DE19922184A1

DE19922184A1 - Verfahren zur Schätzung von Kanalparametern

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Publication number: DE19922184A1
Application number: DE1999122184
Authority: DE
Inventors: Markus Doetsch; Peter Jung; Joerg Plechinger; Peter Schmidt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 1999-05-12
Filing date: 1999-05-12
Publication date: 2000-11-23
Also published as: WO2000070835A1

Abstract

Bei einem Verfahren zur Schätzung von Kanalparametern eines Mobilfunkkanals wird einem zu übertragenden Datensignal ein teilnehmerspezifischer Code aufgeprägt. Das derart teilnehmerspezifisch codierte Datensignal wird über den Funkkanal gesendet und von einem Empfänger empfangen. Der Empfänger gewinnt mit Kenntnis des Codes ein teilnehmersepariertes Datensignal und führt dieses einem Kanalschätzer zu. Der Kanalschätzer ermittelt die Kanalparameter des Funkkanals und verwendet hierfür Datensymbole, deren entsprechende gesendete Datensymbole ihm unbekannt sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schätzung von Kanal parametern eines zur Übertragung einer Nachricht genutzten Funkkanals eines Mobilfunksystems nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei der Übertragung von Daten über einen Mobilfunkkanal tre ten besondere Schwierigkeiten auf, die zum einen damit zusam menhängen, daß sich die Übertragungseigenschaften des Mobil funkkanals zeitlich ständig ändern und denen zum anderen zu grunde liegt, daß der Mobilfunkkanal für eine möglichst große Anzahl von Teilnehmern gleichzeitig nutzbar sein soll.

Die ständige Änderung der Übertragungseigenschaften des Mo bilfunkkanals macht es erforderlich, daß ein Empfänger (zu sätzlich zum Empfang der gesendeten Datensignale) fortwährend die aktuellen Übertragungseigenschaften des Mobilfunkkanals ermitteln muß, um eine Detektion der empfangenen Datensignale zu ermöglichen. Dies gilt sowohl für die Übertragungsstrecke von einer Mobilstation zu einer Basisstation (Aufwärtsstrecke) als auch für die Übertragungsstrecke von einer Basissta tion zu einer Mobilstation (Abwärtsstrecke). Die Ermittlung der Übertragungseigenschaften des Mobilfunkkanals erfolgt über einen im Empfänger vorhandenen sogenannten Kanalschät zer.

Die gemeinsame Nutzung eines Mobilfunkkanals durch eine Mehr zahl von Teilnehmern wird durch Vielfachzugriffsverfahren ge regelt. Neben den bekannten TDMA-(Time Division Multiple Access: Zeitmultiplex-) und FDMA-(Frequency Division Multiple Access: Frequenzmultiplex-)Verfahren, bei denen die Teilneh mer in getrennte, teilnehmerspezifische Zeitintervalle bzw. Frequenzsubbänder verwiesen werden, haben in den letzten Jah ren CDMA-(Code Division Multiple Access: Codemultiplex-)Ver fahren wesentlich an Bedeutung gewonnen. Bei CDMA-Verfahren wird jedem zu übertragenden Datensymbol ein teilnehmerspezi fischer Code aufgeprägt, der das ausgesendete Datensymbol gleichsam in Art eines Fingerabdrucks von ausgesendeten Da tensymbolen anderer Teilnehmer unterscheidbar (und damit de tektierbar) macht.

Ein erstes bekanntes Verfahren zur Kanalschätzung bei CDMA- Übertragungssystemen ist in dem Buch "Analyse und Entwurf di gitaler Mobilfunksysteme" von P. Jung, Stuttgart, B. G. Teub ner, 1997 im Kapitel 6.3 und dort insbesondere auf den Seiten 253 (Aufwärtsstrecke) und 261 (Abwärtsstrecke) beschrieben. Die Kanalschätzung erfolgt anhand sogenannter Lern- oder Trainingssequenzen, die senderseitig zusätzlich zu den nach richtentragenden Sequenzen als Mittambeln (d. h. in der Mitte eines Datenblocks) in einem CDMA-Funkdatenblock integriert werden. Die Symbolabfolge der Trainingssequenz ist dem emp fängerseitig vorgesehenen Kanalschätzer bekannt. Der Kanal schätzer ermittelt bei jedem Empfang einer ("gestörten") Trainingssequenz anhand des Vergleichs mit der ihm bekannten gesendeten ("ungestörten") Trainingssequenz die Kanalparame ter in Form der Kanalimpulsantworten. Die ermittelten Ka nalimpulsantworten werden dann verwendet, um nachrichtentra gende Datensymbole benachbart der Trainingssequenz zu detek tieren. Im Ergebnis wird durch einen derartigen Aufbau eines CDMA-Funkdatenblocks eine alternierende Abfolge aus einem Ka nalmeßschritt und einem (auf dem Ergebnis des Kanalmeßschrit tes beruhenden) Nachrichtendaten-Detektionsschritt ausge führt.

Eine andere bekannte Möglichkeit der Kanalschätzung bei einem CDMA-Übertragungssystem ist in dem Buch "CDMA" von A. J. Vi terbi, Edison-Wesley Publishing Company, 1995 auf den Seiten 87-92 (für die Abwärtsstrecke) beschrieben. Hier überlagert die sendende Basisstation den teilnehmerspezifisch CDMA-co dierten Teilnehmersignalen ein kontinuierliches und für alle Mobilstationen (d. h. Teilnehmer) gemeinsames Pilotsignal.

