DE10250361A1

DE10250361A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Aufbereitung von Pilotsymbolen für eine Kanalschätzung mittels adaptiver Tiefpassfilterung

Info

Publication number: DE10250361A1
Application number: DE10250361A
Authority: DE
Inventors: Attila Michael Bilgic; Holger Neuhaus; Robert Denk; Michael Speth
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Intel Deutschland GmbH
Priority date: 2002-10-29
Filing date: 2002-10-29
Publication date: 2004-05-19
Anticipated expiration: 2022-10-30
Also published as: DE10250361B4; US20050243899A1; US7558352B2; CN1708918A; WO2004040790A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10; 21) zur Aufbereitung von Pilotsymbolen (110) für eine Kanalschätzung. Die Pilotsymbole (110) wurden von einer Basisstation ausgesendet und von einem Mobilfunkgerät empfangen und liegen in dem Mobilfunkgerät vor. Die Vorrichtung (10; 21) umfasst eine Tiefpassfiltervorrichtung (11, 12, 13, 14) zur Filterung der empfangenen Pilotsymbole (110), wobei die Einstellung der Tiefpassfiltervorrichtung (11, 12, 13, 14) von der Relativgeschwindigkeit des Mobilfunkgeräts gegenüber der Basisstation abhängt.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Aufbereitung von Pilotsymbolen für eine Kanalschätzung mittels adaptiver Tiefpassfilterung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren, mit welchen Pilotsymbole, die von einer Basisstation ausgesendet wurden und von einem Mobilfunkgerät empfangen wurden und außerdem dem Mobilfunkgerät bekannt sind, durch eine adaptive Tiefpassfilterung aufbereitet werden können.

In Mobilfunksystemen erfolgt die Signalausbreitung in Form von Mehrwegepfaden, deren Einfluss auf das Signal in Form einer linearen zeitvarianten Transformation beschrieben werden kann. Derartige Signalverzerrungen machen ein korrektes Detektieren der zwischen der Basisstation und dem Mobilfunkgerät übertragenen Daten unmöglich. Aus diesem Grund werden beispielsweise bei einer auf dem UMTS (Universal Mobile Telecommunications System)-Standard basierenden Datenübertragung die Kanalverzerrungen mit Hilfe eines Pilotsignals (Common Pilot Channel; CPICH) geschätzt. Das Pilotsignal ist ein von der Basisstation ausgesendetes Signal, mittels welchem fortlaufend das gleiche Pilotsymbol oder ein kontinuierlich wiederkehrendes Muster aus zwei verschiedenen Pilotsymbolen übertragen wird.

In einem einfachen Kanalmodell lassen sich die von dem Mobilfunkgerät empfangenen Symbole r_k mathematisch folgendermaßen beschreiben: rk = sk·ck + nk (1)

Hierbei stehen s_k für die von der von der Basisstation ausgesendeten Symbole, c_k für einen Kanalparameter und n_k für einen Rauschbeitrag. Der Kanalparameter c_k beschreibt die Drehstreckung der Symbole s_k im Übertragungskanal. Der ganzzahli ge Index k gibt die zeitliche Reihenfolge der Symbole an. Alle Variablen in Gleichung (1) stehen für komplexe Zahlen.

Gleichung (1) lässt sich selbstverständlich auch auf die übertragenen Pilotsymbole anwenden. Vernachlässigt man den Rauschbeitrag n_k, so kann der Kanalparameter c_k durch eine Multiplikation der empfangenen Pilotsymbole r_k mit den komplex konjugierten bekannten Pilotsymbolen s_k ermittelt werden. Mit Hilfe des so gewonnenen Kanalparameters c_k lässt sich der Einfluss des Übertragungskanals auf die übertragenen Symbole nach ihrem Empfang im Mobilfunkgerät gemäß Gleichung (1) eliminieren. Allerdings werden aufgrund physikalischer Effekte im Hochfrequenzempfänger die empfangenen Signale verrauscht, wodurch die Schätzung des Kanalparameters c_k nur mit endlicher Genauigkeit möglich ist.

Um die Genauigkeit der Kanalschätzung zu verbessern, können optimale adaptive Algorithmen verwendet werden, welche statistische Parameter des Übertragungskanals, wie etwa die Korrelation benachbarter Kanalwerte und Rauschen, berücksichtigen.

Bekannte Kanalschätzer beruhen im Wesentlichen auf zwei Prinzipien.

Bei einer ersten Art von Kanalschätzern werden keine oder Adhoc-Annahmen über die statistischen Eigenschaften des Übertragungskanals gemacht. Die Komplexität dieser Kanalschätzer ist gering, da für ihre Realisierung beispielsweise Filter mit festen, komplexitätsoptimierten Koeffizienten verwendet werden können. Sofern allerdings die tatsächlichen Kanaleigenschaften von den getroffenen Annahmen stark abweichen, führt die Verwendung fester Schätzkoeffizienten zu nur unzureichenden Ergebnissen.

