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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf CDMA-Mobilsysteme der dritten Generation und hier auf ein Anpassen von Suchschwellen bei einem CDMA-Basisbandempfänger nur unter Verwendung von Störsignalcodeleistungs-(ISCP-)Messungen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren und ein System zum dynamischen Einstellen von Suchschwellen bei einem Basisbandempfänger. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren und ein System zum Identifizieren von optimalen Ausbreitungswegen eines Kommunikationssignals unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. Systems.
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Codeteilungsmehrfachzugriff-(CDMA-)Mobilsysteme der dritten Generation, wie z. B. ein Breitbandcodeteilungsmehrfachzugriff (W-CDMA) des Dritte-Generation-Partnerschaftsprogramms (3GPP) des universellen Mobiltelekommunikationssystems (UMTS), verwenden Suchschwellen, um Ausbreitungswege zu erfassen, während eine konstante Wahrscheinlichkeit eines falschen Alarms sichergestellt wird.
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Ein herkömmliches System zum Sicherstellen einer konstanten Wahrscheinlichkeit eines falschen Alarms umfasst ein Minimieren einer Automatikverstärkungssteuerungs-(AGC-)Jitterbeaufschlagung unter Verwendung von hochpräzisen Analogkomponenten. Ein Nachteil dieses Lösungsansatzes sind die gestiegenen Systemkosten aufgrund der hohen Kosten von hochpräzisen Analogkomponenten.
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Ein weiteres herkömmliches System umfasst ein Hinzufügen von zusätzlicher Digitalhardware zum Messen des Gesamtbetrags der Leistung des empfangenen Signals plus der Störleistung nach Analog-Digital-(A/D-)Umwandlung und zum Zurückführen der gemessenen Empfangenes-Signal-Plus-Störung-Gesamtleistung zu der AGC oder zum direkten Verwenden des gemessenen Werts, um die Leistungsmessungen zu normieren. Ein Nachteil dieses Lösungsansatzes besteht in der Notwendigkeit von zusätzlicher Hardware und den damit verbundenen Kosten.
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Die
WO 004648 A1 beschreibt einen bekannten Ansatz zur adaptiven Einstellung einer Wegauswahlschwelle für DS-CDMA-Empfänger.
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Bekannte Systeme ermöglichen eine Normierung nur basierend auf einer kombinierten Messung von sowohl Signal- als auch Störleistung. Um jedoch eine konstante Wahrscheinlichkeit eines falschen Alarms sicherzustellen, sollte die Normierung idealerweise nur basierend auf der Störleistung erfolgen.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Ansatz zur Einstellung von Einstellen von Suchschwellen bei einem Basisbandempfänger zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und durch ein System nach Anspruch 7 gelöst.
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Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren und ein System zum Identifizieren von optimalen Ausbreitungswegen eines Kommunikationssignals, das von einem Sender zu einem Basisbandempfänger gesendet wird, unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. Systems.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 veranschaulicht ein Blockdiagramm einer Übersicht eines Abschnitts eines CDMA-Mobilsystems der dritten Generation;
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2 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Ausbreitungswegerfassungsprozesses; und
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3 veranschaulicht ein Flussdiagramm zum Anpassen von Suchschwellen basierend auf ISCP-Messungen gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Zusammenfassend liefert die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum dynamischen Einstellen von Suchschwellen basierend auf einer Transformation unter Verwendung einer nicht orthogonalen Störsignalcodeleistungs-(ISCP-)Messung. Da die ISCP-Messung nur auf Störleistung und nicht auf Signalleistung basiert, besteht selbst für eine relativ hohe Signalleistung eine konstante Wahrscheinlichkeit eines falschen Alarms. Da die ISCP-Messungen außerdem ohne weiteres an dem L1-Prozessor verfügbar sind, wird keine zusätzliche Hardware benötigt.
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Die vorliegende Erfindung wird zunächst durch ein Liefern einer Übersicht eines Abschnitts eines CDMA-Mobilsystems der dritten Generation, gefolgt von einer Beschreibung einer Ausbreitungswegerfassung, einer Wahrscheinlichkeit eines falschen Alarms und Physikalische-Schicht-Messungen und schließlich eine Beschreibung eines Anpassens von Suchschwellen gemäß dem bevorzugten Modus der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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A. Übersicht eines Abschnitts eines CDMA-Mobilsystems der dritten Generation
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1 veranschaulicht ein Blockdiagramm einer Übersicht eines Abschnitts eines CDMA-Mobilsystems 100 der dritten Generation, das eine automatische Verstärkungssteuerung (AGC) 101, einen Analog-Digital-(A/D-)Wandler 102, einen Digitalbasisbandempfänger 103 der dritten Generation (3G) und einen Physikalische-Schicht-(L1-)Prozessor 104 umfasst. Eine optimale Verwendung des Digitalbasisbandempfängers 103 erfordert einen konstanten Durchschnittsleistungspegel eines Digitaleingangssignals rn. Das gleiche gilt für das Analogeingangssignal des A/D-Wandlers 102. Um über die Zeit einen ziemlich konstanten Leistungspegel sicherzustellen, wird das empfangene Analogsignal r(t), bei dem es sich um die Empfangenes-Signal-Gesamtleistung aller Mobiltelefone plus thermisches Rauschen handelt, durch die AGC 101 skaliert. Die AGC 101 skaliert das Analogsignal r(t) normalerweise durch ein Vergleichen einer gefilterten Analogleistungsmessung des Analogsignals r(t) mit einer vordefinierten Ziel- bzw. Sollleistung, die als ein AGC-Sollwert α bekannt ist. Die Genauigkeit der AGC 101 ist aufgrund von Temperatureffekten und Alterung ihrer Analogkomponenten eingeschränkt.
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Der Digitalbasisbandempfänger 103 von 1 enthält einen RAKE-Empfänger (nicht gezeigt), der ein Leistungsverzögerungsprofil des Digitaleingangssignals rn für auflösbare Ausbreitungswege unter Verwendung von Suchschwellen (die dynamisch angepasst werden, d. h. durch einen bevorzugten Modus der vorliegenden Erfindung gesetzt werden) abtastet; eine genaue Leistungsmessung während dieses Abtastens ist von großer Wichtigkeit. Die zugrundeliegende Verarbeitung dieser Abtastaufgabe ist eine Kernaufgabe einer Fingerverwaltung, die durchgeführt wird, wie es bei dem L1-Prozessor 104 dargestellt ist.
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Physikalische-Schicht-Messungen, die durch den Basisbandempfänger 103 geliefert werden, werden in den L1-Datenbanken 104-1 des L1-Prozessors 104 gespeichert und werden für verschiedene L1-Verarbeitungsalgorithmen 104-2 und 104-3 verwendet. Einer dieser Algorithmen ist der RAKE-Empfängerfingerverwaltungsalgorithmus 104-2, der sowohl Fingerenergiemessungen als auch adaptive Suchschwelleneinstellungen 104-4, die auf ISCP-Messungen basieren, verwendet, um Werte zu berechnen, die verwendet werden, um den Basisbandempfänger 103 zu konfigurieren. Die Suchschwellen sind adaptiv, um Jitter bei der AGC 101 zu berücksichtigen.
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B. Ausbreitungswegerfassung
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2 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Ausbreitungswegerfassungsprozesses 200, der durch den RAKE-Empfängerabschnitt 103-1 des Basisbandempfängers 103 durchgeführt wird. Wegleistung wird durch einen Korrelator 201 gemessen, der ein komplexes empfangenes Signal rn auf Chipebene mit einer erwarteten Trainingssequenz cn korreliert, wobei n ein Zeitindex ist. Die Trainingssequenz cn kann aus einem Verwürfelungscode, einem Kanalisierungscode und einem Pilotmuster gebildet sein und ist eine Sequenz von Datenbits, die dem Basisbandempfänger 103 bekannt ist. Da der Empfänger 103 die erwartete Trainingssequenz kennt, kann derselbe die tatsächliche empfangene Sequenz messen und mit der erwarteten Trainingssequenz vergleichen, um dadurch eine Verzerrungscharakteristik (d. h. ein Korrelationssignal) dieses bestimmten Kanals zu erhalten.