Das gemeinsame Pilotsignal weist den konstanten Datensymbol wert 1 auf. Dem Pilotsignal ist ein spezieller Pilotcode aufgeprägt, der jedem Teilnehmer bekannt ist. Jeder Teilneh mer empfängt fortlaufend das ihm zugeordnete, teilnehmerspe zifisch codierte Teilnehmersignal sowie das gemeinsame Pilot signal und ermittelt anhand des Pilotsignals die aktuellen Werte der Kanalparameter (in der angegebenen Textstelle sind dies die relativen Werte für die Amplitude α₁ und die Phase ϕ₁ der Mobilfunkkanal-Übertragung).

Bei beiden bekannten Verfahren ist nachteilig, daß die Ver wendung von Trainingssequenzen bzw. Pilotsignalen die maxima le Übertragungsrate von Information (im folgenden als Infor mationsrate bezeichnet), die bei einer CDMA-Datenübertragung erzielbar ist, reduziert.

Mit zu übertragende "Information" sind in diesem Zusammenhang alle Datensymbole gemeint, die nicht eigens zum Zwecke der Kanalschätzung in dem gesendeten Signal vorgesehen sind. Demzufolge umfaßt die zu übertragende Information insbesonde re auch die zu übertragende Nachricht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Schätzung von Kanalparametern eines Funkkanals anzugeben, das bei CDMA-Vielfachzugriffssystemen eine hohe Informationsrate ermöglicht.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens be steht darin, daß durch die Heranziehung von dem Empfänger a-priori unbekannten Datensymbolen des zu übertragenden Daten signals zur Kanalschätzung die Menge an speziellen Datensym bolen, die eigens zum Zwecke der Kanalschätzung in das zu übertragende Datensignal eingefügt werden müssen (d. h. Trai ningssequenzen, Pilotsignal), reduziert werden kann oder daß sogar überhaupt keine derartigen speziellen Daten mehr benö tigt werden. Die dadurch frei gewordene Übertragungskapazi tät kann zur Erhöhung der Informationsrate genutzt werden.

Grundsätzlich können die geschätzten Kanalparameter allein aus den dem Empfänger a-priori unbekannten Datensymbolen des zu übertragenden Datensignals ermittelt werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, für die Schätzung der Kanalparame ter auch weiterhin zu diesem Zweck vorgesehene spezielle Da tensymbole (Trainingssequenzen, Pilotsignal) heranzuziehen. Bei einer derartigen "hybriden" Kanalschätzung kann ein opti maler Kompromiß zwischen der aufwandsgünstigen aber Informa tionsraten-vermindernden (herkömmlichen) Kanalschätzung mit tels spezieller Datensymbole und der gegebenenfalls aufwendi geren aber eine höhere Informationsrate erlaubenden (erfin dungsgemäßen) Kanalschätzung anhand der dem Empfänger a-priori unbekannten Datensymbole gefunden werden. Beispiels weise kann eine erfindungsgemäße "hybride" Kanalschätzung derart realisiert sein, daß zunächst eine Grobschätzung der Kanalparameter in herkömmlicher Weise (anhand von Trainings sequenzen oder eines Pilotsignals) erfolgt und die Kanalpara meter nachfolgend zur Erzielung einer höheren Genauigkeit mittels der erfindungsgemäßen Kanalschätzung nachgeschätzt werden.

Eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kennzeichnet sich dadurch, daß es sich bei den dem Empfänger a-priori unbekannten Datensymbolen des zu übertragenden Da tensignals um Steuerinformation-tragende Datensymbole han delt. Als Beispiel für Steuerinformation-tragende Datensym bole seien Datensymbole genannt, die Codierinformation (bei spielsweise die senderseitig bei der Kanalcodierung verwende te Coderate oder den bei der Spreizcodierung verwendeten Spreizfaktor), Informationen betreffend des zellularen Auf baus des Mobilfunknetzes (beispielsweise die Frequenzbereiche der benachbarten Basisstationen), allgemeine Informationen über die verfügbaren Dienste oder ähnliche zur Steuerung oder Überwachung des Mobilfunksystems vorgesehene Informationen enthalten. Diese Steuerinformationen sind dem Empfänger zwar a-priori unbekannt (weswegen sie ihm mitgeteilt werden), sind jedoch in der Regel (zumindest über einen längeren Zeitraum) konstant und werden in ständiger Wiederholung ausgesendet, so daß sie nach einer Erstdetektion in dem Empfänger diesem be kannt sind. Sie können dann gemäß der üblichen Vorgehenswei se bei einer Kanalschätzung verwendet werden, d. h. der Kanal schätzer ermittelt die geschätzten Kanalparameter durch Kor relation dieser Steuerinformation-tragenden Datensymbole des empfangenen, teilnehmerspezifisch separierten Datensignals mit den dem Empfänger "bekannt gewordenen" Steuerinformation tragenden Datensymbolen des zu übertragenden Datensignals.

Eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kennzeichnet sich dadurch, daß es sich bei den dem Empfänger a-priori unbekannten Datensymbolen des zu übertragenden Da tensignals um nachrichtentragende Datensymbole handelt.

