DE10258462A1

DE10258462A1 - Hardware-Unterstützung für die SINR-Berechnung und die Berechnung von Normierungsfaktoren für demodulierte Symbole in UMTS-Mobilstationen

Info

Publication number: DE10258462A1
Application number: DE2002158462
Authority: DE
Inventors: Burkhard Becker; Jürgen NIEDERHOLZ
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2002-12-13
Filing date: 2002-12-13
Publication date: 2004-07-15
Also published as: AU2003292966A1; WO2004056010A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung (1) zur Berechnung eines SINR-Wertes und eines Normierungsfaktors (Norm¶1¶,..., Norm¶4¶) für demodulierte und auf Zellenniveau MRC-kombinierte Symbole in einem Funkempfänger, mit einem ersten Hardware-Modul (9, 10, 11, 12) zur Berechnung von Zwischenergebnissen (S¶c,exp¶(M), N¶c¶(M), N¶D¶(M), S¶pilot,exp¶(M), S¶Data, exp¶ (M), (sigma¶M¶·c·)·2·), einem zweiten Hardware-Modul (13) zur Berechnung des Normierungsfaktors (Norm¶1¶,..., Norm¶4¶) auf der Basis der Zwischenergebnisse und einem Prozessor (4) zur Berechnung des SINR-Wertes auf der Basis der Zwischenergebnisse.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Hardware-Modul, mit welchem die Berechnung von SINR-Werten und Normierungsfaktoren für demodulierte Symbole in UMTS-Mobilstationen unterstützt wird.
In Mobilfunksystemen erfolgt die Signalübertragung von einer Basisstation zu einer Mobilstation (Downlink) sowie von einer Mobilstation zu einer Basisstation (Uplink) über sogenannte physikalische Kanäle. Die physikalischen Kanäle eines Mobilfunksystems sind durch Standardisierung vorgegeben. Jeder physikalische Kanal ist durch eine bestimmte Trägerfrequenz, Vorschriften für die Spreizcodierung und eine bestimmte Datenstruktur gekennzeichnet.
Die im UMTS (Universal Mobile Telecommunications System)-Standard vorgesehenen Kanäle sind in der UMTS-Spezifikation 3GPP TS 25.211 V4.4.0 (2002–03) definiert.
Generell unterscheidet man zwischen gemeinsamen physikalischen Kanälen (Common Pilot Channel; CPICH), über welche für alle Teilnehmer bestimmte Daten übertragen werden, und dedizierten physikalischen Kanälen (Dedicated Physical Channel; DPCH), über welche teilnehmerspezifische Daten gesendet werden.
Über den CPICH-Kanal werden gemeinsame Pilotsymbole übertragen, welche dem Empfänger a priori bekannt sind und welche für Synchronisations- und Messzwecke verwendet werden. Die Datenübertragung über den DPCH-Kanal umfasst sowohl teilnehmerspezifische Nutzdatensymbole als auch dedizierte Pilotsym bole. Die dedizierten Pilotsymbole dienen genauso wie die gemeinsamen Pilotsymbole Synchronisations- und Messzwecken.
Bei der Übertragung zwischen Basis- und Mobilstation werden die Funksignale an diversen Hindernissen im Ausbreitungsweg reflektiert, gestreut bzw. gebeugt, was zur Folge hat, dass am Empfänger mehrere Funksignalversionen auftreten, die zeitlich zueinander verschoben sind.
Nach dem Empfang werden die Signale von einem Rake-Empfänger demoduliert. Aufgrund der Mehrwege-Übertragung müssen für jeden zu demodulierenden physikalischen Kanal die entsprechenden zeitlichen Verzögerungen der Mehrwege-Komponenten bestimmt und einzelnen Fingern des Rake-Empfängers zugeordnet werden. Die Rake-Finger, die zeitlich justierbare Spreizcode-Korrelatoren sind, werden auf die ermittelten Mehrwege-Verzögerungen des empfangenen Signals eingestellt und mit dem jeweiligen Spreizcode des zu demodulierenden physikalischen Kanals betrieben.
Die von den Rake-Fingern gelieferten Symbole werden mit den jeweiligen Kanalkoeffizienten, die aus den übertragenen gemeinsamen Pilotsymbolen ermittelt wurden, gewichtet. Anschließend werden die Symbole, die innerhalb einer Zelle über verschiedene Ausbreitungswege übertragen wurden, miteinander kombiniert. Dies wird als zellenspezifische MRC (Maximum Ratio Combining)-Kombination bezeichnet.
Um Symbole, die innerhalb einer Zelle MRC-kombiniert wurden, über mehrere Zellen kombinieren zu können, ist es notwendig, die Symbole zuvor mit einem zellenspezifischen Normierungsfaktor zu normieren. Der Normierungsfaktor setzt sich zusammen aus einem Skalierungsfaktor und der zellenspezifischen Rauschvarianz.
Der Skalierungsfaktor dient dazu, die zellenspezifische Sendeenergie auf Basis des Datenkanals beim MRC zu berücksichti gen und somit Sendeleistungsunterschiede verschiedener Basisstationen beim MRC über Pfade verschiedener Basisstationen miteinfließen zu lassen. Dazu weist der Skalierungsfaktor zwei Faktoren auf. Der erste Faktor ist durch das Verhältnis aus der empfangenen Amplitude der dedizierten Pilotsymbole zu der empfangenen Amplitude der gemeinsamen Pilotsymbole gegeben und dient zur Normierung der MRC-kombinierten Symbole auf die Energie der dedizierten Pilotsymbole. Der zweite Faktor ist durch das Verhältnis aus der Sendeenergie der über den DPCH-Kanal übertragenen Nutzdatensymbole zu der Sendeenergie der dedizierten Pilotsymbole gegeben und dient zur Normierung auf die Energie der Nutzdatensymbole.
Des Weiteren ist in Mobilfunksystemen das Verhältnis der Nutzleistung zur Störleistung (Signal to Interference and Noise Ratio; SINR) im Empfänger von besonderer Bedeutung, da häufig, wie beispielsweise bei CDMA (Code Division Multiple Access)-Mobilfunksystemen, die Leistungsregelung anhand des SINR-Wertes durchgeführt wird. Für die Berechnung des SINR-Wertes müssen die erwartete Signalleistung und die zellenspezifische Rauschvarianz berechnet werden.
Die Grundlage zur Berechnung des Normierungsfaktors und des SINR-Wertes stellen die über den CPICH-Kanal übertragenen gemeinsamen Pilotsymbole sowie die über den DPCH-Kanal übertragenen dedizierten Pilotsymbole und Nutzdatensymbole dar. Sowohl die Berechnung des Normierungsfaktors als auch die Berechnung des SINR-Wertes wird zellenspezifisch ausgeführt, damit beim Soft-Handover Unterschiede in der Sendeenergie auf Basis des Datenkanals und der Rauschvarianz zellenspezifisch berücksichtigt werden können.
Ferner muss bei den vorstehend genannten Berechnungen der Betriebsmodus der Basisstation berücksichtigt werden. Beispielsweise kann die Basisstation im UMTS-Standard im Normal-Modus, im STTD (Space Time Transmit Diversity)-Modus und im CLTD (Closed Loop Mode Transmit Diversity)-Modus betrieben werden. Im Normal-Modus wird das Funksignal von nur einer Antenne der Basisstation abgestrahlt, während im STTD-Modus für die Abstrahlung des Funksignals zwei Antennen vorgesehen sind. Im CLTD-Modus werden die Funksignale ebenfalls von zwei Antennen ausgesendet, jedoch sind im CLTD-Modus zusätzlich die Phasenbeziehung und gegebenenfalls die Amplituden der von den beiden Antennen ausgesendeten Signale variabel ausgelegt. Dies ermöglicht es, empfängerseitig eine konstruktive Interferenz der von den beiden Antennen ausgehenden Übertragungskanäle einzustellen.
Angesichts der vorstehend genannten Bedingungen ist es verständlich, dass bei der Berechnung der Normierungsfaktoren und der SINR-Werte auf eine größtmögliche Flexibilität geachtet werden muss.