Eine zweite Art von Kanalschätzern kommt zum Einsatz, wenn hohe Anforderungen an die Qualität der Schätzung gestellt werden. Diese Kanalschätzer sind in der Lage, ihre Eigenschaften adaptiv einzustellen, d.h. die Koeffizienten dieser Kanalschätzer werden an die zu dem jeweiligen Zeitpunkt tatsächlich vorliegenden Kanalverhältnisse angepasst. Zu dieser Art von Kanalschätzern zählen beispielsweise adaptive Wiener-Kanalschätzer. Die Arbeitsweise der adaptiven Kanalschätzer führt zwar zu guten Ergebnissen, jedoch ist der Komplexitätsgrad für die adaptive Optimierung der Koeffizienten sehr hoch.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zu schaffen, welche die Pilotsymbole für die Kanalschätzung optimal aufbereitet und welche dennoch mit relativ geringem Aufwand zu realisieren ist. Ferner soll ein entsprechendes Verfahren zur Aufbereitung von Pilotsymbolen angegeben werden.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 und 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei einer Kanalschätzung müssen grundsätzlich das Signal-zu-Rausch-Verhältnis und die Dynamik, mit welcher sich die Kanaleigenschaften ändern, berücksichtigt werden. Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass die Kanaldynamik einen wesentlich größeren Einfluss auf die Ergebnisse der Kanalschätzung ausübt als das Signal-zu-Rausch-Verhältnis. Deshalb kann in manchen Fällen darauf verzichtet werden, den verwendeten Kanalschätzer an das vorliegende Signal-zu-Rausch-Verhältnis anzupassen.

Zeitliche Änderungen der Kanaleigenschaften bewirken eine Verbreiterung des Pilotsignals im Frequenzbereich. Die zeitlichen Änderungen der Kanaleigenschaften werden insbesondere durch eine Relativbewegung des Mobilfunkgeräts gegenüber der Basisstation hervorgerufen. Folglich weisen die von dem Mo bilfunkgerät empfangenen Pilotsymbole im Frequenzbereich die Form eines Dopplerspektrums mit einer Bandbreite, die von der Relativgeschwindigkeit des Mobilfunkgeräts gegenüber der Basisstation abhängt, auf. Diese Bandbreite beträgt im UMTS-Standard beispielsweise etwa 1 kHz bei einer Relativgeschwindigkeit des Mobilfunkgeräts von 500 km/h. Die Pilotsymbolrate beträgt dabei 15 kHz und ist somit für alle relevanten Geschwindigkeiten deutlich größer als die Signalbandbreite.

Das im Empfänger erzeugte Rauschen verteilt sich spektral gleichmäßig über die Bandbreite des Pilotsignals und kann durch Tiefpassfilterung in seiner Leistung deutlich verringert werden. Idealerweise würde bei der Tiefpassfilterung die Eckfrequenz des verwendeten Tiefpassfilters an die momentane Dopplerbreite der empfangenen Pilotsymbole angepasst. Dadurch würde die relevante Information ungefiltert durch das Tiefpassfilter gelangen, während das adaptive Rauschen oberhalb der Eckfrequenz optimal unterdrückt würde.

Bei der Tiefpassfilterung der Pilotsymbole ist zu beachten, dass die Tiefpassfilterung zu Laufzeitverzögerungen führt. Ohne weitere Maßnahmen führt eine reine Tiefpassfilterung zu einer Verschlechterung der Kanalschätzung, da die zur Kanalschätzung verwendeten tiefpassgefilterten Pilotsymbole in der Vergangenheit liegen und sich der Kanalzustand je nach Geschwindigkeit bereits merklich verändert hat. Es muss also ein Kompromiss zwischen Tiefpassfilterung und Laufzeitverzögerung gefunden werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung berücksichtigt die Kanaldynamik mittels einer Filterung der eingehenden Pilotsymbole, wobei die Filterung von der gemessenen Relativgeschwindigkeit zwischen dem Mobilfunkgerät und der Basisstation abhängt. Für die Filterung der von der Basisstation ausgesendeten und von Mobilfunkgerät empfangenen Pilotsymbole weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Tiefpassfiltervorrichtung auf, welche in Abhängigkeit von der Relativgeschwindigkeit des Mobilfunk geräts eingestellt wird. Insbesondere erfolgt die Einstellung der Tiefpassfiltervorrichtung auch unter Berücksichtigung des empfängerseitig vorliegenden Signal-zu-Rausch-Verhältnisses der Pilotsymbole.