Folgen von nachrichtentragenden Datensymbolen weisen übli cherweise keine besonderen Regelmäßigkeiten oder Wiederholun gen auf. Eine bevorzugte Vorgehensweise der Kanalschätzung unter Verwendung nachrichtentragender Datensymbole kennzeich net sich dadurch, daß der Kanalschätzer die geschätzten Kanalparameter durch Korrelation von nachrichtentragenden Da tensymbolen des empfangenen, teilnehmerspezifisch separierten Datensignals mit durch Datendetektion ermittelten Hypothesen der entsprechenden nachrichtentragenden Datensymbole des zu übertragenden Datensignals ermittelt. Bei dieser Ausfüh rungsform ist keine empfängerseitige Kenntnis der zu übertra genden Datensymbole erforderlich. Die Schätzung der Kanalpa rameter kann auf iterativer Weise erfolgen, indem zur Ermitt lung der Hypothesen der nachrichtentragenden Datensymbole des zu übertragenden Datensignals Kanalparameter herangezogen werden, die bei einer früher erfolgten Kanalschätzung ermit telt wurden.

Da die erfindungsgemäße Kanalschätzung anhand von teilnehmer spezifisch (d. h. CDMA-) codierten Datensymbolen erfolgt, hat der verwendete CDMA-Code einen erheblichen Einfluß auf den erforderlichen Aufwand und die Qualität der Kanalschätzung. Im Falle eines komplexwertigen CDMA-Codes wird vorzugsweise als CDMA-Codefolge eine Frank-Fadoff-Chu-Folge, eine Frank-Folge oder eine Polyphasen-Folge eingesetzt. Diese Folgen weisen eine ideal impulsförmige periodische Autokorrelations funktion (PAKF) auf (und werden im folgenden daher auch als Folgen mit "perfekter" PAKF bezeichnet).

Bei Verwendung eines binären teilnehmerspezifischen CDMA-Codes ist der Einsatz einer Kasami-Folge als CDMA-Codefolge vorteilhaft. Kasami-Folgen zeichnen sich durch eine PAKF und PKKF (periodische Kreuzkorrelationsfunktion) mit guten (aber nicht perfekten) Korrelationseigenschaften aus.

Vorzugsweise wird für die Kanalschätzung der Algorithmus der signalangepaßten Filterung (sog. Matched Filter: MF) verwen det. Die MF-Kanalschätzung ist ausgesprochen aufwandsgünstig durchführbar und hat den Vorteil, daß sie ein maximales Sig nal-Stör-Verhältnis an ihrem Ausgang aufweist. Sie ist al lerdings nur dann frei von systematischen Schätzfehlern, wenn die der Schätzung zugrundeliegenden Folgen nachrichtentragen der (CDMA-decodierter) Datensymbole des empfangenen Datensi gnals ideale Korrelationseigenschaften aufweisen. Da die vorstehend genannten komplexwertigen CDMA-Codefolgen eine perfekte PAKF aufweisen, sind sie für eine MF-Kanalschätzung besonders geeignet.

Bei Verwendung einer Gauß-Schätzung, einer ML-Schätzung oder einer MAP-Schätzung als Algorithmus für die Kanalschätzung werden systematische Schätzfehler selbst dann vermieden, wenn nicht ideal korrelierte Folgen von CDMA-decodierten Datensym bolen (wie sie beispielsweise durch eine Spreizcodierung des zu übertragenden Datensignals mit einer Kasami-CDMA-Codefolge erzeugt werden) der Kanalschätzung zugrunde liegen.

Zweckmäßigerweise kann aus mehreren (N) Kanalparametern ein gemittelter Kanalparameter berechnet werden. Dies ist beson ders dann günstig, wenn sich die Übertragungseigenschaften des Mobilfunkkanals nur vergleichsweise langsam ändern, was z. B. bei einer stationären Mobilstation in einem hindernis freien (ländlichen) Funkwellen-Ausbreitungsgebiet der Fall ist.

Eine andere bevorzugte Möglichkeit besteht darin, daß zwi schen zwei aufeinanderfolgenden Kanalschätzungen durch Inter polation M interpolierte Kanalparameter ermittelt werden. Die Ermittlung von interpolierten Kanalparametern kann bei spielsweise bei einer schnell bewegten Mobilstation in für die Wellenausbreitung ungünstigen Gebieten (z. B. Städten) vorteilhaft sein, da sich bei diesen Bedingungen die Übertra gungseigenschaften des Mobilfunkkanals schnell ändern und so mit zusätzliche Kanalparameterwerte benötigt werden, die durch Interpolation aufwandsgünstig (ohne Durchführung einer Kanalschätzung) generiert werden können.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei spiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert; in die ser zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Luftschnittstelle eines Mobilfunksystems;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Sendeeinrichtung;

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines CDMA-Spreizcode-Codierers und ein Beispiel eines mit diesem erzeugten spreizco dierten Datensymbols;

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Struktur eines CDMA-Nachrichtendatenblocks;

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Empfängereinrichtung; und

Fig. 6 eine strukturelle Darstellung des in Fig. 5 darge stellten Kanalschätzers.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung die Luftschnitt stelle eines zellularen Mobilfunksystems. Zwischen drei je weils einzelnen Teilnehmern zugeordneten Mobilstationen MS1, MS2, MS3 und einer gemeinsamen Basisstation BS können bidi rektionale Kommunikationsverbindungen aufgebaut werden. Das jeweilige Übertragungsverhalten der Luftschnittstelle wird durch die drei Funkkanäle K1, K2, K3 beschrieben.

