DE19928262A1 - Verfahren und Einrichtung zur Separierung eines empfangenen Signalgemisches - Google Patents

Abstract

Zur empfangsseitigen Separierung eines Signalgemisches wird aus K verschiedenen Teilnehmersignalen eine aus einer ersten Untermenge bestehende Anzahl K¶1¶ von Teilnehmersignalen nach einem Auswahlkriterium, beispielsweise das Signal-Rausch-Verhältnis des zuvor detektierten Teilnehmersignals, ausgewählt, in einem ersten Schritt eine gemeinsame Detektion (JD, Joint Detection) dieser K¶1¶ Teilnehmersignale vorgenommen und in einem zweiten Schritt der Einfluß der K¶1¶ detektierten Teilnehmersignale weiterer Untermengen mittels eines Verfahrens zur Interferenzeliminierung (IC, Interference Cancelation) vom empfangenen Signalgemisch eliminiert. In einem dritten Schritt werden die noch nicht detektierten, weiteren Teilnehmersignale aus dem Ausgangssignal der Interferenzeliminierung detektiert. In einem vierten Schritt wird der Einfluß der weiteren Teilnehmersignale eliminiert und aus dem Ausgangssignal der Interferenzeliminierung werden in einem fünften Schritt die Teilnehmersignale der ersten Untermenge erneut detektiert. Das Verfahren nach der Erfindung läßt sich vorzugsweise bei Mobilfunksystemen mit CDMA-Vielfachzugriff einsetzen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Ein­ richtung zum Separieren eines empfangenen Signalgemisches durch eine gemeinsame Detektion.

Eine Separierung eines Signalgemisches ist beispielsweise er­ forderlich jeweils auf der Empfangsseite der Aufwärtsstrecke (uplink) bzw. der Abwärtsstrecke (downlink) von Mobilfunksy­ stemen, bei denen eine Vielzahl von Teilnehmerstationen mit einer ortsfesten Basisstation kommunizieren kann.

Es ist davon auszugehen, daß K Teilnehmerstationen in einem Mobilfunksystem gleichzeitig mit der Basisstation kommunizie­ ren möchten. Deshalb muß dafür gesorgt werden, daß in der Aufwärtsstrecke die von den einzelnen Teilnehmerstationen kommenden Sendesignale im Empfänger der Basisstation sepa­ riert werden können bzw. in der Abwärtsstrecke das von der Basisstation kommende, für eine der K Teilnehmerstationen be­ stimmte Signal in der zutreffenden Teilnehmerstation von den für andere Teilnehmerstationen bestimmten Signalen getrennt werden kann. Ein solches Separieren wird durch das Verwenden von Vielfachzugriffsverfahren ermöglicht.

Man unterscheidet die eher klassischen Vielfachzugriffsver­ fahren Frequenzmultiplex (Frequency Division Multiple Access, FDMA) und Zeitmultiplex (Time Division Multiple Access, TDMA) und das moderne Vielfachzugriffsverfahren Codemultiplex (Code Division Multiple Access, CDMA). Diese drei Verfahren können auch in Kombination angewandt werden. Das Vielfachzugriffs­ verfahren CDMA beruht auf den Prinzipien der Bandspreiztech­ nik. In CDMA-Systemen unterscheiden sich die K Teilnehmersi­ gnale, die jeweils aus einer Datenfolge mit aneinander gereih­ ten Datensymbolen bestehen, durch die in den Datensymbolen enthaltenen CDMA-Spreizcodes. Die folgenden Betrachtungen be­ treffen in erster Linie Systeme, bei denen CDMA verwendet wird. Allerdings ist die Anwendbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht auf CDMA-Systeme beschränkt.

Die Separierung eines Signalgemisches, der bei CDMA-Systemen einer Datenschätzung entspricht, läßt sich in bekannter Weise durch eine signalangepaßte Filterung (MF, Matched Filtering) bewerkstelligen, die jeweils auf den CDMA-Spreizcode des Teilnehmers angepaßt ist. Ein diese signalangepaßte Filterung durchführender Empfänger läßt sich beispielsweise als eine Bank von Korrelatoren oder als eine Bank von RAKE-Empfängern realisieren.

Eine andere bekannte Möglichkeit zur Verbesserung der Sepa­ rierung eines Signalgemisches ist die sogenannte Interferen­ zeliminierung (IC, Interference Cancellation), die z. B. in der deutschen Patentanmeldung 195 09 867.6 beschrieben ist.