Bei der Einstellung der Tiefpassfiltervorrichtung kann es sich zum Beispiel um die Einstellung ihrer Filterkoeffizienten oder um die Einstellung einer Einheit zur Auswertung der gefilterten Pilotsymbole handeln. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass bei einer hohen Relativgeschwindigkeit des Mobilfunkgeräts eine nur geringe Tiefpassfilterung vorgenommen wird, um eine geringe Laufzeitverzögerung zu verursachen. Demgegenüber ist bei einer relativ kleinen Relativgeschwindigkeit des Mobilfunkgeräts die Laufzeitverzögerung aufgrund der hier sehr langsamen Kanaländerungen recht unkritisch und eine effektive Filterung der Pilotsymbole wesentlich entscheidender.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung liefert folglich Pilotsymbole, die entsprechend der momentanen Relativgeschwindigkeit des Mobilfunkgeräts optimal für die Kanalschätzung aufbereitet sind. Des Weiteren lässt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung aufwandsgünstig realisieren, da die Einstellung der Tiefpassfiltervorrichtung nur anhand eines oder weniger Kriterien erfolgt und daher die Komplexität der erfindungsgemäßen Vorrichtung gering ist.

Die eigentliche Kanalschätzung kann durch Multiplikation der empfangenen Pilotsymbole mit den komplex konjugierten bekannten Pilotsymbolen im Anschluss an die erfindungsgemäße Tiefpassfilterung erfolgen. Gemäß obiger Gleichung (1) und dem sich daran anschließenden Text lässt sich mittels dieser Multiplikation der Kanalparameter berechnen.

Die vorstehend beschriebene Multiplikation kann ferner auch vor der erfindungsgemäßen Tiefpassfilterung erfolgen. Im Er gebnis unterscheiden sich die beiden genannten Vorgehen zur Kanalschätzung nicht.

Zum Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung muss die Relativgeschwindigkeit des Mobilfunkgeräts gegenüber der Basisstation gemessen werden. Zu diesem Zweck sind dem Fachmann verschiedene Messverfahren bekannt. Beispielsweise kann die Geschwindigkeit anhand des Dopplerspektrums des Pilotsignals ermittelt werden.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird mit den empfangenen Pilotsymbolen eine Reihenschaltung gespeist, die eine Mehrzahl von hintereinander geschalteten Tiefpassfiltereinheiten umfasst. Jede Tiefpassfiltereinheit weist an ihrem Ausgang einen Abgriff zum Auslesen der gefilterten Pilotsymbole auf. Der Abgriff der gefilterten Pilotsymbole erfolgt in Abhängigkeit von der Relativgeschwindigkeit des Mobilfunkgeräts gegenüber der Basisstation.

Generell gilt, dass je weiter hinten eine Tiefpassfiltereinheit in der erfindungsgemäßen Reihenschaltung angeordnet ist, desto besser die Tiefpasscharakteristik der an ihrem Ausgang abgegriffenen Pilotsymbole ist und desto größer allerdings auch die Laufzeitverzögerung ist. In der Regel wird daher bei einer hohen Relativgeschwindigkeit des Mobilfunkgeräts der Abgriff weiter vorne erfolgen, da in diesem Fall die Laufzeitverzögerung möglichst klein gehalten werden soll. Bei einer relativ kleinen Relativgeschwindigkeit des Mobilfunkgeräts ist eine effektive Filterung der Pilotsymbole entscheidender, sodass die Pilotsymbole in diesem Fall vor ihrer Weiterverarbeitung mehrere Tiefpassfiltereinheiten durchlaufen.

Die vorstehend beschriebene Maßnahme hat zum Vorteil, dass die einzelnen Tiefpassfiltereinheiten nur eine relativ geringe Komplexität aufweisen müssen und dennoch eine adaptive Anpassung der Vorrichtung an die vorliegenden Kanaleigenschaften möglich ist.

Vorteilhafterweise erfolgt der Abgriff an dem Ausgang einer Tiefpassfiltereinheit mittels eines Schaltmittels.

Bislang bekannte Kanalschätzer sind im Allgemeinen mit FIR (Finite Impulse Response)-Filtern ausgestattet. Die Komplexität dieser Filter ist jedoch relativ groß, zumal wenn sie an den Kanalzustand anpassbar ausgelegt sind. Aus diesem Grund werden für die erfindungsgemäßen Tiefpassfiltereinheiten vorzugsweise wesentlich aufwandsgünstigere IIR (Infinite Impulse Response)-Filter verwendet.

