DE60012531T2

DE60012531T2 - Rake-kombinierungsverfahren und einrichtung mit verwendung von gewichteten faktoren abgeleitet aus bekannten spreizspektrum-signaleigenschaften

Info

Publication number: DE60012531T2
Application number: DE60012531T
Authority: DE
Inventors: Eric Yi-Pin Wang; Tony Ottosson; Edward Gregory BOTTOMLEY
Original assignee: Ericsson Inc
Current assignee: Ericsson Inc
Priority date: 1999-06-25
Filing date: 2000-05-10
Publication date: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2020-05-11
Also published as: WO2001001595A8; MY124218A; US6714585B1; IL147211A; DE60012531D1; ATE272272T1; WO2001001595A1; JP4464020B2; HK1049929A1; AU4998900A; EP1197007A1; IL147211A0; EP1197007B1; CN1173485C; CN1371551A; JP2003503879A; HK1049929B

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kommunikationsverfahren und Vorrichtung, und genauer auf Spreizspektrumkommunikationsverfahren und Vorrichtung.
Hintergrund der Erfindung
Drahtlose Kommunikationssysteme werden üblich eingesetzt, um Sprach- und Datenkommunikationen für Teilnehmer vorzusehen. Z.B. wurden analoge zellulare Funktelefonsysteme, wie etwa jene, die als AMPS, ETACS, NMT-450 und NMT-900 bezeichnet werden, lange erfolgreich überall in der Welt aufgestellt. Digitale zellulare Funktelefonsysteme, wie etwa jene, die dem North American Standard IS-54 und dem europäischen Standard GSM entsprechend, sind seit den frühen 1990igern im Dienst. Kürzlicher wurde eine breite Vielheit von drahtlosen digitalen Diensten, allgemein als PCS (persönliche Kommunikationsdienste, Personal Communications Services) benannt, eingeführt, inkludierend fortgeschrittene digitale zellulares Systeme, die Standards entsprechen, wie etwa IS-136 und IS-95, Niedrigleistungssysteme, wie etwa DECT (digitales erweitertes schnurloses Telefon, Digital Enhanced Cordless Telephone) und Datenkommunikationsdienste, wie etwa CDPD (zellulare digitale Paketdaten, Cellular Digital Packet Data). Diese und andere Systeme werden in The Mobile Communications Handbook, herausgegeben durch Gibson und veröffentlicht durch CRC Press (1996) beschrieben.
1 veranschaulicht ein typisches terrestrisches zellulares Funktelefonkommunikationssystem 20. Das zellulare Funktelefonsystem 20 kann ein oder mehr Funktelefone (Endgeräte) 22 inkludieren, die mit einer Vielzahl von Zellen 24 kommunizieren, die durch Basisstationen 26 und ein mobiles Telefonvermittlungsamt (mobile telephone switching office, MTSO) 28 bedient werden. Obwohl in 1 nur drei Zellen 24 gezeigt werden, kann ein typisches zellulares Netz Hunderte von Zellen inkludieren, kann mehr als ein MTSO inkludieren und kann Tausende von Funktelefonen bedienen.
Die Zellen 24 dienen allgemein als Knoten in dem Kommunikationssystem 20, von denen Links (Verknüpfungen) zwischen Funktelefonen 22 und dem MTSO 28 über den Weg der Basisstationen 26 hergestellt werden, die die Zellen 24 bedienen. Jede Zelle 24 wird zu sich einen oder mehr dedizierte Steuerkanäle und einen oder mehr Verkehrskanäle zugeordnet haben. Ein Steuerkanal ist ein dedizierter Kanal, der zum Übertragen von Zellenidentifikation und Funkrufinformation (paging information) verwendet wird. Die Verkehrskanäle befördern die Sprach- und Dateninformation. Durch das zellulare Netz 20 kann ein Duplexfunkkommunikationslink zwischen zwei mobilen Endgeräten 22 oder zwischen einem mobilen Endgerät 22 und einem Landleitungstelefonbenutzer 32 durch ein öffentliches vermitteltes Telefonnetz (public switched telephone network, PSTN) 34 bewirkt werden. Die Funktion einer Basisstation 26 besteht darin, Funkkommunikation zwischen einer Zelle 24 und mobilen Endgeräten 22 zu handhaben. In dieser Eigenschaft funktioniert eine Basisstation 26 als eine Relaisstation für Daten- und Sprachsignale.
