DE10345959B4

DE10345959B4 - Betriebssituationsabhängige Ermittlung und Selektion der Übertragungspfade für die Einrichtung von Rake-Fingern von Rake-Empfängereinheiten in Mobilkommunikations-Endgeräten

Info

Publication number: DE10345959B4
Application number: DE10345959A
Authority: DE
Inventors: Jean-Xavier Canonici; Manfred Zimmermann; Attila Bilgic; Mauro Bottero
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Intel Deutschland GmbH
Priority date: 2003-10-02
Filing date: 2003-10-02
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2023-10-03
Also published as: CN1604500A; US20050111526A1; CN100521578C; DE10345959A1; US7508862B2

Abstract

Verfahren zum Ermitteln und Auswählen von Übertragungspfaden des Empfangssignals in einem Mobilkommunikations-Endgerät, bei welchem
– die Übertragungspfade des Empfangssignals und die zugehörigen Pfadverzögerungszeiten und Pfadgewichte ermittelt werden, und zu diesem Zweck
– Korrelationen zwischen dem senderseitig mit Pilotsymbolen beaufschlagten Empfangssignal und einem die Pilotsymbole enthaltenden Korrelationssignal derart durchgeführt werden, dass ein Verzögerungsprofil erhalten wird, Mittelungen über jeweils mehrere derart erhaltene Verzögerungsprofile durchgeführt werden, und Auswertungen von jeweils mehreren Bemittelten Verzögerungsprofilen mit dem Ziel der Pfadauswahl durchgeführt werden, wobei
– die für die Korrelationen und die Mittelungen und die Auswertungen maßgeblichen Parameter und das Wiederholintervall RI dieser Berechnungen in Abhängigkeit von der Relativgeschwindigkeit zwischen Sender und Empfänger, der Frequenzabweichung zwischen der Trägerfrequenz des Empfangssignals und der empfangsseitig eingestellten Referenzfrequenz und des Rauschpegels des Empfangssignals eingestellt werden.

Description

Betriebssituationsabhängige Ermittlung und Selektion der Übertragungspfade für die Einrichtung von Rake-Fingern von Rake-Empfängereinheiten in Mobilkommunikations-Endgeräten Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln und Selektieren von Übertragungspfaden in einem Mobilkommunikations-Endgerät. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Einrichtung von Rake-Fingern in einer Rake-Empfängereinheit einer Empfängerschaltung eines Mobilkommunikations-Endgeräts auf der Basis der selektierten Übertragungspfade. Die Erfindung bezieht sich ebenso auf Vorrichtungen zur Durchführung dieser Verfahren.
Im Mobilfunk unterliegen Funksignale der Mehrwege-Ausbreitung, d.h. durch Reflektion, Streuung und Beugung des gesendeten Funksignals an diversen Hindernissen im Ausbreitungsweg treten am Empfänger mehrere Empfangssignalversionen auf, die zeitlich zueinander verschoben und unterschiedlich abgeschwächt sind. Die Funktionsweise eines Rake-Empfängers beruht darauf, die energiereichsten Empfangssignalversionen in Rake-Fingern getrennt auszuwerten und dann zeitrichtig zu überlagern. Jedem Rake-Finger wird eine Pfadverzögerung zugeordnet und die überabgetasteten, digitalisierten und in einem RAM-Eingabespeicher abgelegten Empfangssignalwerte werden entsprechend der Pfadverzögerung in den Rake-Finger verzögert eingegeben. Zusätzlich weist der Rake-Finger einen Interpolator für die Veränderung des Abtasttaktes und somit für eine Feineinstellung der Zeitverzögerung auf, wobei dem Interpolator ein Fehlersignal von einem Early-Late-Korrelator zugeführt wird.
Bevor die Rake-Finger der Rake-Empfängerschaltung eingerichtet werden können, muss eine Verzögerungszeit-Schätzung durchgeführt werden, um ein Signalleistungsverzögerungsprofil (power delay profile, pdp) zu gewinnen, in welchem die Emp fangssignalleistung kontinuierlich über der Verzögerungszeit aufgetragen ist und aus welchem die verschiedenen Ausbreitungspfade und die zugehörigen Verzögerungszeiten entnommen werden können. Für diese Verzögerungszeit-Schätzung werden senderseitig Pilotsymbole (gemeinsame oder dedizierte Pilotsymbole) ausgesandt und die empfangenen Pilotsymbole können durch Korrelationen mit den dem Empfänger bekannten Pilotsymbolen ausgewertet werden. Dabei wird im Empfänger zumeist eine Produkt-Korrelationsfolge aus Scrambling-Code, Channelization-Code und den Pilotsymbolen verwendet. Die aus dem Leistungsverzögerungsprofil entnehmbaren Ausbreitungspfade werden dann noch einer geeigneten Selektion unterzogen und schließlich auf die verschiedenen Rake-Finger gesetzt.
In der 1 ist beispielhaft eine nach diesem Prinzip arbeitende Vorrichtung mit einem Rake-Empfänger und Einrichtungen zur Bestimmung und Selektion der Übertragungspfade dargestellt. Die abgetasteten und digitalisierten Empfangssignalwerte werden einem Impulsformungsfilter 1, beispielsweise einem Wurzel-Kosinus-Filter, zugeführt und anschließend sowohl einem Rake-Empfänger 5 als auch einem Verzögerungszeit-Schätzer 2 zugeführt. In dem Verzögerungszeit-Schätzer 2 wird durch Korrelationsprozeduren und gegebenenfalls weiteren Mittelungen ein Leistungsverzögerungsprofil pdp_est(k) ermittelt. Dieses Leistungsverzögerungsprofil pdp_est(k) wird einer Pfaddetektions- und Selektionseinheit 3 zugeführt, in welcher die stärksten Pfade ermittelt und aus ihnen die den Rake-Fingern zuzuweisenden Pfade ausselektiert werden. Diese ausselektierten Pfade werden bezüglich ihrer Pfadposition, d.h. ihrer Verzögerungszeit und ihrer Signalstärke, also ihres Pfadgewichtes, an eine Fingerallokationseinheit 4 übermittelt, in der die Pfade bestimmten Rake-Fingern zugeordnet werden. Die Fingerallokationseinheit 4 übermittelt eine entsprechende Information über die Zuordnung zwischen den Pfaden und den Rake-Fingern an den Rake-Empfänger 5. Dieser weist eine Anzahl N Rake-Finger 5.1 ... 5.N auf. In diesen werden die von dem Pulsformungsfilter 1 gelieferten Empfangssignalwerte mit den entsprechenden Verzögerungszeiten beaufschlagt und anschließend demoduliert. Die unterschiedlichen Verzögerungszeiten der Rake-Finger sind zeichnerisch durch einen in absteigender Folge zunehmenden räumlichen Versatz der den Rake-Fingern zugeordneten Kästen angedeutet. Die demodulierten Ausgangssignale der Rake-Finger 5.1 ... 5.N werden einem Addierer 6 zugeführt, in dem beispielsweise ein Maximum-Ratio-Combining (MRC) durchgeführt wird. In dem Addierer 6 werden somit die über die verschiedenen Übertragungspfade empfangenen Signalanteile wieder zeitrichtig überlagert und von dem Addierer 6 wird ein Soft-Output-Datensymbol ausgegeben.
Da sich die Übertragungspfade zwischen Sender und Empfänger sehr schnell ändern können, muss die Verzögerungszeit-Schätzung und die Fingerallokation schnell genug reagieren können, um jedweden Verlust relevanter Pfade zu vermeiden. Gleichzeitig muss garantiert werden, dass jeder Zeit nur die relevantesten Pfade in dem Rake-Empfänger prozessiert werden, da dieser nur über eine begrenzte Anzahl von Rake-Fingern verfügt. Es muss einerseits die Wahrscheinlichkeit minimiert werden, dass Rake-Finger mit zu stark rauschbehafteten Übertragungspfaden belegt werden und andererseits muss die Wahrscheinlichkeit minimiert werden, dass brauchbare Übertragungspfade mit niedrigem Rauschen nicht detektiert werden.
Es ist bisher bekannt, in einer Empfängerschaltung mit einem Rake-Empfängerabschnitt ein Leistungsverzögerungsprofil zu erstellen, in diesem Verzögerungsprofil die lokalen Maxima zu bestimmen und aus diesen lokalen Maxima eine Anzahl von relevanten Übertragungspfaden zu selektieren. Die bisher bekannten Verfahren zur Verzögerungszeit-Schätzung und Pfadselektion nehmen jedoch wenig bis keine Rücksicht auf die aktuelle Betriebssituation, insbesondere auf die Relativgeschwindigkeit zwischen Sender und Empfänger, den Frequenz-Offset und den Rauschpegel. Die im Empfänger durchzuführenden Korrelations- und Mittelungsprozeduren sowie die anschließende Pfadselektion werden gemäß den bekannten Verfahren mit festen Parametern unabhängig von der jeweiligen Betriebssituation durchgeführt. Wesentliche Parameter sind beispielsweise die Korrelationslänge, also die Länge aufeinander folgender Pilotsymbole, die im Empfänger mit dem Empfangssignal korreliert werden, die Anzahl von Korrelationsergebnissen, über die gemittelt wird, und die Anzahl von Verzögerungsprofilen, an denen weitere Auswertungen wie Selektionen vorgenommen werden. Wenn diese Parameter auf feste Werte gesetzt werden, so kommt es zu fehler- oder rauschbehafteten Verzögerungsprofil-Schätzungen und in der Folge zu Fehlallokationen von Rake-Fingern mit unbrauchbaren Übertragungspfaden oder zu nicht durchgeführten Allokationen von brauchbaren Übertragungspfaden.