Bisher werden die Normierungsfaktoren und die SINR-Werte mittels eines Digitalsignalprozessors in der Firmware berechnet. Dazu werden die benötigten Daten, wie z.B. gemeinsame und dedizierte Pilotsymbole, Nutzdatensymbole (und Kanalkoeffizienten), von der Hardware an den Digitalsignalprozessor übermittelt. Der Nachteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass ein mit derartigen Aufgaben betrauter Digitalsignalprozessor eine hohe Rechenleistung benötigt, d.h. teuer ist, und außerdem eine für Mobilfunk-Anwendungen hohe Leistungsaufnahme aufweist.
Um Digitalsignalprozessoren mit geringen Rechenleistungen einsetzen zu können, werden bestimmte, immer wiederkehrende Rechenabläufe in Hardware ausgelagert. Dieses auch als "Hardware-Tuning" bezeichnete Konzept ermöglicht eine deutliche Entlastung des Digitalsignalprozessors. Die ausgelagerte, aufgabenspezifische Hardware wird in der Literatur häufig als "periphere dedicated hardware", "hardware support" oder "(dedicated) datapath" bezeichnet. Im Folgenden wird die Bezeichnung "Hardware-Modul" verwendet.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, welche dazu ausgelegt ist, bei der zellenspezifischen Berechnung des SINR-Wertes und bei der Berechnung des Normierungsfaktors für zellenspezifisch MRC-kombinierte Symbole die Rechenbelastung eines in die Schaltungsanordnung integrierten Digitalsignalprozessors zu reduzieren. Ferner soll eine Schaltung angegeben werden, welche eine effiziente Kombination von Symbolen unterschiedlicher Zellen ermöglicht. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine weitere Schaltungsanordnung zu schaffen, mittels welcher sich der Normierungsfaktor für zellenspezifisch MRC-kombinierte Symbole berechnen lässt. Ein entsprechendes Verfahren soll ebenfalls angegeben werden.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1, 17, 18 und 19 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung dient zur Berechnung eines SINR-Wertes und eines Normierungsfaktors für demodulierte und auf Zellenniveau MRC-kombinierte Symbole in einem Funkempfänger. Dabei werden die Berechnungen auf Zellenniveau durchgeführt. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung umfasst ein erstes Hardware-Modul, ein zweites Hardware-Modul und einen Prozessor. Mittels des ersten Hardware-Moduls werden Zwischenergebnisse berechnet, welche von dem zweiten Hardware-Modul zur Berechnung des Normierungsfaktors und von dem Prozessor zur Berechnung des SINR-Wertes verwendet werden.
Durch die Berechnung der Zwischenergebnisse in dem ersten Hardware-Modul und die Berechnung des Normierungsfaktors in dem zweiten Hardware-Modul wird der Prozessor um diese Berechnungen entlastet. Von dem Prozessor muss lediglich anhand der Zwischenergebnisse die eigentliche SINR-Berechnung durchgeführt werden. Zudem entsteht keine Bearbeitungsschleife ü ber die Rake-Finger-Hardware, den Prozessor und die MRC-Hardware.
Vorzugsweise wird der Normierungsfaktor aus einem Skalierungsfaktor, mittels welchem die zellenspezifische Sendeenergie auf Basis des Datenkanals berücksichtigt wird, und aus einer zellenspezifischen Rauschvarianz berechnet.
Des Weiteren werden in die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung als Eingangswerte vorzugsweise von dem Funkempfänger empfangene gemeinsame Pilotsymbole, dedizierte Pilotsymbole und Nutzdatensymbole eingegeben.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Schaltungsanordnung einen ersten Kanalschätzer zur Berechnung von Kanalkoeffizienten anhand der gemeinsamen Pilotsymbole und einen zweiten Kanalschätzer zur Berechnung von Kanalkoeffizienten anhand der dedizierten Pilotsymbole auf.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das erste Hardware-Modul einen ersten Hardware-Datenpfad und einen zweiten Hardware-Datenpfad enthält. Ferner weisen der erste Hardware-Datenpfad und/oder der zweite Hardware-Datenpfad zumindest einen selektiv adressierbaren und/oder selektiv auswertbaren und/oder selektiv aktivierbaren bzw. deaktivierbaren Hardware-Abschnitt auf.
Durch die vorstehend beschriebene Ausgestaltung der Erfindung wird eine Programmierbarkeit des ersten Hardware-Moduls geschaffen, welche es ermöglicht, je nach Erfordernis nur diejenigen Abschnitte auszuwählen und/oder zu aktivieren, welche für die Berechnung der zu diesem Zeitpunkt relevanten Zwischenergebnisse ausgelegt sind. Durch die Deaktivierung der übrigen Hardware-Abschnitte kann die Leistungsaufnahme der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung reduziert werden.
Vorteilhafterweise sind in dem ersten Hardware-Datenpfad mindestens ein komplexer Multiplizierer, ein komplexer Subtrahierer, ein komplexer Quadrierer und ein Akkumulator hintereinander angeordnet. Zumindest eines der genannten Bauelemente des ersten Hardware-Datenpfads ist insbesondere selektiv adressierbar und/oder selektiv aktivierbar bzw. deaktivierbar.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des zweiten Hardware-Datenpfads sieht vor, dass dieser mindestens einen komplexen Quadrierer und mindestens einen dem mindestens einen komplexen Quadrierer nachgeschalteten Akkumulator aufweist.
Sofern in dem zweiten Hardware-Datenpfad eine Mehrzahl von komplexen Quadrierern und Akkumulatoren angeordnet sind, kann den Akkumulatoren vorzugsweise ein Addierer nachgeschaltet sein.
Ferner ist eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des ersten Hardware-Moduls dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Hardware-Datenpfad fünf hintereinander angeordnete Stufen aufweist.
Die erste Stufe enthält mindestens einen komplexen Multiplizierer und mindestens einen nachgeschalteten Akkumulator. Die zweite Stufe umfasst einen komplexen Addierer. Die dritte Stufe weist einen komplexen Multiplizierer und einen dem komplexen Multiplizierer nachgeschalteten Akkumulator auf. Die vierte Stufe enthält mindestens einen komplexen Quadrierer und mindestens einen dem mindestens einen komplexen Quadrierer nachgeschalteten Akkumulator. Die fünfte Stufe beinhaltet einen Addierer. Zumindest eine der fünf Stufen und zumindest ein Bauelement der fünf Stufen ist insbesondere selektiv adressierbar und/oder selektiv aktivierbar bzw. deaktivierbar ausgelegt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das erste Hardware-Modul mindestens eine Skalierungseinheit zur Skalierung von Zwischenergebnissen auf.
Das zweite Hardware-Modul umfasst vorzugsweise eine Divisionseinheit, einen Radizierer und insbesondere einen Zwischenspeicher.
Dabei kann die Divisionseinheit vorteilhafterweise durch eine Shift-und-Add-Stufe mit einer ROM-Tabelle gekennzeichnet sein. Die Shift-und-Add-Stufe ermöglicht eine aufwandsgünstige und näherungsweise Berechnung von Divisionen.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Berechnungsgleichung für den SINR-Wert und/oder die Berechnungsgleichung für den Normierungsfaktor in Abhängigkeit von der Anzahl der zur Verfügung stehenden dedizierten Pilotsymbolen und/oder von einer vorgegebenen Genauigkeit der Berechnung gewählt wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des ersten Hardware-Moduls kennzeichnet sich dadurch, dass Zwischenergebnisse für unterschiedliche Betriebsmodi berechnet werden können. Damit wird den Flexibilitätserfordernissen bei den Berechnungen des SINR-Wertes und des Normierungsfaktors bereits durch die Auslegung des ersten Hardware-Moduls Rechnung getragen.
Beispielsweise können die Betriebsmodi einen Normal-Modus ohne Antennendiversität und mindestens einen Mehrantennen-Diversitätsmodus umfassen.