Wie in 2 veranschaulicht, kann ein Satellit 42 eingesetzt werden, um ähnliche Funktionen zu jenen durchzuführen, die durch eine konventionelle terrestrische Basisstation durchgeführt werden, z.B. Bereiche zu bedienen, in denen es eine geringe Bevölkerungsdichte gibt oder die eine wilde Topografie aufweisen, die dazu tendiert, eine konventionelle Landleitungstelefon- oder eine terrestrische zellulare Telefoninfrastruktur technisch oder wirtschaftlich unpraktisch zu machen. Ein Satellitenfunktelefonsystem 40 inkludiert typischerweise einen oder mehrere Satelliten 42, die als Relais oder Transponder zwischen einer oder mehr Erdstationen 44 und Endgeräten 23 dienen. Der Satellit übermittelt Funktelefonkommunikationen über Duplexlinks 46 zu Endgeräten 23 und einer Erdstation 44. Die Erdstation 44 kann wiederum mit einem öffentlichen vermittelten Telefonnetz 34 verbunden sein, was Kommunikationen zwischen Satellitenfunktelefonen und Kommunikationen zwischen Satellitenfunktelefonen und konventionellen terrestrischen zellularen Funktelefonen oder Landleitungstelefonen erlaubt. Das Satellitenfunktelefonsystem 40 kann einen einzelnen Antennenstrahl nutzen, der den gesamten Bereich abdeckt, der durch das System bedient wird, oder, wie gezeigt, kann der Satellit derart gestaltet sein, dass er mehrfache sich minimal überlappende Strahlen 48 erzeugt, wobei jeder verschiedene geografische Abdeckungsbereiche 50 in der Dienstregion des Systems bedient. Die Abdeckungsbereiche 50 dienen als eine ähnliche Funktion für die Zellen 24 des terrestrischen zellularen Systems 20 von 1.
Es werden konventionell mehrere Typen von Zugriffstechniken verwendet, um Benutzern von drahtlosen Systemen wie jenen, die in 1 und 2 veranschaulicht werden, drahtlose Dienste bereitzustellen. Traditionelle analoge zellulare Systeme setzen allgemein ein System ein, das als Vielfachzugriff im Frequenzmultiplex (frequency division multiple access, FDMA) bezeichnet wird, um Kommunikationskanäle zu schaffen, wobei diskrete Frequenzbänder als Kanäle dienen, über die zellulare Endgeräte mit zellularen Basisstationen kommunizieren. Typischerweise werden diese Bänder in geografisch getrennten Zellen wiederverwendet, um Systemkapazität zu erhöhen.
Moderne digitale drahtlose Systeme nutzen typischerweise unterschiedliche Mehrfachzugriffstechniken, wie etwa Vielfachzugriff im Zeitmultiplex (time division multiple access, TDMA) und/oder Vielfachzugriff im Codemultiplex (code division multiple access, CDMA), um erhöhte spektrale Effizienz vorzusehen. In TDMA-Systemen, wie etwa jenen, die den Standards GSM oder IS-136 entsprechen, sind Träger in sequenzielle Zeitschlitze unterteilt, die Mehrfachkanälen zugeordnet sind, derart, dass eine Vielzahl von Kanälen in einem einzelnen Träger multiplext werden können. CDMA-Systeme, wie etwa jene, die dem Standard IS-95 entsprechen, erreichen erhöhte Kanalkapazität durch Verwenden von "Spreizspektrum"-Techniken, worin ein Kanal durch Modulieren eines datenmodulierten Trägersignals durch einen eindeutigen Spreizcode definiert ist, d.h. einen Code, der einen ursprünglichen datenmodulierten Träger über einen breiten Abschnitt des Frequenzspektrums spreizt, in dem das Kommunikationssystem arbeitet.
Konventionelle Spreizspektrum-CDMA-Kommunikationssysteme verwenden gewöhnlich so genannte "Direktsequenz"-Spreizspektrummodulation. Bei Direktsequenzmodulation wird ein datenmodulierter Träger direkt durch einen Spreizcode oder eine Sequenz moduliert, bevor er durch einen Leistungsverstärker verstärkt und über ein Kommunikationsmedium, z.B. eine Luftschnittstelle, übertragen wird. Der Spreizcode inkludiert typischerweise eine Sequenz von "Chips", die bei einer Chiprate auftreten, die typischerweise viel höher als die Bitrate der Daten ist, die übertragen werden.
Typische Übertragungsoperationen eines derartigen Systems werden in 3 veranschaulicht. Datenströme von unterschiedlichen Benutzern werden verschiedenen Signalverarbeitungsschritten unterzogen, wie etwa Fehlerkorrekturkodierung oder Verschachtelung, und Spreizung unter Verwendung einer Kombination eines benutzerspezifischen Spreizcodes und gruppenspezifischen Verwürfelungscodes. Die kodierten Datenströme von den Benutzern werden dann kombiniert, Trägermodulation unterzogen und als ein zusammengesetztes Signal in einem Kommunikationsmedium übertragen.