Außerdem läßt sich in bekannter Weise eine Separierung eines Signalgemisches mit Hilfe einer sogenannten gemeinsamen De­ tektion (JD, Joint Detection) durchführen, die beispielsweise in DE 41 21 356 C2 und DE 43 29 320 A1 beschrieben ist.

Die signalangepaßte Filterung hat für die Separierung eines Signalgemisches eine sehr schlechte Leistungsfähigkeit, z. B. in Form von Bitfehlerwahrscheinlichkeiten, bei Mehrwegekanä­ len und bei nichtorthogonalen CDMA-Codes.

Bei der Verwendung der Interferenzeliminierung (IC) erreicht man dagegen schon eine relativ gute Leistungsfähigkeit, die jedoch schlechter ist als bei der gemeinsamen Detektion (JD). Probleme ergeben sich insbesondere bei Teilnehmersignalen mit nahezu gleicher Empfangsleistung, mit Ausnahme des in der deutschen Patentanmeldung 195 09 867.6 beschriebenen Verfah­ rens.

Bei der gemeinsamen Detektion (JD) wird zwar ein Signalge­ misch auf der Empfangsseite sehr gut separiert. Die Separie­ rung ist jedoch in nachteiliger Weise mit einem stark über­ proportionalen Anstieg der erforderlichen Rechenleistung bei zunehmender Teilnehmerzahl verbunden.

Aus der DE 196 15 828 C2 ist ein Verfahren zur Separierung eines Signalgemisches bekannt, in dem eine Untergruppe von Teilnehmersignalen mittels einer gemeinsamen Detektion (JD, Joint Detection) detektiert wird und vor einer Detektion wei­ terer Untergruppen der Einfluß der bereits detektierten Teil­ nehmersignale mittels Interferenzeleminierung (IC, Interfe­ rence Cancellation) im empfangenen Signalgemisch eliminiert wird. Die Bitfehlerwahrscheinlichkeiten werden jedoch gegen­ über herkömmlichen Verfahren mit gemeinsamer Detektion nur mäßig verbessert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der empfangs­ seitigen Separierung eines Signalgemisches eine Verbesserung der Leistungsfähigkeit mit verringertem Rechenaufwand im Ver­ gleich zur gemeinsamen Detektion zu erzielen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem erfindungs­ gemäßen Verfahren durch die Merkmale des Patentanspruches 1 und bei einer erfindungsgemäßen Einrichtung durch die Merkma­ le des Patentanspruchs gelöst.

Das Verfahren und die Einrichtung der Erfindung bringt beson­ dere Vorteile beispielsweise für den Fall, daß es eine Anzahl K₁ von Teilnehmersignalen gibt, deren Empfangsleistungen etwa gleich sind (in der Größenordnung von P₁) und eine weitere Anzahl K₂ von Teilnehmersignalen, deren Empfangsleistungen jedoch sehr viel geringer als P₁ sind. In einem solchen Fall ist die Leistungsfähigkeit nicht nur der signalangepaßten Filterung, sondern auch aller mit Interferenzeliminierung (IC, Interference Cancellation) arbeitenden Verfahren mit Aus­ nahme des in der deutschen Patentanmeldung DE 196 16 828 C2 beschriebenen Verfahrens relativ schlecht. Das erfindungsge­ mäße Verfahren kann dagegen sowohl für den bereits erwähnten Fall als auch für etwa gleiche Empfangsleistungen aller Teil­ nehmersignale die Bitfehlerwahrscheinlichkeiten bis zu zwei Größenordnungen verringern. Die erneute Detektion der Teil­ nehmersignale der ersten Untermenge führt zu einer überra­ schenden Verbesserung der Bitfehlerwahrscheinlichkeit. So können auch für den beschriebenen Fall etwa gleicher Emp­ fangsleistungen sehr gute Detektionsergebnisse erreicht wer­ den.