Aus der Druckschrift WO 95/30289 A2 ist ein Empfänger für ein CDMA-Signal bekannt, welcher eine Einheit zur Kanalschätzung aufweist. Die von dieser Einheit zur Kanalschätzung durchgeführten Operationen umfassen ein Verfahren zum Ermitteln und Auswählen von Übertragungspfaden des Empfangssignals in einem Mobilkommunikations-Endgerät, bei welchem die Übertragungspfade des Empfangssignals und die zugehörigen Pfadverzögerungszeiten und Pfadgewichte ermittelt werden und zu diesem Zweck Korrelationen zwischen dem Empfangssignal und einem Korrelationssignal derart durchgeführt werden, dass ein Verzögerungsprofil erhalten wird, Mittelungen über jeweils mehrere derart erhaltene Verzögerungsprofile durchgeführt werden und Auswertungen von jeweils mehreren gemittelten Verzögerungsprofilen mit dem Ziel der Pfadauswahl durchgeführt werden. Dabei wird u.a. ausgeführt, dass die Korrelationszeit klein verglichen mit der Kohärenzzeit des Kanals, d.h. dem Inversen der zweifach maximierten Dopplerfrequenz, sein sollte. Demnach werden die für die Korrelationen maßgeblichen Parameter in Abhängigkeit von der Relativgeschwindigkeit zwischen Sender und Empfänger eingestellt.

In der Druckschrift EP 1 001 551 A2 wird ein Verfahren zum Detektieren eines Pilotsignals in einer drahtlosen Empfangs vorrichtung beschrieben, bei welchem ein CCND-Verfahren (kohärentes Kombinieren, nicht-kohärentes Detektieren) angewandt wird, sobald die Empfangsvorrichtung im Wesentlichen mit dem eintreffenden Datensignal frequenzverriegelt ist. Es wird u.a. auch erwähnt, dass die Korrelationslänge auch von der Frequenzabweichung zwischen der Trägerfrequenz des Empfangssignals und der empfangsseitig eingestellten Referenzfrequenz abhängt.

Aus der Druckschrift EP 0 984 563 A2 ist ein Verfahren zum Ermitteln und Auswählen von Übertragungspfaden bekannt, bei welchem zur Auswertung der Verzögerungsprofile die Korrelationsergebnisse für die einzelnen Verzögerungen mit einem Schwellwert verglichen werden und bei Überschreiten des Schwellwerts ein Zähler erhöht wird. Am Ende des Verfahrens werden die Verzögerungen mit den höchsten Zählerwerten für die weitere Verwendung ausgewählt.

Es ist demgemäß Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahren zum Ermitteln und Auswählen von Übertragungspfaden in einem Mobilkommunikations-Endgerät anzugeben, welche flexibler durchgeführt werden können und somit die relevanten Übertragungspfade zielgenauer bestimmt werden können.

Diese Aufgabe wird durch Verfahren mit den Merkmalen der nebengeordneten Patentansprüche 1 bis 4 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Ebenso ist ein Verfahren angegeben, nach welchem auf der Basis der erfindungsgemäßen Verfahren die Rake-Finger einer Rake-Empfänger-Schaltung eingerichtet werden können. Es sind ebenso Vorrichtungen zur Durchführung der Verfahren angegeben.

Mit den erfindungsgemässen Verfahren kann den realen Bedingungen einer Mobilfunkübertragung besser Rechnung getragen werden, so dass die relevanten Übertragungspfade realistischer und zeitnäher ermittelt werden können. Es ist dabei insbesondere vorgesehen, dass alle vorgenannten Parameter veränderlich einstellbar sind und die Relativgeschwindigkeit, die Frequenzabweichung und der Rauschpegel ständig oder in Zeitabständen bestimmt werden und abhängig von den gemessenen Werten die Parameter eingestellt werden.

Die erfindungsgemässen Verfahren gehen insbesondere davon aus, dass die folgenden Parameter für die durchzuführenden Korrelationen, Mittelungen und Auswertungen als maßgebliche Parameter anzusehen sind.

Bei der Bestimmung des Verzögerungsprofils werden zuerst Korrelationen auf der Basis von Pilotsymbolen durchgeführt. Dabei wird senderseitig in jedem Zeitschlitz eine Anzahl Pilotsymbole ausgesandt und empfängerseitig werden diese bekannten Pilotsymbole mit dem Empfangssignal korreliert. Es kann sich dabei um Pilotsymbole handeln, die als gemeinsame Pilotsymbole (Common Pilot) in einem eigenen Kanal ausgesandt werden oder als dedizierte Pilotsymbole (dedicated pilots) periodisch, d.h. in jedem Zeitschlitz, als zusammenhängende Sequenz in das eigentliche Nutzdatensignal für einen bestimmten Empfänger eingefügt werden. In jedem Fall besteht im Empfänger die Möglichkeit, die komplette Sequenz der in einem Zeitschlitz übertragenen Pilotsymbole für die Korrelation zu verwenden oder davon nur eine Anzahl aufeinander folgender Pilotsymbole zu verwenden. Der für die Korrelationen maßgebli che Parameter ist somit die aus einer Anzahl aufeinander folgender Pilotsymbole gebildete Korrelationslänge N_CORR. Wie vorstehend bereits erläutert, wird dabei vorzugsweise eine Produkt-Korrelationsfolge aus Scrambling-Code, Channelization-Code und der Anzahl aufeinander folgender Pilotsymbole gebildet und mit dem Empfangssignal korreliert.

Es werden dabei Korrelationswerte für alle möglichen Zeitdifferenzen zwischen den Abtastwerten und der lokalen Korrelationsfolge berechnet. Dies ist dem Fachmann bekannt, so dass hier nicht näher darauf eingegangen werden soll. Beispielhaft wird auf die deutsche Patentanmeldung 102 41 693.1 verwiesen, die hiermit in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung einbezogen wird. Darin wird beschrieben, dass die in einem Pufferspeicher abgespeicherten, digitalisierten Empfangssignalwerte in den aufeinander folgenden Korrelationsläufen mit inkrementell ansteigenden Anfangszeitpunkten ausgelesen werden.

Anschließend wird ein Mittelungsprozess über die Korrelationsergebnisse durchgeführt, wobei angenommen wird, dass die oben beschriebene Korrelation, aus der ein Verzögerungsprofil gewonnen wird, mehrfach durchgeführt wird und eine Mittelung über die Verzögerungsprofile durchgeführt wird. Der für die Mittelungen maßgebliche Parameter ist dabei die Anzahl N_avg der zu mittelnden Korrelationsergebnisse.

Durch den Mittelungsprozess erhält man nun ein gemitteltes Kanalverzögerungsprofil. An diesem gilt es nun, weitere Auswertungen im Hinblick auf eine geeignete Selektion relevanter Übertragungspfade durchzuführen. Diese Auswertungen werden derart durchgeführt, dass eine Anzahl N_{avg_fading} gemittelter Verzögerungsprofile mit den vorstehend beschriebenen Korrelations- und Mittelungsprozeduren erzeugt wird. Mit diesen N_{avg_fading} Verzögerungsprofilen kann eine Selektion beispielsweise derart durchgeführt werden, dass solche Pfade selektiert werden, bei denen der Signalwert in mindestens einer Anzahl N_OCC der N_{avg_fading} Verzögerungsprofile einen vorgegebenen Schwellwert N_{peak_max} überschreitet.

Als ein weiterer Parameter ist das Wiederholintervall RI von Bedeutung, das angibt, in welchem Intervall die obigen Prozeduren zur Ermittlung und Selektion der Pfade wiederholt werden sollen.

Es kann vorgesehen sein, dass die oben beschriebenen Parameter von den Einflussgrößen Relativgeschwindigkeit, Frequenzabweichung und Rauschpegel kontinuierlich entsprechend einer vorgegebenen Funktionalität abhängen. Dies würde jedoch einen relativ hohen Implementierungsaufwand bedeuten. Einfacher und für die Zwecke der Erfindung ausreichend ist es dagegen, wenn die Einflussgrößen Relativgeschwindigkeit, Frequenzabweichung und Rauschpegel entsprechend ihrer Größe jeweils in eine endliche Anzahl von Bereichen unterteilt werden, so dass eine Tabelle der für jeden Betriebszustand vorab festgelegten Werte für die Parameter N_CORR, N_avg, N_{avg_fading} und RI aufgestellt werden kann. Beispielsweise können die Einflussgrößen im einfachsten Fall in zwei Bereiche, nämlich hoch oder niedrig, unterteilt werden, so dass sich daraus insgesamt acht Betriebszustände ergeben und für jeden dieser acht Betriebszustände können vorgegebene Werte für die Parameter in der Tabelle abgelegt werden.