Die Betriebsmodi können bei einem Betrieb der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gemäß dem UMTS-Standard der Normal-Modus, der STTD-Modus und der CLTD-Modus sein.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung, die zur Kombination von demodulierten Symbolen in einem Funkempfänger ausgelegt ist. Diese Schaltung enthält eine erste Hardware-Kombinierungseinheit, eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, eine Hardware-Normierungseinheit und eine zweite Hardware-Kombinierungseinheit.
Mittels der ersten Hardware-Kombinierungseinheit werden demodulierte Symbolen auf Zellenniveau MRC-kombiniert. Die Hardware-Normierungseinheit normiert die auf Zellenniveau MRCkombinierten Symbole mittels des von der Schaltungsanordnung berechneten Normierungsfaktors. Anschließend kann die zweite Hardware-Kombinierungseinheit die auf Zellenniveau MRCkombinierten und normierten Symbole unterschiedlicher Zellen kombinieren.
Die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Schaltung weist den Vorteil auf, dass die Berechnung des Normierungsfaktors, die Normierung der zellenspezifisch MRC-kombinierten Symbole und die zellenübergreifende Kombination der Symbole in der Hardware vorgenommen werden. Es treten folglich keine Hardware-Firmware-Hardware-Schleifen auf.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Berechnung eines Normierungsfaktors Norm für demodulierte und auf Zellenniveau MRC-kombinierte Symbole in einem Funkempfänger. Dabei wird die Berechnung auf Zellenniveau durchgeführt. Die Berechnung kann wahlweise anhand der Gleichung
oder der Gleichung
oder der Gleichung
oder der Gleichung
vorgenommen werden. In den vorstehend aufgeführten Gleichungen bezeichnen S _C,exp(M) eine berechnete erwartete Signalleistung, p_off einen Normierungsfaktor, (σ_M ^C)² eine zellenspezifische Rauschvarianz, die aus gemeinsamen Pilotsymbolen abgeleitet ist, und (σ_M ^D)² eine zellenspezifische Rauschvarianz, die aus dedizierten Pilotsymbolen abgeleitet ist. Die Terme N _C(M) und N _D(M) werden anhand von gemeinsamen bzw. dedizierten Pilotsymbolen und den daraus hervorgegangenen Kanalparametern berechnet. Der Term S _Data,exp(M) wird anhand von empfangenen Nutzdatensymbolen berechnet. Die Auswahl der Gleichung zur Berechnung des Normierungsfaktors Norm kann beispielsweise anhand der zur Verfügung stehenden übermittelten dedizierten Pilotsymbole und/oder der benötigten Berechnungsgenauigkeit erfolgen. Dies hat den Vorteil, dass anhand der jeweiligen Gegebenheiten die günstigste Berechnungsgleichung ausgewählt werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
1 ein schematisches Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung;
2 schematische Schaltbilder von Hardware-Architekturen als Ausführungsbeispiele für die Datenpfade 9 und 10; und
3 ein schematisches Schaltbild einer Hardware-Architektur als Ausführungsbeispiel für die Berechnungseinheit 13.
In 1 ist eine Schaltungsanordnung 1 als Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Schaltungsanordnung 1 ist in eine Mobilstation integriert, welche von einer Basisstation ausgesendete Funksignale empfängt. Die Datenübertragung zwischen der Basis- und der Mobilstation basiert auf dem UMTS-Standard.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Basisstation im Normal-Modus, im STTD-Modus oder im CLTD-Modus betrieben werden. Die Schaltungsanordnung 1 ist für die Verarbeitung von Symbolen, die von der Basisstation in einem der drei Betriebsmodi ausgesendet wurden, ausgelegt. Bei der nachfolgenden Beschreibung der Arbeitsweise der Schaltungsanordnung 1 wird stets zunächst auf die Arbeitsweise der Schaltungsanordnung 1 im Normal-Modus eingegangen. Daran anschließend wird die Arbeitsweise der Schaltungsanordnung 1 in den STTD- und CLTD-Modi beschrieben.
Die Berechnungen, die im Folgenden bezüglich der Schaltungsanordnung 1 beschrieben werden, beziehen sich auf eine Zelle, d.h. auf die Symbole, die von einer Basisstation ausgesendet wurden.
Die Schaltungsanordnung 1 umfasst eine Einheit 2 zur Berechnung von Kanalkoeffizienten, eine Einheit 3, mittels welcher Normierungsfaktoren und Zwischenergebnisse für die Berechnung von SINR-Werten berechnet werden, sowie einen Digitalsignalprozessor 4.
Die Einheit 2 umfasst Kanalschätzer 5 und 6 sowie Zwischenspeicher 7 und 8.
Der Kanalschätzer 5 dient zur Berechnung von Kanalkoeffizienten h C / m(i) für die betrachteten Übertragungspfade m (m = 1, 2,..., M) des CPICH-Kanals innerhalb der betrachteten Zelle. Die Kanalkoeffizienten h C / m(i) werden anhand von empfangenen gemeinsamen Pilotsymbolen y_m,i des CPICH-Kanals berechnet.
Dabei gibt der Index i (i = 1, 2,..., 10) die Position des gemeinsamen Pilotsymbols y_m,i innerhalb des Zeitschlitzes an. Die Berechnung der Kanalkoeffizienten h C / m(i) erfolgt mittels bekannter Hardware-Schaltungsanordnungen. Die von dem Kanalschätzer 5 errechneten Kanalkoeffizienten h C / m(i) werden in dem Zwischenspeicher 7 abgelegt. Dadurch wird es nachgeschalteten Einheiten ermöglicht, auf die berechneten Kanalkoeffizienten h C / m(i) zuzugreifen.
Im STTD- und im CLTD-Modus ist zu berücksichtigen, dass die Signale von der Basisstation mittels zweier Antennen ausgesendet werden. Folglich müssen in diesen Fällen Kanalkoeffizienten h C / j,m(i) (j = 1, 2) für den CPICH-Kanal berechnet werden.
Der Kanalschätzer 6 dient zur Berechnung von Kanalkoeffizienten h D / m für die betrachteten Übertragungspfade m (m = 1, 2,..., M) des DPCH-Kanals innerhalb der betrachteten Zelle. Diese Berechnungen werden anhand von empfangenen dedizierten Pilotsymbolen x Pilot / m,k des DPCH-Kanals durchgeführt. Der Index k (k = 1, 2,..., K) gibt die Position des dedizierten Pilotsymbols x Pilot / m,k innerhalb des Zeitschlitzes an. Zur Berechnung der Kanalkoeffizienten h D / m liegen dem Kanalschätzer 6 des Weiteren die bekannten Pilotsymbole p D / k vor, wie sie von der Basisstation ausgesendet wurden.
Vorliegend werden die Kanalkoeffizienten h D / m für den Normal-Modus in der Hardware des Kanalschätzers 6 anhand folgender Gleichungen berechnet.
Der Index r bzw. i bezeichnet den Real- bzw. Imaginärteil der betreffenden Kanalkoeffizienten bzw. Pilotsymbole.
Bei einem Betrieb der Basisstation im STTD- oder im CLTD-Modus müssen die unterschiedlichen Übertragungspfade der zwei Sendeantennen berücksichtigt werden. Für die Kanalkoeffizienten h D / 1,m der Übertragungspfade, die von der Sendeantenne 1 ausgehen, gilt:
Für die Kanalkoeffizienten h D / 2,m der Übertragungspfade, die von der Sendeantenne 2 ausgehen, gilt:
Die in dem Kanalschätzer 6 berechneten Kanalkoeffizienten h D / m bzw. h D / j,m (j = 1, 2) werden in dem Zwischenspeicher 8 abgelegt.
Die Einheit 3 umfasst Datenpfade 9 und 10, Skalierungseinheiten 11 und 12, eine Berechnungseinheit 13 sowie Zwischenspeicher 14 und 15.