Eine weitere Reduzierung der Komplexität der Tiefpassfiltereinheiten ergibt sich aus vorzugsweise fest eingestellten Filterkoeffizienten der Tiefpassfiltereinheiten. Des Weiteren ist es in diesem Sinne vorteilhaft, die Tiefpassfiltereinheiten baugleich auszulegen.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Tiefpassfiltereinheiten eine normierte Gruppenlaufzeit aufweisen. Insbesondere ist die Gruppenlaufzeit auf ein Symbol normiert.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst jede Tiefpassfiltereinheit eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Tiefpassfiltern und einen in den Signalpfad geschalteten Multiplizierer zur Multiplikation mit einem vorgegebenem Faktor. Durch die Multiplikation mit dem vorgegebenen Faktor lässt sich die Amplitudenübertragungsfunktion normieren.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist durch eine Prädiktoreinheit gekennzeichnet. Die Prädiktoreinheit weist Verbindungen zu mehreren und insbesondere zu sämtlichen an den Ausgängen der Tiefpassfiltereinheiten angeordneten Abgriffen auf. Anhand der gleichzeitig in die Prädiktoreinheit eingehenden Pilotsymbole lässt sich ein Schätzwert für ein nachfolgendes Pilotsymbol errechnen. Insbesondere kann es sich dabei um das zu diesem Zeitpunkt in die erfindungsgemäße Vorrichtung eingehende Pilotsymbol handeln. Diese Maßnahme ist besonders bei hohen Relativgeschwindigkeiten des Mobilfunkgeräts von Vorteil, da aufgrund der endlichen Laufzeiten der Pilotsymbole durch die Tiefpassfiltereinheiten an den Ausgängen der Tiefpassfiltereinheiten nur Pilotsymbole aus der Vergangenheiten abgegriffen werden können. Bei hohen Relativgeschwindigkeiten ist aufgrund der schnellen Änderung der Kanaleigenschaften eine Voraussage für das zu dem jeweiligen Zeitpunkt gültige Pilotsymbol günstig.

Vorteilhafterweise errechnet die Prädiktoreinheit das nachfolgende Pilotsymbol mittels einer polynominalen Extrapolation aus den gefilterten Pilotsymbolen. Die polynominale Extrapolation ist insbesondere linear oder quadratisch.

Als Alternative zu den vorstehend beschriebenen hintereinander geschalteten Tiefpassfiltereinheiten kann die Tiefpassfiltervorrichtung auch mittels eines FIR-Filters, dessen Koeffizienten einstellbar sind, realisiert werden. Die Einstellung der Filterkoeffizienten erfolgt anhand der genannten Kriterien.

Vorzugsweise liegt der Signalübertragung zwischen der Basisstation und dem Mobilfunkgerät der UMTS-Standard zugrunde.

Ein erfindungsgemäßer Kanalschätzer weist eine Berechnungseinheit und eine erfindungsgemäße Vorrichtung auf. Die Berechungseinheit dient zur Multiplikation der empfangenen Pilotsymbole mit den komplex konjugierten bekannten Pilotsymbolen. Daraus ergibt sich, wie bereits weiter oben beschrieben, der Kanalparameter. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist entweder vor oder hinter die Berechnungseinheit geschaltet.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Aufbereitung von Pilotsymbolen für eine Kanalschätzung. Die aufzubereitenden Pi lotsymbole wurden ursprünglich von einer Basisstation ausgesendet und wurden von einem Mobilfunkgerät empfangen. Die von der Basisstation ausgesendeten Pilotsymbole sind dem Mobilfunkgerät bekannt. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Tiefpassfilterung der empfangenen Pilotsymbole mittels einer Tiefpassfiltervorrichtung durchgeführt. Dabei hängt die Einstellung der Tiefpassfiltervorrichtung von der Relativgeschwindigkeit des Mobilfunkgeräts gegenüber der Basisstation und insbesondere von dem empfängerseitig vorliegenden Signal-zu-Rausch-Verhältnis ab.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden die empfangenen Pilotsymbole für die Kanalschätzung optimal aufbereitet. Außerdem lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren mit relativ geringem Aufwand realisieren.

Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

1 eine Darstellung des Prinzips der erfindungsgemäßen Vorrichtung und deren Implementierung in ein Mobilfunkgerät;

2 ein schematisches Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

3 eine beispielhafte Übertragungsfunktion einer Tiefpassfiltereinheit 11 bis 14;

4 eine beispielhafte Auftragung der Gruppenlaufzeit einer Tiefpassfiltereinheit 11 bis 14 gegen die Frequenz; und

5 ein schematisches Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In 1 ist schematisch das Prinzip der erfindungsgemäßen Vorrichtung und ihre Einbindung in ein Mobilfunkgerät dargestellt. Der Datenübertragung zwischen der Basisstation und dem Mobilfunkgerät liegt in den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung stets der UMTS-Standard zugrunde.