Wenn wie vorstehend beschrieben, eine endliche Anzahl von Betriebszuständen vorab definiert wird, so kann des Weiteren vorgesehen sein, dass ein Betriebszustand als Referenz-Betriebszustand definiert wird und bei jedem Wechsel des Betriebszustands die Parameter ausgehend von bestimmten Parameterwerten bei dem Referenz-Betriebszustand in vorbestimmter Weise erhöht oder erniedrigt werden. Dies kann insbesondere bedeuten, dass die Erhöhung oder Erniedrigung nur um bestimmte Beträge vorgesehen ist, so dass de facto für die Parameter jeweils drei verschiedene Werte vorgesehen sind.

Die Einflussgrößen Relativgeschwindigkeit, Frequenzabweichung und Rauschpegel können durch hierfür geeignete Einrichtungen laufend oder in bestimmten vorgegebenen Zeitabständen gemessen werden. Dem Fachmann sind hierfür geeignete Einrichtungen bekannt, so dass hierauf nicht näher eingegangen werden soll. Insofern anfänglich noch keine Messdaten für die Einflussgrößen vorliegen sollten, so können für die Parameter der Verzögerungszeit-Schätzung zunächst vorgegebene Werte verwendet werden, beispielsweise solche, die einem der vordefinierten Betriebszustände wie dem Referenz-Betriebszustand entsprechen. Wenn anschließend die ersten Messdaten von den vorgenannten Messeinrichtungen verfügbar sind, kann bei jeder Betriebszustandänderung wie oben beschrieben verfahren werden.

Nach der oben beschriebenen Auswertung anhand der N_{avg_fading} Verzögerungsprofile und der sich daraus ergebenden Pfadselektionen kann auch noch eine weitere Pfadselektion durchgeführt werden. Es kann nämlich anhand geeigneter vorgegebener Bewertungskriterien das Auftreten von Gruppen oder Clustern von Übertragungspfaden in dem Verzögerungsprofil festgestellt werden, beispielsweise einer Vorgabe einer Mindestanzahl von Pfaden innerhalb eines vorgegebenen maximalen Zeitfensters. Es kann dann vorgesehen sein, dass aus jeder solchermaßen festgestellten Pfadgruppe nur eine begrenzte Auswahl von Pfaden aus der Pfadgruppe vorgenommen wird. Diese Auswahl kann beispielsweise derart erfolgen, dass eine Anzahl von auszuwählenden Pfaden und ein Mindestabstand der Verzögerungszeit zwischen benachbarten Pfaden vorgegeben wird und von den in Frage kommenden Pfadkonfigurationen diejenige mit der höchsten Summensignalstärke ausgewählt wird. Als Mindestabstand zwischen benachbarten Pfaden kann insbesondere die Chip-Dauer T_C gewählt werden.

Die erfindungsgemäßen Verfahren sind grundsätzlich für die Anwendung sowohl in einem mobilen Kommunikations-Endgerät wie auch in einer Basisstation geeignet. Bezüglich der Anwendung in einem mobilen Endgerät kommt des Weiteren hinzu, dass nach dem UMTS-Standard vorgesehen ist, dass Empfangssignale von mehreren Basisstationen empfangen und demoduliert werden. Die Gruppe der aktuell von dem mobilen Endgerät verwendeten Basisstationen wird auch als Active Set bezeichnet, während die Gruppe der lediglich überwachten Basisstationen, die Kandidaten für das Active Set sind, als Monitor Set bezeichnet wird. Für den Fall, dass aktuell mehrere Basisstationen verwendet werden, kann vorgesehen sein, dass zunächst die Übertragungspfade von jeder Basisstation gesondert ermittelt und selektiert werden und anschließend in dem sich daran anschließenden Selektionsprozess von jeder Basisstation eine Mindestanzahl von Übertragungspfaden ausgewählt wird und schließlich eine verbleibende Anzahl Übertragungspfade in der Reihenfolge ihres SINR-Gewichtes – unabhängig von der Basisstation – ausgewählt wird. Dabei kann mit dem SINR-Gewicht die Signalamplitude abzüglich des mittleren Rauschpegels gemeint sein und das SINR-Gewicht solchermaßen berechnet werden.

Gemäß einem der erfindungsgemässen Verfahren können die Rake-Finger einer Rake-Empfängereinheit einer Empfängerschaltung eines Mobilkommunikations-Endgerätes mit den selektierten Übertragungspfaden und den jeweils zugehörigen Pfadverzögerungszeiten und Pfadgewichten eingerichtet werden. Dabei kann die Signalamplitude der selektierten Übertragungspfade als ein Maß für das der Rake-Empfängereinheit zu übermittelnde Pfadgewicht verwendet werden. Die Erfindung kann grundsätzlich sowohl in einer Mobilstation als auch in einer Basisstation zum Einsatz kommen.

Wie eingangs bereits erwähnt, ist es bekannt, dass in jedem Rake-Finger von der empfangenen und abgetasteten Signalfolge ein Abtastzeitfehler detektiert und ein entsprechendes Fehlersignal erzeugt werden kann und der Abtasttakt oder der Abtastzeitpunkt der Signalfolge in Abhängigkeit von dem Fehlersignal verändert wird, woraus sich eine Feineinstellung der Zeitverzögerung in dem Rake-Finger ergibt. Dies ist an sich im Stand der Technik bekannt und es wird hier beispielshalber auf die deutsche Patentanmeldung 103 06 990.9 verwiesen, die ebenfalls in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung aufgenommen wird. Bezüglich der Bildung des Fehlersignals kann vorgesehen sein, dass in jedem Rake-Finger eine empfangene Signalfolge mit einer übereinstimmenden lokal erzeugten Signalfolge zu einem früheren und einem späteren Zeitpunkt korreliert wird und aus den Korrelationssignalen das Fehlersignal gebildet wird. Der Abtasttakt wird vorzugsweise durch eine Interpolation von Datenwerten der Signalfolge, etwa in einem zeitvarianten Interpolator (TVI, Time Variant Interpolator), unter Verwendung des Fehlersignals verändert.

Da diese Maßnahme vorzugsweise in allen Rake-Fingern durchgeführt wird, kann es passieren, dass sich zwei ursprünglich in der Verzögerungszeit ausreichend beabstandete Rake-Finger zu nahe kommen oder gar ihre durch die oben beschriebene Korrektur entstandene Verzögerungszeit übereinstimmt. Um dies festzustellen, kann vorgesehen sein, dass die in den Rake-Fingern aufgrund der Fehlersignale vorgesehenen Veränderungen der Abtasttakte erfasst werden und einer von zwei Rake-Fingern abgeschaltet oder aus den ausgewählten Pfaden entfernt wird, wenn die Differenz ihrer durch die geänderten Abtasttakte geänderten Pfadverzögerungszeiten Null ist oder einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet.

Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Verzögerungszeit des Rake-Fingers um eine vorgegebene Zeitdauer, vorzugsweise eine halbe Chip-Dauer, vor oder zurück verschoben wird, wenn das Fehlersignal betragsmäßig einen vorgegebenen Maximalwert überschreitet.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält eine Pfadermittlungseinheit für die Ermittlung der Übertragungspfade des Empfangssignals und der zugehörigen Pfadverzögerungszeiten und Pfadgewichte und für die Durchführung der Korrelationen und der Mittelungen. Die Vorrichtung weist weiterhin eine Schwellwertselektionseinheit für die Auswahl solcher Verzögerungszeiten als Pfade auf, bei denen der Signalwert in mindestens einer Anzahl N_OCC der N_{avg_fading} gemittelten Verzögerungsprofile einen vorgegebenen Schwellwert N_{peak_max} überschreitet. Die Vorrichtung weist ebenfalls eine mit der Pfadermittlungseinheit und gegebenenfalls mit der Schwellwertselektionseinheit verbundene Parameterbestimmungseinheit auf, mit welcher ein Relativgeschwin digkeits-Schätzer, ein Frequenzabweichungs-Schätzer und ein Rauschpegel-Schätzer verbunden sind, und welche aus den gelieferten Größen Relativgeschwindigkeit, Frequenzabweichung und Rauschpegel die für die Korrelationen, die Mittelungen und Auswertungen maßgeblichen Parameter berechnet und der Pfadermittlungseinheit übergibt.

Die Vorrichtung weist ferner eine Pfadselektionseinheit auf, welche mit der Schwellwertselektionseinheit verbunden ist, und dafür ausgelegt ist, Gruppen oder Cluster von Über tragungspfaden in dem Verzögerungsprofil anhand vorgegebener Bewertungskriterien festzustellen und eine Auswahl von Pfaden aus den Gruppen zu treffen.