Zweckmäßige Weiterbildungen und Ausführungsmöglichkeiten sind in den Unteransprüchen angegeben. Insbesondere enthalten ei­ nige der Unteransprüche Auswahlkritierien zur Auswahl einer Untermenge von Teilnehmersignalen aus einer Gesamtmenge der K aktiven Teilnehmersignale.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden beim Verfahren zur Interferenzelimierung durch eine Rekon­ struktion mit Hilfe der Kanalschätzung die den detektierten Daten zugehörigen Signale des Empfangsgemisches zurückgewon­ nen. Zur Rekonstruktion werden die Algorithmen zur Detektion in inverser Reihenfolge genutzt. Jegliche Dekodierung muß zur Rückgewinnung des den Daten zugehörigen Signals des Signalge­ misches ebenfalls rückgängig gemacht werden.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die noch nicht im ersten Schritt detektierten, weiteren Teilneh­ mersignale in weitere (zwei, drei, . . .) Untermengen unterteilt und analog der Schritte drei und vier, analog des Verfahrens nach Anspruch 1, wird der Einfluß der weiteren Teilnehmersi­ gnale der Untermengen mittels eines Verfahrens zur Interfe­ renzeliminierung vom empfangenen Signalgemisch (e) elimi­ niert. Durch die Unterteilung in weitere Untermengen können auch weniger komplexe Detektoren zur gemeinsamen Detektion genutzt werden, ohne die Detektionsqualität zu verschlech­ tern.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in einer Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels für die Schritte eins bis fünf mit einer weiteren Untermenge erläutert.

Die Fig. 1 zeigt in Blockschaltbildform eine empfangsseitige Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Separieren eines empfangenen Signalgemisches e. Das z. B. über verschiedene Übertragungskanäle kommende Signalgemisch e gelangt zusammen mit einem Rauschsignal zuerst in eine Ein­ gangsstufe AJD-K₁, in die eine Auswahlstufe mit nachfolgender gemeinsamer Detektion integriert ist. In der Auswahlstufe wird zunächst aus K verschiedenen Teilnehmersignalen eine aus einer ersten Untermenge bestehende Anzahl K₁, 1 ≦ K₁ ≦ K, von Teilnehmersignalen nach einem Auswahlkriterium, beispielswei­ se die Empfangsfeldstärke der Teilnehmersignale des zuvor de­ tektierten Signalgemisches, ausgewählt. Im folgenden Burst wird eine gemeinsame Detektion (Joint Detection) dieser aus­ gewählten K₁ Teilnehmersignale vorgenommen. Die nicht ausge­ wählten (K-K₁) Teilnehmersignale werden dabei wie Rauschen behandelt.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind in der Eingangsstu­ fe AJD-K₁ die Teilnehmersignale der ersten Untermenge nach einem Auswahlkriterium ausgewählt und mittels einer gemeinsa­ men Detektion JD ausgewertet worden, so daß sich die ge­ schätzten Datenfolgen d ⁽¹⁾, d ⁽²⁾ . . .d ^(K₁) nach der Detektion er­ geben. Die Daten d ⁽¹⁾, d ⁽²⁾ . . .d ^(K₁) sind Datenschätzwerte der Datensymbolfolge des jeweiligen Teilnehmersignals. Innerhalb einer Einrichtung I-K₁ zur Interferenzeliminierung wird in einer Rekonstruktionseinrichtung REC-K₁ ein Rekonstruktions­ signal e ^K₁ geschaffen, durch welches der Einfluß der K₁ detek­ tierten Teilnehmersignale durch Subtraktion in einem Addier­ glied S vom empfangenen Signalgemisch e eliminiert wird.

Das Ausgangssignal e ^K₁' des Addierglieds S, das zugleich das Ausgangssignal e ^K₁' der Einrichtung I-K₁ zur Interferenzelimi­ nierung bildet, wird einer Einrichtung JD-K zur gemeinsamen Detektion (Joint Detection) für die restlichen (K-K₁) Teil­ nehmersignale zugeführt. Am Ausgang der Einrichtung JD-K für die gemeinsame Detektion stehen dann die geschätzten Daten­ folgen d ^(K₁+1), d(^K₁+2) . . .d ^(K) an.

In einer weiteren Einrichtung I-K zur Interferenzeliminierung wird in einer weiteren Rekonstruktionseinrichtung REC-K ein Rekonstruktionssignal e ^K geschaffen, durch welches der Ein­ fluß der detektierten Teilnehmersignale (K-K₁) einer weiteren Untermenge durch Substraktion in einem Addierglied S vom emp­ fangenen Signalgemisch e eliminiert wird. Die Teilnehmersi­ gnale (K-K₁) können in weitere Untermengen aufgeteilt werden. Der Einfluß aller weiteren Untermengen aus dem empfangenen Signalgemisch sollte so eliminiert werden, daß die Teilneh­ mersignale der ersten Untermenge möglichst gut von den Teil­ nehmersignalen der weiteren Untermengen separiert sind. Die Datenfolgen d ⁽¹⁾', d ⁽²⁾' . . d ^(K₁)' der ersten Untermenge werden in einem Detektor JD-K₁ aus dem Ausgangssignal e ^K' der weiteren Einrichtung I-K zur Interferenzeliminierung mittels gemeinsa­ mer Detektion detektiert.

Die im Rahmen der Einrichtungen I-K₁, I-K zur Interferenzeli­ minierung im Addierglied S stattfindende Subtraktion der re­ konstruierten, gemeinsam detektierten Teilnehmersignale vom ankommenden Empfangssignalgemisch e kann auch an den Ausgän­ gen von signalangepaßten Filtern durchgeführt werden, die in der Einrichtung AJD-K₁ oder JD-K zur gemeinsamen Detektion der ausgewählten K₁ Teilnehmersignale enthalten sind.

In den Rekonstruktionseinrichtungen REC-K₁, REC-K kann mit Hilfe von Daten einer Kanalschätzung die den Daten zugehöri­ gen Signale des Empfangsgemisches zurückgewonnen werden. Die Verwendung von Dekodierungen, bzw. des Deinterleaving, also daß die aufeinanderfolgenden Signale der empfangenen Teilneh­ mersignale auf mehrere Bursts zur Übertragung verteilt sind, erfordert für die Rekonstruktion der Signale die umgekehrte Anwendung des Algorithmus, beispielsweise Kodierung bzw. In­ terleaving. Eine Fehlerschutzkodierung oder eine Faltungsko­ dierung kann besonders vorteilhaft eingesetzt werden wenn dem Empfänger sowohl die Dekodierung als auch die zugehörige Ko­ dierung bekannt sind.

Besonders vorteilhaft kann die Erfindung für CDMA-Verfahren eingesetzt werden, da der Rechenaufwand erheblich höher als bei anderen Verfahren, beispielsweise eines TDMA-Verfahrens ist. Gerade eine gemeinsame Detektion kann bei einem CDMA- Verfahren besonders vorteilhaft sein, der hohe Aufwand setzt der Verwendung von der gemeinsamen Detektion jedoch Grenzen. Erfindungsgemäß kann dieser hohe Aufwand durch die Verwendung von kleiner gemeinsamen Detektoren begrenzt werden, ohne die Leistungsfähigkeit der Signalseparierung zu beeinträchtigen.

Werden die K1 Teilnehmersignale vor der Detektion ausgewählt kann besonders vorteilhaft das Ergebnis der Detektion eines vorherigen Bursts ausgenutzt werden. Werden dagegen die Teil­ nehmersignale nach der Detektion ausgewählt, in dem bei­ spielsweise zuerst alle Signale Detektiert werden, kann be­ sonders schnell die Auswahl neuen Auswahlkriterien und Emp­ fangsbedingungen angepaßt werden.

Claims (20)

1. Verfahren zum Separieren eines empfangenen Signalgemi­ sches (e) aus K Teilnehmersignalen, bei dem
in einem ersten Schritt eine Detektion von Teilnehmersignalen einer aus einer ersten Untermenge K₁, 1 ≦ K₁ ≦ K vorgenommen wird,
in einem zweiten Schritt der Einfluß der K₁ detektierten Teilnehmersignale im ersten Ausgangssignal (e ^K₁') mittels ei­ nes Verfahrens zur Interferenzeliminierung vom empfangenen Signalgemisch (e) eliminiert wird,
in einem dritten Schritt noch nicht im ersten Schritt detek­ tierte, weitere Teilnehmersignale aus dem ersten Ausgangs­ signal (e ^K₁') detektiert werden,
in einem vierten Schritt der Einfluß der detektierten weite­ ren Teilnehmersignale im zweiten Ausgangssignal (e ^K') durch Interferenzeliminierung vom empfangenen Signalgemisch (e) eliminiert wird, und
in einem fünften Schritt die Teilnehmersignale der ersten Un­ termenge K₁ aus dem zweiten Ausgangssignal (e ^K') erneut detek­ tiert werden,
wobei mindestens eine Detektion eine gemeinsame Detektion von Teilnehmersignalen ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Verfahren zur Interferenzeliminierung die den detek­ tierten Daten zugehörigen Signale des Empfangsgemisches durch eine Rekonstruktion mit Hilfe von Daten einer Kanalschätzung zurückgewonnen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die noch nicht im ersten Schritt detektierten, weiteren Teilnehmersignale in mehrere Untermengen unterteilt werden und analog der Schritte drei und vier der Einfluß der weite­ ren Teilnehmersignale der Untermengen mittels eines Verfah­ rens zur Interferenzeliminierung vom empfangenen Signalge­ misch (e) eliminiert wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem fünften Schritt und einer weiteren Interferenze­ leminierung die weiteren Teilnehmersignale erneut detektiert werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilnehmersignale nach einem CDMA-Verfahren übertra­ gen werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die im Rahmen der Interferenzeliminierung stattfindende Subtraktion des Einflusses der detektierten Teilnehmersignale vom vor der jeweiligen Detektion existenten Signalgemisch an den Ausgängen von signalangepaßten Filtern analog oder digi­ tal durchgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Auswahlkriterium für die Bildung der Untermengen die Empfangsenergie bzw. Empfangsleistung der Teilnehmersignale herangezogen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Auswahlkriterium für die Bildung der Untermengen das Signal/Stör-Verhältnis der Teilnehmersignale herangezogen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schwelle für die Auswahl für jeden Durchlauf neu festgelegt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Auswahlkriterium für die Bildung der Untermengen das jeweils verwendete Symbolalphabet herangezogen wird, d. h. es werden solche Teilnehmersignale ausgewählt, bei denen die Mächtigkeit des verwendeten Symbolalphabets einen bestimmten Wert unterschreitet.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der bestimmte Wert für jeden Durchlauf neu festgelegt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Auswahlkriterium für die Bildung der Untermengen der jeweils verwendete Spreizungsfaktor herangezogen wird.

13. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Auswahlkriterium für die Bildung der Untermengen die jeweils verwendete Rate des Kanalcodierers herangezogen wird.

14. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Auswahlkriterium für die Bildung der Untermengen der jeweils verwendete Dienst herangezogen wird.

15. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Auswahlkriterium für die Bildung der Untermengen die jeweils geforderte Bitfehlerrate oder Rahmenfehlerrate heran­ gezogen wird.

16. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine beliebige Kombination zweier oder mehrerer der in den Ansprüchen 10 bis 15 angegebenen Auswahlkriterien.

17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die K₁ Teilnehmersignale für jede Detektion vor dem Durchführen der Detektion ausgewählt werden.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die K₁ Teilnehmersignale für jede Detektion nach dem Durchführen der vorhergehenden Detektion ausgewählt werden.

19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte eins bis fünf iterativ mehrmals ausgeführt werden.

20. Einrichtung zur Separierung eines empfangenen Signalgemi­ sches (e) aus K Teilnehmersignalen, mit
einer Detektionseinrichtung (AJD-K₁, JD-K, JD-K₁) zur Detek­ tion von Teilnehmersignalen,
einer Einrichtung (I-K₁, I-K) zur Interferenzeliminierung, und
einer Steuereinrichtung zur Steuerung eines Ablaufes der Se­ parierung des empfangsseitigen Signalgemisches, so daß

• - in einem ersten Schritt in der Detektionseinrichtung (AJD-K₁, JD-K, JD-K₁) eine Detektion von Teilnehmersi­ gnalen einer aus einer ersten Untermenge bestehenden Anzahl K₁, 1 ≦ K_{1 <} K vorgenommen wird,
• - in einem zweiten Schritt der Einfluß der K₁ detek­ tierten Teilnehmersignale im ersten Ausgangssignal (e ^K₁) in der Einrichtung (I-K₁, I-K) zur Interferenze­ liminierung mittels eines Verfahrens zur Interferenz­ eliminierung vom empfangenen Signalgemisch (e) elimi­ niert wird,
• - in einem dritten Schritt noch nicht im ersten Schritt detektierte, weitere Teilnehmersignale aus dem ersten Ausgangssignal (e ^K₁') in der Detektionseinrichtung (AJD-K₁, JD-K, JD-K₁) detektiert werden,
• - in einem vierten Schritt der Einfluß der detektierten weiteren Teilnehmersignale im zweiten Ausgangssignal (e ^K') in der Einrichtung (I-K₁, I-K) zur Interferenze­ liminierung durch Interferenzeliminierung vom empfan­ genen Signalgemisch (e) eliminiert wird, und
• - in einem fünften Schritt die Teilnehmersignale der ersten Untermenge aus dem zweiten Ausgangssignal (e ^K') in der Detektionseinrichtung (AJD-K₁, JD-K, JD-K₁) er­ neut detektiert werden,
• - wobei mindestens eine Detektion eine gemeinsame De­ tektion von Teilnehmersignalen ist.