DE112011100361T5

DE112011100361T5 - Ein Funkempfänger in einem kabellosen Kommunikationssystem

Info

Publication number: DE112011100361T5
Application number: DE112011100361T
Authority: DE
Inventors: Abdelkader Medles; Carlo Luschi; Gang Wang
Original assignee: Icera LLC
Current assignee: Nvidia Technology UK Ltd
Priority date: 2010-01-28
Filing date: 2011-01-27
Publication date: 2012-12-27
Also published as: TWI491181B; GB201001389D0; US20130051448A1; GB201212689D0; WO2011092249A1; TW201203876A; GB2489174B; US8934520B2; GB2489174A

Abstract

Ein Verfahren, ein Empfänger und ein Programm zur Verarbeitung von Funksignalen zur Erkennung einer n-Strahl-Kanalbedingung. Das Verfahren umfasst: Empfangen von Signalabtastwerten und Abschätzen mehrere Kanalabgriffe aus den Abtastwerten; Abschätzen einer Signalleistung und einer Störleistung für jeden der Kanalabgriffe; Filtern der Signalleistung zur Bereitstellung einer gefilterten Signalleistungsgröße; Filtern der Störleistung zur Bereitstellung einer gefilterten Störleistungsgröße; Verwenden der gefilterten Leistungsgrößen zur Bestimmung von n stärksten Kanalabgriffen; Erzeugen eines ersten und eines zweiten Vergleichsparameters unter Anwendung der stärksten Kanalabgriffe und mindestens eines anderen Kanalabgriffs; Bereitstellen eines Vergleichsergebnisses auf der Grundlage des ersten und des zweiten Vergleichsparameters und eines Schwellwerts, und; Erkennen einer n-Strahl-Kanalbedingung aus dem Vergleichsergebnis.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Funkempfänger in einem kabellosen Kommunikationssystem und ein Verfahren zur Verarbeitung von Funksignalen.
Die Übertragung von Funksignalen, die Daten transportieren, kann in der modernen kabellosen Kommunikation auf der Grundlage einer Reihe unterschiedlicher Kommunikationssysteme, die häufig durch einen Standard spezifiziert sind, verwirklicht werden. Es gibt zunehmende Anforderungen für Geräte, die in der Lage sind, so zu arbeiten, dass sie mehr als eines dieser kabellosen Kommunikationssysteme unterstützen. Mobile Funkempfängergeräte enthalten analoge Hochfrequenz-(HF-)/Zwischenfrequenz-(ZF)Stufen, die ausgebildet sind, kabellose Signale über eine oder mehrere Antennen zu empfangen und zu senden. Das Ausgangssignal der HF/ZF-Stufen wird typischer Weise in das Basisband konvertiert, in welchem ein Analog-Digital-Wandler (ADC) eintreffende analoge Signale in digitale Signalabtastwerte umwandelt, die dann zur Signalerkennung und zur Dekodierung der Daten in Form von logischen Werte verarbeitet werden. Der ADC kann alternativ direkt bei ZF arbeiten, in welchem Falle die Umwandlung ins Basisband im digitalen Bereich ausgeführt wird. Es sind eine Reihe unterschiedlicher Arten für die Eingansverarbeitung der digitalen Abtastwerte bekannt, um eine Signalerkennung einzurichten, wozu die Rake-Empfängerverarbeitung bzw. Rechen-Empfängerverarbeitung und Kanalangleichungsverarbeitung bzw. Kanalentzerrungsverarbeitung gehören.
In kabellosen Systemen mit Codeaufteilung-Mehrfachzugriff (CDMA) werden verschiedene physikalische Kanäle im Codebereich gebündelt bzw. durch Multiplexing verarbeitet unter Anwendung separater Aufspreizungssequenzen. Im Falle der orthogonalen Aufspreizung von Codewörtern können die ursprünglichen Datensymbole dann effektiv im Empfänger durch Entspreizung separiert werden.
In einem Weitbereichs-CDMA-(WCDMA-)Funksystem wird eine Abwärtsverbindungs-Codebündelung bzw. Multiplexing ausgeführt unter Anwendung von orthogonalen Codes mit variablem Spreizungsfaktor (OVSF). Jedoch sind die OVSF-Codewörter nur unter der Bedingung zueinander orthogonal, dass eine ideale Zeitausrichtung vorhanden ist. Bei Vorliegen einer Signalausbreitung mit mehreren Ausbreitungspfaden geht die Orthogonalität des Codes verloren und der Vorgang des Entspreizens wird durch Mehrfachzugriffsstörung bzw. Interferenz (MAI) beeinflusst.
Mobile CDMA-Funkempfänger verwenden konventioneller Weise einen Rake-Prozessor bzw. einen Rechen-Prozessor, der auf Korrelationseigenschaften der aufspreizenden Sequenzen beruht. Ein Rake-Prozessor ist beispielsweise beschrieben in J. G. Proakis, „Digitale Kommunikation", New York, McGraw-Hill, 1995. Diese Art von Empfänger unterliegt einer Leistungseinbuße in Anwesenheit einer Code-Korrelation, wenn die MAI zwischen einer Code-gebündelten Übertragung vergleichbar ist zu anderen Quellen des Rauschens und der Störung. Unter diesen Bedingungen kann eine Leistungssteigerung erreicht werden, indem versucht wird, die Orthogonalität zwischen den Codes vor dem Entspreizen wieder herzustellen. Das nicht optimale Verhalten konventioneller 3GPP-Empfänger, die auf einer Rechen-Verarbeitung beruhen, bewirkt eine signifikante Leistungseinbuße insbesondere für die Abwärtsverbindungsdatenraten, die von 384 kbps für die WCDMA-Spezifizierung 99 auf Hochgeschwindigkeits-Abwärtsverbindungs-Paketzugriffs-(HDSPA-)Raten von mehreren Mpbs ansteigen. Wenn die Codeorthogonalität aufgrund mehrerer Pfade zerstört ist, ist eine wirksame Vorgehensweise die Verwendung der Kanalangleichung bzw. -entzerrung bzw. Equalising anstelle der Rechen-Verarbeitung.
Beispielsweise wurde gezeigt, dass ein linearer Entzerrer auf Chipebene mit minimalem mittleren quadratischen Fehler (MMSE) einen ausgeprägten Leistungsvorteil gegenüber einem konventionellen Rake-Empfang bietet jedoch zu Lasten einer größeren Implementierungskomplexität. Dieser Vorteil ist insbesondere wichtig für die Datenübertragung mit hoher Rate, etwa beim 3GPP Hochgeschwindigkeits-Abwärtsverbindungs-Paketzugriff HSDPA. Jedoch ist die Kanalentzerrung gegebenenfalls nicht in der Lage, ein besseres Verhalten unter allen möglichen Gegebenheiten zu bieten. Insbesondere liefert die Verwendung eines Kanalentzerrers keinen Vorteil unter Bedingungen mit Signalausbreitung mit einem Einzelstrahl, d. h. in Abwesenheit einer Mehrpfadsignalausbreitung.
Die obigen Beschränkungen hängen generell von dem speziellen betrachteten Entzerrungsalgorithmus ab. Im Falle eines linearen MMSE-Entzerrers beruht in Anwesenheit einer nicht frequenzselektiven Antwort oder einer festen Kanalantwort der Entzerrer auf der Abschätzung der Kanalimpulsantwort, wobei ein Kanalabschätzfehler proportional zur Anzahl der Kanalimpulsantwortabtastwerte ist. In dieser Situation entspricht die Antwort eines Rechen-Empfängers nicht nur nicht einem Leistungsverlust, der durch MAI hervorgerufen wird, sondern reduziert tatsächlich den Kanalabschätzfehler auf ein Minimum beruhend auf der Abschätzung eines einzelnen Kanalabgriffs.
In ähnlicher Weise kann im Falle eines Entzerrers mit kleinsten Quadraten (IS) das Empfängerverhalten beeinträchtigt sein bei Verwendung der Abschätzung der Kanalstatistik, die mit einer Dimensionszahl ausgeführt wird, die höher ist, als es unter den speziellen Bedingungen eines nicht dispersiven Kanals erforderlich ist, d. h. bei einem Kanalausbreitungsprofil mit einem einzelnen Abgriff.
Die internationale Veröffentlichungsschrift WO 2009/056500 beschreibt eine Empfängerstruktur, die in der Lage ist, die Verwendung eines Rechen-Empfängers oder eines Entzerrers auszuwählen. Es wird eine Reihe von Grundlagen für die Auswahl erläutert, wozu die Erkennung der Empfängerbetriebsweise unter Bedingungen mit gespreizten Kanälen mit geringerer Verzögerung gehört. Insbesondere die Empfängeranpassung kann auf der Abschätzung der mittleren quadratischen (rms) Verzögerungsspreizung des Kanals oder auf einem Maß der Kanalenergie außerhalb eines vordefinierten Zeitfensters beruhen. Die Erfinder haben erkannt, dass eine wesentliche Beschränkung dieser Schemata in der Schwierigkeit der Unterscheidung zwischen einem Einzelstrahlkanalprofil und einem Kanalprofil mit geringer Verzögerungsspreizung besteht, wobei jedoch weiterhin Vorteil aus der Verwendung einer Kanalentzerrung gezogen werden kann. Beispielsweise im Falle eines HSDPA-Empfängers haben die Erfinder durch interne Simulationsergebnisse und Leistungstests gezeigt, dass die Verwendung eines Entzerrers auf Chipebene weiterhin für einen ausgeprägten Leistungsvorteil in Bezug auf den Rake-Empfänger für Kanalprofile mit sehr geringer Verzögerungsspreizung, etwa beispielsweise das Fußgänger A (PA) Kanalprofil des 3GPP Standards, bieten kann.
Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung n-Strahl-Ausbreitungsbedingungen zu erkennen, die in der Lage sind, die obigen Probleme zu lösen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Verarbeitung von Funksignalen in einem kabellosen Funkempfänger bereitgestellt, um eine n-Strahl-Kanalbedingung zu erkennen, wobei das Verfahren umfasst:
Empfangen von Signalabtastwerten und Abschätzen mehrerer Kanalabgriffe aus den Abtastwerten;
Abschätzen einer Signalleistung und einer Störleistung für jeden der Kanalabgriffe;
Filtern der Signalleistung zur Bereitstellung einer gefilterten Signalleistungsgröße;
Filtern der Störleistung zur Bereitstellung einer gefilterten Störleistungsgröße;
Verwenden der gefilterten Leistungsgrößen zur Bestimmung n stärkster Kanalabgriffe;
Erzeugen eines ersten und eines zweiten Vergleichsparameters unter Anwendung der n stärksten Kanalabgriffe und mindestens eines weiteren Kanalabgriffs;
Bereitstellen eines Vergleichsergebnisses auf der Grundlage des ersten und des zweiten Vergleichsparameters und eines Schwellwerts und;
Ermitteln bzw. Erkennen einer n-Strahl-Kanalbedingung aus dem Vergleichsergebnis.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung stellt einen Funkempfänger für ein kabelloses Kommunikationssystem bereit, der umfasst:
eine Einrichtung zum Empfangen von Signalabtastwerten und zum Abschätzen mehrerer Kanalabgriffe aus den Abtastwerten;
eine Einrichtung zum Abschätzen einer Signalleistung und einer Störleistung für jeden der Kanalabgriffe;
eine Einrichtung zum Filtern der Signalleistung zur Bereitstellung einer gefilterten Signalleistungsgröße;
eine Einrichtung zum Filtern der Störleistung zur Bereitstellung einer Filterstörleistungsgröße;
eine Einrichtung zur Verwendung der gefilterten Leistungsgrößen zur Bestimmung n stärkster Kanalabgriffe;
eine Einrichtung zum Erzeugen eines ersten und eines zweiten Vergleichsparameters unter Anwendung der n stärksten Kanalabgriffe und mindestens eines anderen Kanalabgriffs;
eine Einrichtung zur Bereitstellung eines Vergleichsergebnisses auf der Grundlage des ersten und des zweiten Vergleichsparameters und eines Schwellwerts; und
eine Einrichtung zum Erkennen einer n-Strahl-Kanalbedingung aus dem Vergleichsergebnis.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung stellt ein Computerprogrammprodukt bereit, das das oben beschriebene Verfahren einrichtet, wenn das Programmprodukt in einem Prozessor ausgeführt wird.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung stellt einen Funkempfänger für ein kabelloses Kommunikationssystem bereit, der umfasst:
eine kabellose Schnittstelle zum Empfangen digitaler Abtastwerte;
einen Prozessor, der ausgebildet ist, ein Programm auszuführen, das die Schritte des oben definierten Verfahrens einrichtet;
einen Speicher, der eine Rechen-Verarbeitungscodesequenz und eine Entzerrungsverarbeitungscodesequenz enthält; wobei der Prozessor ausgebildet ist, die Rechen-Verarbeitungssequenz oder die Entzerrungsverarbeitungssequenz in Abhängigkeit von der erkannten n-Strahl-Kanalbedingung auszuführen.
Die folgenden beschriebenen Ausführungsformen betreffend die Einrichtung eines Algorithmus, in welchem n = 1 gilt für die Erkennung von Einzelstrahlkanalbedingungen in einem kabellosen Empfänger beruhend auf der Abschätzung der empfangenen Signalleistung und der Rausch- plus Störleistung ist. Das Verfahren und der Empfänger sind besonders geeignet, wenn sie auf die Auswahl geeigneter Empfängerparameter und Signalverarbeitungsalgorithmen in einem 3GPP-Empfänger mit Breitbandcodeaufteilung-Mehrfachzugriff(WCDMA)/mit Hochgeschwindigkeitsabwärtsverbindungspaketzugriff (HSDPA) angewendet werden. In diesem Falle ist die Erfindung besonders vorteilhaft, wenn sie auf die Auswahl zwischen einer Rechen-Empfängerverarbeitung und einer Entzerrungsverarbeitung in einem Empfänger angewendet wird.
Die Erfindung ist generell in einem beliebigen Kommunikationssystem anwendbar, in welchem es die Notwendigkeit gibt, Übertragungsbedingungen über einen nicht frequenzselektiven Kanal zu erfassen. Die Erfindung ist insbesondere aber nicht ausschließlich mit der Erkennung von Einzelstrahlausbreitungsbedingungen in einem kabellosen Hochgeschwindigkeitsempfänger befasst.
Es sollte beachtet werden, dass die Störleistung ein Rauschen (etwa additives Gauß'sches weißes Rauschen) und Störungen bzw. Interferenzen (etwa von anderen Signalen) umfasst.
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung und zum Aufzeigen, wie diese umgesetzt werden kann, wird nunmehr beispielhaft auf die begleitenden Zeichnungen verwiesen, in denen:
1 eine schematische Blockansicht eines kabellosen Kommunikationsgeräts ist;
2 eine Blockansicht ist, die eine Auswahl zwischen einer Rake-Empfängerverarbeitung bzw. Rechen-Empfängerverarbeitung und einer Entzerrerverarbeitung zeigt; und
3 eine schematische Blockansicht einer Einzelstrahlerfassung ist.
1 ist eine schematische Blockansicht eines Geräts bzw. einer Einrichtung, wie sie etwa in einem mobilen Endgerät eingerichtet ist, um Signale in einem kabellosen Kommunikationssystem zu senden und zu empfangen. Eine derartige Einrichtung kann auf zahlreiche unterschiedliche Weisen eingerichtet werden, ist aber gemäß 1 als eine Reihe von HF/ZF-Stufen 32 ausgebildet, um kabellose Signale (TX, RX) über eine oder mehrere Antennen 20 zu empfangen und zu senden. Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wie sie hierin erläutert sind, sind prinzipiell mit dem Empfang kabelloser Signale befasst, so dass Sendesignale im Weiteren nicht mehr erwähnt werden. Das empfangene Signal am Ausgang der HF/ZF-Stufen wird typischer Weise ins Basisband konvertiert, wobei ein ADC das analoge Signal in digitale Abtastwerte umwandelt. Der Block 32 aus 1 enthält Komponenten zur Verarbeitung der empfangenen Funksignale und zur Bereitstellung digitaler Signalabtastwerte r(k). Dies kann auf unterschiedlichen Weisen erreicht werden, die im Stand der Technik bekannt sind und die hierin nicht weiter erläutert werden.
Die Abtastwerte r(k) werden einer Datentransfereinrichtung 30 zugeführt, die mit einem Prozessor 22, einem Befehlsspeicher 24 und einem Datenspeicher 26 in Verbindung steht. Der Prozessor 22 ist für die Verarbeitung der Abtastwerte r(k) verantwortlich. Der Prozessor 22 kann eine Reihe unterschiedlicher Funktionen ausführen, die in einem Befehlsspeicher 24 in Form von Codesequenzen enthalten sind. Dies stellt ein sogenanntes „weiches” Modem oder Soft-Modem bereit, das eine Reihe von Vorteilen aufweist, wie sie nachfolgend hierin erläutert sind.
2 ist eine schematische Blockansicht, die eine Reihe unterschiedlicher Funktionen zeigt, die von dem Prozessor 22 ausgeführt werden. Eine erste Funktion, die durch Block 10 bezeichnet ist, wird als eine Abschätzung von Kanalparametern bezeichnet. Diese Funktion schätzt eine Reihe unterschiedlicher Parameter ab, die mit den Kommunikationskanälen in Beziehung stehen, über die Funksignale in dem kabellosen Kommunikationssystem übertragen werden. Die Funktion 10 liefert zum Zeitpunkt k die Ausgangssignale bzw. Ausgangwerte γ_n(k), n = 1, ..., N_C, wobei N_C die Anzahl an abgeschätzten Kanalparametern bezeichnet, die eine Gruppe aus Kanalparametern repräsentieren, die aus den empfangenen Signalabtastwerten r(k) abgeleitet sind. Die abgeschätzten Kanalparameter γ_n(k) können für eine Reihe unterschiedlicher Zwecke genutzt werden. Wie in 2 gezeigt ist, werden sie einer Funktion „Auswahl des Rake/Entzerren-Empfängers” 12 zugeleitet, die bestimmt, ob die empfangenen Abtastwerte unter Anwendung eines Rake-Empfängers oder eines Entzerrer-Empfängers zur verarbeiten sind. Der Rake-Empfänger oder Entzerrer-Empfänger wird durch den Prozessor 22 eingerichtet, der die geeignete Codesequenz aus dem Befehlsspeicher 24 ausführt.
Die Verwendung der abgeschätzten Kanalparameter zur Steuerung der Auswahl eines Rake-Empfängers oder Entzerrer-Empfängers (Funktion 12) wird nunmehr detaillierter erläutert. 2 zeigt eine Hardwareversion des Konzepts in schematischer Form. Die digitalen Abtastwerte r(k) werden einem Schalter 4 zugeleitet, der einen Eingang 5, der das Befehlssignal für die Auswahl der Rake-Empfänger-oder-Entzerrerverarbeitung von der Funktion 12 empfängt, aufweist. Entsprechend diesem Signal wählt der Schalter 4 einen Verarbeitungspfad 6 über einen Rake-Empfänger 7 oder einen Verarbeitungspfad 8 über einen Entzerrer 9 aus. Wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, enthält der Rake-Empfänger eine Gruppe aus Rechen-Fingern 7a, 7b für jeden Kanal, der auf einem separaten Kanalisierungscode übertragen wird. Jeder Finger gehört zu einer einzelnen Entwürfelungs-/Entspreizungs-Einrichtung 9 und ist ferner mit einer Gewichtungsfunktion 11 verknüpft, und die Gruppe aus Fingern, die zu jedem Kanal gehört, ist mit einem Addierer 13 verknüpft, der ein verarbeitetes Ausgangssignal auf dem Ausgabepfad 15 bereitstellt. Da die Arbeitsweise eines Rake-Empfängers bzw. Rechen-Empfängers dem Fachmann vertraut ist, wird diese Funktion hier nicht weiter beschrieben.
Der Entzerrer-Empfänger 19 umfasst einen Entzerrer auf Chipebene 16 und mehrere Entwürfelungs-/Entspreizungs-Einrichtungen 21a, 21b, für jeden Kanal, der auf einem separaten Kanalisierungscode übertragen wird. Die Ausgangssignale der Entwürfelungs-/Entspreizungs-Einrichtungen werden auf dem Ausgabepfad 23 bereitgestellt. Ein Ausgangsschalter 25 stellt die verarbeiteten Ausgangssignale auf Leitungen 27 für die nachfolgenden Dekodierungsfunktionen bereit. Der Schalter 25 ist (wie der Schalter 4) durch einen Steuerungseingang 5 gesteuert, der das Befehlssignal für die Auswahl eines Rechen-Empfängers oder eines Entzerrers aus der Funktion 12 empfängt.
Obwohl 2 ein Hardwarekonzept für die Verarbeitung der Funktionauswahl darstellt, können die gleichen Funktionen auch auf der Grundlage der Softwarearchitektur der 1 eingerichtet werden. In diesem Falle ist zu beachten, dass in der Ausführungsform der Erfindung, die in 1 gezeigt ist, es nicht möglich ist, unterschiedliche physikalische Pfade (6, 8, 15, 23) zu erkennen. Stattdessen wird die Auswahl im Hinblick auf einen Rechen-Empfänger oder eine Entzerrerfunktion getroffen, indem unterschiedliche Codesequenzen abhängig davon heruntergeladen werden, ob eine Rechen-Empfängerfunktion oder eine Entzerrer-Empfängerfunktion von dem Prozessor 22 auszuführen ist.
In einer derartigen Softwareimplementierung des Empfängers, in welcher eine Rechen-Verarbeitung oder eine Entzerrer-Verarbeitung zu einer gegebenen Zeit ausgeführt wird, liefert die obige Vorgehensweise ebenfalls eine Gesamtverringerung der Rechenkomplexität im Vergleich zu einem konventionellen Empfänger, in welchem eine Kanalentzerrung als Hardware eingerichtet ist. In dieser Hinsicht muss in konventionellen Modems auf der Grundlage einer Hardwareimplementierung ausgewählt werden zwischen einer Gestaltung, die durch Anforderungen im Hinblick auf die maximale Datenrate vorgegeben ist und im Hinblick auf die Umsetzung mehrerer Algorithmen als separate Bereiche des Siliziumchips. Diese Lösungen ziehen höhere Implementierungskosten, eine größere Größe und/oder eine höhere Leistungsaufnahme nach sich und beeinträchtigen unvermeidlicher Weise das Leistungsverhalten. Andererseits ermöglicht die vorgeschlagene Lösung, die Komplexität, die Größe und die Kosten zu verringern, indem eine gemeinsame Plattform wieder verwendet wird, um in adaptiver Weise die optimale Gruppe an Signalverarbeitungsfunktionen auszuwählen, die in der Lage sind, das Leistungsvermögen zu maximieren und die Leistungsaufnahme zu minimieren.
Es sei nun auf 3 verwiesen, um eine Technik zur Erfassung eines Einzelstrahls zu beschreiben, die in der Auswahl einer Rechen-Funktion oder einer Entzerrerfunktion 12 und der Abschätzung der Kanalparameterfunktion 10 eingerichtet ist.
Es sei ein kabelloser Kommunikationskanal mit einer gesamten zeitvariablen Impulsantwort h(t, τ) = g_T(τ) ⊗ c(t, τ) ⊗ g_R(τ) betrachtet, wobei '⊗' den Konvolutionsoperator, g_T(t) and g_R(t) die Impulsantwort des Sende- und Empfangsfilters und
die Impulsantwort zum Zeitpunkt t des Ausbreitungskanals repräsentieren, der als eine Verzögerungsleitung mit Anzapfungen mit dem Verzögerungsindex τ modelliert ist. In Bezug auf die diversen Kanalausbreitungspfade ist c(t, τ) die Summe der komplexen Gewinne bzw. Verstärkungen aller Pfade mit der Verzögerung τ, wobei dies an der aktuellen Position der Empfängerantenne gemessen ist.
Bezeichnet durch ĉ_l, l = 0, ..., L – 1 sind die Kanalabgriffe, die am Empfänger abgeschätzt werden. Im Falle eines Rechen-Empfängers können die abgeschätzten Abgriffe ĉ_l den überwachten (und möglicherweise kombinierten) Rechen-Empängerfingern entsprechen.
Die Einzelstrahlerfassungstechnik, die hierin beschrieben ist, beruht auf der Verwendung von Langzeitdurchschnittswerten der Signalleistung und der Rauschplus Störleistung, die jedem abgeschätzten Kanalabgriff entspricht, wobei dies gemäß der folgenden Prozedur erfolgt:

– Abschätzen der Signalleistung P_S(l) und der Rausch-plus Störleistung P_I(l) für jeden der Kanalabgriffe ĉ_l, l = 0, ..., L – 1.
– Abschätzen der Größen P_S(l) und P_I(l) in ausreichender Weise, um über die schnellen Kanaländerungen aufgrund des Abklingverhaltens zu mitteln, um damit die gefilterten Größen P _S(l) und P _I(l) für jeden der Kanalabgriffe ĉ_l, l = 0, ..., L – 1 zu erhalten. In 3 werden die Schritte des Abschätzens und des Filterns in Block 40 ausgeführt. In einer Ausführungsform liegt der Speicher des Filters in der Größenordnung von einigen hundert Funkrahmen (wobei ein einzelner WCDMA/HSPA-Funkrahmen eine Dauer von 10 ms hat).
– Auffinden des stärksten und des zweitstärksten Kanalabgriffs (Finger) auf der Grundlage des Verhältnisses zwischen P _S(l) und P _I(l) für alle Kanalabgriffe ĉ_l, l = 0, ..., L – 1 (oder auf der Grundlage des Wertes von P _S(l) für alle Kanalabgriffe ĉ_l, l = 0, ..., L – 1). P'_S und P ' / I sollen die gefilterte Signalleistung und die Rauschplus Störleistung für den stärksten Abgriff bezeichnen, und P''_S und P '' / I sollen die gefilterte Signalleistung und die Rausch-plus Störleistung für den zweitstärksten Abgriff bezeichnen. Dieser Schritt ist in Block 42 gezeigt.
– Im Block 44 werden Vergleichsparameter ξ', ξ'' auf der Grundlage der obigen Leistungswerte P ' / S, P ' / I, P '' / S, und P '' / I erzeugt. Dies kann auf viele unterschiedliche Arten erfolgen.

In einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung:

– werden die Größen ξ' = P ' / S/P ' / I und ξ'' = P '' / S/P '' / I berechnet

In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung:

– werden die Größen P ' / S/P ' / I und P '' / S/P '' / I gefiltert und durch ξ' und ξ'' werden die jeweiligen gefilterten Leistungsverhältnisses bezeichnet.

In einer dritten Ausführungsform der Erfindung:

– werden die Größen P ' / S·P '' / I und P '' / S·P ' / I gefiltert und durch ξ' und ξ'' werden die entsprechenden gefilterten Größen bezeichnet.

Schließlich wird in dem Vergleichsblock 46 ein Objekt erzeugt, das die Auswahl aus Rechen-Empfänger oder Entzerrer steuert. Wenn ξ' > 0·ξ'' (oder äquivalent dazu, wenn ξ'/ξ'' > θ) ist, dann wird bestimmt, dass der Empfänger unter Einzahlstrahlausbreitungsbedingungen arbeitet, d. h., dass das Kanalausbreitungsprofil einen einzelnen Abgriff enthält; ansonsten wird bestimmt, dass das Kanalprofil mehr als einen einzelnen Abgriff enthält.
Für jede der oben aufgeführten Ausführungsformen wird der Schwellwert θ aus einer Simulation der Größen ξ' und ξ'' für die Fälle eines Einzelstrahl- und eines nicht-Einzelstrahl-Ausbreitungsprofils optimiert.
Die Optimierung von θ könnte auch auf dem Leistungsverhalten der Empfängerverarbeitungsalgorithmen beruhen, auf die die Einzelstrahlerkennung angewendet wird. In diesem Falle ist es besser, über effektive Einzelstrahlbedingungen zu sprechen, die als die Bedingungen definiert sind, für die der Empfängerverarbeitungsalgorithmus, der für einen Einzelstrahlkanal (beispielsweise für eine Rechen-Verarbeitung im Falle eines WCDMA/HSDPA-Empfängers) ausgelegt ist, den Algorithmus übertrifft, der für einen nicht-Einzelstrahlkanal (beispielsweise eine Entzerrer-Verarbeitung im Falle eines WCDMA/HSDPA-Empfängers) ausgelegt ist.
In einer alternativen Implementierung kann die Signalleistung und die Rausch-plus Störleistung des zweitstärksten Abgriffes durch die kombinierte Leistung ersetzt werden., die aus allen verbleibenden gemessenen Kanalabgriffen ĉ_l, die nicht der stärkste Kanalabgriff sind, abgeleitet wird.
Die vorgeschlagene Vorgehensweise kann weiter verallgemeinert werden, um andere Kanalbedingungen zu erkennen. Beispielsweise kann die vorgeschlagene Prozedur in naheliegender Weise für die Erfassung bzw. Erkennung einer n-Strahl-Kanalbedingung modifiziert werden, in denen die Größen P ' / S und P ' / I als die gefilterte kombinierte Signalleistung und Rausch-plus Störleistung der n stärksten Abgriffe berechnet werden, wobei P '' / S und P '' / I der gefilterten kombinierten Signalleistung und der Summe der Rausch-plus Störleistung der verbleibenden Kanalabgriffe entspricht.
Beispielsweise kann diese Strategie als eine Alternative zur Messung der Energie außerhalb eines gegebenen zeitlichen Fensters angewendet werden, um die Länge der Kanalimpulsantwort abzuschätzen.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen erlauben eine Erkennung von Einzelstrahlkanalbedingungen auf der Grundlage des Vergleichs zwischen der abgeschätzten Signalleistung und der Rausch-plus Störleistung des stärksten Kanalabgriffes und de zweitstärksten Kanalabgriffs (oder auf der Grundlage des stärksten Kanalabgriffs und aller anderen Kanalabgriffe).
Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen erlauben eine Abgrenzung in Bezug auf Kanäle mit sehr kurzer zeitlicher Spreizung durch Stützung auf Langzeitdurchschnitte – durch Verwenden von Filtern mit ausreichend langem Speicher, um über die Kanalschwankungen aufgrund eines schnellen Abklingverhaltens zu mitteln.
Die Rechen/Entzerrerauswahl erfolgt auf der Grundlage der Langzeitkanalstatistik anstelle der momentanen Kanalabgriffe. Wenn insbesondere ein Kanalkoeffizient vorhanden ist, kann, obwohl dieser zeitweilig abgeschwächt ist, eine Leistung sich rasch genug erhöhen, um es für den Auswahlprozess schwer zu machen, rechtzeitig zu reagieren, um damit auf den geeigneten Empfängeralgorithmus umzuschalten. Durch Zugrundelegung der Langzeitstatistik wird in Anwesenheit mehrere Pfade implizit eine Auswahl so festgelegt, dass ein Empfängeralgorithmus bereit ist, der in der Lage ist, mit einem Mehrfachpfadkanal umzugehen. Die momentanen Realisierungen des Kanals geben nicht immer die Langzeitstatistik wieder, daher muss ein beliebiges Entscheidungskriterium auf einem Mittelwert der Kanalrealisierung über ein ausreichend langes Zeitfenster beruhen.
In der obigen Ausführungsform ist der Filterspeicher auf den 10 ms WCDMA-Funkrahmen bezogen. Eine weitere wichtige Abhängigkeit ist die Kanalkohärenzzeit (die als das Zeitintervall definiert ist, nach welchem die Kanalrealisierungen unkorreliert werden):
wobei f_D = f₀ν/c die maximale Doppler-Frequenz ist.
Beispielsweise entsprechen bei einer Trägerfrequenz f₀ von 2 GHz und einer Geschwindigkeit des Mobilgeräts ν von 3 km/h einige hundert Rahmen einigen zehn Wiederholungen der Kanalkohärenzzeit. In bevorzugten Ausführungsformen ist der Filterspeicher in der Größenordnung von größer als zehn Mal der Kanalkohärenzzeit und/oder mindestens eine Größenordnung größer als der Rahmen.
Das übrige Verfahren für die Erkennung von Einzelstrahlausbreitungsbedingungen erlaubt die Auswahl der geeigneten Emfpängersignalverarbeitung für die speziellen Bedingungen eines nicht frequenzselektiven Kanals entsprechend einem Ausbreitungsprofil, das einen einzelnen Abgriff enthält. Insbesondere wird ermöglicht, dass zwischen einer Empfängersignalverarbeitungsimplementierung, die zur Begegnung der Wirkung der Mehrfachpfadverzerrung gestaltet ist, basierend auf beispielsweise einem Entzerrer auf Chipebene für WCDMA/HSDPA, und einer Empfängersignalverarbeitungsimplementierung umgeschaltet wird, die für Kanalbedingungen und festgelegten Abklingverhalten optimiert sind, beispielsweise auf der Grundlage eines Rechen-Empfängers für WCDMA/HSDPA.
Für einen WCDMA/HSDPA-Emfpänger besitzt die Wahl der Rechen-Empfängerverarbeitung in Anwesenheit einer Einzelstrahlausbreitung die folgenden Vorteile:

– Liefert die Möglichkeit der Verringerung der Empfängerkomplexität und der Leistungsaufnahme insbesondere im Falle einer Softwareempfängerimplementierung.
– Liefert die Möglichkeit des Erreichens des besten Empfängerverhaltens sowohl bei frequenzselektiven Bedingungen als auch bei festen Kanalbedingungen in Anwesenheit einer Beschränkung des Entzerrerverhaltens aufgrund von Kanalabschätzfehlern.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2009/056500 [0009]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