Eine Vorrichtung, die in einem mobilen Endgerät enthalten ist, weist eine gemeinsame Pfadermittlungseinheit und für jede von einer Mehrzahl von aktuell verwendeten Basisstationen oder auch Antennen von einer oder mehreren Basisstationen jeweils eine Schwellwertselektionseinheit, eine Parameterbestimmungseinheit und eine Pfadselektionseinheit auf, wobei die gemeinsame Pfadermittlungseinheit mit jeder der Schwellwertselektionseinheiten verbunden ist. Eine derartige Vorrichtung weist ferner eine gemeinsame Fingerallokationseinheit auf, die mit jeder der Pfadselektionseinheiten verbunden ist und so aus gestaltet ist, dass sie von jeder Basisstation eine Mindestanzahl von Übertragungspfaden auswählt und eine verbleibende Anzahl Übertragungspfade in der Reihenfolge ihrer Signalleistung auswählt. Dabei kann die Fingerallokationseinheit mit einem SINR-Schätzer für die Schätzung des mittleren Signal-zu-Interferenz-und-Rausch-(SINR-)Verhältnisses verbunden und ferner so ausgestaltet sein, dass sie das SINR-Gewicht der Übertragungspfade durch deren Signalamplitude abzüglich des mittleren Rauschpegels der von der betroffenen Basisstation übertragenen Empfangssignale berechnet.

Die Erfindung bezieht sich ebenso auf eine Rake-Empfängereinheit einer Empfängerschaltung eines Mobilkommunikations-Endgerätes, welche eine Anzahl Rake-Finger und eine Vorrichtung zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren aufweist. Dabei kann in an sich bekannter Weise vorgesehen sein, dass nur ein Rake-Finger hardwaremäßig ausgebildet ist und im Multiplexbetrieb betrieben wird.

Den Rake-Fingern der vorstehend genannten Rake-Empfängereinheit können Abtastzeitpunkt-Korrekturmittel zugeordnet sein, welche auf der Basis eines detektierten Abtastzeitfehlers den Abtastzeitpunkt der in den Rake-Fingern empfangenen und abgetasteten Signalfolge korrigieren, und welche mit der Pfadselektionseinheit verbunden sind. Dabei ist die Pfadselektionseinheit derart ausgestaltet, einen von zwei Rake-Fingern abzuschalten oder aus einer von der Schwellwertselektionseinheit gelieferten Pfadauswahl zu entfernen, wenn die Differenz ihrer durch die geänderten Abtasttakte geänderten Pfadverzögerungszeiten Null ist oder einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet.

Die Abtastzeitpunkt-Korrekturmittel können durch einen Interpolator, insbesondere einen zeitvarianten Interpolator (TVI, Time Variant Interpolator) gebildet sein.

Nachfolgend wird die Erfindung noch anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungsfiguren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Vorrichtung mit Rake-Empfängereinheiten zur Verzögerungszeit-Schätzung nach dem Stand der Technik;
2 ein Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäßen Verfahren in Form eines schematischen Ablaufdiagramms;
3 ein theoretisches Verzögerungsprofil mit Pfad-Clustern;
4a–h ein Verzögerungsprofil mit Pfad-Cluster (a) und verschiedenen Auswahlkonfigurationen (b–h) zur Verdeutlichung des Auswahlprozesses;
5 eine schematische Darstellung in einer Mobilstation enthaltenen Vorrichtung für die Verzögerungszeit-Schätzung und die Pfadauswahl mit zwei aktuell verwendeten Basisstationen;
6 eine schematische Darstellung der Finger-Repositionierung durch Abtastzeitfehler-Schätzung und – Korrektur; und
7 eine schematische Darstellung zweier Szenarien der Anwendung der erfindungsgemäßen Verfahren bei zwei Zellen.
In der 2 ist beispielhaft in Form eines schematischen Ablaufdiagramms eine Ausführungsart der erfindungsgemäßen Verfahren dargestellt. In einem Schritt S1 wird eine anfängliche Verzögerungsprofil-Schätzung durchgeführt, bei der bezüglich der Einflussgrößen Relativgeschwindigkeit, Frequenzabweichung und Rauschpegel noch keine Messgrößen vorliegen. Daher wird die Verzögerungsprofil-Schätzung mit voreingestellten Werten für die Parameter der Korrelationen, der Mittelung und der Auswertung durchgeführt. Diese voreingestell ten Werte können die Parameter eines der Betriebszustände, insbesondere des Referenz-Betriebszustands sein, auf die weiter unten noch näher eingegangen werden wird.
Auf der Basis des im Schritt S1 ermittelten Verzögerungsprofils wird dann in dem Schritt S2 eine anfängliche Fingerallokation durchgeführt, bei der die selektierten Pfade mit einem minimalen Verzögerungszeitabstand T_min und einer Auflösung T_c/2 auf N_FINGER gesetzt werden.
Für die weiteren Schritte wird angenommen, dass Messergebnisse für die Relativgeschwindigkeit, die Frequenzabweichung und den Rauschpegel vorliegen, so dass in dem Schritt S3 eine erneute Verzögerungsprofil-Schätzung durchgeführt wird, bei der gegebenenfalls die Parameter für die Korrelationen, die Mittelungen und die Auswertungen in Abhängigkeit der gemessenen und zugeführten Einflussgrößen angepasst werden. Auf der Basis der im Schritt S3 selektierten Pfade wird im Schritt S4 eine erneute Fingerallokation durchgeführt. Bei dieser wird nun zusätzlich ein Rückkopplungssignal des zeitvarianten Interpolators TVI verwendet, mit welchem angezeigt werden kann, dass zwei Rake-Finger dieselben korrigierten Verzögerungszeiten aufweisen oder ihre Zeitdifferenz einen bestimmten Schwellwert unterschreitet. In dem Schritt S4 wird somit nicht nur eine erneute Fingerallokation wie im Schritt S2 durchgeführt, sondern es werden mittels des TVI-Rückkopplungssignals auch überflüssige Finger abgeschaltet oder aus der selektierten Pfadauswahl entfernt oder durch andere Finger ersetzt. Des Weiteren werden aufgrund des TVI-Rückkopplungssignals Finger um eine Verzögerungszeit von T_c/2 in die positive oder negative Richtung verschoben, falls das aus der Early-Late-Korrelation resultierende Fehlersignal einen bestimmten Maximalwert überschreitet. Weiterhin kann im Schritt S4 ein SINR-Signal verwendet werden, um im Falle der Demodulation der Signale von mehreren Basisstationen in einer Mobilstation die Pfadauswahl von den Basisstationen in Abhän gigkeit von dem SINR-Pegel der Signale der Basisstationen durchzuführen.
Nach einem Wiederholintervall RI kehrt der Verfahrensablauf zu dem Schritt S3 zurück, so dass eine erneute Verzögerungsprofil-Schätzung auf der Basis aktualisierter Werte für den Frequenz-Offset, die Geschwindigkeit und den Rauschpegel und anschließend wiederum im Schritt S4 eine erneute Fingerallokation auf der Basis neuer TVI-Rückkopplungssignale und neuer SINR-Werte durchgeführt wird.
Die Schätzung der Relativgeschwindigkeit zwischen Sender und Empfänger kann mittels Geschwindigkeits-Schätzern in an sich bekannter Weise, beispielsweise durch Auswertung von Dopplerverschiebungen, durchgeführt werden. Die Anpassung der Parameter aufgrund der Geschwindigkeits-Schätzung berücksichtigt in geeigneter Weise die Schwundvariationen (fading). Im Falle niedriger Geschwindigkeit ist es erforderlich, die Zeit zwischen aufeinander folgenden Verzögerungszeit-Schätzungen zu erhöhen, um die langen Schwundphasen auszumitteln. Dies kann erreicht werden, indem die Verzögerungszeit-Schätzungen in verschachtelter Weise mit den Empfangssignalen von verschiedenen Basisstationen durchgeführt werden. Während einer Soft-Handover-Prozedur oder für Messzwecke müssen einige Basisstationen entsprechend der 3GPP-Anforderungen parallel observiert werden.
Im Falle hoher Geschwindigkeit sollte die Mittelung kürzer werden, da sich die Umgebungsbedingungen und die Pfadposition sehr schnell ändern können. Ein Pfad könnte im ungünstigsten Fall um etwa eine halbe Chip-Dauer in 560 ms bei einer Geschwindigkeit des mobilen Endgeräts von 250 kmh für ein 3GPP-FDD-System driften. Es kommt hinzu, dass in manchen Gebieten die Wahrscheinlichkeit erhöht ist, dass Pfade an verschiedenen Orten innerhalb sehr kurzer Zeitspannen verschwinden und wieder erscheinen, erhöht ist (siehe die Ausbreitungskanal-Definition des 3GPP-Standards).
Der bei den Verfahren verwendete Frequenz-Offset-Schätzer liefert einen Wert für die Frequenzabweichung zwischen der Trägerfrequenz des Empfangssignals und der im Empfänger verwendeten Referenzfrequenz. Durch diese Frequenzabweichung kann eine Pfad-Drift erzeugt werden, die nicht immer vernachlässigbar ist. Es kann z.B. zu einer Abweichung von einer halben Chip-Periode in 130 ms bei 1 ppm Frequenzabweichung in einem 3GPP-FDD-System kommen. Die Differenz muss kompensiert werden, die Genauigkeit der Korrektur hängt jedoch auch von dem verwendeten funktionellen Modus ab. Es wird angenommen, dass der Frequenz-Offset in einem mit einer Sendestation verbundenen Modus bei UMTS-FDD niedrig ist (da beispielsweise für eine Mobilstation die Uplink-Verbindung zu der Basisstation aktiv ist), falls jedoch die Mobilstation lediglich eine Observanz benachbarter Zellen durchführt, sind die Bedingungen an einen Frequenzfehler nicht sonderlich streng. Somit muss in einigen Fällen der Einfluss des Frequenz-Offsets in Betracht gezogen werden. Insbesondere die Korrelationslänge muss angepasst werden, da die kohärente Integration nur solange ein optimales Resultat liefert, wie angenommen werden kann, dass die Phase des Eingangssignals nicht zu stark gegenüber der Korrelationssequenz verschoben ist. Somit müssen lange Korrelationslängen im Falle von hohen Frequenzabweichungen vermieden werden. Die Mittelung muss ebenfalls angepasst werden, um mit der Geschwindigkeit der Pfad-Drift Schritt zu halten.
Durch theoretische Untersuchungen und Simulationen kann ein Satz von Parametern für ein paar Szenarien definiert und in einer Datenbank für die erfindungsgemäße dynamische Konfiguration der Empfangsschaltung abgespeichert werden. Aus Gründen der Implementierung kann nur eine begrenzte Anzahl von Szenarien entsprechend vorbestimmter Kriterien vorgesehen werden. Mit den bereits genannten Schätzern kann dann die Betriebssituation charakterisiert werden und der diesem Szena rio entsprechende Betriebszustand ausgewählt werden und der entsprechende Satz von Parametern bereitgestellt werden.
Die Abarbeitung der Fingerallokationen muss die folgenden Einflüsse berücksichtigen:

– Anzahl der Basisstationen, die während einer Soft-Handover-Prozedur simultan demoduliert werden,
– Ausbreitungsbedingungen; Rauschpegel und Relativgeschwindigkeit,
– Systemanforderungen betreffend eine minimale Zeitdauer zwischen zwei PDP-Schätzungen für eine gegebene Zelle, um große Abweichungen (Pfadverluste) von einer Schätzung zur anderen zu vermeiden,
– Ressourcen-Teilung von Blöcken zwischen verschiedenen Funktionen des 3GPP-Modems (Demodulationsaktivitäten auf einigen Zellen, Messaufgaben ...).

Der Abarbeitungsalgorithmus muss dann die Aufgabenzeitdauer, die Parameter und die Frequenz entsprechend all dieser Informationen anpassen. Die Parameter, die für die Verzögerungszeit-Schätzung und die Pfadermittlung in Bezug auf die Fingerallokationen an das jeweilige Szenario angepasst werden können, sind:

– N_CORR: Länge der kohärenten Korrelation (Korrelationslänge) angegeben durch die Anzahl der verwendeten, aufeinander folgenden Pilotsymbole,
– N_avg: Anzahl der bei der Korrelation ermittelten Ergebnisse (Verzögerungsprofil oder einzelne Blöcke des Verzögerungsprofils) für die nicht-kohärente Akkumulation,
– N_{avg_fading}: Anzahl der bei der vorhergehenden Mittelung ermittelten aufeinander folgenden Verzögerungsprofile, die für die Pfadselektion berücksichtigt werden,
– N_OCC: Anzahl des Auftretens von gegebenen Verzögerungszeitpositionen nach der vorhergehenden Selektion (nach Definition eines Schwellwertes N_{peak_max}),
– Rausch-Schwellwert wird entsprechend der Rausch-Schätzung definiert,
– RI: Wiederholintervall, welches die in Rahmen angegebene Periode zwischen zwei aufeinander folgenden Berechnungen (Verzögerungsprofil und Pfadselektion) für eine gegebene Zelle angibt; diese Größe hängt von der Kanaländerungsgeschwindigkeit ab).