Eine so genannte Rake-Empfängerstruktur wird gewöhnlich verwendet, um Information entsprechend einem der Benutzerdatenströme wiederzugewinnen. In einem typischen Rake-Empfänger wird ein empfangenes zusammengesetztes Signal typischerweise mit einer bestimmten Spreizsequenz korreliert, die dem Empfänger zugeordnet ist, um eine Vielzahl von Zeitversatzkorrelationen zu erzeugen, eine jeweilige von denen einem Echo eines übertragenen Spreizspektrumsignal entspricht. Die Korrelationen werden dann auf eine gewichtete Weise kombiniert, d.h. jeweilige Korrelationen werden mit jeweiligen Gewichtungsfaktoren multipliziert und dann summiert, um eine Entscheidungsstatistik zu erzeugen.
Es wurden verschiedene Ansätze zum Bestimmen geeigneter Gewichtungsfaktoren vorgeschlagen. Klassische optimale Rake-Empfänger sind typischerweise mit einer zu Grunde liegenden Annahme von unkorreliertem Rauschen in den Empfänger gestaltet, und verwenden somit typischerweise die Komplexkonjugierten von Kanalkoeffizienten, die durch eine Kanalschätzeinrichtung geschätzt werden, als Gewichtungsfaktoren. Ein derartiger Ansatz kann weniger als wünschenswerte Ergebnisse in CDMA-Systemen liefern, da die Weiterleitung von interferierenden Signalen durch das dispersive Medium allgemein Korrelation in das Rauschen in dem Empfänger einführt. Entsprechend wurden Ansätze für einen Empfänger vorgeschlagen, die auf einem Modell von "koloriertem" Rauschen basieren, wie z.B. beschrieben in "A Noise Whitening Approach to Multiple Access Noise Rejection-Part I: Theory and Background", von Monk et al, IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol. 12, S. 817-827 (Juni 1994); "A Noise Whitening Approach to Multiple Access Noise Rejection-Part II: Implementation Issues", von Monk et al, IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol. 14, S. 1488-1499 (Oktober 1996); "Data Detection Algorithms Specifically Designed for the Downlink of CDMA Mobile Radio Systems" von Klein, 1997 IEEE Vehicular Technology Conference, Phoenix AZ (4.-7. Mai 1997); US-Patent Nr. 5,572,552 für Dent et al, (erteilt am 5. November 1996); "Optimizing the Rake Receiver for Demodulation of Downlink CDMA Signals" von Bottomley, Proceedings of the 43^rd IEEE Vehicular Technology Conference, Secaucus NJ (18.-20. Mai 1993); US-Patent Nr. 5,809,020 für Bruckert et al (erteilt am 15. September 1998); US-Patent Nr. 5,812,542 für Bruckert et al (erteilt am 22. September 1998); und veröffentlichte europäische Patentanmeldung EP-A-0 893 888 für Asanuma (veröffentlicht am 27. Januar 1999).
Obwohl derartige Ansätze beim Verbessern vom Empfang von Spreizspektrumsignalen effektiv sein können, gibt es einen anhaltenden Bedarf nach verbesserten Techniken zum Verarbeiten von empfangenen Spreizspektrumsignalen, die Interferenz von anderen Spreizspektrumsignalen berücksichtigen.
Zusammenfassung der Erfindung
Angesichts des Vorangehenden ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, verbesserte Verfahren und Vorrichtung zum Wiedergewinnen von Information vorzusehen, die durch ein Spreizspektrumsignal dargestellt wird, das in einem Kommunikationsmedium übertragen wird.
Es ist ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, verbesserte Verfahren und Vorrichtung zum Wiedergewinnen von Information vorzusehen, die durch ein Spreizspektrumsignal dargestellt wird, die Interferenz von anderen Spreizspektrumsigna len kompensieren können, die in dem Kommunikationsmedium übertragen werden.
Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorteile können gemäß der vorliegenden Erfindung durch Verfahren und Vorrichtung vorgesehen werden, in denen Korrelationen eines empfangenen zusammengesetztes Signals mit einer gewünschten Spreizsequenz unter Verwendung von Gewichtungsfaktoren gewichtet kombiniert werden, die basierend auf Kenntnis über die Spreizspektrumsignale generiert werden, die in dem zusammengesetzten Signal vorhanden sind, inkludierend Impulsforminformation, z.B. basierend auf den statistischen Eigenschaften der gewünschten Sequenz und Leistung der interferierenden Spreizspektrumsignale, die andere Sequenzen verwenden. Genauer können die Gewichtungsfaktoren generiert werden aus einer zusammengesetzten Kanalantwort, geschätzt unter Verwendung der statistischen Eigenschaften der gewünschten Sequenz, und einer Beeinträchtigungskorrelation, bestimmt aus einer Leistungsschätzung von mindestens einem anderen Spreizspektrumsignal und Rauschen, das in dem zusammengesetzten Signal vorhanden ist. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden aktualisierte Gewichtungsfaktoren iterativ aus zuvor berechneten Gewichtungsfaktoren geschätzt, wobei die Notwendigkeit umgangen wird, eine Invertierung einer Beeinträchtigungskorrelationsmatrix durchzuführen.