Die Kommunikationsverbindungen zwischen der (mit einem Fern kommunikationsnetz verbundenen) Basisstation BS und den Mo bilstationen MS1, MS2, MS3 unterliegen einer Mehrwegeausbrei tung, die durch Reflexionen beispielsweise an Gebäuden oder Bepflanzungen zusätzlich zum direkten Ausbreitungsweg hervor gerufen wird. Geht man von einer Bewegung der Mobilstationen MS1, MS2, MS3 (relativ zu der ortsfesten Basisstation BS) aus, dann führt die Mehrwegeausbreitung zusammen mit weiteren Störungen dazu, daß bei der empfangenden Station MS1, MS2, MS3 bzw. BS sich die Signalkomponenten der verschiedenen Aus breitungswege eines Teilnehmersignals zeitabhängig überla gern. Dies hat zur Folge, daß sich die Übertragungseigen schaften der Funkkanäle K1, K2, K3 fortwährend ändern.

Weiterhin tritt sowohl in der Aufwärts- als auch in der Ab wärtsstrecke eine Überlagerung von mehreren Teilnehmersigna len ein. Die in den Empfängereinrichtungen der Mobilstatio nen MS1, MS2, MS3 bzw. der Basisstation BS vorgenommene Teil nehmerseparierung erfolgt durch eines der bekannten CDMA- Verfahren, beispielsweise FH-(Frequency Hopping: Frequenz sprung-)CDMA, MC-(Multicarrier Code: Multiträger-)CDMA oder DS-(Direct Sequencing-)CDMA.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer beispielsweise in der Basisstation BS angeordneten Sendeeinrichtung BSS zur Durch führung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Sendeeinrich tung BSS enthält Steuermittel SES mit einer Speichereinrich tung SPS, Modulationsmittel MOD und eine Hochfrequenz-Sende stufe HFS.

Dem Modulationsmittel MOD werden nachrichtentragende Daten symbole x zugeführt, die für eine bestimmte Mobilstation MS1 oder MS2 oder MS3 eines bestimmten Teilnehmers bestimmt sind. Die nachrichtentragenden Datensymbole x enthalten die zu übertragende Sprachnachricht.

In einer ersten (optionalen) Datenverarbeitungseinrichtung DATS des Modulationsmittels MOD werden die nachrichtentragen den Datensymbole x in eine für die Funkübertragung geeignete Datenstruktur gebracht. Dieser Schritt umfaßt beispielsweise eine Fehlersicherung durch eine Kanalcodierung (d. h. Hinzufü gung von Redundanz) und eine Verschachtelung (d. h. gezieltes Verändern der Datensymbolreihenfolge) der nachrichtentragen den Datensymbole x. Ferner können Steuerinformation-tragende Datensymbole s erzeugt und den nachrichtentragenden Datensym bolen hinzugefügt werden.

Die gegebenenfalls kanalcodierten und verschachtelten nach richtentragenden Datensymbole x werden im folgenden mit d be zeichnet.

Nachfolgend wird in einem Blockbildner BS des Modulationsmit tels MOD eine Datenblockbildung durchgeführt. Üblicherweise werden unterschiedliche Typen von Datenblöcken verwendet.

Zur Bildung eines Nachrichtendatenblocks wird beispielsweise die Abfolge der Datensymbole d zunächst in Sequenzen mit je wells NS Datensymbolen d unterteilt. Die Anzahl NS wird dem Blockbildner BS von dem Steuermittel SES mitgeteilt. Dann werden den Sequenzen nachrichtentragender Datensymbole d eine Trainingssequenz von dem Empfänger a-priori bekannten Daten symbolen z und gegebenenfalls weitere Datensymbole hinzuge fügt. Die sich ergebende Blockstruktur wird später im Zusam menhang mit Fig. 4 erläutert.

Zur Übertragung von Steuerinformationen können andere, ggf. in ähnlicher Weise aufgebaute Datenblöcke gebildet werden, die die Steuerinformation-tragenden Datensymbole s enthalten.

Nachrichtentragende und Steuerinformation-tragende Datensym bole d, s können auch gemeinsam in einem Datenblock vorlie gen.

Zumindest die nachrichtentragenden Datensymbole d (üblicher weise auch die Steuerinformation-tragenden Datensymbole s und andere Datensymbole wie beispielsweise z) werden in einem Spreizcode-Codierer SPRZCOD des Modulationsmittels MOD einer teilnehmerspezifischen Spreizcodierung unterzogen. Die hier für verwendete Spreizcodefolge C ist ebenfalls in der Spei chereinrichtung SPS abgelegt und wird von dieser dem Spreiz code-Codierer SPRZCOD mitgeteilt.

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild des CDMA-Spreizcode-Codie rers SPRZCOD, wie er bei einer DS-CDMA-Codierung in dem Modu lationsmittel MOD verwendet werden kann. Die Spreizcodierung wird hier am Beispiel eines nachrichtentragenden Datensymbols d erläutert. Dieses wird durch Multiplikation mit der den Spreizcode repräsentierenden periodischen Codefolge C der Elemente c(i), i = 1, 2, . . . , L bewirkt. Die Elemente c(i) werden im folgenden auch als Chips c(i) der Codefolge C be zeichnet und L wird als die Länge der Codefolge C bezeichnet. Es wird vorausgesetzt, daß die Zeitdauer eines Chips c(i) kürzer als die Zeitdauer eines Datensymbols d (bzw. s oder z) ist.