Der Datenpfad 9 wird mit den gemeinsamen Pilotsymbolen y_m,i den Kanalkoeffizienten h C / m(i) bzw. h C / j,m(i) des CPICH-Kanals und den Kanalkoeffizienten h D / m bzw. h D / j,m des DPCH-Kanals gespeist. In dem Datenpfad 9 werden eine erwartete Signalleistung S_C, _exp(M) sowie Normierungskomponenten N_C(M) und N_D(M) berechnet. Für den Normal-Modus gilt:
In Gleichung (7) bezeichnet der mit einem Stern gekennzeichnete Kanalkoeffizient
das komplex Konjugierte des Kanalkoeffizienten h C / m(i). In entsprechender Weise sind im Folgenden komplex konjugierte Größen durch einen Stern gekennzeichnet.
In den Gleichungen (7) und (8) gibt der Parameter L die Anzahl der Kanalkoeffizienten h C / m(i) an, die für die jeweilige Summenbildung herangezogen werden. Eine Voraussetzung für die Festlegung des Parameters L ist, dass die zu den die Summe bildenden Kanalkoeffizienten h C / m(i) gehörenden gemeinsamen Pilotsymbole y_m,i sich alle innerhalb eines DPCH-Zeitschlitzes befinden. Eine weitere Voraussetzung im STTD- oder CLTD-Modus ist, dass genauso viele gemeinsame Pilotsymbole A wie -A verwendet werden. Bevorzugterweise gilt L = 8 (als Maximalzahl L = 10), sodass im STTD- oder CLTD-Modus 4 gemeinsame Pilotsymbole A und 4 gemeinsame Pilotsymbole -A verwendet werden.
Im STTD-Modus berechnen sich die erwartete Signalleistung S_C,exp(M) sowie die Normierungskomponenten N_C(M) und N_D(M) gemäß nachfolgenden Gleichungen.
Im CLTD-Modus müssen Antennengewichte W₁ und W₂ berücksichtigt werden. Mit den Antennengewichten W₁ und W₂ werden die dedizierten Signale, die von den zwei Antennen abgestrahlt werden sollen, beaufschlagt. Hingegen werden die gemeinsamen Pilotsymbole nicht mit den Antennengewichten W₁ und W₂ beaufschlagt. Durch die Multiplikation der auszusendenden dedizierten Signale mit den Antennengewichte W₁ und W₂ findet eine Bewertung der beiden Diversitätskomponenten statt. Die Wahl der Antennengewichte W₁ und W₂ hat dabei zum Ziel, unter Berücksichtigung der im UMTS-Standard vorgegebenen Gewichtsquantisierung die von der Mobilstation empfangene Energie pro Zeitschlitz zu maximieren. Die Antennengewichte W₁ und W₂ müssen anhand der Kanalkoeffizienten auf Basis der gemeinsamen Pilotsymbole in der Mobilstation geschätzt werden. Die Schätzung erfolgt vorzugsweise in dem Digitalsignalprozessor 4. Für die erwartete Signalleistung S_C,exp(M) sowie für die Normierungskomponenten N_C(M) und N_D(M) ergeben sich dadurch im CLTD-Modus folgende Gleichungen.
Bei den Gleichungen (13) und (15) ist zu beachten, dass h D / m = h D / 1,m + h D / 2,m gilt.
Nach ihrer Berechnung werden die erwartete Signalleistung S_C,exp(M) sowie die Normierungskomponenten N_C(M) und N_D(M) in der Skalierungseinheit 11 skaliert, woraus sich eine skalierte erwartete Signalleistung S _C,exp(M) sowie skalierte Normierungskomponenten NN _C(M) und NN _D(M) gemäß folgender Gleichungen ergeben.
Die skalierte erwartete Signalleistung S _C,exp(M) sowie die skalierten Normierungskomponenten NN _C(M) und NN _D(M) werden in dem Zwischenspeicher 14 zwischengespeichert und an die Berechnungseinheit 13 weitergeleitet.
Der Datenpfad 10 wird mit den gemeinsamen Pilotsymbolen y_m,i den dedizierten Pilotsymbolen x Pilot / m,k, über den DPCH-Kanal übertragenen Nutzdatensymbolen x Data / mk und den Kanalkoeffizienten h C / m(i) bzw. h C / j,m(i) des CPICH-Kanals gespeist.
In dem Datenpfad 10 werden Summationswerte S_Pilot,exp(M) und S_Data,exp(M) berechnet, die aus einer Summation der dedizierten Pilotsymbole x Pilot / m,k bzw. der Nutzdatensymbole x Data / m,k über einen Zeitschlitz und über alle betrachteten Übertragungspfade innerhalb der betrachteten Zelle hervorgehen. Dabei wird vor der Summation das Betragsquadrat der Summanden gebildet.
In Gleichung (20) bezeichnet K_Data1 bzw. K_Data2 die Anzahl der Nutzdatensymbole x Data / m,k in dem ersten bzw. dem zweiten Nutzdatensymbol-Abschnitt des DPCH-Zeitschlitzes.
Aus den Summationswerten S_Pilot,exp(M) und S_Data,e _xp(M) werden in der Skalierungseinheit 12 skalierte Summationswerte S _Pilot,exp(M) und S _Dat _a _,exp(M) gemäß folgender Gleichungen berechnet.
Des Weiteren wird in dem Datenpfad 10 eine Integrationskomponente ω 2 / M für die spätere Berechnung der Rauschvarianz
berechnet. Im Normal-Modus gilt für die Integrationskomponente ω 2 / M :
In den STTD- und CLTD-Modi berechnet sich die Integrationskomponente ω 2 / M nach folgender Gleichung:
Aus der Integrationskomponente ω 2 / M lässt sich die zellenspezifische Rauschvarianz
für den Datenkanal gemäß nachfolgender Gleichung berechnen, wobei SF_C bzw. SF_D für den Spreizfaktor im CPICH- bzw. DPCH-Kanal steht.
Die Rauschvarianz
wird aus der Integrationskomponente ω 2 / M abgeleitet und in der Skalierungseinheit 12 skaliert.
Von der Skalierungseinheit 12 werden die skalierten Summationswerte S _Pilot,exp(M) und S _Data,exp(M) sowie die Rauschvarianz
sowohl an die Berechnungseinheit 13 als auch an den Zwischenspeicher 15 weitergeleitet.
Die Berechnung von SINR-Werten erfolgt in der Firmware mittels des Digitalsignalprozessors 4. Dazu werden die skalierte erwartete Signalleistung S _C,exp(M) sowie die skalierten Normierungskomponenten NN _C(M) und N _D(M) aus dem Zwischenspeicher 14 über einen gemeinsamen Datenpuffer 16 an den Digitalsignalprozessor 4 transferiert. Ferner werden die skalierten Summa tionswerte S _Pilot,exp(M) und S _Dat _a,exp(M) sowie die Rauschvarianz
aus dem Zwischenspeicher 15 über den gemeinsamen Datenpuffer 16 an den Digitalsignalprozessor 4 übermittelt.
Für die Berechnung eines SINR-Wertes stehen in dem Digitalsignalprozessor 4 verschiedene Gleichungen zur Verfügung. Grundsätzlich muss bei der Auswahl der jeweiligen Gleichung die Anzahl der zur Verfügung stehenden dedizierten Pilotsymbole x Pilot / m,k innerhalb des betrachteten Zeitschlitzes des DPCH-Kanals beachtet werden. Stehen viele dedizierte Pilotsymbole x Pilot / m,k innerhalb des Zeitschlitzes zur Verfügung, so wird ein SINR-Wert SINR₁ unter Verwendung der Kanalkoeffizienten h C / m(i) bzw. h C / j,m(i) und h D / m bzw. h D / j,m nach folgender Gleichung berechnet:
Sofern nur wenige dedizierte Pilotsymbole x P ilot / m,k innerhalb des betrachteten Zeitschlitzes des DPCH-Kanals zur Verfügung stehen, wird ein SINR-Wert SINR₂ anhand der Nutzdatensymbole x Data / m,k berechnet
Gleichungen (26) und (27) stellen die bevorzugten Berechnungsgleichungen für die SINR-Werte unter den jeweiligen Bedingungen dar.