Die maßgeblichen Parameter können beispielsweise innerhalb der folgenden Grenzen eingestellt werden:
Bezüglich der Korrelationslänge kann also beispielsweise bei Verwendung der gemeinsamen Pilotsymbole entsprechend der unteren Grenze ein einzelnes Pilotsymbol des Zeitschlitzes oder auch entsprechend der oberen Grenze alle zehn in dem Zeitschlitz senderseitig ausgestrahlten Pilotsymbole verwendet werden. Die Korrelationen werden zumeist blockweise durchgeführt, so dass im anschließenden Mittelungsschritt blockweise über die Korrelationsergebnisse gemittelt wird. Die Zeitdauer dieser Aufgabe entspricht der Integration von N_avg Blöcken der Länge N_CORR. Die Anzahl N_avg Blöcke variiert zwischen 1 und 150. Die im anschließenden Auswertungsschritt für die Pfadselektion in Betracht gezogene Auswahl N_{avg_fading} der Verzögerungsprofile variiert zwischen 1 und 32. Das Wiederholintervall all dieser Berechnungen liegt zwischen 1 und 10 Rahmen (1 Rahmen besteht aus 15 Zeitschlitzen im UMTS-Standard).
Die Abhängigkeit der Einflussgrößen auf die Parameter für die obigen Berechnungen kann durch die folgende Tabelle gegeben sein. Dabei werden die Einflussgrößen Relativgeschwindigkeit, Frequenzabweichung und Rauschpegel in die zwei Bereiche hoch und niedrig eingeteilt, woraus sich acht Betriebszustände (Szenarien) ergeben. Das Szenario 1 kann als Referenz-Szenario definiert werden.
Dabei bedeuten die Symbole ⇒, ♢, ≈, dass der Parameterwert erhöht wird, erniedrigt wird oder unverändert bleibt. Das Erhöhen oder Erniedrigen der Parameterwerte kann insbesondere in einheitlichen, vordefinierten Stufen erfolgen. Der Parameterwert N_OCC ist in der Tabelle nicht erwähnt; er ändert sich vorzugsweise in gleicher Weise wie der Wert für N_{avg_fading} Der Rausch-Schwellwert kann auf direkte Weise entsprechend der Rauschstatistik angepasst werden: NoiseThreshold = a·μ + b·σ + c,wobei mit μ, σ jeweils die mittlere und die Standardabweichung der Rauschproben bezeichnet sind und a, b und c Koeffizienten sind, die durch Simulationen festgelegt werden können.
Die Anzahl der Zellen kann ebenso die Definition der Szenarien und Betriebszustände beeinflussen, da die Hardware/Firmware-Ressourcen, die sich die Zellen oder Basisstationen für die Fingerallokation aufteilen, die Zeitdauer der Berechnungen für eine gegebene Zelle reduzieren können.
Im Folgenden wird eine weitere Verfahrensmaßnahme beschrieben, mit der die Anzahl der verwendeten Rake-Finger reduziert werden kann, ohne die Performanz des Rake-Empfängers zu beeinträchtigen. Es sind Situationen denkbar, in denen einige Verzögerungszeitpositionen im Verzögerungszeitprofil, die um mindestens eine halbe Chip-Periode voneinander getrennt sind, genug Signalstärke aufweisen, um einem Rake-Finger zugeordnet zu werden. Falls hier kein Korrektiv eingeführt wird, kann dies zu einer Allokation von überflüssigen Rake-Fingern führen. Die vorgeschlagene Verfahrensmaßnahme basiert auf der Identifikation von Pfad-Clustern, aus denen jeweils einzelne Pfade mit maximaler Summensignalstärke selektiert werden.
In der 3 ist ein Verzögerungszeitprofil dargestellt, wie es sich beispielsweise nach Abarbeitung der weiter oben beschriebenen Berechnungen, d.h. Verzögerungszeit-Schätzung und anschließende Pfadselektion, ergeben haben könnte. In diesem theoretischen Verzögerungszeitprofil sind eine Anzahl Pfad-Cluster k erkennbar. Hierfür müssen vorab geeignete Bewertungskriterien aufgestellt und abgespeichert werden, anhand derer rechnerisch eindeutig festgestellt werden kann, ob ein Pfad-Cluster vorliegt oder nicht. Beispielsweise kann abgefragt werden, ob innerhalb eines bestimmten vordefinierten Verzögerungszeitintervalls eine bestimmte Mindestanzahl von Pfaden vorhanden ist. Wenn festgestellt worden ist, dass Pfad-Cluster vorhanden sind, so kann eine Auswahl nach einer vorgegebenen Selektionsvorschrift von Pfaden aus den Pfad-Clustern vorgenommen werden.
Die Pfadselektion aus einem Pfad-Cluster kann beispielsweise derart vorgenommen werden, dass eine Mindestanzahl auszuwählender Pfade und ein Mindestabstand zwischen diesen vorgegeben wird. Dies wird anhand der 4 näher verdeutlicht. In der 4a ist als Ausgangspunkt ein Ausschnitt aus einem Verzögerungszeitprofil gezeigt, in welchem eine Pfadgruppe bestehend aus fünf Pfaden P0–P4 enthalten ist, die jeweils um eine halbe Chip-Länge voneinander beabstandet sind.
Wenn als erste Möglichkeit einer Pfadselektion vorgegeben wird, dass genau drei Pfade ausgewählt werden sollen, deren Abstand voneinander mindestens T_min betragen soll, so ergibt sich nur eine Lösung, die in der 4b dargestellt ist und als auszuwählende Pfade die Pfade P0, P2 und P4 aufweist. Die auszuwählenden Pfade sind mit durchgezogenen Linien gezeichnet, während die verworfenen Pfade mit gestrichelten Linien gezeichnet sind.
Es kann als zweite Möglichkeit einer Pfadauswahl auch vorgesehen sein, dass genau zwei Pfade ausgewählt werden sollen, deren Mindestabstand T_min voneinander wiederum eine ganze Chip-Dauer betragen soll. Die möglichen Lösungskonfigurationen sind in den 4c–h dargestellt. Von diesen Lösungskonfigurationen wird diejenige ausgewählt, die die größte Summensignalstärke der ausgewählten Pfade liefert. Dies trifft auf die Konfiguration der 4g zu, da die Addition der Signalamplituden der ausgewählten Pfade P0 und P4 die größte Summensignalstärke liefert. Es sind wiederum in jeder der Figuren die ausgewählten Pfade mit durchgezogenen Linien und die verworfenen Pfade mit gestrichelten Linien gezeichnet.
Um die Effizienz des vorgeschlagenen Algorithmus noch zu erhöhen, ist es möglich, noch eine zusätzliche Gewichtung der einzelnen Pfade entsprechend der vorgesehenen Abtasttaktveränderung vorzusehen, die in jedem Rake-Finger aufgrund eines detektierten Abtastzeitfehlers vorgenommen wird. Dies bedeutet jedoch in der Konsequenz eine höhere Komplexität bei der Berechnung der Auswahlmetriken für die einzelnen Pfadkonfigurationen.
Die vorstehende Pfadselektion wird für jedes identifizierte Pfad-Cluster durchgeführt. Der gesamte Rechenaufwand hängt sowohl von der Anzahl der identifizierten Pfad-Cluster als auch von der Anzahl der Pfade in den einzelnen Pfad-Clustern ab.
Im Folgenden wird anhand der 5 eine Vorrichtung zur Durchführung der Verzögerungszeit-Schätzung und Pfadselektion beschrieben, die in einer Mobilstation enthalten ist und in der Lage ist, insbesondere für Soft-Handover-Prozeduren die Empfangssignale mehrerer Basisstationen zu verarbeiten.
Die von einem Impulsformungsfilter kommenden überabgetasteten, digitalisierten und impulsgeformten Empfangssignalwerte werden einer Pfadermittlungseinheit 10 zugeführt, in der die Übertragungspfade des Empfangssignals und die zugehörigen Pfadverzögerungszeiten und Pfadgewichte zweier Basisstationen A und B ermittelt werden. In der Pfadermittlungseinheit 10 werden die Korrelationen und die Mittelungen durchgeführt. Die gemittelten Verzögerungszeitprofile werden je nach ihrer Herkunft von einer der Basisstation A und B an Schwellwertselektionseinheiten 22.1 für die Basisstation A und 22.2 für die Basisstation B übergeben. In diesen finden die Auswertungen statt, bei denen wie oben beschrieben solche Verzögerungszeiten als Pfade ausgewählt werden, bei denen der Signalwert in mindestens einer Anzahl N_OCC der N_{avg_fading} gemittel ten Verzögerungsprofile einen vorgegebenen Schwellwert N_{peak_max} überschreitet.
Für jede der Basisstationen A und B ist eine Parameterbestimmungseinheit 21.1 und 21.2 vorhanden in welcher aus den gelieferten Werten für die Relativgeschwindigkeit, die Frequenzabweichung und den Rauschpegel die für die Korrelationen, die Mittelungen und die Auswertungen maßgeblichen Parameter bestimmt und an die Pfadermittlungseinheit 10 übergeben werden. Die Relativgeschwindigkeit ist in diesem Fall die Eigengeschwindigkeit der Mobilstation und wird jeweils in Geschwindigkeits-Schätzern 30.1 und 30.2 geschätzt, die jeweils mit den Parameterbestimmungseinheiten 21.1 und 21.2 verbunden sind. Es kann stattdessen auch ein einziger Geschwindigkeits-Schätzer vorgesehen sein. Ebenso sind Frequenzabweichungs-Schätzer 31.1 und 31.2 und Rauschpegel-Schätzer 32.1 und 32.2 jeweils mit einer der beiden zugehörigen Parameterbestimmungseinheiten 21.1 und 21.2 verbunden.
Für jede Basisstation ist ferner noch eine Pfadselektionseinheit 23.1 bzw. 23.2 vorhanden, welche mit der Schwellwertselektionseinheit 22.1 bzw. 22.2 verbunden ist und dafür ausgelegt ist, Gruppen oder Cluster von Übertragungspfaden in der von der Schwellwertselektionseinheit übermittelten Pfadauswahl anhand vorgegebener Bewertungskriterien festzustellen und auf die oben in Verbindung mit der 4 beschriebene Weise eine Selektion von Pfaden aus einem Pfad-Cluster vorzunehmen. Die Pfadselektionseinheit 23.1 bzw. 23.2 ist ferner mit den der betreffenden Basisstation zugeordneten zeitvarianten Interpolatoren (TVI) 33.1 bzw. 33.2 verbunden, die für jeden Rake-Finger Abtastzeitfehler durch Änderungen der Abtastrate kompensieren. Es kann auch ein Interpolator oder für jede Basisstation ein Interpolator vorhanden sein und entsprechend der Anzahl der Finger im Multiplexbetrieb betrieben werden. Die Interpolatoren liefern das Abtastratenveränderungssignal an die jeweilige Pfadselektionseinheit 23.1 bzw. 23.2, woraufhin diese einen Rake-Finger abschaltet oder ihn aus der Pfadauswahl entfernt, wenn sie feststellt, dass sich zwei Rake-Finger bezüglich ihrer Verzögerungszeit zu nahe gekommen sind.
Die endgültige Pfadauswahl wird von jedem der Pfadselektionseinheiten 23.1 und 23.2 an eine gemeinsame Fingerallokationseinheit 40 übergeben. Die Fingerallokationseinheit 40 ist so ausgestaltet, dass sie zunächst von den für jede Basisstation selektierten Pfaden eine Mindestanzahl vorzugsweise der jeweils signalstärksten Pfade auswählt und anschließend eine noch verfügbare Anzahl Pfade in der Reihenfolge ihrer Signalleistung wahlweise von einer der beiden Basisstationen auswählt. Zu diesem Zweck wird der gemeinsamen Fingerallokationseinheit 40 ein Parameter N_{Finger_min/Bs} als Mindestanzahl der Pfade von jeder Basisstation und ein Parameter N_{Finger_max} der maximal seitens des Rake-Empfängers verfügbaren Fingeranzahl übergeben. Das Ausgangssignal der gemeinsamen Fingerallokationseinheit 40 wird an eine Rake-Kontrolleinheit weitergegeben.
Die gemeinsame Fingerallokationseinheit 40 ist ferner mit SINR-Schätzern 34.1 und 34.2 für jede Basisstation A und B verbunden. In diesen wird das Signal-zu-Interferenz-und-Rauschverhältnis (SINR) auf geeignete Weise geschätzt, wofür im Stand der Technik dem Fachmann geläufige Verfahren beschrieben wurden. Die gemeinsame Fingerallokationseinheit 40 verwendet die gelieferten SINR-Werte, um diese von den Signalamplituden der verbleibenden Anzahl der Übertragungspfade zu subtrahieren und solchermaßen die Signalleistung dieser Pfade zu bestimmen.
In der 6 ist der Mechanismus der Finger-Repositionierung entsprechend einem Rückkopplungssignal des zeitvarianten Interpolators TVI oder der mit ihm verbundenen Schaltung schematisch dargestellt. Es ist zu vermeiden, dass in dem Rake-Empfänger Finger um eine halbe Chip-Periode oder weniger voneinander beabstandet sind, da dies keinen zusätzlichen Diver sitätsgewinn in der MRC-Einheit (Maximum Ratio Combining) bringt. Zu diesem Zweck kann das Ausgangssignal des TVI von verschiedenen Fingern überprüft werden, um festzustellen, ob verschiedene Finger auf derselben Verzögerungszeitposition liegen oder nur geringfügig voneinander beabstandet sind.
Der bei der Early-Late-Korrelation detektierte Zeitfehler kann in einem Bereich [–Tc/2, +Tc/2] variieren. Es wird ein Schwellwert für den Abtastzeitfehler definiert, oberhalb dessen der Abtastzeitfehler nicht mehr durch die Interpolation kompensiert wird. Stattdessen wird die Fingerposition um eine halbe Chip-Periode erniedrigt oder erhöht, je nachdem ob der Abtastzeitfehler zum Positiven oder zum Negativen den vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
In der 6 ist die Situation anhand dreier Pfade A, B und C dargestellt, die nominell an den Positionen P_m-1, P_m und P_m+1 liegen sollen. Die in den zugehörigen Rake-Fingern durchgeführten Abtastzeitfehlermessungen zeigen, dass in allen drei Rake-Fingern Abtastzeitfehler vorhanden sind, die dazu führen, dass die drei Pfade innerhalb des Intervalls [–Tc/2, +Tc/2] des mittleren Pfads B zu liegen kommen. In das dem mittleren Pfad B zugehörige Intervall ist zusätzlich mit gestrichelten Linien der Schwellwertbereich des durch die DLL-Regelschleife ermittelten Abtastzeitfehlers eingezeichnet, innerhalb dem noch eine Abtastzeitkorrektur durchgeführt wird.
Im Folgenden wird die bereits in Verbindung mit der 5 erwähnte Verwendung mehrerer Basisstationen in einem Mobilfunkgerät etwas näher beschrieben.
Diese Situation tritt insbesondere während einer Soft-Handover-Prozedur auf, bei der mehrere Basisstationen in der Rake-Empfängereinheit des Mobilfunkempfängers demoduliert werden müssen. Falls die Fingerallokation, wie in der 5 beschrieben, zunächst für jede Verbindung mit einer Basissta tion unabhängig durchgeführt wird, ist es sehr wahrscheinlich, dass zu viele Finger platziert werden würden. Daher sollten folgende Regeln definiert werden:

– Unter Verwendung sämtlicher detektierter Pfade wird eine Auswahl der besten Pfade unabhängig von deren Basisstation durchgeführt, so dass die Energie in dem Rake-Empfänger maximiert werden kann.
– Eine minimale Anzahl von Pfaden für jede Basisstation wird definiert, um zu gewährleisten, dass alle Basisstationen des Active Set korrekt observiert werden.

Ansonsten muss die Anzahl von Pfaden pro Basisstation entsprechend ihrem Beitrag festgelegt werden, der für die MRC-Einheit erbracht werden kann. Dies hängt von dem SINR-Verhältnis von jedem ausgewählten Pfad ab. Da der Interferenz-Pegel für jeden Pfad unterschiedlich sein kann, sollte der Vergleich im Hinblick auf den SINR-Wert und nicht nur hinsichtlich der absoluten Leistung durchgeführt werden. Das SINR-Verhältnis wird für jeden Pfad und für jeden Zeitschlitz bei der Downlink-Leistungskontrollprozedur gemessen, die es erlaubt, die von der Basisstation in Richtung auf eine gegebene Mobilstation emittierte Leistung zu regulieren. Da diese Information erhältlich ist, ist es möglich, für jeden Finger eine Qualitätsmessung der Verbindung zu erhalten.
Nach jeder Fingerallokation erhält man einen Satz von möglichen Pfaden. Wenn mit dem Index i die Leistung in absteigender Ordnung bezeichnet wird, und mit dem Index k die Basisstation bezeichnet wird, so können die Pfade in folgender Notation bezeichnet werden: Spathki = ⟨Spath_strengthki , Spath_positionki ⟩.
Diese Prozedur kann dann wie folgt definiert werden:

– Eine Anzahl N_BS (Anzahl der empfangenen Basisstationen des Active Set) von Rake-Fingern wird zuerst an die jeweils besten selektierten Pfade jeder Zelle vergeben, so dass diese Pfade mit Spath k / i mit k = 1, 2, ...N_BS bezeichnet werden können.
– Die verbleibenden Rake-Finger werden unter Verwendung aller ausgewählter Pfade aller Basisstationen entsprechend einem SINR-Kriterium zugeordnet. Dieses kann die Differenz zwischen der Pfadsignalleistung, also der Signalamplitude, und einer Abschätzung des SINR-Rauschpegels sein. Npathki = Spathki – NoiseLevelk mit i = 2 ...Npaths(k) und k = 1, 2, ...NBS

Der Rauschpegel wird als derselbe für alle von einer gegebenen Zelle stammenden Pfade angenommen, kann jedoch zwischen verschiedenen Zellen variieren. Die Rausch-Schätzung kann unter Verwendung des weiter oben genannten absoluten Rausch-Schwellwertes erhalten werden, der mit denselben Parametern für alle Zellen berechnet wird.
Der berechnete SINR-Wert kann für alle Pfade ebenso direkt als Pfadselektionskriterium zwischen verschiedenen Zellen verwendet werden. Npathki = SINRki mit i = 2 ...Npaths(k) und k = 1,2, ...NBS
In der 7A, B ist anhand zweier verschiedener Szenarien dargestellt, wie für zwei Zellen A und B die verschiedenen Aufgaben verschachtelt abgearbeitet werden können. Für das erste Szenario gemäß der 7A wurde eine niedrige Geschwindigkeit, eine niedrige Frequenzabweichung und ein niedriger Rauschpegel angenommen. Es wurde N_CORR = 10 Pilotsymbole und N_avg entsprechend 4 Zeitschlitze gesetzt. Es wurde ferner N_{avg_fading} = 8 Rahmen und RI = 2 Rahmen gesetzt . Für das Szenario entsprechend der 7B wurde eine hohe Geschwindigkeit, eine hohe Frequenzabweichung und ein niedriger Rauschpegel angenommen. Es wurde N_CORR = 1 Pilotsymbol und N_avg entspre chend 4 Zeitschlitzen gesetzt. Es wurden ferner N_{avg_fading} = 4 Rahmen und RI = 1 Rahmen gesetzt.