Ein von binären, bipolaren, nachrichtentragenden Datensymbo len d der Werte d = {-1, 1} und binären, bipolaren Chips c(i) der Werte c(i) = {-1, 1} ausgehendes Beispiel für die teil nehmerspezifische DS-CDMA-Codierung ist im unteren Teil der Fig. 3 anhand eines Datensymbols d mit dem Wert d = 1 und ei nes zur gleichen Zeit auftretenden Abschnitts der Codefolge C (mit den Chipwerten 1, 1, -1, 1, -1, -1, -1, 1) dargestellt. Die Anzahl Q der Chips c(i) pro Datensymbol d beträgt 8.

Bezüglich des dargestellten nachrichtentragenden Datensymbols d = 1 ergeben sich für das codierte ("gespreizte") Datensym bol die Werte d_c(i) = d.c(i) = c(i). Bezüglich d = -1 (nicht dargestellt) ergeben sich die Werte d_c(i) = d.c(i) = -c(i). Entsprechendes gilt für ein Steuerinformation-tragendes Da tensymbol s oder ein Datensymbol z der Trainingssequenz. Das CDMA-codierte nachrichtentragende Datensymbol d_c(i) wird im folgenden in vereinfachter Schreibweise auch mit d_c bezeich net. Analog wird mit s_c bzw. z_c ein spreizcodiertes Steue rinformation-tragendes Datensymbol bzw. ein spreizcodiertes Datensymbol der Trainingssequenz bezeichnet.

Die am Ausgang des Modulationsmittels MOD bereitstehenden spreizcodierten Datensymbole (unter anderem d_c, s_c und ggf. z_c) werden der Hochfrequenz-Sendestufe HFS zugeführt, dort in ein Analogsignal gewandelt, einem Träger aufmoduliert und als Funkwelle abgestrahlt.

Fig. 4 veranschaulicht am Beispiel eines Nachrichtendaten blocks die Struktur eines am Ausgang des Modulationsmittels MOD auftretenden Datenblocks. Ein im Rahmen des erfindungs gemäßen Verfahrens verwendeter Nachrichtendatenblock kann, muß aber nicht unterschiedlich zu CDMA-Nachrichtendaten blöcken sein, wie sie bereits bei herkömmlichen Verfahren zur Kanalschätzung verwendet werden. Der hier beispielhaft dar gestellte Nachrichtendatenblock ist vom Aufbau praktisch identisch mit einem bei einer herkömmlichen CDMA-Übertragung verwendeten Datenblock, d. h. er besteht aus einer ersten Se quenz S1 von NS nachrichtentragenden Datensymbolen d_c, einer Trainingssequenz TR aus dem Empfänger a-priori bekannten Da tensymbolen z_c, einer zweiten Sequenz S2 von NS nachrichten tragenden Datensymbolen d_c und einer den Datenblock beenden den Schutzsequenz GP.

Die erläuterte Spreizung der einzelnen nachrichtentragenden Datensymbole d_c mit jeweils Q Chips c(i) der Spreizcodefolge C ist im unteren linken Teil der Fig. 4 veranschaulicht.

Bei Verwendung eines derartigen Nachrichtendatenblocks zur Kanalschätzung beruht das erfindungsgemäße Verfahren darauf, daß die nachrichtentragenden Datensymbole d_c der Sequenzen S1, S2 zumindest teilweise für die empfängerseitige Kanal schätzung herangezogen werden. Dadurch können im erfindungs gemäßen Verfahren Nachrichtendatenblöcke mit einer signifi kant kleineren Anzahl von eigens für die Kanalschätzung vor gesehenen Datensymbolen z_c in der Trainingssequenz TR als bei herkömmlich verwendeten Nachrichtendatenblöcken eingesetzt werden. Es kann sogar gänzlich auf die Trainingssequenz TR (bzw. auf ein Pilotsignal oder ähnliches) verzichtet werden. Dadurch kann die Anzahl 2NS von nachrichtentragenden Daten symbolen d_c erhöht und damit eine vergleichsweise hohe Infor mationsrate erreicht werden.

Die Gesamtzeitdauer eines Datenblocks kann etwa 0,5 ms betra gen. Ein Datenblock kann insgesamt beispielsweise etwa 150 Datensymbole beinhalten.

Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild einer (beispielsweise in ei ner Mobilstation verwendeten) Empfängereinrichtung MSE. Die Empfängereinrichtung MSE enthält Steuermittel SEE mit einer Speichereinrichtung SPE, Demodulationsmittel DMOD mit einem Spreizcode-Decodierer SPRZDECOD, einem Kanalschätzer KS, ei nem Datendetektor DD und einer Datenverarbeitungseinrichtung DATE sowie eine Hochfrequenz-Empfangsstufe HFE.

Die Hochfrequenz-Empfangsstufe HFE nimmt die von der Sende einrichtung BSS abgestrahlte Funkwelle über eine Antenne ent gegen und wandelt diese in üblicher Weise durch Heruntermi schen in ein analoges Empfangssignal um.

Das analoge Empfangssignal wird in nicht dargestellter Weise von einem Analog/Digital-Umsetzer mit einer ausreichend ho hen, mindestens der Chiprate entsprechenden Abtastrate digi talisiert und mittels eines nachgeschalteten, digitalen Fil ters Bandbreiten-begrenzt.

