PICH-Wahrscheinlichkeit verpasster Detektion P_md bestimmt werden. Wenn sich die Kanalbedingungen verschlechtern, ist P_md jedoch einer von vielen Faktoren für einen verpassten Anruf. Wenn schlechte Kanalbedingungen angetroffen werden (kleines SNR) wird insbesondere eine Mehrwegesuche sowie PCH-Decodierung schwierig, und deshalb können Mehrwegesucherfehler und/oder PCH-Decodierungsfehler die Wahrscheinlichkeit eines verpassten Anrufs P_mc bestimmen. Unter solchen Bedingungen würde eine Verringerung der Wahrscheinlichkeit P_md der verpassten Detektion des PICH nur eine vernachlässigbare Verbesserung der Raten verpasster Anrufe ergeben.
Gemäß dem oben mit Bezug auf Gleichung (2) beschriebenen Ansatz der Indikatorschätzung mit Bias, kann der Schwellenwert C gemäß den folgenden Gleichungen gegeben werden:
wobei σ 2 / l die geschätzte Rauschleistung des l-ten Pfads ist.
Wieder kann wie oben erwähnt η_Biased auf einen beliebigen geeigneten Wert gesetzt werden, z.B. η_Biased = 1/4.
Der PI-Schätzer 4 mit Bias gemäß Gleichung (11) verringert die Falschalarmwahrscheinlichkeit P_fa bei niedrigerem SNR (schlechten Kanalbedingungen) auf Kosten höherer verpasster Detektionen. Bei höherem SNR konvergiert die Wahrscheinlichkeit verpasster Detektionen P_md auf die eines herkömmlichen MAP-Detektors, der C = 0 verwendet (z.B. 0,5–1 dB Einbuße bei P_md = 10^–2).
Gemäß dem erweiterten PI-Schätzer 4 mit Bias kann die Schwelle C gemäß der folgenden Gleichung gegeben werden:
mit η_SINR > 0,
0 < η_{Distancemetric} ≤ 1 und
Wiederum können die Parameter η_SINR und η_{DistanceMetric} aus einem weiten Bereich von Werten ausgewählt werden. Zum Beispiel kann man η_SINR = 1 und/oder η_{DistanceMetric} = 1/4 verwenden.
Der erweiterte PI-Schätzer 4 mit Bias verringert die Falschalarmwahrscheinlichkeit bei niedrigerem SNR und verringert die Wahrscheinlichkeit verpasster Detektionen P_md bei höheren SNR (guten Kanalbedingungen). Beispielsweise lässt sich bis zu 1 dB Leistungsfähigkeitsgewinn bei P_md = 10^–2 im Vergleich zu einem herkömmlichen MAP-Detektor, der C = 0 verwendet, erhalten. Die Verringerung von Falschalarmen bei niedrigerem SNR verringert den Stromverbrauch und vergrößert die UE-Standby-Zeit. Die verringerten verpassten Detektionen bei höherem SNR verringert die Wahrscheinlichkeit eines verpassten Anrufs. Es ist zu beachten, dass bei einem höheren SNR (guten Kanalbedingungen) die verpassten Detektionen auf Kosten von Falschalarmen verringert sind. Die Standby-Zeit-Verbesserung ist für P_fa < 0,05 jedoch vernachlässigbar, siehe 8.
9 ist ein Graph der Wahrscheinlichkeit von Fehlersimulationsergebnissen von P_md und P_fa als Funktion von Ior/Ioc in Einheiten von dB. Ior ist die Gesamt-Sendeleistungsspektraldichte und Ioc ist die Leistungsspektraldichte von bandbegrenztem weißem Rauschen. Ior/Ioc wird in der Technik auch als Geometriefaktor G bezeichnet. Typischerweise sind die Kanalbedingungen umso besser und das SNR umso höher, je größer der Geometriefaktor G ist.
Die Simulationen wurden bei Kanalbedingungen von AWGN (additivem weißem Gauß'schem Rauschen) und einem Testszenario ITU VA30 bei Ec/Ior = –19 dB für PICH durchgeführt. MAP entspricht der herkömmlichen Schwelle C = 0, BiasedMAP entspricht der Schwelle C gemäß Gleichung (11) mit η_Biased = 1/4 und ExtBiasedMAP entspricht der Schwelle C gemäß Gleichung (13) mit η_SINR = 1 und η_{DistanceMetric} = 1/4. Die obigen Aussagen werden durch die in dem Graph dargestellten Ergebnisse verifiziert.
10 ist ein Graph von Simulationsergebnissen der mittleren Wachzeit pro DRX-Zyklus in Einheiten von ms als Funktion des Geometriefaktors Ior/Ioc in Einheiten von dB. Die Simulation wurde für Fall 3, 120 km/h und Ec/Ior = –12 dB des PICH durchgeführt. Ec/Ior ist das Verhältnis in Einheiten von dB zwischen der über einer Chipperiode akkumulierten Energie (Ec) zu der Gesamt-Sendeleistungsspektraldichte (Ior). Wie aus 10 ersichtlich ist, verringern die PI-Schätzung mit Bias und die erweiterte PI-Schätzung mit Bias beide signifikant die mittlere Wachzeit pro DRX-Zyklus bei niedrigeren Geometrien (schlechten Kanalbedingungen).