Insbesondere wird gemäß der vorliegenden Erfindung Information wiedergewonnen, die in einem ersten Spreizspektrumsignal kodiert ist, das gemäß einer ersten Spreizsequenz in einem Kommunikationsmedium übertragen wird. Es wird ein zusammengesetztes Signal, inkludierend das erste Spreizspektrumsignal, von dem Kommunikationsmedium empfangen. Das zusammengesetzte Signal wird mit der ersten Spreizsequenz korreliert, um eine Vielzahl von Zeitversatzkorrelationen des zusammengesetzten Signals mit der ersten Spreizsequenz zu erzeugen. Es werden Gewichtungsfaktoren basierend auf Kenntnis von Spreizspektrumsignalen generiert, die in dem zusammengesetzten Signal vorhanden sind, inkludierend Impulsformungsinformation. Die Korrelationen werden gemäß den Gewichtungsfaktoren kombiniert, um Information zu schätzen, die in dem übertragenen ersten Spreizspektrumsignal kodiert ist.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine zusammengesetzte Kanalantwort aus Kenntnis der ersten Spreizsequenz geschätzt. Es wird eine Beeinträchtigungskorrelation aus Kenntnis der ersten Spreizsequenz, einer Schätzung von Leistung eines zweiten Spreizspektrumsignals in dem zusammengesetzten Signal und einer Schätzung von Leistung von Rauschen in dem zusammengesetzten Signal geschätzt. Es werden dann Gewichtungsfaktoren aus der geschätzten zusammengesetzten Kanalantwort und der geschätzten Beeinträchtigungskorrelation generiert.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden eine Mehrbenutzerinterferenzkorrelation und eine Rauschkorrelation geschätzt. Die geschätzte Mehrbenutzerinterferenzkorrelation und die geschätzte Rauschkorrelation werden dann summiert, um die Beeinträchtigungskorrelation zu schätzen. Es kann auch eine Zwischensymbolinterferenzkorrelation geschätzt und der geschätzten Mehrbenutzerinterferenzkorrelation und der geschätzten Rauschkorrelation hinzugefügt werden, um die Beeinträchtigungskorrelation zu schätzen.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung werden Gewichtungsfaktoren aus einer geschätzten Kanalantwort, einer geschätzten Beeinträchtigungskorrelation und zuvor bestimmten Gewichtungsfaktoren iterativ generiert. Es wird ein zusammengesetztes Signal inkludierend ein erstes Spreizspektrumsignal von dem Kommunikationsmedium empfangen. Das zusammengesetzte Signal wird mit der ersten Spreizsequenz korreliert, um eine Vielzahl von Zeitversatzkorrelationen des zusammengesetzten Signals mit der ersten Spreizsequenz zu erzeugen. Die Korrelationen werden gemäß den iterativ generierten Gewichtungsfaktoren kombiniert, um Information zu schätzen, die in dem übertragenen ersten Spreizspektrumsignal kodiert ist. Die Kanalantwort kann eine zusammengesetzte Kanalantwort sein, die aus Kenntnis der ersten Spreizsequenz geschätzt wird, und die Beeinträchtigungskorrelation kann aus Kenntnis der ersten Spreizsequenz, einer Schätzung von Leistung eines zweiten Spreizspektrumsignals in dem zusammengesetzten Signal und einer Schätzung von Leistung von Rauschen in dem zusammengesetzten Signal geschätzt werden.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung inkludiert eine Vorrichtung zum Wiedergewinnen von Information, die in einem ersten Spreizspektrumsignal kodiert ist, das in einem Kommunikationsmedium übertragen wird, Mittel zum Empfangen eines zusammengesetzten Signals, inkludierend das erste Spreizspektrumsignal von dem Kommunikationsmedium. Es sind Mittel vorgesehen, reagierend auf das Mittel zum Empfangen, zum Korrelieren des zusammengesetzten Signals mit der ersten Spreizsequenz, um eine Vielzahl von Zeitversatzkorrelationen des zusammengesetzten Signals mit der ersten Spreizsequenz zu erzeugen. Es sind Mittel vorgesehen zum Generieren von Gewichtungsfaktoren basierend auf Kenntnis von Spreizspektrumsignalen in dem zusammengesetzten Signal, inkludierend Impulsformungsinformation. Es sind auch Mittel vorgesehen, reagierend auf das Mittel zum Korrelieren und auf das Mittel zum Generieren von Gewichtungsfaktoren, zum Kombinieren der Korrelationen gemäß den Gewichtungsfaktoren, um Information zu schätzen, die in dem übertragenen ersten Spreizspektrumsignal kodiert ist.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung inkludiert eine Vorrichtung zum Wiedergewinnen von Information, die in einem ersten Spreizspektrumsignal kodiert ist, Mittel zum iterativen Generieren von Gewichtungsfaktoren aus einer geschätzten Kanalantwort, einer geschätzten Beeinträchtigungskorrelation und zuvor bestimmten Gewichtungsfaktoren. Es sind Mittel vorgesehen zum Empfangen eines zusammengesetzten Signals, inkludierend das erste Spreizspektrumsignal von dem Kommunikationsmedium. Es sind auch Mittel vorgesehen, reagierend auf das Mittel zum Empfangen, zum Korrelieren des zusammengesetzten Signals mit der ersten Spreizsequenz, um eine Vielzahl von Zeitversatzkorrelationen des zusammengesetzten Signals mit der ersten Spreizsequenz zu erzeugen. Es sind auch Mittel vorgesehen, reagierend auf das Mittel zum Generieren einer zweiten Menge von Gewichtungsfaktoren und auf das Mittel zum Korrelieren, zum Kombinieren der Korrelationen gemäß den iterativ generierten Gewichtungsfaktoren, um Information zu schätzen, die in dem übertragenen ersten Spreizspektrumsignal kodiert ist.
Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung inkludiert eine Vorrichtung zum Wiedergewinnen von Information, die in einem ersten Spreizspektrumsignal kodiert ist, kodiert gemäß einer ersten Spreizsequenz, eine Korrelationseinheit, die betriebsfähig ist, ein zusammengesetztes Signal mit der ersten Spreizsequenz zu korrelieren, um eine Vielzahl von Zeitversatzkorrelationen des zusammengesetzten Signals mit ersten Spreizsequenz zu erzeugen. Ein Gewichtungsfaktorgenerator ist betriebsfähig, Gewichtungsfaktoren zu generieren, basierend auf Kenntnis von Spreizspektrumsignalen in dem zusammengesetzten Signal, inkludierend Impulsformungsinformation. Eine gewichtete Kombinierungseinrichtung reagiert auf die Korrelationseinheit und auf den Gewichtungsfaktorgenerator und ist betriebsfähig, die Korrelationen gemäß den Gewichtungsfaktoren zu kombinieren, um eine Entscheidungsstatistik zu erzeugen. Ein Detektor reagiert auf die gewichtete Kombinierungseinrichtung und ist betriebsfähig, eine Schät zung von Information, die in dem übertragenen ersten Spreizspektrumsignal kodiert ist, aus der Entscheidungsstatistik zu generieren.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung inkludiert der Gewichtungsfaktorgenerator einen zusammengesetzten Kanalantwortkalkulator, der betriebsfähig ist, eine zusammengesetzte Kanalantwort aus geschätzten Kanalkoeffizienten und Kenntnis der ersten Spreizsequenz zu kalkulieren. Ein Beeinträchtigungskorrelationskalkulator ist betriebsfähig, eine Beeinträchtigungskorrelation aus geschätzten Kanalkoeffizienten, Kenntnis der ersten Spreizsequenz, einer Schätzung von Leistung eines zweiten Spreizspektrumsignals in dem zusammengesetzten Signal und einer Schätzung von Leistung von Rauschen in dem zusammengesetzten Signal zu kalkulieren. Ein Gewichtungsfaktorkalkulator reagiert auf den zusammengesetzten Kanalantwortkalkulator und auf den Beeinträchtigungskorrelationskalkulator, um Gewichtungsfaktoren aus der kalkulierten zusammengesetzten Kanalantwort und der kalkulierte Beeinträchtigungskorrelation zu kalkulieren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein schematisches Diagramm, das ein konventionelles terrestrisches zellulares Kommunikationssystem veranschaulicht.
2 ist ein schematisches Diagramm, das ein konventionelles satellitenbasiertes drahtloses Kommunikationssystem veranschaulicht.
3 ist ein schematisches Diagramm, das eine konventionelle drahtlose Basisstation veranschaulicht.
4 ist ein schematisches Diagramm, das einen modifizierten RAKE-Empfänger gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
5 ist ein schematisches Diagramm, das einen Gewichtungsfaktorgenerator gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
6 ist ein schematisches Diagramm, das einen Gewichtungsfaktorgenerator gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
7 ist ein schematisches Diagramm, das eine Vorrichtung zum Erfassen und/oder Bestimmen von Leistung von interferierenden Spreizspektrumsignalen veranschaulicht.