Das auf diese Weise erhaltene digitale, spreizcodierte Emp fangssignal wird dem Spreizcode-Decodierer SPRZDECOD des De modulatormittels DMOD zugeführt. Der Spreizcode-Decodierer SPRZDECOD separiert die Teilnehmersignale, was sowohl die Kenntnis der senderseitig verwendeten Spreizcodefolge C als auch eine Synchronisierung mit dem senderseitigen Spreizcode-Codierer SPRZCOD voraussetzt. Die senderseitig verwendete Spreizcodefolge C (d. h. der teilnehmerspezifische CDMA-Code) ist in der empfangsseitigen Speichereinrichtung SPE abgelegt. Sie ist entweder fest vorgegeben oder wird bei jeder Ge sprächsaufnahme zwischen der Basisstation BS und der Mobil station MS1, MS2, MS3 ausgehandelt, d. h. aus mehreren in der Speichereinrichtung SPE gespeicherten Codefolgen C ausge wählt.

Der Spreizcode-Decodierer SPRZDECOD kann im Falle des in Fig. 4 gezeigten Spreizcode-Codierers SPRZCOD identisch mit diesem sein, d. h. er kann ebenfalls aus einem Multiplizierer beste hen, der das einlaufende digitale, spreizcodierte Empfangs signal mit der zugehörigen Spreizcodefolge C multipliziert.

Im folgenden wird auf die für die Spreizcodierung/decodierung verwendete Spreizcodefolge C eingegangen.

Grundsätzlich können alle möglichen Spreizcodefolgen C, ins besondere binäre (c(i) = {0, 1} oder c(i) = (-1, 1}) und kom plexwertige (c(i) = komplexe Zahl) Codefolgen C verwendet werden. Besonders geeignete Codefolgen C weisen gute Korre lationseigenschaften auf. Solche Codefolgen C sind in Buch "Korrelationssignale" von H. D. Lüke, Springer-Verlag, 1992 in den Kapiteln 4 (Folgen mit gutem periodischem Korrelati onsverhalten) und 5 (Familien periodischer Korrelationsfol gen) auf den Seiten 69-111 beschrieben (siehe insbesondere:
Kap. 5.3.3: Kasami-Folgen; Kap. 4.7.1: Frank- und Frank-Fadoff-Chu-Folgen; Kap. 4.7.2-5: Polyphasen-Folgen) und wer den durch Bezugnahme zum Gegenstand der vorliegenden Anmel dung gemacht.

Am Ausgang des Spreizcode-Decodierers SPRZDECOD steht ein teilnehmersepariertes digitales Empfangssignal bereit. Die ses enthält unter anderem die gestörten Versionen , und der nachrichtentragenden Datensymbole d, Steuerinformati on-tragenden Datensymbole s und Datensymbole z der Trainings sequenz TR.

Das teilnehmerseparierte digitale Empfangssignal wird einem Datendetektor DD zugeführt. Im Falle einer Kanalschätzung anhand von nachrichtentragenden Datensymbolen wird zumindest ein Teil der Datensymbole und im Falle einer Kanalschät zung anhand von Steuerinformation-tragenden Datensymbolen wird zumindest ein Teil der Datensymbole dem Kanalschätzer KS zugeführt. Falls vorhanden, werden die speziell für eine Kanalschätzung vorgesehenen Datensymbole der Trainingsse quenz TR ebenfalls dem Kanalschätzer KS zugeführt.

Fig. 6 zeigt die prinzipielle Struktur des Kanalschätzers KS. An einem Eingang E nimmt der Kanalschätzer KS die zur Kanal schätzung vorgesehenen Datensymbole und/oder und gegebe nenfalls entgegen. An einem weiteren Eingang K steht dem Kanalschätzer KS bezüglich des zugeleiteten Teils der ("ge störten") Datensymbole und/oder und ggf. eine Kennt nis über die zugehörigen ("ungestörten") Datensymbole d, s, z bereit. Durch Korrelation dieser Kenntnis über d, s, z mit den empfangenen Datensymbolen , , berechnet der Kanal schätzer mittels eines Rechenalgorithmus aktuelle Kanalpara meter h1, h2, . . . des Mobilfunkkanals K1 oder K2 oder K3. Bei jeder Kanalschätzung werden die ermittelten aktuellen Kanalparameter h1, h2, . . . an einem Ausgang A des Kanalschät zers KS ausgegeben.

Die an dem Eingang K bereitstehende Kenntnis über die zu übertragenden Datensymbole d, s, z ist unterschiedlicher Na tur.

Sofern Datensymbole z zur Kanalschätzung vorhanden sind, sind diese dem Kanalschätzer a-priori bekannt.

Sofern Steuerinformation-tragende Datensymbole s zur Kanal schätzung beitragen sollen, sind diese dem Kanalschätzer KS zwar zunächst (d. h. a-priori) nicht bekannt, können jedoch (auch aufgrund eines häufig geringen Wertevorrats) rasch er mittelt werden und sind dann, da sie bis zu einer Änderung ständig wiederholt ausgesendet werden, zumindest eine Zeit lang bekannt. Somit steht auch bezüglich der Datensymbole s nach kurzer Zeit eine exakte Kenntnis bereit. Diese wird so mit aus dem empfangenen Datensignal und ggf. zusätzlicher Kenntnis bezüglich der Steuerinformation (beispielsweise de ren Wertevorrat) gewonnen.