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Ein Summierer 202 integriert das Korrelationssignal von dem Korrelator 201 kohärent über die Trainingssequenzlänge N, um xm zu erzeugen, wobei es sich um die komplexe Korrelation des empfangenen Signals rn mit der Trainingssequenz cn handelt. Ein Fehlerdetektor 203 integriert dann nichtkohärent den mittleren quadratischen Fehler (MSE) von xm über M Akkumulationen der Energiemessung, um eine Erfassungsvariable z zu erzeugen, bei der es sich um ein Maß des ISCP-Plus-Signals handelt. Schließlich vergleicht ein Komparator 204 die Erfassungsvariable z mit einer Schwelle T. Falls die Erfassungsvariable z größer ist als die Schwelle T, dann ist ein gültiger Ausbreitungsweg erfasst; ansonsten ist kein gültiger Ausbreitungsweg erfasst.
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Am Ende einer Beobachtungsperiode werden Schwellen T verwendet, um einen bestimmten Zeitversatz als einen gültigen Ausbreitungsweg zu identifizieren. Mehrere Korrelationsergebnisse können nichtkohärent pro Beobachtungsperiode kombiniert werden. Die charakteristischen Entwurfsparameter, die einer Schwelle T zugeordnet sind, sind Erfassungswahrscheinlichkeit (d. h. eine Leistungsmessung, die eine Schwelle T bei einem gültigen Zeitversatz überschreitet, d. h. wenn das Signal vorhanden ist) und Wahrscheinlichkeit eines falschen Alarms (d. h. eine Leistungsmessung, die eine Schwelle T bei einem ungültigen Zeitversatz überschreitet, d. h. wenn kein Signal vorhanden ist und nur Rauschen vorhanden ist).
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Die maximale Anzahl von Wegen wird durch den RAKE-Empfängerabschnitt 103-1 bestimmt. Gültige Ausbreitungswege können in einer Datenbank, wie z. B. 104-1, gespeichert und sortiert werden, und dann können die Ausbreitungswege, die die höchste Erfassungsvariable z aufweisen, ausgewählt werden. Es kann jedoch auch eine Vorgeschichte berücksichtigt werden, was dazu führt, dass bestimmte Ausbreitungswege mit den höchsten Erfassungsvariablen nicht ausgewählt werden; dies ist als eine regelbasierte Auswahl bekannt. Gründe dafür, einen Ausbreitungsweg mit einer hohen Erfassungsvariable z nicht auszuwählen, umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf eine Wahrscheinlichkeit, dass zwei Ausbreitungswege miteinander verschmelzen, oder dass ein Ausbreitungsweg an einem bestimmten Punkt erlischt.
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C. Wahrscheinlichkeit eines falschen Alarms
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Normalerweise sind die Beobachtungsperiode und die Schwellen derart ausgewählt, dass die Wahrscheinlichkeit eines falschen Alarms unter einem bestimmten Wert (z. B. 1e–4) bleibt, während trotzdem eine annehmbare Erfassungswahrscheinlichkeit (d. h. > 0,9) sichergestellt ist, abhängig von einer verfügbaren Signalleistung. Die Bekanntheit und insbesondere die Konstanz der Wahrscheinlichkeit eines falschen Alarms ist von großer Bedeutung, um eine effiziente Fingerverwaltung zu ermöglichen, und ist somit wichtig für die Gesamtleistung des Digitalbasisbandempfängers 103.