8 ist ein Flussdiagramm, das beispielhafte Operationen zum Generieren einer Schätzung von Information, die durch ein Spreizspektrumsignal dargestellt wird, gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
9 ist ein Flussdiagramm, das beispielhafte Operationen zum Generieren von Gewichtungsfaktoren für einen RAKE-Empfänger gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
10 ist ein Flussdiagramm, das beispielhafte Operationen zum iterativen Generieren von Gewichtungsfaktoren für einen RAKE-Empfänger gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Detaillierte Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung wird nun hierin nachstehend vollständiger mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen be schrieben, in denen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung gezeigt werden. Diese Erfindung kann jedoch in vielen unterschiedlichen Formen verkörpert sein und sollte nicht als auf die hierin dargelegten Ausführungsformen begrenzt ausgelegt werden; vielmehr werden diese Ausführungsformen vorgesehen, sodass diese Offenlegung gründlich und vollständig sein wird und den Bereich der Erfindung einem Durchschnittsfachmann vollständig übermitteln wird. In den Zeichnungen verweisen gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente.
Die Erörterung hierin bezieht sich auf drahtlose Kommunikationssysteme, und genauer auf drahtlose Systeme mit Vielfachzugriff im Codemultiplex (CDMA), z.B. Systeme, die den Standards IS-95 oder vorgeschlagenen Standards für Breitband-CDMA (WCDMA, CDMA2000 und dergleichen) entsprechen. In derartigen drahtlosen Kommunikationssystemen strahlt eine Antenne elektromagnetische Wellenformen aus, die durch einen Sender generiert werden, der sich z.B. in einem mobilen Endgerät oder einer Basisstation befindet. Die Wellenformen werden in einer Funkausbreitungsumgebung ausgebreitet und werden durch einen Empfänger über eine oder mehr Antenne empfangen. Es wird verstanden, dass obwohl die Beschreibung hierin auf eine Funkumgebung verweist, Vorrichtung und Verfahren auf andere Umgebungen anwendbar sind, wie etwa drahtlose Kommunikationen und Wiederherstellung von Daten von magnetischen Speichermedien.
Die vorliegende Erfindung ergibt sich aus der Erkenntnis, dass Beeinträchtigungs- (Rauschen plus Interferenz) Eigenschaften eines zusammengesetzten Signals basierend auf Kenntnis der Spreizspektrumsignale in dem zusammengesetzten Signal, genauer basierend auf statistischen Eigenschaften der Spreizsequenzen, die verwendet werden, um die Signale zu spreizen, explizit bestimmt werden können. Diese Beeinträchtigungseigenschaftsschätzung kann verwendet werden, um Gewichtungsfaktoren für einen Kombinierungsprozess zu generie ren, derart, dass die gewichtete Kombinierung Interferenz und Rauschkomponenten beseitigt. Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden Gewichtungsfaktoren aus einer zusammengesetzten Kanalantwort und einer Beeinträchtigungskorrelationsmatrix bestimmt, die Eigenschaften der Spreizspektrumsignale in dem zusammengesetzten Signal widerspiegeln. Gemäß einem anderen Aspekt werden Gewichtungsfaktoren iterativ generiert, wobei die Notwendigkeit umgangen wird, die Beeinträchtigungskorrelationsmatrix zu invertieren.
4 veranschaulicht einen modifizierten RAKE-Empfänger 400 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der Information, die durch ein Spreizspektrumsignal dargestellt wird, das gemäß einer gewünschten Spreizsequenz s_d übertragen wird, aus einem zusammengesetzten Signal r(t) wiederherstellt, das von einem Kommunikationsmedium empfangen wird. Der Empfänger 400 inkludiert Mittel zum Empfangen des zusammengesetzten Signals r(t), z.B. einen Funkprozessor 405, der derartige Operationen durchführt, wie Verstärken des Signals r(t), Mischen, Filtern und Erzeugen von Basisbandabtastungen r(k) des empfangenen Signals r(t). Eine Korrelationseinheit 410, hier als eine Bank von Verzögerungen 412a-412L gezeigt, verknüpft mit einer Bank von Korrelatoren 414a-414L, korreliert verzögerte Versionen des Basisbandsignals r(k) mit der gewünschten Spreizsequenz s_d. Es wird erkannt, dass der Funkprozessor 405 eine Vielheit von anderen Funktionen durchführen kann, und dass die Korrelationseinheit 410 in anderen Formen implementiert werden kann, wie etwa durch Verwenden eines gleitenden Korrelators.
Die Korrelationen x₁, x₂,..., x_J, die durch die Korrelationseinheit 410 erzeugt werden, werden in einer gewichteten Kombinierungseinrichtung 420 kombiniert, die Gewichtungsfaktoren w verwendet, die durch einen Gewichtungsfaktorgenerator 430 basierend auf Kenntnis über Spreizspektrumsignale generiert werden, die in dem Kommunikationsmedium übertragen werden, von dem das zusammengesetzte Signal r(t) empfangen wird. Wie nachstehend detailliert gezeigt wird, kann dies Information über die statistischen Eigenschaften der gewünschten Spreizsequenz s_d ebenso wie Information über Leistung von anderen Spreizspektrumsignalen, die in dem zusammengesetzten Signal r(t) inkludiert sind, inkludieren. Die gewichtete Kombinierungseinrichtung 420 erzeugt eine Entscheidungsstatistik z, die dann durch einen Detektor 440 verwendet werden kann, um Information zu schätzen, die durch das ursprünglich übertragene Spreizspektrumsignal dargestellt wird, entsprechend der gewünschten Spreizsequenz s_d. Der Detektor 440 kann z.B. Dekodierung weicher Entscheidung (soft decision decoding) einsetzen, wie etwa Faltungs- oder Turbodekodierung.
Es wird erkannt, dass der Empfänger 400 von 4 auf einer Reihe von unterschiedlichen Wegen implementiert werden kann. Obwohl sich die Erfindung hierin auf einen Einsatz des Empfängers 400 in einem Funktelefon oder anderen Endgerät bezieht, das betriebsfähig ist, mit einer Basisstation eines drahtlosen Kommunikationssystems zu kommunizieren, kann der Empfänger 400 auf einer Reihe von anderen Formen implementiert sein, inkludierend, aber nicht darauf begrenzt, Empfänger, die in zellularen Basisstationstransceivern, Satellitentransceivern, drahtgebundenen Transceivern und anderen Kommunikationseinrichtungen verwendet werden. Die Korrelationseinheit 410, gewichtete Kombinierungseinrichtung 420, Gewichtungsfaktorgenerator 430 und Detektor 440 können unter Verwendung z.B. einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC), eines Digitalsignalprozessor- (DSP) Chips oder einer anderen Verarbeitungseinrichtung, die konfiguriert ist, die beschriebenen Verarbeitungsfunktionen durchzuführen, implementiert werden. Es wird auch verstanden, dass im allgemeinen diese und andere Komponenten des Empfängers 400 unter Verwendung von Schaltungstechnik eines speziellen Zwecks, Software oder Firmware, die in speziellen oder Datenverarbeitungseinrichtungen eines allgemeinen Zwecks ausgeführt wird, oder Kombinationen davon implementiert werden können.
Die Kombinierungsoperationen, die durch die gewichtete Kombinierungseinrichtung 420 durchgeführt werden, können als
ausgedrückt werden, wobei z die Entscheidungsstatistik ist, die durch die Kombinierungseinrichtung 420 erzeugt wird, w und x Vektoren sind, die die Gewichtungsfaktoren bzw. die Korrelationsausgaben darstellen, und Re{} den realen Teil des Argumentes bezeichnet. Die Entscheidungsstatistik kann z.B. verwendet werden, um einen Bitwert zu bestimmen (z.B. durch Verwenden des Vorzeichens der Entscheidungsstatistik) oder weiche Werte (soft values) für eine nachfolgende Dekodierung vorzusehen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Gewichtungsfaktoren w, die durch den Gewichtungsfaktorgenerator 430 generiert werden, durch Schätzen zuerst einer Kanalantwort und Leistung von interferierenden Spreizspektrumsignalen der "eigenen Zelle" (z.B. Signalen von der gleichen Basisstation) und Rauschen bestimmt. Die Kanalantwortschätzung und statistische Eigenschaften der gewünschten Spreizsequenz s_d werden dann verwendet, um eine "zusammengesetzte" Kanal-(Impuls) Antwort h zu bestimmen, die Wirkungen des Übertragungsimpulsformfilters und/oder anderer Elemente des übertragenden Endes widerspiegelt, ebenso wie die Wirkungen des Kommunikationsmediums und die Antwort des Empfangsfilters. Die Kanalschätzung und die Leistungsschätzungen werden verwendet, um eine gesamte Beeinträchtigungskorrelation R zu bestimmen, die jeweilige Komponenten inklu diert, die Interferenz der eigenen Zelle, Interferenz einer anderen Zelle und thermischem Rauschen zuzuschreiben sind, um eine gesamte Beeinträchtigungskorrelationsmatrix R zu erhalten. Die zusammengesetzte Kanalantwort x und die gesamte Beeinträchtigungskorrelation R werden dann verwendet, um die Gewichtungsfaktoren w zu berechnen.
Die Gewichtungsfaktoren w werden unter Berücksichtigung der statistischen Eigenschaften der Spreizsequenzen abgeleitet, und können genauer explizit unter Verwendung von Information kalkuliert werden, die sich auf die Spreizsequenzen und die übertragenen Spreizspektrumsignale, mit denen sie in Verbindung stehen, bezieht. Gewichtungsfaktoren w können intermittierend kalkuliert werden, z.B. auf wesentliche Änderungen in den Verzögerungen 412a-412L und den Kanalschätzungen hin.