Sofern (ebenfalls a-priori unbekannte) nachrichtentragende Datensymbole d zur Kanalschätzung herangezogen werden sollen, wird dem Kanalschätzer KS eine hypothetische Kenntnis H(d) der zu übertragenden nachrichtentragenden Datensymbole d zur Verfügung gestellt, die im wesentlichen allein aus dem emp fangenen Datensignal erzeugt wird. Die Erzeugung von H(d) kann durch einen iterativen Kanalschätz- und Datendetektions prozeß erfolgen. Dabei wird zunächst auf der Grundlage von früher im Kanalschätzer KS geschätzten Kanalparametern h1, h2, . . . mittels des Datendetektors DD bezüglich aktuell ein laufender nachrichtentragender Datensymbole d Hypothesen der den aktuell einlaufenden Datensymbolen d zugrundeliegenden zu übertragenden Datensymbole d berechnet, und dann diese Hy pothesen von d dem Kanalschätzer KS als (hypothetische) Kenntnis H(d) von d zugeführt. Dabei ist zu beachten, daß zur Berechnung einer guten Hypothese H(d) von d die verwende ten Kanalparameter h1, h2, . . . nicht zu "alt" sein dürfen (genauer: bezüglich des Zeitpunkts des Datendetektionsschrit tes innerhalb der Kohärenzzeit des Mobilfunkkanals gewonnen worden sein müssen), da ansonsten aufgrund der Zeitvarianz des Mobilfunkkanals die iterativen Teilschritte Kanalschät zung und Datendetektion entkoppelt sind.

An Eingängen K01, K02 kann dem Kanalschätzer KS optional a-priori-Kenntnis beispielsweise über bekannte Eigenschaften E(h) der Kanalimpulsantwort h oder über bekannte Eigenschaf ten E(n) der im Mobilfunkkanal auftretenden Störungen n für die Schätzung der Kanalparameter h1, h2, . . . zur Verfügung gestellt werden.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß das empfangene Daten signal zur erfindungsgemäßen Schätzung der Kanalparameter ei ner zweifachen Korrelation (einmal mit der Codefolge C zur Teilnehmerseparierung und einmal mit der Kenntnis bzgl. d und/oder s und ggf. z) unterzogen wird.

Zur Schätzung der Kanalparameter h1, h2, . . . (d. h. der Ka nalimpulsantwort h) können die in dem eingangs genannten Buch von P. Jung im Kapitel 5.2.3 auf den Seiten 201-206 beschrie benen Algorithmen eingesetzt werden. Diese Algorithmen wer den durch Bezugnahme Gegenstand der vorliegenden Anmeldung. Es handelt sich dabei um die Algorithmen für die signalange paßte Filterung, die Gauß-Schätzung, die ML-Schätzung und die MAP-Schätzung.

Die geschätzten Kanalparameter h1, h2, . . . (Kanalimpulsant wort h) werden dem Datendetektor DD zugeleitet. Dieser er mittelt durch eine Faltung der empfangenen gestörten Versio nen (ggf. , ) mit der aktuellen Kanalimpulsantwort h (parametrisiert durch die Kanalparameter h1, h2, . . .) Schätzdatensymbole (ggf. , ) für die zu übertragenden Datensymbole (ggf. s, z).

Spätestens bei der Datendetektion ist ferner die Blockstruk tur (siehe Fig. 4) zu berücksichtigen, d. h. es ist zu unter scheiden, welche der Schätzdatensymbole nachrichtentragen de Datensymbole d betreffen und welche der Schätzdatensymbole andere Informationen betreffen. Zu diesem Zweck sind in dem Speichermittel SPE entsprechende Daten über die verwendete Blockstruktur (unter anderem die Sequenzlänge NS) gespeichert und werden dem Demodulator DMOD mitgeteilt.

Die Schätzdatensymbole für die nachrichtentragenden Daten symbole d werden der (optionalen) Datenverarbeitungseinrich tung DATE zugeführt. In der Datenverarbeitungseinrichtung DATE werden im wesentlichen die in der sendeseitigen Daten verarbeitungseinrichtung DATS durchgeführten Verarbeitungs schritte rückgängig gemacht, d. h. es findet eine Entschachte lung und eine Kanaldecodierung statt. Die in DATE entschach telten und kanaldecodierten Datensymbole werden mit be zeichnet und sind die Schätzungen der nachrichtentragenden Datensymbole x in Fig. 2 (d. h. das Detektionsergebnis der Empfangseinrichtung MSE).

Die Kanalschätzung kann kontinuierlich (d. h. ohne Pause) oder zu diskreten Zeiten durchgeführt werden. Die Zeitdauer zwi schen zwei aufeinanderfolgenden Kanalschätzungen sowie auch die Zeitdauer der einzelnen Kanalschätzung können an die ak tuellen Gegebenheiten angepaßt werden. Bei einem langsam veränderlichen Mobilfunkkanal kann eine vergleichsweise lange Zeitdauer (etwa 3 ms) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ka nalschätzungen eingestellt werden, während bei einem schnell veränderlichen Mobilfunkkanal eine kurze Zeitdauer (etwa 0,3 ms) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kanalschätzungen ein gestellt werden kann. Die Zeitdauer einer einzelnen Kanal schätzung kann beispielsweise das 50- bis 80-fache einer Chipzeitdauer betragen (sie muß nicht ein Vielfaches der Sym bolzeitdauer sein). Ferner können Zwischenwerte für die Kanalparameter h1, h2, . . . durch Interpolation gewonnen wer den und/oder es können jeweils Mittelwerte der Kanalparameter h1, h2, . . . berechnet werden. Letzteres kann beispielsweise günstig sein, wenn anstelle einer lang andauernden Kanal schätzung mit hoher Genauigkeit viele Kurzzeit-Kanalschätzun gen mit entsprechend geringerer Genauigkeit durchgeführt wer den, wobei dann durch Wahl einer geeigneten Anzahl von Kanal schätzungen für die Mittelung (beispielsweise 2 bis 5) stets eine kanalangepaßte Optimierung zwischen der Genauigkeit des Schätzergebnisses (d. h. des Ergebnisses der Mittelung) und der Wiederholungsrate der Mittelung realisiert werden kann.