In einen RAKE-Empfänger 1 eingehende Chips 100 werden nacheinander einer Entwürfelungseinheit 2, einer Entspreizungseinheit 3 und einer "Integrate & Dump"-Einheit 4 zugeführt. Dadurch werden die Chips 100 in Symbole 101 umgewandelt. Sofern es sich dabei um über den CPICH-Kanal übertragene Pilotsymbole 102 handelt, werden diese an eine Einheit 5 zur Relativgeschwindigkeitsbestimmung und an einen Kanalschätzer 6 weitergeleitet. Die Einheit 5 dient zur Messung der Relativgeschwindigkeit des Mobilfunkgeräts gegenüber der Basisstation. Anhand der gemessenen Relativgeschwindigkeit wird der Kanalschätzer 6 mittels eines Steuersignals 103 konfiguriert. Dabei kann beispielsweise zwischen den Konfigurationen 6a, 6b und 6c des Kanalschätzers 6 gewählt werden. Zwei mögliche Ausgestaltungen des Kanalschätzers 6 werden nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Die beiden Ausführungsbeispiele sind schematisch in den 2 und 5 dargestellt. Der Kanalschätzer 6 errechnet in seiner jeweiligen Konfiguration 6a, 6b oder 6c einen Kanalparameter 104, welcher eine Gewichtungseinheit 7 speist. In der Gewichtungseinheit 7 werden mittels des Kanalparameters 104 die durch den Kanal bedingten Verzerrungen aus den Symbolen 101 herausgerechnet und es ergeben sich Symbole 105, welche zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung stehen.

In 2 ist das schematische Schaltbild einer Vorrichtung 10 als erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt. Die Vorrichtung 10 kann beispielsweise in den in 1 gezeigten Kanalschätzer 6 integriert sein.

In der Vorrichtung 10 sind vier Tiefpassfiltereinheiten 11, 12, 13 und 14 in Reihe angeordnet. Ausgangsseitig weisen die Tiefpassfiltereinheiten 11 bis 14 jeweils eine Verbindung zu einem Wechselschalter 15 auf.

In die in der Reihenschaltung der Tiefpassfiltereinheiten 11 bis 14 als erste angeordnete Tiefpassfiltereinheit 11 gehen eingangsseitig Pilotsymbole 110 ein. Der Wechselschalter 15 wird von dem Steuersignal 103 gesteuert. Am Ausgang des Wechselschalters 15 werden Pilotsymbole 111 ausgegeben.

Die Tiefpassfiltereinheiten 11 bis 14 weisen in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel den gleichen Aufbau auf. Jede der Tiefpassfiltereinheiten 11 bis 14 enthält drei nacheinander angeordnete, gleich aufgebaute IIR-Tiefpassfilter.

Exemplarisch ist in 2 das in der Tiefpassfiltereinheit 11 enthaltene IIR-Tiefpassfilter 16 mit Bezugszeichen versehen. Hinter den Eingang des IIR-Tiefpassfilters 16 ist ein Addierer 17 geschaltet. Der Addierer 17 wird des Weiteren von einem Rückkoppelzweig gespeist, in welchem ein Verzögerungsglied 18 und ein Dividierer 19 angeordnet sind. Der Dividierer 19 teilt seinen Eingangswert durch 4.

Hinter die drei IIR-Tiefpassfilter der Tiefpassfiltereinheiten 11 bis 14 ist jeweils ein Multiplizierer 20 geschaltet, welcher seinen Eingangswert mit dem Faktor 27/64 beaufschlagt.

Die Tiefpassfiltereinheiten 11 bis 14 verhalten sich wie IIR-Tiefpassfilter und weisen folgende Übertragungsfunktion H₁₁ _{,..., 14} (z) im Frequenzbereich auf

Die Koeffizienten der Übertragungsfunktion H₁₁ _{,..., 14} (z) sind so bestimmt, dass die Gruppenlaufzeit 1 Symbol und die In-Band-Verstärkung 0 dB betragen.

Das IIR-Tiefpassfilter 16 und alle weiteren gleich aufgebauten IIR-Tiefpassfilter weisen folgende Übertragungsfunktion H₁₆ (z) im Frequenzbereich auf

Die von dem Multiplizierer 20 vorgenommene Multiplikation mit dem Faktor 27/64 dient zur Normierung der Amplitudenübertragungsfunktion. Dieser Faktor könnte auch durch den Faktor 32/64 = 1/2 angenähert werden. In diesem Fall wäre die Multiplikation mittels einer einfachen Schiebeoperation realisierbar.