Claims

Verfahren zum Ermitteln und Auswählen von Übertragungspfaden des Empfangssignals in einem Mobilkommunikations-Endgerät, bei welchem – die Übertragungspfade des Empfangssignals und die zugehörigen Pfadverzögerungszeiten und Pfadgewichte ermittelt werden, und zu diesem Zweck – Korrelationen zwischen dem senderseitig mit Pilotsymbolen beaufschlagten Empfangssignal und einem die Pilotsymbole enthaltenden Korrelationssignal derart durchgeführt werden, dass ein Verzögerungsprofil erhalten wird, Mittelungen über jeweils mehrere derart erhaltene Verzögerungsprofile durchgeführt werden, und Auswertungen von jeweils mehreren Bemittelten Verzögerungsprofilen mit dem Ziel der Pfadauswahl durchgeführt werden, wobei – die für die Korrelationen und die Mittelungen und die Auswertungen maßgeblichen Parameter und das Wiederholintervall RI dieser Berechnungen in Abhängigkeit von der Relativgeschwindigkeit zwischen Sender und Empfänger, der Frequenzabweichung zwischen der Trägerfrequenz des Empfangssignals und der empfangsseitig eingestellten Referenzfrequenz und des Rauschpegels des Empfangssignals eingestellt werden.
Verfahren zum Ermitteln und Auswählen von Übertragungspfaden des Empfangssignals in einem Mobilkommunikations-Endgerät, bei welchem – die Übertragungspfade des Empfangssignals und die zugehörigen Pfadverzögerungszeiten und Pfadgewichte ermittelt werden, und zu diesem Zweck – Korrelationen zwischen dem senderseitig mit Pilotsymbolen beaufschlagten Empfangssignal und einem die Pilotsymbole enthaltenden Korrelationssignal derart durchgeführt werden, dass ein Verzögerungsprofil erhalten wird, Mittelungen über jeweils mehrere derart erhaltene Verzögerungsprofile durchgeführt werden, und Auswertungen von jeweils mehreren ge mittelten Verzögerungsprofilen mit dem Ziel der Pfadauswahl durchgeführt werden, wobei – die für die Korrelationen und/oder die Mittelungen und/oder die Auswertungen maßgeblichen Parameter und/oder das Wiederholintervall RI dieser Berechnungen in Abhängigkeit von der Relativgeschwindigkeit zwischen Sender und Empfänger, der Frequenzabweichung zwischen der Trägerfrequenz des Empfangssignals und der empfangsseitig eingestellten Referenzfrequenz und des Rauschpegels des Empfangssignals eingestellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass – die Relativgeschwindigkeit, die Frequenzabweichung und der Rauschpegel entsprechend ihrer Größe jeweils in zwei Bereiche unterteilt werden, und – für die sich daraus ergebenden acht Betriebszustände jeweils feste Werte für die Parameter N_CORR, N_avg, N_{avg_fading} und RI vorgesehen werden.
Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 2, dadurch gekennzeichnet, dass – anhand vorgegebener Bewertungskriterien das Auftreten von Gruppen oder Clustern von Übertragungspfaden festgestellt werden kann, und – bei Feststellung einer Pfadgruppe eine Auswahl von Pfaden aus der Pfadgruppe vorgenommen wird.
Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 2, dadurch gekennzeichnet, dass – die Übertragungspfade von mehreren Basisstationen ermittelt und ausgewählt werden, und weiterhin – von jeder Basisstation eine Mindestanzahl von Übertragungspfaden ausgewählt wird, und – eine verbleibende Anzahl Übertragungspfade in der Reihenfolge ihres SINR-(Signal-zu-Interferenz-und-Rausch)Gewichtes Signalleistung ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – der für die Korrelationen maßgebliche Parameter die aus einer Anzahl aufeinander folgender Pilotsymbole gebildete Korrelationslänge N_CORR des Korrelationssignals ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – der für die Mittelungen maßgebliche Parameter die Anzahl N_avg der zu mittelnden Korrelationsergebnisse ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – der für die Auswertungen der gemittelten Verzögerungsprofile maßgebliche Parameter die Anzahl N_{avg_fading} der gemittelten Verzögerungsprofile ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Auswertungen der gemittelten Verzögerungsprofile darin bestehen, dass solche Verzögerungszeiten als Pfade selektiert werden, bei denen der Signalwert in mindestens einer Anzahl N_OCC der N_{avg_fading} gemittelten Verzögerungsprofile einen vorgegebenen Schwellwert N_{peak_max} überschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass – die Relativgeschwindigkeit, die Frequenzabweichung und der Rauschpegel entsprechend ihrer Größe jeweils in zwei Bereiche unterteilt werden, und – für die sich daraus ergebenden acht Betriebszustände jeweils feste Werte für die Parameter N_CORR, N_avg, N_{avg_fading} und RI vorgesehen werden.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass – die Parameter N_CORR, N_avg, N_{avg_fading} Und RI bei einem Wechsel des Betriebszustands ausgehend von einem Referenz-Betriebszustand in vorbestimmter Weise erhöht oder erniedrigt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – für den Fall, dass anfänglich noch keine Messdaten für die Relativgeschwindigkeit, die Frequenzabweichung und den Rauschpegel vorliegen, vorgegebene Werte für die maßgeblichen Parameter verwendet werden.
Verfahren nach den Ansprüchen 9 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass – anfänglich die maßgeblichen Parameter entsprechend einem der acht Betriebszustände verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass – anhand vorgegebener Bewertungskriterien das Auftreten von Gruppen oder Clustern von Übertragungspfaden festgestellt werden kann, und – bei Feststellung einer Pfadgruppe eine Auswahl von Pfaden aus der Pfadgruppe vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Maximalzahl von auszuwählenden Pfaden und ein Mindestabstand in der Verzögerungszeit zwischen benachbarten Pfaden, insbesondere die Chip-Dauer, vorgegeben wird und von den in Frage kommenden Pfadkonfigurationen diejenige mit der höchsten Summensignalstärke ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, welches in einem mobilen Endgerät ausgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass – die Übertragungspfade von mehreren Basisstationen nach einem der vorhergehenden Ansprüche ermittelt und ausgewählt werden, und weiterhin – von jeder Basisstation eine Mindestanzahl von Übertragungspfaden ausgewählt wird, und – eine verbleibende Anzahl Übertragungspfade in der Reihenfolge ihres SINR-(Signal-zu-Interferenz-und-Rausch)Gewichtes Signalleistung ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass – das SINR-Gewicht aus der Signalamplitude abzüglich des mittleren Rauschpegels der von der betroffenen Basisstation übertragenen Empfangssignale berechnet wird.
Verfahren zum Einrichten von Rake-Fingern in einer Rake-Empfängereinheit einer Empfänger-Schaltung eines Mobilkommunikations-Endgerätes, bei welchem – Rake-Finger mit den nach einem der vorherigen Ansprüche selektierten Übertragungspfaden und den jeweils zugehörigen Pfadverzögerungszeiten und Pfadgewichten eingerichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass – in jedem Rake-Finger von der empfangenen und abgetasteten Signalfolge ein Abtastzeitfehler detektiert wird und ein Fehlersignal erzeugt wird und der Abtasttakt oder der Abtastzeitpunkt der Signalfolge in Abhängigkeit von dem Fehlersignal verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass – in jedem Rake-Finger eine empfangene Signalfolge mit einer übereinstimmenden lokal erzeugten Signalfolge zu einem früheren und einem späteren Zeitpunkt korreliert wird und aus den Korrelationssignalen das Fehlersignal gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass – die Veränderung des Abtasttaktes durch eine Interpolation von Datenwerten der Signalfolge unter Verwendung des Fehlersignals durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass – die Pfadverzögerungszeit des Rake-Fingers um eine vorgegebene Zeitdauer, vorzugsweise eine halbe Chip-Dauer vor oder zurückverschoben wird, wenn das Fehlersignal betragsmäßig einen vorgegebenen Maximalwert überschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass – die in den Rake-Fingern aufgrund der Fehlersignale vorgesehenen Veränderungen der Abtasttakte erfasst werden und einer von zwei Rake-Fingern abgeschaltet oder aus den ausgewählten Pfaden entfernt wird, wenn die Differenz ihrer durch die geänderten Abtasttakte geänderten Pfadverzögerungszeiten Null ist oder einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit – einer Pfadermittlungseinheit (10) für die Ermittlung der Übertragungspfade des Empfangssignals und der zugehörigen Pfadverzögerungszeiten und Pfadgewichte und für die Durchführung der Korrelationen und der Mittelungen, – einer Schwellwertselektionseinheit (22.1) für die Auswahl solcher Verzögerungszeiten als Pfade, bei denen der Signalwert in mindestens einer Anzahl N_OCC der N_{avg_fading} gemittelten Verzögerungsprofile einen vorgegebenen Schwellwert N_{peak_max} überschreitet, – einer mit der Pfadermittlungseinheit (10) verbundenen Parameterbestimmungseinheit (21.1), mit welcher ein Relativ geschwindigkeits-Schätzer (32.1), ein Frequenzabweichungs-Schätzer (30.1) und ein Rauschpegel-Schätzer (31.1) verbunden sind, und welcher aus den gelieferten Größen Relativgeschwindigkeit, Frequenzabweichung und Rauschpegel die für die Korrelationen, die Mittelungen und Auswertungen maßgeblichen Parameter einstellt und der Pfadermittlungseinheit (10) übergibt, gekennzeichnet durch – eine Pfadselektionseinheit (23.1), welche mit der Schwellwertselektionseinheit (22.1) verbunden ist, für die Feststellung von Gruppen oder Clustern von Übertragungspfaden anhand vorgegebener Bewertungskriterien und für die Auswahl von Pfaden aus einer Pfadgruppe.
Vorrichtung nach Anspruch 23 oder dem Oberbegriff des Anspruchs 23, welche in einem mobilen Endgerät enthalten ist, und welche – eine gemeinsame Pfadermittlungseinheit (10) und für jede von einer Mehrzahl von Basisstationen jeweils eine Schwellwertselektionseinheit (22.1, 22.2), eine Parameter-Bestimmungseinheit (21.1, 21.2) und eine Pfadselektionseinheit (23.1, 23.2) aufweist, wobei die gemeinsame Pfadermittlungseinheit (10) mit jeder der Schwellwertselektionseinheiten (22.1, 22.2) verbunden ist, und welche – eine gemeinsame Fingerallokationseinheit (40) aufweist, die mit jeder der Pfadselektionseinheiten (23.1, 23.2) verbunden ist und so ausgestaltet ist, dass sie von jeder Basisstation eine Mindestanzahl von Übertragungspfaden auswählt und eine verbleibende Anzahl Übertragungspfade in der Reihenfolge ihrer Signalleistung auswählt.
Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass – die gemeinsame Fingerallokationseinheit (40) mit SINR-Schätzern (34.1, 34.2) für die Schätzung des mittleren Signal-zu-Interferenz-und-Rausch-(INR-)Verhältnisses verbunden und ferner so ausgestaltet ist, dass sie die Signalleistung der Übertragungspfade durch deren Signalamplitude abzüglich des mittleren SINR-Verhältnisses der von der betroffenen Basisstation übertragenen Empfangssignale berechnet.
Rake-Empfängereinheit einer Empfängerschaltung eines Mobilkommunikations-Endgerätes mit – einer Anzahl Rake-Fingern, und – einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 25.
Vorrichtung nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch – den Rake-Fingern zugeordnete Abtastzeitpunkt-Korrekturmittel (33.1, 33.2), welche auf der Basis eines detektierten Abtastzeitfehlers den Abtastzeitpunkt der in den Rake-Fingern empfangenen und abgetasteten Signalfolge korrigieren, und welche mit der mindestens einen Pfadselektionseinheit (23.1, 23.2) verbunden sind, wobei – die Pfadselektionseinheit (23.1, 23.2) derart ausgestaltet ist, einen von zwei Rake-Fingern abzuschalten oder aus einer von der Schwellwertselektionseinheit (22.1, 22.2) gelieferten Pfadauswahl zu entfernen, wenn die Differenz ihrer durch die geänderten Abtasttakte geänderten Pfadverzögerungszeiten Null ist oder einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet.