DE19913083A1

DE19913083A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Schätzen des Kanalzustands in einem Mobilfunksystem

Info

Publication number: DE19913083A1
Application number: DE1999113083
Authority: DE
Inventors: Michael Huebler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1999-03-23
Filing date: 1999-03-23
Publication date: 2000-09-28

Abstract

In einem Mobilfunksystem, wie z. B. einem UMTS-Mibilfunksystem, bei dem Daten in kontinuierlich übertragenen Zeitschlitzen gesendet werden, wird der Kanalzustand des Mobilfunkkanals durch Auswerten eines Empfangssignals geschätzt, welches durch eine in einem bestimmten Zeitschlitz übertragene Pilot-Bitfolge (10) hervorgerufen worden ist. Die aufgrund der in einem n-ten Zeitschlitz übertragenen Pilot-Bitfolge (10) gewonnene Schätzung des Kanalzustandes wird auch zur Schätzung des wahrend der Übertragung des (n-1)-ten Zeitschlitzes vorhandenen Kanalzustandes verwendet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schätzen des Kanalzustands eines Mobilfunkkanals in einem Mobilfunksystem, insbesondere in einem Mobilfunksystem, bei dem Daten in kontinuierlich gesendeten Zeitschlitzen übertragen werden.

Im Mobilfunkbereich ist die sogenannte Kanalschätzung oder Kanalmessung von großer Bedeutung, da durch bestimmte Betriebsbedingungen Signalverzerrungen auftreten können, die im äußersten Fall eine Informationsübertragung unmöglich machen. Es wird daher versucht, im Empfänger die aktuelle Kanalimpulsantwort zu schätzen, um anschließend gegebenenfalls festgestellte Signalverzerrungen mit Hilfe entsprechender Entzerrer oder Equalizer korrigieren oder auch die Rake-Finger eines sogenannten Rake-Empfängers, der häufig bei CDMA-Übertragungsverfahren (Code Division Multiple Access) verwendet wird, entsprechend plazieren zu können.

Zu diesem Zweck wird die Kanalimpulsantwort während einer Trainingssequenz mit Hilfe eines als Pilot-Bitfolge bezeichneten bekannten Bitmusters geschätzt. Wird die Pilot- Bitfolge mit s(t), die Kanalimpulsantwort mit h(t) und das Empfangssignal bzw. die Trainingssequenz mit r(t) bezeichnet, so gilt:

r(t) = s(t).h(t).

Durch Vergleich des Empfangssignals r(t) mit der bekannten Pilot-Bitfolge s(t) kann somit die Kanalimpulsantwort h(t) des Mobilfunkkanals ermittelt bzw. geschätzt werden, wobei zu diesem Zweck beispielsweise signalangepaßte Filter (Matched Filter) zur Anwendung kommen, welche die Kanalimpulsantwort h(t) beispielsweise durch Berechnung der Korrelation zwischen dem Empfangssignal r(t) und der Pilot-Bitfolge s(t) wie folgt berechnen:

Die in Mobilfunksystemen übertragenen Daten werden in Form von sequentiellen Zeitschlitzen übertragen, welche ihrerseits in eine vorgegebene Rahmenstruktur eingebunden sind. Hinsichtlich des GSM-Mobilfunkstandards (Global System for Mobile Communications) ist bekannt, die Zeitschlitze in TDMA- Rahmen (Time Division Multiple Access) zusammenzufassen, wobei in der Mitte jedes Zeitschlitzes eine Pilot-Bitfolge zur Schätzung des Kanalzustands des verwendeten Mobilfunkkanals übertragen wird.

Der Aufbau eines GSM-Zeitschlitzes ist schematisch in Fig. 5 dargestellt und umfaßt am Anfang und Ende jeweils drei sogenannte Tail Bits, welche zur bitgenauen Synchronisation der einzelnen Zeitschlitze dienen. Des weiteren sind zwei Datenbitbereiche 9 vorgesehen, die insbesondere jeweils 57 Datenbits umfassen, auf welche die logischen Kanäle zur Übertragung von Kommunikationsinformationen abgebildet werden. In der Mitte des Zeitschlitzes ist die bereits erwähnte Pilot-Bitfolge 10 angeordnet, welche insbesondere 26 Bits umfaßt und beidseitig von Flag-Bits begrenzt ist, welche anzeigen, ob die jeweiligen Datenbits Verkehrs- oder Signalisierungsbits sind.