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Sowohl die Erfassungswahrscheinlichkeit als auch die Wahrscheinlichkeit eines falschen Alarms sind bezüglich Veränderungen des Verhältnisses einer Signal-Plus-Störung-Leistung zu einer Schwelleneinstellung in hohem Maße empfindlich. Eine AGC-Verstärkung über dem Zielsollwert α bewirkt eine erhöhte Wahrscheinlichkeit eines falschen Alarms, was schließlich aufgrund des Beitrags von ungültigen Ausbreitungswegen zu zusätzlicher Störung führt. Eine AGC-Verstärkung unter dem Zielsollwert α führt zu einer verringerten Erfassungswahrscheinlichkeit und somit zu einem Verlust von gültigen Ausbreitungswegen. Somit besteht eine Hauptherausforderung darin, eine bestimmte Wahrscheinlichkeit eines falschen Alarms über die erwartete Dynamik von Signal- und Störleistung, einschließlich der Wirkung der AGC, aufrechtzuerhalten.
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Die Wahrscheinlichkeit eines falschen Alarms kann geschrieben werden als:
wobei p
fa die Wahrscheinlichkeit eines falschen Alarms ist und
2σ 2 / x die kombinierte Varianz von x bei I- und Q-Phase ist.
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Die Störsignalcodeleistung (ISCP) ist als die nichtorthogonale Störsignalcodeleistung definiert, die an dem Codekanal (DPCCH) gemessen wird, d. h. nur die Q-Phase. Unter der Annahme, dass die ISCP-Messung auf Chipebene normiert ist, kann
σ 2 / x ausgedrückt werden als:
σ 2 / x = N·ISCP (2) wobei N die Gesamtlänge der Trainingssequenz ist. Gleichung (2) eingesetzt in Gleichung (1) kann ausgedrückt werden als:
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Gleichung (3) ist eine wichtige Grundlage der Erfindung, d. h. dass eine konstante Wahrscheinlichkeit eines falschen Alarms pfa für ein konstantes Verhältnis von T/ISCP besteht.
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Auch wird keine zusätzliche Hardware benötigt, um die ISCP zu erfassen, da die ISCP bereits an dem Basisbandempfänger 103 bekannt ist, da dieselbe für andere 3GPP-Schichten berechnet wird und die ISCP-Messung, die bei diesen Berechnungen verwendet wird, in einer Schicht-1-Datenbank 104-1 gespeichert wird. Im Einzelnen erfordert ein UMTS-Terrestrischer-Funk-Zugriffsnetz (UTRAN), wobei es sich um einen Begriff handelt, der Funknetzsteuerungen und Knotenbasisstationen eines UMTS-Netzes beschreibt, eine Messung eines Signal-Störung-Verhältnisses (SIR), das definiert ist als: SIR = RSCP / ISCP·SF (4) wobei RSCP die Messung einer Empfangenes-Signal-Codeleistung ist und SF der Ausbreitungsfaktor auf dem Codekanal (DPCCH) ist, und genau bei dieser Messung wird die ISCP verwendet und für diese wurde sie bereits gemessen.
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D. Physikalische-Schicht-Messungen
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Der 3GPP-Standard schreibt nicht vor, wie Messungen in der physikalischen Schicht (L1) durchgeführt werden, der Standard schreibt jedoch die Berichtperiode und die Genauigkeit der Messungen vor. Für die SIR-Messung erfordert der 3GPP-Standard TS 25.133 V5.7.0 eine Berichtperiode von 80 ms und eine Genauigkeit von +/–3 dB für –7 dB < SIR < 20 dB.