Es wurde bereits erwähnt, dass die Gruppenlaufzeit für jede Tiefpassfiltereinheit 11 bis 14 ein Symbol beträgt. Demnach ergibt sich bei einem Abgriff eines gefilterten Pilotsymbols am Ausgang der Tiefpassfiltereinheit 11 eine Verzögerung dieses Pilotsymbols gegenüber seinem Eingangszeitpunkt in die Vorrichtung 10 von einem Symbol. Bei einem Abgriff nach der Tiefpassfiltereinheit 14 erscheint das Pilotsymbol um vier Symbole verzögert.

Die Einstellung des Wechselschalters 15 erfolgt mittels des Steuersignals 103. In dem Beschreibungstext zu 1 wurde bereits erwähnt, dass das Steuersignal 103 aus der Messung der Relativgeschwindigkeit des Mobilfunkgeräts gegenüber der Basisstation hervorgeht. In Abhängigkeit von der Relativgeschwindigkeit wird durch die Einstellung des Wechselschalters 15 die Tiefpassfiltereinheit 11 bis 14 ausgewählt, an deren Ausgang die gefilterten Pilotsymbole 111 abgegriffen werden.

Sofern die Relativgeschwindigkeit hoch ist, wird ein relativ früher Abgriff gewählt, um so die durch die Tiefpassfilterung verursachte Laufzeitverzögerung der Pilotsymbole gering zu halten. Bei einer niedrigen Relativgeschwindigkeit ist eine gute Filterung der Pilotsymbole möglich, sodass ein weiter hinten liegender Abgriff gewählt wird. Folglich muss für die Wahl des jeweiligen Abgriffs anhand der vorliegenden Relativgeschwindigkeit des Mobilfunkgeräts zwischen effektiver Rauschunterdrückung und tolerierbarer Signallaufzeitverzögerung abgewogen werden.

Bei der Einstellung des Wechselschalters 15 kann insbesondere auch das Signal-zu-Rausch-Verhältnis berücksichtigt werden.

Zur Ermittlung eines Kanalparameters 104 müssen die empfangenen Pilotsymbole gemäß obiger Gleichung (1) und dem der Gleichung (1) nachfolgenden Beschreibungstext noch mit den komplex konjugierten bekannten Pilotsymbolen multipliziert werden. Diese Multiplikation kann in dem Kanalschätzer 6 der Vorrichtung 10 vor- oder nachgeschaltet sein.

In 3 und 4 sind die Übertragungsfunktionen der Tiefpassfiltereinheiten 11 bis 14 und ihre Gruppenlaufzeiten gegen die Frequenz aufgetragen. Die 3 dB-Frequenz der Tiefpassfiltereinheiten 11 bis 14 beträgt 3,7 kHz. Um aus 3 auf die Übertragungsfunktion für einen Abgriff nach mehreren Tiefpassfiltereinheiten zu schließen, muss die in 3 gezeigte Übertragungsfunktion mit der jeweiligen Anzahl der Tiefpassfiltereinheiten potenziert werden.

In 5 ist das schematische Schaltbild einer Vorrichtung 21 als zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt. Die Vorrichtung 21 kann beispielsweise genauso wie die Vorrichtung 10 in den in 1 gezeigten Kanalschätzer 6 integriert sein.

Die Vorrichtung 21 weist wie die Vorrichtung 10 die gleiche kaskadierte, aus den Tiefpassfiltereinheiten 11 bis 14 aufgebaute Struktur auf. Die Vorrichtungen 10 und 21 unterscheiden sich in nur wenigen Baugruppen. Daher sind die Bauelemente der Vorrichtung 21, die bereits aus der Vorrichtung 10 bekannt sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Vorrichtung 21 unterscheidet sich von der Vorrichtung 10 durch eine unterschiedliche Weiterverarbeitung der von den Tiefpassfiltereinheiten 11 bis 14 an ihren Ausgängen zur Verfügung gestellten gefilterten Pilotsymbole. In der Vorrichtung 21 sind die Ausgänge der Tiefpassfiltereinheiten 11, 12 und 14 mit einer Prädiktoreinheit 22 verbunden. In der Prädiktoreinheit 22 werden die gleichzeitig von den Tiefpassfiltereinheiten 12 und 14 ausgegebenen Pilotsymbole mittels der Dividierer 25 und 26 durch 2 dividiert. Nach der Division werden die Pilotsymbole mit dem gleichzeitig von der Tiefpassfiltereinheit 11 ausgegebenen Pilotsymbol mittels der Addierer 23 und 24 addiert, wobei das Vorzeichen des von der Tiefpassfiltereinheit 14 erzeugten Pilotsymbols invertiert wird.