Bezugszeichenliste

MS1/2/3 Mobilstation
K1/2/3 Funkkanal
BS Basisstation
BBS Sendeeinrichtung
SES Steuermittel
SPS Speichereinrichtung
MOD Modulationsmittel
HFS Hochfrequenz-Sendestufe
DATS Datenverarbeitungseinrichtung
BS Blockbildner
SPRZCOD Spreizcode-Codierer
TR Trainingssequenz
GP Schutzsequenz
S1/2 Sequenzen nachrichtentragender Datensymbole
MSE Empfangseinrichtung
SEE Steuermittel
SPE Speichereinrichtung
DMOD Demodulationsmittel
HFE Hochfrequenz-Empfangsstufe
DATE Datenverarbeitungseinrichtung
KS Kanalschätzer
DD Datendetektor
SPRZDECOD Spreizcode-Decodierer

Claims

1. Verfahren zur Schätzung von Kanalparametern eines zur Übertragung einer Nachricht genutzten Funkkanals (K1, K2, K3) in einem Empfänger eines Mobilfunksystems (MS1, MS2, MS3; BS), wobei

- in einem Sender (BBS) des Mobilfunksystems (MS1, MS2, MS3; BS) ein zu übertragendes, Datensymbole (d, s, z) enthalten des Datensignal vorliegt,
- dem zu übertragenden Datensignal ein teilnehmerspezifischer Code (c(i), . . ., c(Q)) aufgeprägt wird,
- das derart teilnehmerspezifisch codierte Datensignal über den Funkkanal (K1, K2, K3) gesendet wird,
- in dem Empfänger (MSE) aus einem am Ausgang des Funkkanals (K1, K2, K3) empfangenen Datensignal mit Kenntnis des teil nehmerspezifischen Codes (c(i), . . ., c(Q)) ein von empfan genen Datensignalen anderer Teilnehmer separiertes empfan genes Datensignal gewonnen wird, und
- dieses empfangene, teilnehmerseparierte Datensignal einem Kanalschätzer (KS) zugeführt wird, welcher wiederholt ge schätzte Kanalparameter (h1, h2, . . .) des Funkkanals (K1, K2, K3) ermittelt und an seinem Ausgang bereitstellt,

dadurch gekennzeichnet, daß der Kanalschätzer (KS) die geschätzten Kanalparameter (h1, h2, . . .) unter Verwendung von Datensymbolen (, ) des empfangenen, teilnehmerseparierten Datensignals ermittelt, deren entsprechende Datensymbole (d, s) des zu übertragenden Datensignals dem Empfänger a-priori unbekannt sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den dem Empfänger a-priori unbekannten Daten symbolen des zu übertragenden Datensignals um Steuerinforma tion-tragende Datensymbole (s) handelt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den dem Empfänger a-priori unbekannten Daten symbolen des zu übertragenden Datensignals um nachrichtentra gende Datensymbole (d) handelt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanalschätzer (KS) die geschätzten Kanalparameter (h1, h2, . . .) durch Korrelation der nachrichtentragenden Da tensymbolen () des empfangenen, teilnehmerseparierten Da tensignals mit durch Datendetektion ermittelten Hypothesen (H(d)) der entsprechenden nachrichtentragenden Datensymbole (d) des zu übertragenden Datensignals ermittelt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Hypothesen (H(d)) des zu übertragenden Datensignals Kanalparameter (h1, h2, . . .) herangezogen wer den, die bei einer früher erfolgten Kanalschätzung ermittelt wurden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der teilnehmerspezifische Code (c(i), . . ., c(Q)) durch eine komplexwertige Frank-Fadoff-Chu-Folge, Frank-Folge oder Polyphasen-Folge erzeugt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der teilnehmerspezifische Code (c(i), . . ., c(Q)) durch eine binäre Kasami-Folge erzeugt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Algorithmus für die Kanalschätzung eine signalange paßte Filterung verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Algorithmus für die Kanalschätzung eine Gauß-Schätzung, eine ML-Schätzung oder eine MAP-Schätzung verwen det wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer einer einzelnen Kanalschätzung das 50- bis 80-fache der Zeitdauer eines Elements (c(i)) einer den teil nehmerspezifischen Code (c(i), . . ., c(Q)) erzeugenden Code folge (C) beträgt.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus N Kanalparametern, die bei N Kanalschätzungen ge schätzt wurden, jeweils ein gemittelter Kanalparameter be rechnet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß N gleich 2 oder 3 ist.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kanalschätzungen durch Interpolation M interpolierte Kanalparameter ermittelt wer den.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß M zwischen 10 und 30 liegt.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauern zwischen aufeinanderfolgenden Kanalschät zungen in Abhängigkeit von einer Relativgeschwindigkeit zwi schen dem Sender (BBS) und dem Empfänger (MSE) gewählt wer den.