11 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Schätzen eines binären Indikators, der von einem Sender über einen Kanal an eine Funkempfängervorrichtung signalisiert wird. Im Schritt S1 wird eine Entscheidungsvariable erzeugt, die den binären Indikator in der Funkempfängervorrichtung angibt.
Im Schritt S2 werden Rauschleistungsschätzungen erzeugt.
Im Schritt S3 wird ein binärer Indikator abhängig von der Entscheidungsvariablen und den Rauschleistungsschätzungen geschätzt.
12 zeigt ein weiteres beispielhaftes Verfahren zum Schätzen eines binären Indikators, der von einem Sender über einen Kanal an eine Funkempfängervorrichtung signalisiert wird. Schritt S1 und Schritt S2 sind dieselben wie oben beschrieben.
Im Schritt S3_1 wird ein Schwellenwert als Funktion der Rauschleistungsschätzungen erzeugt. Wie oben beschrieben, kann die Funktion als Reaktion auf die Leistungsfähigkeit (oder Qualität) des Prozesses der Schätzung des binären Indikators modifizierbar sein. Genauer gesagt kann eine Fehlerrate (z.B. Falschalarm, verpasste Detektion usw.) des Indikatorschätzungsprozesses bestimmt werden und die Funktion kann durch einen Rückkopplungsmechanismus angepasst werden, um z.B. die Leistungsfähigkeit des Prozesses der Schätzung des binären Indikators zu verbessern.
Dann wird gemäß Schritt S3_2 der binäre Indikator abhängig von der Entscheidungsvariablen und dem Schwellenwert geschätzt.
Es ist zu beachten, dass die oben beschriebenen Implementierungen und Verfahren auf eine beliebige in einer Funkempfängervorrichtung zu treffende binäre Entscheidung anwendbar sind. Beispielsweise wird in LTE-Empfängern der PHICH zum Melden des Hybrid-ARQ-Status verwendet. Der Kanal überträgt den Indikator HARQ ACK/NACK, der angibt, ob ein Transportblock korrekt empfangen wurde oder nicht. Beispielsweise ist der HRQ-Indikator 1 Bit lang und "0" ergibt ACK und "1" ergibt NACK an. Der PHICH wird in dem Steuerbereich eines Subrahmens gesendet und wird typischerweise nur innerhalb des ersten Symbols gesendet. Wenn die Funkstrecke schlecht ist, kann der PHICH jedoch für Robustheit auf eine Anzahl von Symbolen erweitert werden. Es muss nicht erwähnt werden, dass auch andere Bestätigungsindikatoren, die über einen Bestätigungsindikatorkanal gesendet werden, hier betrachtet werden können und die oben beschriebenen Konzepte und Prinzipien auf die Schätzung solcher Bestätigungsindikatoren angewandt werden können.
Obwohl hier spezifische Ausführungsformen dargestellt und beschrieben wurden, ist für Durchschnittsfachleute erkennbar, dass vielfältige alternative und/oder äquivalente Implementierungen die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen ersetzen können, ohne vom Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die vorliegende Anmeldung soll jegliche Anpassungen oder Abwandlungen der hier beschriebenen Ausführungsformen abdecken.

Claims

Funkempfängervorrichtung, umfassend: einen Demodulator, der ausgelegt ist, eine Entscheidungsvariable auszugeben, die einen von einem Sender über einen Kanal an die Funkempfängervorrichtung signalisierten binären Indikator angibt; einen Rauschleistungsschätzer, der ausgelegt ist, Rauschleistungsschätzungen zu erzeugen, die in der Funkempfängervorrichtung auftretendes Rauschen angeben; und einen Binärindikatorschätzer, der ausgelegt ist, in Abhängigkeit von der Entscheidungsvariablen und den Rauschleistungsschätzungen einen geschätzten binären Indikator zu erzeugen.
Funkempfängervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Binärindikatorschätzer einen Komparator umfasst, der ausgelegt ist, die Entscheidungsvariable mit einem Schwellenwert zu vergleichen, wobei der Schwellenwert eine Funktion der Rauschleistungsschätzungen ist.
Funkempfängervorrichtung nach Anspruch 2, ferner umfassend: einen Schwellenwertgenerator mit einem Eingang, der mit einem Ausgang des Rauschleistungsschätzers gekoppelt ist, und einem Ausgang, der mit einem Eingang des Binärindikatorschätzers gekoppelt ist, wobei der Schwellenwertgenerator ausgelegt ist, den Schwellenwert an seinem Ausgang bereitzustellen.
Funkempfängervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Funktion eine homogene lineare Funktion ist.
Funkempfängervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Funktion eine nichthomogene lineare Funktion ist.
Funkempfängervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, ferner umfassend: einen Schätzungsfehlerdetektor, der ausgelegt ist, einen Fehler des geschätzten binären Indikators zu detektieren; und eine Rückkopplungsstruktur, die ausgelegt ist, die Funktion als Reaktion auf eine Ausgabe des Schätzungsfehlerdetektors zu ändern.
Funkempfängervorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Rückkopplungsstruktur ausgelegt ist, die Funktion zu ändern, um so vergrößerte Schwellenwerte bereitzustellen, wenn eine vergrößerte Fehlerrate durch den Schätzungsfehlerdetektor bestimmt wurde.
Funkempfängervorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Schätzungsfehlerdetektor ausgelegt ist, eine Falschalarmrate zu bestimmen.
Funkempfängervorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Funktion eine homogene lineare Funktion ist und die Rückkopplungsstruktur ausgelegt ist, einen Proportionalitätsfaktor der Funktion als Reaktion auf die Ausgabe des Schätzungsfehlerdetektors zu ändern.
Funkempfängervorrichtung nach Anspruch 6 bis 8, wobei die Funktion eine nichthomogene lineare Funktion ist und die Rückkopplungsstruktur ausgelegt ist, einen Proportionalitätsfaktor und/oder einen Bias-Wert der Funktion als Reaktion auf die Ausgabe des Schätzungsfehlerdetektors zu ändern.
Funkempfängervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der binäre Indikator ein über einen Paging-Indikatorkanal gesendeter Paging-Indikator ist.
Funkempfängervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der binäre Indikator ein über einen Bestätigungsindikatorkanal gesendeter Bestätigungsindikator ist.
Verfahren zum Schätzen eines von einem Sender über einen Kanal an eine Funkempfängervorrichtung signalisierten binären Indikators, umfassend: Erzeugen einer Entscheidungsvariablen, die den binären Indikator in der Funkempfängervorrichtung angibt; Erzeugen von Rauschleistungsschätzungen, die in der Funkempfängervorrichtung auftretendes Rauschen angeben; und Schätzen eines binären Indikators in Abhängigkeit von der Entscheidungsvariablen und den Rauschleistungsschätzungen.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend: Erzeugen eines Schwellenwerts in Abhängigkeit von den Rauschleistungsschätzungen; und Vergleichen des Schwellenwerts mit der Entscheidungsvariablen, um den binären Indikator zu schätzen.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei der Schwellenwert eine Funktion der Rauschleistungsschätzungen ist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Funktion eine homogene lineare Funktion oder eine nichthomogene lineare Funktion ist.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, ferner umfassend: Detektieren von Schätzungsfehlern des geschätzten binären Indikators; Bestimmen einer Rate von Schätzungsfehlern; und Ändern der Funktion als Reaktion auf die Rate von Schätzungsfehlern.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei der binäre Indikator ein über einen Paging-Indikatorkanal gesendeter Paging-Indikator ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei der binäre Indikator ein über einen Bestätigungsindikatorkanal gesendeter Bestätigungsindikator ist.
Funkempfängervorrichtung, umfassend: einen Demodulator, der ausgelegt ist, eine Entscheidungsvariable auszugeben, die einen von einem Sender über einen Kanal an die Funkempfängervorrichtung signalisierten binären Indikator angibt; einen Rauschleistungsschätzer, der ausgelegt ist, Rauschleistungsschätzungen zu erzeugen, die in der Funkempfängervorrichtung auftretendes Rauschen angeben; einen Schwellenwertgenerator, der ausgelegt ist, einen Schwellenwert als eine Funktion der Rauschleistungsschätzungen bereitzustellen; und einen Binärindikatorschätzer, der ausgelegt ist, einen geschätzten binären Indikator in Abhängigkeit von der Entscheidungsvariablen und dem Schwellenwert zu erzeugen.
Funkempfängervorrichtung nach Anspruch 20, ferner umfassend: eine Rückkopplungsstruktur, die ausgelegt ist, die Funktion als Reaktion auf eine geschätzte Leistungsfähigkeit des Binärindikatorschätzers zu ändern.
Funkempfängervorrichtung nach Anspruch 21, ferner umfassend: einen Schätzungsfehlerdetektor, der ausgelegt ist, einen Fehler des geschätzten binären Indikators zu detektieren, wobei die Rückkopplungsstruktur ausgelegt ist, die Funktion als Reaktion auf eine Ausgabe des Schätzungsfehlerdetektors zu ändern.
Verfahren zum Schätzen eines von einem Sender über einen Kanal an eine Funkempfängervorrichtung signalisierten binären Indikators, umfassend: Erzeugen einer Entscheidungsvariablen, die den binären Indikator in der Funkempfängervorrichtung angibt; Erzeugen von Rauschleistungsschätzungen, die in der Funkempfängervorrichtung auftretendes Rauschen angeben; Erzeugen eines Schwellenwerts als Funktion der Rauschleistungsschätzungen; und Schätzen eines geschätzten binären Indikators in Abhängig von der Entscheidungsvariablen und dem Schwellenwert.
Verfahren nach Anspruch 23, ferner umfassend: Ändern der Funktion als Reaktion auf eine Schätzungsfehlerrate des geschätzten binären Indikators.
Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, wobei der binäre Indikator ein über einen Paging-Indikatorkanal gesendeter Paging-Indikator und/oder ein über einen Bestätigungsindikatorkanal gesendeter Bestätigungsindikator ist.