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UTRAN erfordert eine SIR-Messung für jede Aufwärtsverbindung. Das empfangene Aufwärtsverbindungssignal ist gebildet aus einer Superposition aller U Aufwärtsverbindungen plus thermisches Rauschen einer Leistung N. Die Empfangenes-Signal-Gesamtleistung S auf Chipebene wird dargestellt als:
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Die ISCP für jede Aufwärtsverbindung wird dargestellt als: ISCPu = S – RSCPu (6)
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Auf Chipebene ist der Beitrag einer einzelnen Aufwärtsverbindung normalerweise vernachlässigbar bezüglich der Gesamtleistung des empfangenen Signals (d. h. RSCPu ≪ S, u ∊ [0, ..., U – 1]). Somit wird die folgende Beziehung erhalten: ISCPu ≈ S, u ∊ [0, ..., U – 1] (7)
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Gemäß Gleichung (7) weisen alle Aufwärtsverbindungen fast die gleiche Störsignalcodeleistung auf. Somit ist es möglich, den Durchschnitt der ISCP-Messungen über alle Aufwärtsverbindungen zu nehmen, um die Messgenauigkeit zu verbessern, d. h.
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E. Anpassen von Suchschwellen gemäß dem bevorzugten Modus
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Die vorliegende Erfindung wird nun mit Bezug auf einen bevorzugten Modus beschrieben, der ein UTRAN mit 24 (d. h. U = 24) aktiven Aufwärtsverbindungen aufweist. Wie es durch das 3GPP verlangt wird, liefert die physikalische Schicht (L1) eine ISCP-Messung pro 80 ms für jede Aufwärtsverbindung. Für die folgende Erörterung wird angenommen, dass jede Aufwärtsverbindung alle 40, 60 oder 80 ms eine Wegzuweisungsaktualisierung aufweist.
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1. Anfangskalibrierung der ISCP
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Die Anfangskalibrierung der ISCP umfasst vier Schritte, wie sie in den folgenden Absätzen beschrieben sind.
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Der erste Schritt besteht darin, einen Automatikverstärkungssteuerungs-(AGC-)Sollwert α basierend auf der erwarteten Dynamik des empfangenen Signals r(t) und den Charakteristika des A/D-Wandlers 102 auszuwählen. Das heißt, der AGC-Sollwert α wird derart gesetzt, dass der Signaleingang zu dem A/D-Wandler 102 innerhalb des Betriebsbereichs des A/D-Wandlers 102 liegt.
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Der zweite Schritt besteht darin, für jede Aufwärtsverbindung (u = 1...U) die Anfangsschwelle Tu zu bestimmen, die eine gewünschte Wahrscheinlichkeit eines falschen Alarms für den gewählten AGC-Sollwert α liefert. Die gewünschte Wahrscheinlichkeit eines falschen Alarms sollte im Idealfall innerhalb des Bereichs von 1 × 10–4 und 1 × 10–3 liegen.
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Der dritte Schritt besteht darin, eine gemeinsame Aktualisierungsperiode zum Einstellen von Suchschwellen auszuwählen. Die Suchschwellen müssen während einer Wegzuweisungsperiode der jeweiligen Aufwärtsverbindung konstant bleiben. Somit sollte die gemeinsame Aktualisierungsperiode ein ganzzahliges Vielfaches von unterschiedlichen Wegzuweisungsperioden, die bei dem Empfänger verwendet werden, sein. Falls angenommen wird, dass jede Aufwärtsverbindung alle 40, 60 oder 80 ms eine Wegzuweisungsaktualisierung aufweist, wie es im Vorhergehenden erörtert ist, dann betrüge eine annehmbare Aktualisierungsperiode (taktual) 240 ms, da dies ein ganzzahliges Vielfaches von 40, 60 und 80 ms ist.
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Schließlich besteht der vierte Schritt darin, die Gesamtdurchschnitts-ISCP zu messen, die dem Anfangs-AGC-Sollwert α entspricht. Die Messung kann erhalten werden, während die gewünschten Wahrscheinlichkeiten eines falschen Alarms für jede Aufwärtsverbindung berechnet werden. Um die Gesamtdurchschnitts-ISCP zu erhalten, werden die ISCP-80 ms-Messungen für alle Aufwärtsverbindungen über taktual integriert und dann über alle Aufwärtsverbindungen gemittelt.