Die Prädiktoreinheit 22 führt eine lineare Extrapolation der von den Tiefpassfiltereinheiten 11 bis 14 ausgegebenen Pilotsymbole durch. Sofern dem aktuellen Pilotsymbol 110, welches zu einem angenommenen Zeitpunkt in die Vorrichtung 21 eingeht, der Laufindex N zugeordnet ist, erhält man an den Ausgängen der Tiefpassfiltereinheiten 11, 12, 13 und 14 zu demselben Zeitpunkt die Schätzwerte für die Pilotsymbole mit den Laufindizes N-1, N-2, N-3 und N-4. Anhand dieser Werte kann durch lineares Fitten die Gerade berechnet werden, welche den quadratischen Abstand zu den vier Schätzwerten minimiert. Die Prädiktoreinheit 22 liefert den Wert, den die Gerade für den Laufindex N annehmen würde. Somit gibt die Prädiktoreinheit 22 an ihrem Ausgang einen Schätzwert für das aktuelle Pilotsymbol 110 aus.

Die von der Prädiktoreinheit 22 durchgeführte Extrapolation hängt in linearer Weise von den an den Ausgängen der Tiefpassfiltereinheiten 11 bis 14 abgegriffenen Werten ab und weist somit die Struktur eines FIR-Filters auf. Mit den in der Prädiktoreinheit 22 eingestellten Parametern ergeben sich für die Koeffizienten dieses FIR-Filters die Werte 1, ½, 0 und –½. Diese Koeffizienten können in einfacher Weise durch Schiebeoperationen realisiert werden.

Mittels eines Wechselschalters 27 wird zwischen den von der Prädiktoreinheit 22 ausgegebenen Pilotsymbolen und den von der Tiefpassfiltereinheit 14 ausgegebenen Pilotsymbolen ausgewählt. Zur Steuerung des Wechselschalters 27 wird das Steuersignal 103 verwendet.

Da der Wechselschalter 27 in der Vorrichtung 21 eingangsseitig zweipolig ist, ist lediglich eine binäre Entscheidung zwischen niedrigen und hohen Relativgeschwindigkeiten des Mobilfunkgeräts erforderlich. Bei niedrigen Relativgeschwindigkeiten erfolgt der Abgriff nach der Tiefpassfiltereinheit 14, wohingegen bei hohen Relativgeschwindigkeiten der Ausgangswert der Prädiktoreinheit 22 verwendet wird.

Die in den 2 und 5 gezeigten Vorrichtungen 10 und 21 weisen hohe Freiheitsgrade auf. U.a. können die Anzahl der betrachteten Geschwindigkeitsstufen, der Grad des extrapolierenden Polynoms und die Anzahl der zur Prädiktion verwendeten Stützstellen variiert und optimiert werden.