Die Anordnung der Pilot-Bitfolge 10 symmetrisch in der Mitte des Zeitschlitzes wurde gewählt, da sich die Kanaleigenschaften bzw. der Kanalzustand über die zeitliche Länge eines Zeitschlitzes verändern können, so daß von einer Kanalschätzung mit einer symmetrisch angeordneten Pilot- Bitfolge aufgrund des somit möglichst geringen Abstands zu den Nutzdatenbits der geringste Fehler erwartet wird. Gemäß dem GSM-Mobilfunkstandard erfolgt die Kanalschätzung anhand der in einem bestimmten Zeitschlitz enthaltenen Pilot- Bitfolge ausschließlich für die Dauer des entsprechenden Zeitschlitzes, d. h. für die Schätzung des Kanalzustands während der zeitlichen Dauer eines nachfolgenden Zeitschlitzes wird die in dem nachfolgenden Zeitschlitz enthaltene Pilot-Bitfolge verwendet. Dies ist insbesondere deshalb sinnvoll, da die einzelnen Zeitschlitze gemäß dem GSM-Mobilfunkstandard nicht kontinuierlich gesendet werden.

Bei dem augenblicklich neu entwickelten UMTS- Mobilfunkstandard (Universal Mobile Telecommunication System) ist nach dem derzeitigen Stand der UMTS-Normgebung vorgesehen, die Pilot-Bitfolge am Anfang jedes Zeitschlitzes zu übertragen. Darüber hinaus sollen die einzelnen Zeitschlitze im Gegensatz zu dem GSM-Mobilfunkstandard kontinuierlich gesendet werden.

Die derzeitige Spezifikation der UMTS-Normgebung legt dabei nahe, die Pilot-Bitfolge eines Zeitschlitzes zur Schätzung des Kanalzustands während des nachfolgenden Teils desselben Zeitschlitzes zu verwenden. Dies soll nachfolgend näher anhand Fig. 2 und Fig. 3 erläutert werden.

In Fig. 3 ist die Rahmen- und Zeitschlitzstruktur für eine Downlinkverbindung, d. h. einer Verbindung zwischen einer Basisstation und einem Mobilteil, für einen auch als DPCH (Dedicated Physical Channel) bezeichneten UMTS-Mobilfunkkanal dargestellt. Die Rahmenstruktur mit einer Dauer von 720 ms umfaßt insbesondere 72 identisch aufgebaute Rahmen mit einer Rahmendauer von 10 ms, wobei jeder Rahmen wiederum jeweils 16 Zeitschlitze mit einer Zeitschlitzdauer von 0,625 ms aufweist. Jeder Zeitschlitz umfaßt insgesamt 20.2k Bits (k = 0. . .6), welche auf einen logischen Steuerkanal (DPCCH, Dedicated Physical Control Channel) und einen logischen Datenkanal (DPDCH, Dedicated Physical Data Channel) aufgeteilt sind. Die Bits des DPCCH-Abschnitts umfassen die am Anfang des entsprechenden Zeitschlitzes übertragene Pilot- Bitfolge 10 sowie TPC-Steuerbits (Transmit Power Control) und TFI-Steuerbits (Transmit Format Identifier). Der DPDCH- Abschnitt umfaßt Nutzdatenbits 9. Die in Fig. 3 gezeigte Struktur kann beispielsweise der Spezifikation ETSI STC SMG2 UMTS-L1: Tdoc SMG2 UMTS-L1 221/98 entnommen werden.

In Fig. 2 ist schematisch der Aufbau mehrerer aufeinanderfolgender Zeitschlitze (n-1), n und (n+1) dargestellt. Wie in Fig. 2 angedeutet ist, wird durch die bei der Normgebung derzeit gültige UMTS-Spezifikation nahegelegt, die Kanalschätzung für jeden Zeitschlitz ausschließlich anhand der während desselben Zeitschlitzes übertragenen Pilot-Bitfolge 10 durchzuführen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schätzen des Kanalzustands eines Mobilfunkkanals in einem Mobilfunksystem bereitzustellen, wobei bei Anwendung von Übertragungsverfahren, bei denen die Zeitschlitze kontinuierlich übertragen werden, eine optimale Kanalschätzung ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 bzw. eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 7 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben jeweils bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, die anhand der Pilot-Bitfolge eines aktuellen Zeitschlitzes n gewonnene Kanalschätzung auch zur Schätzung des Kanalzustands des zeitlich vorhergehenden Zeitschlitzes n-1 zu verwenden. Dies ist insbesondere deshalb möglich, da erfindungsgemäß vorausgesetzt wird, daß die Zeitschlitze kontinuierlich gesendet werden. Somit kann bei einem zeitlich veränderlichen Kanalzustand des verwendeten Mobilfunkkanals eine verbesserte Qualität der Kanalschätzung erreicht werden.

Insbesondere wird die anhand der Pilot-Bitfolge eines aktuellen Zeitschlitzes n gewonnene Kanalschätzung zur Schätzung des Kanalzustands zeitlich während des "späteren" Teils des vorhergehenden Zeitschlitzes n-1 verwendet, wobei dieser "spätere" Teil des vorhergehenden Zeitschlitzes insbesondere Nutzdatenbits umfassen kann.

Bevorzugt wird die vorliegende Erfindung in einem UMTS- Empfänger verwendet, wobei die Daten insbesondere gemäß einem WCDMA-Vielfachzugriffsverfahren (Wideband Code Division Multiple Access) zu dem Empfänger übertragen werden.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Prinzips der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Prinzips, was naheliegenderweise zur Kanalschätzung gemäß dem derzeitigen Stand der UMTS-Normgebung erwartet wird,

Fig. 3 zeigt die Rahmen- und Zeitschlitzstruktur für eine sogenannte Downlinkverbindung gemäß dem derzeitigen Stand der UMTS-Normgebung,

Fig. 4 zeigt einen vereinfachten Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kanalschätzung, und

Fig. 5 zeigt die Struktur eines Zeitschlitzes gemäß dem GSM- Mobilfunkstandard.

Das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip ist in Fig. 1 dargestellt, wobei wie in Fig. 2 schematisch der Aufbau mehrerer aufeinanderfolgender Zeitschlitze (n-1), n und (n+1) dargestellt ist. Im Gegensatz zu Fig. 2 erfolgt jedoch gemäß Fig. 1 die Kanalschätzung zeitschlitzübergreifend. D. h. die anhand der Pilot-Bitfolge 10 eines Zeitschlitzes n gewonnene Schätzung des Kanalzustands wird vorteilhaft auch zur Schätzung des Kanalzustands während wenigstens eines Teils des vorhergehenden Zeitschlitzes n-1 verwendet. Dabei sind die Grenzen für die zeitliche Kanalschätzung anhand der Pilot-Bitfolge 10 des Zeitschlitzes n insbesondere derart gewählt, daß die anhand dieser Pilot-Bitfolge 10 gewonnene Kanalschätzung sowohl zur Schätzung des Kanalzustands während eines zeitlich "späteren" Abschnitts, d. h. des letzten Teils, des vorhergehenden Zeitschlitzes n-1 als auch zur Schätzung des Kanalzustands während des zeitlich "früheren" Abschnitts, d. h. des ersten Teils, des entsprechenden Zeitschlitzes n verwendet wird, wobei durch die anhand der Pilot-Bitfolge des Zeitschlitzes n gewonnene Kanalschätzung zeitlich zumindest ein Teil des Datenbereichs 9 des Zeitschlitzes n-1 und ein Teil des Datenbereichs 9 des Zeitschlitzes n abgedeckt ist. Insgesamt ergibt sich somit die in Fig. 1 gezeigte zeitschlitzübergreifende zeitabhängige Kanalschätzung anhand der Pilot-Bitfolgen 10 der einzelnen Zeitschlitze.

Die gemäß dem in Fig. 1 gezeigten Prinzip durchgeführte Kanalschätzung entspricht den tatsächlichen Eigenschaften des jeweiligen Mobilfunkkanals besser als bei Anwendung des in Fig. 2 gezeigten Prinzips.

In Fig. 4 ist vereinfacht der Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung der Kanalschätzung in Übereinstimmung mit dem zuvor beschriebenen Verfahren dargestellt. Eine Antenne 1 eines Hochfrequenz-Empfängers 2 empfängt ein von einem (nicht gezeigten) Sender übertragenes Signal, welches beispielsweise insbesondere die in den Fig. 1-3 gezeigte Rahmen- und Zeitschlitzstruktur aufweist. Zur Kanalschätzung wird das Empfangssignal mit Hilfe eines Bandpaßfilters 3 auf den zur Kanalschätzung wesentlichen Frequenzbereich beschränkt und von einem Hochfrequenz- Verstärker 4 verstärkt. Das Ausgangssignal des Hochfrequenz- Verstärkers 4 wird einem Demodulator 5 zugeführt, der zudem das Trägersignal, mit dem die übertragenen Informationen übermittelt worden sind, empfängt, so daß von dem Demodulator 5 schließlich die den gesendeten Informationen entsprechenden Empfangsinformationen r(t) ausgegeben werden. Eine Vergleichseinrichtung 6 ermittelt die Übereinstimmung der somit empfangenen Informationsbitfolge r(t) mit der bekannten Pilot-Bitfolge s(t), wobei die von der Vergleichseinrichtung 6 gelieferten Ausgangswerte mit Hilfe einer Addier- oder Integriereinrichtung 7 zeitlich beispielsweise in Übereinstimmung mit der eingangs beschriebenen Formel aufaddiert werden, um die Kanalimpulsantwort h(t) des Mobilfunkkanals zu bestimmen. Das Ausgangssignal der Integriereinrichtung 7 wird einer Auswertungseinheit 8 zugeführt, welche die Kanalschätzung in Übereinstimmung mit dem in Fig. 1 gezeigten Prinzip durchführt und zeitlich dem Empfangssignal - wie in Fig. 1 gezeigt - die anhand der Pilot-Bitfolgen 10 der einzelnen Zeitschlitze des Empfangssignals ermittelten Impulsantworten h(t) zuordnet und ausgibt.

Claims

1. Verfahren zum Schätzen des Kanalzustandes in einem Mobilfunksystem, wobei zwischen einem Sender und einem Empfänger des Mobilfunksystems Daten in kontinuierlich gesendeten Zeitschlitzen über einen Mobilfunkkanal übertragen werden, wobei der Kanalzustand des Mobilfunkkanals durch Auswerten eines Empfangssignals geschätzt wird, welches durch eine in einem bestimmten Zeitschlitz übertragene bekannte Pilot- Bitfolge (10) hervorgerufen worden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgrund der in einem n-ten Zeitschlitz übertragenen Pilot-Bitfolge (10) gewonnene Schätzung des Kanalzustandes zur Schätzung des während der Übertragung des (n-1)-ten Zeitschlitzes vorhandenen Kanalzustandes verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Zeitschlitz eine Pilot-Bitfolge (10) am Anfang des entsprechenden Zeitschlitzes übertragen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgrund der in einem n-ten Zeitschlitz übertragenen Pilot-Bitfolge (10) gewonnene Schätzung des Kanalzustandes zur Schätzung des während der Übertragung eines zeitlich späteren Abschnitts (9) des (n-1)-ten Zeitschlitzes vorliegenden Kanalzustandes verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgrund der in einem n-ten Zeitschlitz übertragenen Pilot-Bitfolge (10) gewonnene Schätzung des Kanalzustandes auch zur Schätzung des während der Übertragung eines zeitlich früheren Abschnitts des n-ten Zeitschlitzes vorhandenen Kanalzustandes verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitlich spätere Abschnitt des (n-1)-ten Zeitschlitzes und der zeitlich frühere Abschnitt des n-ten Zeitschlitzes derart gewählt sind, daß sie jeweils Nutzdatenbits (9) umfassen.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten zwischen dem Sender und dem Empfänger in einem UMTS-Mobilfunksystem unter Anwendung eines Codemultiplexverfahrens übertragen werden.

7. Vorrichtung zum Schätzen des Kanalzustandes in einem Mobilfunksystem,
mit einem Empfangsteil (2) zum Empfangen eines über einen Mobilfunkkanal des Mobilfunksystems übertragenen Sendesignals, welches kontinuierlich übertragene Zeitschlitze aufweist, wobei jeder Zeitschlitz eine Pilot-Bitfolge (10) zur Schätzung des Kanalzustandes aufweist,
mit Vergleichsmitteln (6) zum Vergleichen eines von dem Empfangsteil (2) aufgrund einer Pilot-Bitfolge (10) eines bestimmten Zeitschlitzes des Sendesignals gelieferten Empfangssignals mit der entsprechenden Pilot-Bitfolge (10), und
mit Auswertungsmitteln (7, 8) zum Auswerten eines von den Vergleichsmitteln (6) gelieferten Ausgangssignals, um den Kanalzustand zu schätzen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertungsmittel (7, 8) derart ausgestaltet sind, daß sie die aufgrund der in einem n-ten Zeitschlitz übertragenen Pilot-Bitfolge (10) gewonnene Schätzung des Kanalzustandes zur Schätzung des während der Übertragung des (n-1)-ten Zeitschlitzes vorhandenen Kanalzustandes auswerten.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertungsmittel (7, 8) derart ausgestaltet sind, daß sie die aufgrund der in einem n-ten Zeitschlitz übertragenen Pilot-Bitfolge (10) gewonnene Schätzung des Kanalzustandes zur Schätzung des während der Übertragung eines zeitlich späteren Abschnitts (9) des (n-1)-ten Zeitschlitzes vorliegenden Kanalzustandes auswerten.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertungsmittel (7, 8) derart ausgestaltet sind, daß sie die aufgrund der in einem n-ten Zeitschlitz übertragenen Pilot-Bitfolge (10) gewonnene Schätzung des Kanalzustandes auch zur Schätzung des während der Übertragung eines zeitlich früheren Abschnitts des n-ten Zeitschlitzes vorhandenen Kanalzustandes auswerten.