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2. Anpassen von Suchschwellen basierend auf ISCP-Messungen
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3 veranschaulicht ein Flussdiagramm 300 zum Anpassen von Suchschwellen basierend auf ISCP-Messungen gemäß dem bevorzugten Modus der vorliegenden Erfindung. Dieser adaptive Algorithmus ist ein Beispiel für den adaptiven Schwelleneinstellalgorithmus, der in dem L1-Prozessor 104 von 1 durchgeführt wird.
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Die L1-Datenbanken 104-1 liefern alle 80 ms ISCP-Messungen (ISCP_80 ms) für jeden Finger in jeder Aufwärtsverbindung (u = 0 bis U – 1). Jeder der Summierer 301-0 bis 301-U-1 summiert die ISCP-Messungen aller Finger (m = 0 bis M – 1) der jeweiligen Aufwärtsverbindungen, um einzelne Aufwärtsverbindungs-ISCP-Summen zu liefern. Ein Summierer 302 summiert dann die einzelnen Aufwärtsverbindungs-ISCP-Summen, um eine Gesamt-ISCP (x) zu erzeugen.
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Ein Normierer 303 normiert dann die Gesamt-ISCP (x) über y, wobei es sich um die Anzahl von Aufwärtsverbindungen U mal die Anzahl von Schwellenaktualisierungen (taktual) pro 80 ms-Messungen handelt. Im Einzelnen wird die Anzahl von Aufwärtsverbindungen U mal die Schwellenaktualisierung taktual geteilt durch 80 ms in einem Puffer 304 gespeichert; der Normierer 303 teilt die Gesamt-ISCP (x) durch den Wert, der in dem Puffer 304 gespeichert ist (d. h. y oder Gesamt-ISCP x 80 ms/U × taktual), um den normierten Wert der Gesamt-ISCP (x') für die vorliegende Beobachtungsperiode zu berechnen.
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Eine Skalierberechnungseinrichtung 305 teilt dann den normierten Wert der Gesamt-ISCP (x') durch einen vorhergehenden normierten Wert der Gesamt-ISCP (y') der vorangegangenen Beobachtungsperiode, der in einem ISCP-Puffer 306 gespeichert wurde, um einen Skalierwert (x'') zu berechnen. Ein Skalierer 307 erhält dann vorhergehende Suchschwellen (y'') für jede der Aufwärtsverbindungen (u = 0 bis U – 1) von einer Suchschwellendatenbank 308, skaliert jede der vorhergehenden Suchschwellen (y'') für jede der Aufwärtsverbindungen unter Verwendung des Skalierwerts x'' durch ein Multiplizieren des Skalierwerts x'' mit jeder der vorhergehenden Suchschwellen (y'') und speichert die skalierten Suchschwellen zurück in die Suchschwellendatenbank 308, wodurch eine Einstellung für den Jitter bei der AGC 101 (in 1 gezeigt) vorgenommen wird. Diese skalierten Suchschwellen werden dann als die neu angepassten Suchschwellen verwendet, die verwendet werden, um Ausbreitungswege bei einem Kommunikationssignal zu erfassen.
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Obwohl die Erfindung im Detail mit besonderer Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele derselben beschrieben wurde, ist die Erfindung zu anderen und abweichenden Ausführungsbeispielen in der Lage, und ihre Details können in verschiedener, offensichtlicher Hinsicht modifiziert werden. Wie es für Fachleute ohne Weiteres ersichtlich ist, können Variationen und Modifizierungen vorgenommen werden, während in der Wesensart und dem Schutzbereich der Erfindung verblieben wird. Dementsprechend dienen die vorhergehende Offenbarung, Beschreibung und die Zeichnungsfiguren nur zu Veranschaulichungszwecken und schränken die Erfindung, die nur durch die Ansprüche definiert ist, in keiner Weise ein.