Falls eine geringe Genauigkeit bei der Berechnung des SINR-Wertes ausreichend ist, kann der Rechenaufwand reduziert werden, indem ein SINR-Wert gemäß einer der beiden nachfolgenden Gleichungen berechnet wird.
Die Rauschvarianz
in Gleichung (29) lässt sich folgendermaßen in der Firmware berechnen:
Die Integrationskomponente υ 2 / M ist durch folgende Gleichung definiert:
Normierungsfaktoren für Symbole, die zellenspezifisch MRC-kombiniert wurden, werden in der Berechnungseinheit 13 berechnet.
Für die Berechnung der Normierungsfaktoren stehen verschiedene Gleichungen zur Verfügung. Hierbei muss wie bei der Berechnung der SINR-Werte die Anzahl der zur Verfügung stehenden dedizierten Pilotsymbole x Pilot / m,k innerhalb des betrachteten Zeitschlitzes des DPCH-Kanals beachtet werden. Stehen viele dedizierte Pilotsymbole x Pilot / m,k innerhalb des Zeitschlitzes zur Verfügung, so wird ein Normierungsfaktor Norm₁ unter Verwendung der Kanalkoeffizienten h C / m(i) bzw. h C / j,m(i) und h D / m bzw. h D / j,m nach folgender Gleichung berechnet:
Nach der MRC-Kombination befinden sich die Symbole aufgrund der Gewichtung mit den Kanalkoeffizienten h C / m(i) bzw. h C / j,m(i) auf dem Energieniveau der gemeinsamen Pilotsymbole y_m,i. Durch die Einbeziehung der erwarteten Signalleistung S _C,exp(M) in den Normierungsfaktor Norm₁ werden die MRC-kombinierten Symbole auf die Energie der dedizierten Pilotsymbole x Pilot / m,k normiert. Zur Normierung auf die Energie der Nutzdatensymbole x Data / m,k ist der Faktor p_off in Gleichung (32) vorgesehen. Der Faktor p_off errechnet sich anhand des Offsets Pilot_offset welcher die Differenz zwischen dem Energieniveau der dedizierten Pilotsymbole x Pilot / m,k und dem Energieniveau der Nutzdatensymbole x Data / m,k angibt
Falls nur wenige dedizierte Pilotsymbole x Pilot / m,k innerhalb des betrachteten Zeitschlitzes des DPCH-Kanals zur Verfügung stehen, wird ein Normierungsfaktor Norme anhand der Nutzdatensymbole x Data / m,k berechnet
Die Einbeziehung des Summationswertes S _Data, _exp(M) in den Normierungsfaktor Norm₂ bewirkt eine Normierung der MRC-kombinierten Symbole auf die Energie der Nutzdatensymbole x Data / m,k
Die Gleichungen (32) und (34) stellen die bevorzugten Berechnungsgleichungen für die Normierungsfaktoren Norm₁ bzw. Norm₂ unter den jeweiligen Bedingungen dar.
Sofern eine geringe Genauigkeit bei der Berechnung des Normierungsfaktors ausreichend ist, kann der Rechenaufwand redu ziert werden und der Normierungsfaktor gemäß einer der beiden nachfolgenden Gleichungen berechnet werden.
Mit dem von der Berechnungseinheit 13 berechneten Normierungsfaktor Norm₁, Norm₂, Norm₃ oder Norm₄ wird eine Normierungseinheit 18 gespeist. Die Normierungseinheit 18 erhält ferner von einer Berechnungseinheit 17 Symbole, die innerhalb einer Zelle MRC-kombiniert wurden. Die MRC-kombinierten Symbole werden in der Normierungseinheit 18 mit dem Normierungsfaktor Norm₁, Norm₂, Norm₃ oder Norm₄ multipliziert.
Nach der Normierung in der Normierungseinheit 18 werden die zellenspezifisch MRC-kombinierten und normierten Symbole in einer der Normierungseinheit 18 nachgeschalteten Berechnungseinheit 19 über mehrere Zellen kombiniert. Die derart kombinierten Symbole werden von der Berechnungseinheit 19 an den Digitalsignalprozessor 4 zur weiteren Verarbeitung weitergeleitet.
In 2 sind schematische Schaltbilder von Hardware-Architekturen als Ausführungsbeispiele für die Datenpfade 9 und 10 dargestellt.
Der Datenpfad 10 weist Eingänge IN1, IN2, IN3 und IN4, Ausgänge OUT1, OUT2 und OUT3 sowie Steuereingänge CONTROL1 und CONTROL2 auf. Als Bauelemente umfasst der Datenpfad 10 Einheiten INV/SH/ADD1 und INV/SH/ADD2, einen komplexen Subtrahierer CSUB1, einen Multiplexer MUX1, einen komplexe Quadrierer CSQR1, einen Akkumulator ACCU1 und einen Demultiplexer DEMUX1.
Der Eingang der Einheit INV/SH/ADD1 bzw. INV/SH/ADD2 ist der Eingang IN3 bzw. IN4. Der Steuereingang der Einheit INV/SH/ADD1 bzw. INV/SH/ADD2 ist der Steuereingang CONTROL1 bzw. CONTROL2. Der komplexe Subtrahierer CSUB1 ist eingangsseitig mit dem Eingang IN2 und den Ausgängen der Einheiten INV/SH/ADD1 und INV/SH/ADD2 verbunden. Der Ausgang des komplexen Multiplizierers CSUB1 ist der Ausgang OUT1. Der Multiplexer MUX1 ist eingangsseitig mit dem Eingang IN1 und dem Ausgang des komplexen Subtrahierers CSUB1 verbunden. Hinter den Multiplexer MUX1 sind der komplexe Quadrierer CSQR1, der Akkumulator ACCU1 und der Demultiplexer DEMUX1 in Reihe geschaltet. Die Ausgänge des Demultiplexers DEMUX1 sind die Ausgänge OUT2 und OUT3.
Der Datenpfad 10 umfasst eine Pipeline-Stufe. Dies bedeutet, dass Eingangswerte von dem Datenpfad 10 stets innerhalb eines Taktzyklus verarbeitet werden.
In dem Datenpfad 10 werden der Summationswert S_Pilot,exp(M) gemäß Gleichung (19), der Summationswert S_Data,exp(M) gemäß Gleichung (20) sowie die Integrationskomponente ω 2 / M gemäß Gleichung (23) bzw. (24) berechnet. Dabei wird in einem Taktzyklus der Beitrag berechnet, den ein Rake-Finger, d.h. ein Übertragungspfad m, zu einer der vorstehend genannten Größen bei Vorliegen eines neuen Nutzdatensymbols, dedizierten Pilotsymbols oder eines gemeinsamen Pilotsymbols beiträgt.
Für die Berechnung des Summationswertes S_Pilot,exp(M) bzw. S_Dat _a, _exp(M) werden in den Eingang IN1 die dedizierten Pilotsymbole x Pilot / m,k bzw. die Nutzdatensymbole x Data / m,k eingegeben. In dem komplexen Quadrierer CSQR1 wird aus dem dedizierten Pilotsymbol x Pilot / m,k bzw. dem Nutzdatensymbol x Data / m,k jeweils das Betragsquadrat gebildet. Dabei führt der komplexe Quadrierer CSQR1 bei einem komplexen Eingangswert a + jb die Operation (a + jb)(a – jb) aus. Die Betragsquadrate werden in dem Akkumulator ACCU1 aufsummiert.
Die Integrationskomponente ω 2 / M wird in dem Datenpfad 10 berechnet, indem in den Eingang IN2 die gemeinsamen Pilotsymbole y_m,i, in den Eingang IN3 die Kanalkoeffizienten h C / m(i) bzw. h C / 1,m(i) und in den Eingang IN4 die Kanalkoeffizienten h C / 2,m(i) eingegeben werden. Der Steuereingang CONTROL1 wird mit den bekannten Pilotsymbolen p C / i bzw. p C / 1,i gespeist. Der Steuereingang CONTROL2 wird mit den bekannten Pilotsymbolen p C / 2,i gespeist.
Die Einheiten INV/SH/ADD1 und INV/SH/ADD2 führen Multiplikationen der _Kanalkoeffizienten h C / m(i) , h C / 1,m(i) und h C / 2,m(i) mit den bekannten Pilotsymbolen p C / i, P C / 1,i und p C / 2,i durch. Da die bekannten Pilotsymbole p C / i , P C / 1,i und p C / 2,i nur die Werte 1 + j und – 1 – j annehmen können, müssen in den Einheiten INV/SH/ADD1 und INV/SH/ADD2 keine echten Multiplikationen ausgeführt werden. Vielmehr genügt es, Vorzeicheninvertierungen und Additionen vorzunehmen. Des Weiteren können die Einheiten INV/SH/ADD1 und INV/SH/ADD2 auch Shift-Operationen durchführen.
Der komplexe Subtrahierer CSUB1 und der komplexe Quadrierer CSQR1 führen die Subtraktionen und die Bildung der Betragsquadrate gemäß Gleichung (23) bzw. (24) durch. Der Akkumulator ACCU1 summiert die Betragsquadrate auf.
Für die Abarbeitung der vorstehend beschriebenen Aufgaben des Datenpfads 10 muss der Multiplexer MUX1 jeweils so angesteuert werden, dass von ihm die jeweils benötigten Werte durchgelassen werden.
Der Datenpfad 9 weist Eingänge IN5 bis IN14 und Ausgänge OUT4 bis OUT10 auf. Als Bauelemente enthält der Datenpfad 9 komplexe Multiplizierer CMULT1, CMULT2 und CMULT3, komplexe Quadrierer CSQR2 und CSQR3, Multiplexer MUX4 und MUX5, komplexe Akkumulatoren ACCUC2, ACCUC3 und ACCUC4, Akkumulatoren ACCU5 und ACCU6, einen komplexen Addierer CADD1 und einen reellen Addierer ADD1.
Der komplexe Multiplizierer CMULT1 und der komplexe Akkumulator ACCUC2 sind in der angegebenen Reihenfolge hintereinander angeordnet. Die Eingänge dieser Reihenschaltung stellen die Eingänge IN5 und IN6 dar. Der Ausgang der Reihenschaltung ist der Ausgang OUT4.
In entsprechender Weise sind der komplexe Multiplizierer CMULT2 und der komplexe Akkumulator ACCUC3 hintereinander geschaltet. Die Eingänge dieser Reihenschaltung sind die Eingänge IN7 und IN8. Ihr Ausgang ist der Ausgang OUT5.
Die Ausgänge der komplexen Akkumulatoren ACCUC2 und ACCUC3 sind mit den Eingängen des komplexen Addierers CADD1 verbunden. Der Ausgang des komplexen Addierers CADD1 ist der Ausgang OUT6.
Die Eingänge des komplexen Multiplizierers CMULT3 sind die Eingänge IN9 und IN10. Der Eingang IN10 ist mit dem Ausgang des komplexen Addierers CADD1 verbunden. Hinter den komplexen Multiplizierer CMULT3 ist der komplexe Akkumulator ACCUC4 geschaltet. Der Ausgang des komplexen Akkumulators ACCUC4 ist der Ausgang OUT7.
Der Multiplexer MUX4, der komplexe Quadrierer CSQR2 und der Akkumulator ACCU5 sind in der angegebenen Reihenfolge hintereinander geschaltet. Eingangsseitig ist der Multiplexer MUX4 mit dem Eingang IN13, mit den Ausgängen der komplexen Akkumulatoren ACCUC2 und ACCUC4 sowie mit dem Ausgang des komplexen Addierers CADD1 verbunden. Der Eingang des komplexen Quadrierers CSQR2 ist der Eingang IN11. Der Ausgang des. Akkumulators ACCU5 ist der Ausgang OUT8.
Der Multiplexer MUX5, der komplexe Quadrierer CSQR3 und der Akkumulator ACCU6 sind in der angegebenen Reihenfolge hintereinander geschaltet. Eingangsseitig ist der Multiplexer MUX5 mit dem Eingang IN14, mit den Ausgängen der komplexen Akkumu latoren ACCUC3 und ACCUC4 sowie mit dem Ausgang des komplexen Addierers CADD1 verbunden. Der Eingang des komplexen Quadrierers CSQR2 ist der Eingang IN12. Der Ausgang des Akkumulators ACCU6 ist der Ausgang OUT10.
Der reelle Addierer ADD1 weist eingangsseitig Verbindungen zu den Ausgängen der Akkumulatoren ACCU5 und ACCU6 auf. Der Ausgang des reellen Addierers ADD1 ist der Ausgang OUT9.
Der Datenpfad 9 umfasst insgesamt drei Pipeline-Stufen. Im Mittelpunkt der ersten Pipeline-Stufe stehen die komplexen Multiplizierer CMULT1 und CMULT2. Die zweite Pipeline-Stufe enthält den komplexen Multiplizierer CMULT3, und die dritte Pipeline-Stufe ist durch die komplexen Quadrierer CSQR2 und CSQR3 charakterisiert. Die Verarbeitungsdauer eines Eingangswert beträgt pro Pipeline-Stufe einen Taktzyklus.
In dem Datenpfad 9 werden die erwartete Signalleistung S_C,exp(M) gemäß Gleichung (7), (10) oder (13), die Normierungskomponente N_C(M) gemäß Gleichung (8), (11) oder (14) und die Normierungskomponente N_D(M) gemäß Gleichung (9), (12) oder (15) berechnet. Dabei wird in einem Taktzyklus der Beitrag berechnet, den ein Übertragungspfad m zu einer der vorstehend genannten Größen bei Vorliegen eines neuen dedizierten Pilotsymbols oder gemeinsamen Pilotsymbols beiträgt.
Im Normal-Modus erfolgt die Berechnung der erwarteten Signalleistung S_C,exp(M) gemäß Gleichung (7), indem in den Eingang IN5 die konjugiert komplexen Kanalkoeffizienten
und in den Eingang IN6 die Kanalkoeffizienten h D / m eingespeist werden. Der komplexe Multiplizierer CMULT1 führt die benötigten Multiplikationen durch. In dem weiteren Verarbeitungsweg wird der komplexe Akkumulator ACCUC2 umgangen und in dem komplexen Quadrierer CSQR2 werden die Betragsquadrate gebildet, welche in dem Akkumulator ACCU5 aufsummiert werden.
Im STTD-Modus werden für die Berechnung der erwarteten Signalleistung S_C, _exp(M) gemäß Gleichung (10) der Eingang IN5 mit den konjugiert komplexen Kanalkoeffizienten
der Eingang IN6 mit den Kanalkoeffizienten h D / 1,m, der Eingang IN7 mit den konjugiert komplexen Kanalkoeffizienten
und der Eingang IN8 mit den Kanalkoeffizienten h D / 2,m gespeist. Anschließend durchlaufen diese Eingangswerte den komplexen Multiplizierer CMULT1 bzw. CMULT2. Die komplexen Akkumulatoren ACCUC2 und ACCUC3 werden umgangen und in dem komplexen Addierer CADD1 werden Summen gebildet. Aus diesen Summen bildet der komplexe Quadrierer CSQR2 jeweils das Betragsquadrat. Die sich daraus ergebenden Betragsquadrate werden in dem Akkumulator ACCU5 aufsummiert.
Im CLTD-Modus erfolgt die Berechnung der erwarteten Signalleistung S_C,exp(M) gemäß Gleichung (13), indem in den Eingang IN5 die konjugiert komplexen Kanalkoeffizienten
in den Eingang IN6 die Antennengewichte W₁, in den Eingang IN7 die konjugiert komplexen Kanalkoeffizienten
und in den Eingang IN8 die Antennengewichte W₂ eingespeist werden. Ferner werden in den Eingang IN9 die Kanalkoeffizienten h D / m eingegeben. In den komplexen Multiplizierern CMULT1 und CMULT2 werden die jeweiligen Produkte gebildet. Anschließend werden unter Umgehung der komplexen Akkumulatoren ACCUC2, ACCUC3 und ACCUC4 der komplexe Addierer CADD1, der komplexe Multiplizierer CMULT3 und der komplexe Quadrierer CSQR3 durchlaufen. Die sich daraus ergebenden Werte werden in dem Akkumulator ACCU6 aufsummiert.