Claims

Vorrichtung (10; 21) zur Aufbereitung von Pilotsymbolen (110) für eine Kanalschätzung, wobei die Pilotsymbole (110) von einer Basisstation ausgesendet und von einem Mobilfunkgerät empfangen wurden und die Pilotsymbole (110) dem Mobilfunkgerät bekannt sind, mit einer Tiefpassfiltervorrichtung (11, 12, 13, 14) zur Filterung der empfangenen Pilotsymbole (110), wobei die Einstellung der Tiefpassfiltervorrichtung (11, 12, 13, 14) von der Relativgeschwindigkeit des Mobilfunkgeräts gegenüber der Basisstation und insbesondere von dem empfängerseitig vorliegenden Signal-zu-Rausch-Verhältnis abhängt.
Vorrichtung (10; 21) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch – eine von den empfangenen Pilotsymbolen (110) gespeiste Reihenschaltung mit einer Mehrzahl von Tiefpassfiltereinheiten (11, 12, 13, 14), wobei jeder Tiefpassfiltereinheit (11, 12, 13, 14) ein Abgriff zum Auslesen der gefilterten Pilotsymbole nachgeschaltet ist und wobei die Wahl des Abgriffs der gefilterten Pilotsymbole in Abhängigkeit von der Relativgeschwindigkeit des Mobilfunkgeräts erfolgt.
Vorrichtung (10; 21) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, – dass die Tiefpassfiltereinheiten (11, 12, 13, 14) IIR-Filter (16) aufweisen.
Vorrichtung (10; 21) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, – dass die Tiefpassfiltereinheiten (11, 12, 13, 14) feste Filterkoeffizienten aufweisen.
Vorrichtung (10; 21) nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, – dass die Tiefpassfiltereinheiten (11, 12, 13, 14) baugleich sind.
Vorrichtung (10; 21) nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, – dass die Tiefpassfiltereinheiten (11, 12, 13, 14) dieselbe Gruppenlaufzeit aufweisen, welche insbesondere auf ein Symbol normiert ist.
Vorrichtung (10; 21) nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, – dass jede Tiefpassfiltereinheit (11, 12, 13, 14) eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Tiefpassfiltern (16) und einen in den Signalpfad geschalteten Multiplizierer (20) zur Multiplikation mit einem vorgegebenem Faktor aufweist.
Vorrichtung (21) nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 7, gekennzeichnet durch – eine Prädiktoreinheit (22), welche mittels Verbindungen zu einer Mehrzahl von Abgriffen mit einer Mehrzahl von gefilterten Pilotsymbolen speisbar ist und aus den gefilterten Pilotsymbolen einen Schätzwert für ein nachfolgendes Pilotsymbol errechnet.
Vorrichtung (21) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, – dass die Prädiktoreinheit (22) das nachfolgende Pilotsymbol mittels einer polynominalen Extrapolation der abgegriffenen gefilterten Pilotsymbole errechnet, wobei die polynominale Extrapolation insbesondere linear oder quadratisch ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass die Tiefpassfiltervorrichtung ein FIR-Filter mit einstellbaren Koeffizienten aufweist.
Vorrichtung (10; 21) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – dass die Signalübertragung zwischen der Basisstation und dem Mobilfunkgerät auf dem UMTS-Standard basiert.
Kanalschätzer mit einer Berechnungseinheit zur Multiplikation von empfangenen Pilotsymbolen mit komplex konjugierten bekannten Pilotsymbolen und einer Vorrichtung (10; 21) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Berechnungseinheit und die Vorrichtung in Reihe geschaltet sind.
Verfahren zur Aufbereitung von Pilotsymbolen (110) für eine Kanalschätzung, wobei – die Pilotsymbole (110) von einer Basisstation ausgesendet und von einem Mobilfunkgerät empfangen wurden und die Pilotsymbole dem Mobilfunkgerät bekannt sind, und – eine Tiefpassfilterung der empfangenen Pilotsymbole (110) mittels einer Tiefpassfiltervorrichtung (11, 12, 13, 14) durchgeführt wird, wobei die Einstellung der Tiefpassfiltervorrichtung (11, 12, 13, 14) von der Relativgeschwindigkeit des Mobilfunkgeräts gegenüber der Basisstation und insbesondere von dem empfängerseitig vorliegenden Signal-zu-Rausch-Verhältnis abhängt.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, – dass die empfangenen Pilotsymbole (110) eine Reihenschaltung mit einer Mehrzahl von Tiefpassfiltereinheiten (11, 12, 13, 14) durchlaufen, wobei jeder Tiefpassfiltereinheit (11, 12, 13, 14) ein Abgriff zum Auslesen der gefilterten Pilotsymbole nachgeschaltet ist und wobei die Wahl des Ab griffs der gefilterten Pilotsymbole in Abhängigkeit von der Relativgeschwindigkeit des Mobilfunkgeräts erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, – dass die Tiefpassfiltereinheiten (11, 12, 13, 14) IIR-Filter (16) aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, – dass die Tiefpassfiltereinheiten (11, 12, 13, 14) feste Filterkoeffizienten aufweisen.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, – dass die Tiefpassfiltereinheiten (11, 12, 13, 14) baugleich sind.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, – dass die Tiefpassfiltereinheiten (11, 12, 13, 14) dieselbe Gruppenlaufzeit aufweisen, welche insbesondere auf ein Symbol normiert ist.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, – dass jede Tiefpassfiltereinheit (11, 12, 13, 14) eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Tiefpassfiltern (16) und einen in den Signalpfad geschalteten Multiplizierer (20) zur Multiplikation mit einem vorgegebenem Faktor aufweist.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, – dass eine Prädiktoreinheit (22) mittels Verbindungen zu einer Mehrzahl von Abgriffen mit einer Mehrzahl von gefilterten Pilotsymbolen gespeist wird, und – dass die Prädiktoreinheit (22) aus den gefilterten Pilotsymbolen einen Schätzwert für ein nachfolgendes Pilotsymbol errechnet.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, – dass die Prädiktoreinheit (22) das nachfolgende Pilotsymbol mittels einer polynominalen Extrapolation der abgegriffenen gefilterten Pilotsymbole errechnet, wobei die polynominale Extrapolation insbesondere linear oder quadratisch ist.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, – dass die empfangenen Pilotsymbole (110) ein FIR-Filter mit einstellbaren Koeffizienten durchlaufen.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, – dass die Signalübertragung zwischen der Basisstation und dem Mobilfunkgerät auf dem UMTS-Standard basiert.
Verfahren zur Kanalschätzung, bei welchem empfangene Pilotsymbole mit komplex konjugierten bekannten Pilotsymbolen multipliziert werden und ein Verfahren zur Aufbereitung der empfangenen Pilotsymbole nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 23 vor oder nach der Multiplikation durchgeführt wird.