J. G. Proakis, „Digitale Kommunikation”, New York, McGraw-Hill, 1995 [0005]

Claims

Ein Verfahren zum Verarbeitung von Funksignalen in einem kabellosen Funkempfänger zur Erkennung einer n-Strahl-Kanalbedingung, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen von Signalabtastwerten und Abschätzen mehrerer Kanalabgriffe aus den Abtastwerten; Abschätzen einer Signalleistung und einer Störleistung für jeden der Kanalabgriffe; Filtern der Signalleistung zur Bereitstellung einer gefilterten Signalleistungsgröße; Filtern der Störleistung zur Bereitstellung einer gefilterten Störleistungsgröße; Verwenden der gefilterten Leistungsgrößen zur Bestimmung von n stärksten Kanalabgriffen; Erzeugen eines ersten und eines zweiten Vergleichsparameters unter Anwendung der stärksten Kanalabgriffe und mindestens eines anderen Kanalabgriffs; Bereitstellen eines Vergleichsergebnisses auf der Grundlage des ersten und des zweiten Vergleichsparameters und eines Schwellwerts, und; Erkennen einer n-Strahl-Kanalbedingung aus dem Vergleichsergebnis.
Ein Verfahren nach Anspruch 1, wobei n = 1 gilt und der Schritt des Erkennens einer n-Strahl-Kanalbedingung umfasst: Erkennen einer Einzelstrahlkanalbedingung.
Ein Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schritt des Erkennens einer n-Strahl-Kanalbedingung verwendet wird, um eine Rechen-Verarbeitung oder eine Entzerrungsverarbeitung auszuwählen.
Ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Erzeugens des ersten Vergleichsparameters umfasst: Bestimmen des Verhältnisses der gefilterten Signalleistungsgröße und der gefilterten Störleistungsgröße für die n stärksten Kanalabgriffe, und wobei Erzeugen des zweiten Vergleichsparameters umfasst: Bestimmen des Verhältnisses der gefilterten Signalleistungsgröße und der Filterstörleistungsgröße für den mindestens einen anderen Kanalabgriff.
Ein Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Verhältnisse so gefiltert werden, dass der entsprechende erste und zweite Vergleichsparameter erzeugt werden.
Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Schritt des Erzeugens des ersten und des zweiten Vergleichsparameters umfasst: Filtern eines Multiplikanden der gefilterten Signalleistungsgröße für den stärksten Kanalabgriff und die gefilterte Störleistungsgröße für den mindestens einen anderen Kanalabgriff als den ersten Vergleichsparameter, und Filtern eines Multiplikanden der gefilterten Signalleistungsgröße für den mindestens einen anderen Kanalabgriff und die Filterstörleistungsgröße für den stärksten Kanalabgriff.
Ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine andere Kanalabgriff der zweitstärkste Kanalabgriff ist.
Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der mindestens eine andere Kanalabgriff alle Kanalabgriffe außer den n stärksten Abgriffen umfasst.
Ein Funkempfänger für ein kabelloses Kommunikationssystem, der umfasst: eine Einrichtung zum Empfangen von Signalabtastwerten und zum Abschätzen mehrerer Kanalabgriffe aus den Abtastwerten; eine Einrichtung zum Abschätzen einer Signalleistung und einer Störleistung für jeden der Kanalabgriffe; eine Einrichtung zum Filtern der Signalleistung zur Bereitstellung einer gefilterten Signalleistungsgröße; eine Einrichtung zum Filtern der Störleistung zum Bereitstellen einer Filterstörleistungsgröße; eine Einrichtung zum Verwenden der gefilterten Leistungsgrößen zur Bestimmung von n stärksten Kanalabgriffen; eine Einrichtung zum Erzeugen eines ersten und eines zweiten Vergleichsparameters unter Anwendung der n stärksten Kanalabgriffe und mindestens eines anderen Kanalabgriffs; eine Einrichtung zur Bereitstellung eines Vergleichsergebnisses auf der Grundlage des ersten und des zweiten Vergleichsparameters und eines Schwellwerts; und eine Einrichtung zum Erkennen einer n-Strahl-Kanalbedingung aus dem Vergleichsergebnis.
Ein Empfänger nach Anspruch 9, wobei die n-Strahl-Kanalbedingung die Einzelstrahlkanalbedingung ist.
Ein Empfänger nach Anspruch 9 oder 10, der eine Rechen-Verarbeitungsfunktion und eine Entzerrungsverarbeitungsfunktion aufweist und zusätzlich eine Einrichtung zur Auswahl der Rechen-Verarbeitungsfunktion oder der Entzerrungsverarbeitungsfunktion auf der Grundlage der Ausgabe aus der Erkennungseinrichtung umfasst.
Ein Computerprogrammprodukt mit einer Programmcodeeinrichtung, die bei Ausführung ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 implementiert.
Ein Funkempfänger für ein kabelloses Kommunikationssystem der umfasst: eine kabellose Schnittstelle für den Empfang digitaler Abtastwerte; einen Prozessor, der ausgebildet ist, ein Programm auszuführen, das die Schritte von einem der Ansprüche 1 bis 8 implementiert; einen Speicher mit einer Rechen-Verarbeitungscodesequenz und einer Entzerrungsverarbeitungcodesequenz, wobei der Prozessor ausgebildet ist, die Rechen-Verarbeitungssequenz oder die Entzerrungsverarbeitungssequenz in Abhängigkeit von der erkannten n-Strahl-Kanalbedingung auszuführen.
Ein Funkempfänger nach einem der Ansprüche 9, 10, 11 oder 13, der in einem Mobilendgerät eingerichtet ist.