Die Normierungskomponente N_C(M) wird im Normal-Modus gemäß Gleichung (8) berechnet, indem in den Eingang IN13 die Kanalkoeffizienten h C / m(i) eingegeben werden. Die Kanalkoeffizienten h C / m(i) durchlaufen anschließend den komplexen Quadrierer CSQR2 und den Akkumulator ACCU5. Das Ergebnis wird am Ausgang OUT8 ausgegeben.
Die Berechnung der Normierungskomponente N_D(M) im Normal-Modus gemäß Gleichung (9) erfolgt wie die vorstehend beschriebene Berechnung der Normierungskomponente N_D(M) im Normal-Modus. Anstelle der Kanalkoeffizienten h C / m(i) werden hierbei die Kanalkoeffizienten h D / m in den Eingang IN13 eingegeben.
Für die Berechnungen der Normierungskomponenten N_C(M) und N_D(M) im STTD-Modus gemäß Gleichungen (11) und (12) werden in den Eingang IN13 die Kanalkoeffizienten h C / 1,m(i) bzw. h D / 1,m und in den Eingang IN14 die Kanalkoeffizienten h C / 2,m(i) bzw. h D / 2,m eingegeben. Diese Eingangswerte durchlaufen den komplexen Quadrierer CSQR2 bzw. CSQR3 und den Akkumulator ACCU5 bzw. ACCU6. Anschließend erfolgt ein Additionsschritt in dem reellen Addierer ADD1. Die Ergebnisse werden an dem Ausgang OUT9 ausgegeben.
Bei der Berechnung der Normierungskomponente N_C(M) im CLTD-Modus gemäß Gleichung (14) werden als Eingangswerte für die Eingänge IN5 bis IN8 dieselben Eingangswerte wie bei der oben beschriebenen Berechnung der erwarteten Signalleistung S_C,exp(M) im CLTD-Modus verwendet. Diese Eingangswerte durchlaufen den komplexen Multiplizierer CMULT1 bzw. CMULT2, den komplexen Quadrierer CSQR2 bzw. CSQR3 und den Akkumulator ACCU5 bzw. ACCU6. Nach der Durchführung eines Additionsschritts in dem reellen Addierer ADD1 wird das Ergebnis an dem Ausgang OUT9 ausgegeben.
Die Berechnung der Normierungskomponente N_D(M) im CLTD-Modus gemäß Gleichung (15) wird genauso wie die oben beschriebene Berechnung der Normierungskomponente N_D(M) im Normal-Modus durchgeführt.
Bei den in 2 gezeigten Datenpfaden 9 und 10 ist zu beachten, dass für die Berechnung der einzelnen Zwischenergebnisse, aus denen anschließend der SINR-Wert und/oder der Nor mierungsfaktor berechnet werden, nicht stets sämtliche Bauelemente der Datenpfade 9 und 10 benötigt werden. Die jeweils nicht benötigten Bauelemente der Datenpfade 9 und 10 können beispielsweise während dieser Zeit deaktiviert sein. Ferner kann auch vorgesehen sein, jeweils nicht benötigte Bauelemente dadurch zu deaktivieren, dass entsprechende Eingangswerte, wie z.B. Nullen, in die jeweiligen Eingänge eingespeist werden.
In 3 ein schematisches Schaltbild einer Hardware-Architektur als Ausführungsbeispiel für die Berechnungseinheit 13 dargestellt.
Die Berechnungseinheit 13 umfasst Multiplexer MUX6 und MUX7, eine Divisionseinheit 20, einen Radizierer 21 und einen Zwischenspeicher 22.
Die Skalierungseinheiten 11 und 12 der Schaltungsanordnung 1 sind ausgangsseitig mit den Eingängen der Multiplexer MUX6 und MUX7 verbunden. Ferner existiert eine Verbindung von den Skalierungseinheiten 11 und 12 zu dem Zwischenspeicher 22.
Der Multiplexer MUX6 speist die Divisionseinheit 20 und den Radizierer 21. Der Multiplexer MUX7 speist die Divisionseinheit 20. Die Divisionseinheit 20, der Radizierer 21 und der Zwischenspeicher 22 sind in der angegebenen Reihenfolge hintereinander geschaltet. Ferner ist eine Verbindung von dem Zwischenspeicher 22 zu dem Eingang der Divisionseinheit 20 vorgesehen.
Dem Zwischenspeicher 22 ist die Normierungseinheit 18 der Schaltungsanordnung 1 nachgeschaltet.
Zur Berechnung der Normierungsfaktoren Norm₁ bis Norm₄ erhält die Berechnungseinheit 13 die skalierte erwartete Signalleistung S _C,exp(M) sowie die skalierten Normierungskomponenten NN _C(M) und N _D(M) von der Skalierungseinheit 11 und den ska lierten Summationswert S _Dat _a,exp(M) sowie die Rauschvarianz
von der Skalierungseinheit 12. Diese Werte können entweder über den Multiplexer MUX7 direkt an die Divisionseinheit 20 weitergeleitet werden oder zunächst in dem Zwischenspeicher 22 abgelegt werden und zu einem späteren Zeitpunkt an die Divisionseinheit 20 transferiert werden.
Des Weiteren werden der Berechnungseinheit 13 von den Skalierungseinheiten 11 und 12 über den Multiplexer MUX6 Steuersignale zugeführt. Über die Steuersignale wird der Berechnungseinheit 13 beispielsweise mitgeteilt, welche Werte in den Skalierungseinheiten 11 und 12 zur Weiterverarbeitung in der Berechnungseinheit 13 bereitstehen und welcher der vier verschiedenen Normierungsfaktoren Norm₁, Norm₂, Norm₃ und Norm₄ berechnet werden soll.
In der Berechnungseinheit 13 werden die Normierungsfaktorengemäß Gleichung (32), (34), (35) oder (36) berechnet. Die dazu notwendigen Quotienten- bzw. Wurzelbildungen werden in der Divisionseinheit 20 bzw. in dem Radizierer 21 vorgenommen.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Divisionseinheit 20 eine Shift-und-Add-Stufe mit einer ROM-Tabelle aufweist. Diese dem Fachmann bekannte Ausgestaltung ermöglicht eine näherungsweise Berechnung der Divisionen.
Die Berechnung der Wurzeln in dem Radizierer 21 erfolgt vorliegend ebenfalls mit Hilfe einer ROM-Tabelle.

Claims

Schaltungsanordnung (1) zur Berechnung eines SINR-Wertes und eines Normierungsfaktors (Norm₁,..., Norm₄) für demodulierte und auf Zellenniveau MRC-kombinierte Symbole in einem Funkempfänger, wobei die Berechnungen auf Zellenniveau durchgeführt werden, mit – einem ersten Hardware-Modul (9, 10, 11, 12) zur Berechnung von Zwischenergebnissen (S _C,exp(M), N _C(M), N _D(M), S _Pi _lot,exp(M), S _Data,exp(M), (σ_M ^C)²), – einem zweiten Hardware-Modul (13) zur Berechnung des Normierungsfaktors (Norm₁,..., Norm₄) auf der Basis der Zwischenergebnisse (S _C,exp(M), N _C(M), N _D(M), S _Pilot,exp(M), S _Da _ta,exp(M), (σ_M ^C)²), und – einem Prozessor (4), welcher auf der Basis der Zwischenergebnisse (S _C,exp(M), N _C(M), N _D(M), S _Pilot,exp(M), S _Data,exp(M), (σ_M ^C)²) die Berechnung des SINR-Wertes durchführt.
Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass der Normierungsfaktor (Norm₁,..., Norm) aus einem Skalierungsfaktor zur Einbeziehung der zellenspezifischen Sendeenergie auf der Basis des Datenkanals und aus einer zellenspezifischen Rauschvarianz ((σ_M ^C)²) berechnet wird.
Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, – dass die Schaltungsanordnung (1) mit von dem Funkempfänger empfangenen gemeinsamen Pilotsymbolen (y_m,i), dedizierten Pilotsymbolen (x Pilot / m,k) und Nutzdatensymbolen (x Data / m,k Data) gespeist wird.
Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch – einen ersten Kanalschätzer (5) zur Berechnung von Kanalkoeffizienten (h C / m C(i), h C / j,m C(i)) anhand der gemeinsamen Pilotsymbole (y_m,i), und – einen zweiten Kanalschätzer (6) zur Berechnung von Kanalkoeffizienten (h D / m D, h D / j,m D) anhand der dedizierten Pilotsymbole (x Pilot / m,k Pilot).
Schaltungsanordnung (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – dass das erste Hardware-Modul (9, 10, 11, 12) einen ersten Hardware-Datenpfad (10) und einen zweiten Hardware-Datenpfad (9) aufweist, wobei der erste Hardware-Datenpfad (10) und/oder der zweite Hardware-Datenpfad (9) zumindest einen selektiv adressierbaren und/oder selektiv auswertbaren und/oder selektiv aktivierbaren bzw. deaktivierbaren Hardware-Abschnitt enthalten.
Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, – dass in dem ersten Hardware-Datenpfad (10) mindestens ein komplexer Multiplizierer (INV/SH/ADD1, INV/SH/ADD2), ein komplexer Subtrahierer (CSUB1), ein komplexer Quadrierer (CSQR1) und ein Akkumulator (ACCU1) hintereinander angeordnet sind, wobei insbesondere zumindest ein Bauelement des ersten Hardware-Datenpfads (10) selektiv adressierbar und/oder selektiv aktivierbar bzw. deaktivierbar ist.
Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, – dass der zweite Hardware-Datenpfad (9) mindestens einen komplexen Quadrierer (CSQR2, CSQR3) und mindestens einen dem mindestens einen komplexen Quadrierer (CSQR2, CSQR3) nachgeschalteten Akkumulator (ACCU5, ACCU6) aufweist.
Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, – dass bei einer Mehrzahl von komplexen Quadrierern (CSQR2, CSQR3) und Akkumulatoren (ACCU5, ACCU6) den Akkumulatoren (ACCU5, ACCU6) ein Addierer (ADD1) nachgeschaltet ist.
Schaltungsanordnung (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, – dass der zweite Hardware-Datenpfad (9) aufweist: – eine erste Stufe mit mindestens einem komplexen Multiplizierer (CMULT1, CMULT2) und mindestens einem dem mindestens einen komplexen Multiplizierer (CMULT1, CMULT2) nachgeschalteten Akkumulator (ACCUC2, ACCUC3), – eine zweite Stufe mit einem komplexen Addierer (CADD1), – eine dritte Stufe mit einem komplexen Multiplizierer (CMULT3) und einem dem komplexen Multiplizierer (CMULT3) nachgeschalteten Akkumulator (ACCUC4), – eine vierte Stufe mit mindestens einem komplexen Quadrierer (CSQR2, CSQR3) und mindestens einem dem mindestens einen komplexen Quadrierer (CSQR2, CSQR3) nachgeschalteten Akkumulator (ACCU5, ACCU6), und – eine fünfte Stufe mit einem Addierer (ADD1), und wobei – insbesondere zumindest eine Stufe und zumindest ein Bauelement der Stufen selektiv adressierbar und/oder selektiv aktivierbar bzw. deaktivierbar sind.
Schaltungsanordnung (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – dass das erste Hardware-Modul (9, 10, 11, 12) mindestens eine Skalierungseinheit (11, 12) zur Skalierung von Zwischenergebnissen (S_C,exp(M), N_C(M), N_D(M), S_Pilot,exp(M), S_Da _ta,exp(M), ω_M ²) enthält.
Schaltungsanordnung (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – dass das zweite Hardware-Modul (13) eine Divisionseinheit (20), einen Radizierer (21) und insbesondere einen Zwischenspeicher (22) aufweist.
Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, – dass die Divisionseinheit (20) eine Shift-und-Add-Stufe mit einer ROM-Tabelle enthält.
Schaltungsanordnung (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, – dass die Berechnungsgleichung für den SINR-Wert und/oder die Berechnungsgleichung für den Normierungsfaktor (Norm₁,..., Norm₄) in Abhängigkeit von der Anzahl der zur Verfügung stehenden dedizierten Pilotsymbolen (x Pilot / m,k Pilot) und/oder von einer vorgegebenen Genauigkeit der Berechnung wählbar sind.
Schaltungsanordnung (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – dass das erste Hardware-Modul (9, 10, 11, 12) ausgelegt ist, Zwischenergebnisse (S _C,exp(M), N _C(M), N _D(M), S _Pi _lot,exp(M), S _Data,exp(M), (σ_M ^C)²) für unterschiedliche Betriebsmodi zu berechnen.
Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, – dass die Betriebsmodi einen Normal-Modus ohne Antennendiversität und mindestens einen Mehrantennen-Diversitätsmodus umfassen.
Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, – dass die Betriebsmodus bei einem Betrieb gemäß dem UMTS-Standard den Normal-Modus, den STTD-Modus und den CLTD-Modus umfassen.
Schaltung zur Kombination von demodulierten Symbolen in einem Funkempfänger, mit – einer ersten Hardware-Kombinierungseinheit (17) zur MRC-Kombination von demodulierten Symbolen auf Zellenniveau, – einer Schaltungsanordnung (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, – einer Hardware-Normierungseinheit (18) zur Normierung der auf Zellenniveau MRC-kombinierten Symbole mittels des von der Schaltungsanordnung berechneten Normierungsfaktors (Norm₁,..., Norm₄), und – einer zweiten Hardware-Kombinierungseinheit (19) zur Kombination von MRC-kombinierten und normierten Symbolen unterschiedlicher Zellen.
Schaltungsanordnung (1) zur Berechnung eines Normierungsfaktors Norm für demodulierte und auf Zellenniveau MRC-kombinierte Symbole in einem Funkempfänger, wobei die Berechnung auf Zellenniveau durchgeführt wird und wobei die Berechnung wahlweise anhand der Gleichung
oder der Gleichung
oder der Gleichung
oder der Gleichung
erfolgt, wobei S _C,exp(M) eine berechnete erwartete Signalleistung ist, N _C(M) anhand von gemeinsamen Pilotsymbolen berechnet wird, N _D(M) anhand von dedizierten Pilotsymbolen berechnet wird, S _Data,exp(M) anhand von empfangenen Nutzdatensymbolen berechnet wird, p_off ein Normierungsfaktor ist, (σ_M ^C)² eine zellenspezifische Rauschvarianz ist, die aus gemeinsamen Pilotsymbolen abgeleitet ist, und (σ_M ^D)² eine zellenspezifische Rauschvarianz ist, die aus dedizierten Pilotsymbolen abgeleitet ist.
Verfahren zur Berechnung eines Normierungsfaktors Norm für demodulierte und auf Zellenniveau MRC-kombinierte Symbole in einem Funkempfänger, wobei die Berechnung auf Zellenniveau durchgeführt wird und wobei die Berechnung wahlweise anhand der Gleichung
oder der Gleichung
oder der Gleichung
oder der Gleichung
erfolgt, wobei SS _C,exp(M) eine berechnete erwartete Signalleistung ist, NN _C(M) anhand von gemeinsamen Pilotsymbolen berech net wird, N _D(M) anhand von dedizierten Pilotsymbolen berechnet wird, S _Data,exp(M) anhand von empfangenen Nutzdatensymbolen berechnet wird, p_off ein Normierungsfaktor ist, (σ_M ^C)² eine zellenspezifische Rauschvarianz ist, die aus gemeinsamen Pilotsymbolen berechnet wird, und (σ_M ^D)² eine zellenspezifische Rauschvarianz ist, die aus dedizierten Pilotsymbolen berechnet wird.