Es kann gezeigt werden, dass bei einer gegebenen Menge von Korrelatorverzögerungen (d₁, d₂,..., d_J), wobei J die Zahl von Korrelatoren ist, die optimalen kombinierenden Gewichtungen, die in der gewichteten Kombinationseinrichtung 420 zu verwenden sind, als:
ausgedrückt werden können, wobei h die zusammengesetzte Kanalantwort ist, inkludierend den Übertragungsfilter, Medium und Empfangsfilterantworten, und R die Beeinträchtigungskorrelationsmatrix ist.
Es kann weiter gezeigt werden, dass sich die zusammengesetzte Kanalantwort h durch
ergibt, wobei c_l und τ_l auf die mittlere Antwort
bezogen sind, L die Zahl von Mehrfachpfaden ist, N der Spreizfaktor ist, T_c die Chipdauer ist, R_p(t) die Autokorrelationsfunktion der Chipwellenform ist und C(m) die aperiodische Autokorrelationsfunktion der Spreizsequenz ist, die als:
definiert ist, wobei s(n) der n-te Chip der Spreizsequenz ist.
Als eine potenziell einfachere Alternative kann h_j unter Verwendung eines Pilotkanals, eines Pilotsymbols oder dekodierter Symbole direkt geschätzt werden.
Die Beeinträchtigungskorrelationsmatrix R kann in drei Terme zerlegt werden: R = RISI + RMUI + Rn, (5)wobei R_ISI, R_MUI und R_n die Korrelation der Zwischensymbolinterferenz, die Korrelation von Mehrfachbenutzer- (z.B. Intra-Zelle) Interferenz bzw. Korrelation von additivem weißen Rauschen sind.
Diese Komponenten von R können durch die folgenden Ausdrücke berechnet werden:

wobei γ_l das Verhältnis von Mehrfachbenutzerinterferenz zu Signalleistung ist und γ_N das Verhältnis von Rauschen zu Signalleistung ist. Die Variable α in (12) nimmt Werte in {1, 0} an; falls orthogonales Spreizen verwendet wird, ist α = 1, wohingegen falls Pseudozufallsspreizen verwendet wird, ist α = 0. Durch Betrachten verschiedener Kombinationen (inkludierend Kombinationen anders als d₁, d₂) können alle Elemente der Beeinträchtigungskorrelationsmatrix R erhalten werden (die unendliche Summierung in i kann abgeschnitten werden, um nur signifikante Terme zu enthalten, z.B. i = -1, 1). Aus den obigen Gleichungen können, falls der Empfänger Kenntnis über (1) die Kanalimpulsantwort c(t), (2) die Autokorrelationsfunktion der Chipwellenform R_p(t), (3) das Verhältnis von Interferenz zu Signal (γ₁), (4) das Verhältnis von Rauschen zu Signal γ_N und (5) die aperiodische Autokorrelationsfunktion der Spreizsequenz C(m) hat, die Gewichtungsfaktoren w explizit berechnet werden.
In vielen Anwendungen ist Mehrfachbenutzerinterferenz viel stärker als Zwischensymbolinterferenz. Entsprechend kann die Beeinträchtigungskorrelationsmatrix R durch: R ≈ RMUI + Rn (9) angenähert werden.
In diesem Fall inkludieren diese Terme einen gemeinsamen Skalierungsfaktor, eine Signalleistung S in den Verhältnissen γ_l, γ_N. Dieser Term kann weggelassen werden, sodass nur die Interferenzleistung I und Rauschleistung geschätzt werden müssen. Alternativ kann Signalleistung geschätzt und verwendet werden, die Verhältnisse γ_l, γ_N zu schätzen.
Des weiteren kann es in der Praxis umständlich sein, die aperiodische Autokorrelationsfunktion C(m) zu kalkulieren, da eine derartige Funktion typischerweise von Symbol zu Symbol variiert. Um die Komplexität von Gewichtungskalkulation zu reduzieren, kann stattdessen eine mittlere aperiodische Autokorrelationsfunktion C(m) verwendet werden, wie sie sich durch: C(m) = Nδ(m) (10)ergibt.
Unter Verwendung von Gleichungen (9) und (10) können Gleichungen (7) und (8) stark vereinfacht werden.
In Übergabe- oder Übertragungsdiversifizierungsszenarien ist die Interferenz als ein Ergebnis von Mehrbenutzersignalen von mehreren Basisstationen typischerweise auf ihre eigene Weise durch die Kanalantwort koloriert, und die Mehrbenutzerinterferenzkomponente R_MUI kann durch:
kalkuliert werden, wobei der obere Index k zum Indizieren von Basisstationen verwendet wird und k = l der Basisstation entspricht, die das gewünschte Spreizspektrumsignal überträgt. Wenn orthogonales Spreizen verwendet wird, ist typischerweise α_l = 1, während α_k = 0 ist, für k ≠ l.
5 veranschaulicht einen beispielhaften Gewichtungsfaktorgenerator 430 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Gewichtungsfaktorgenerator 430 inkludiert eine Kanalschätzeinrichtung 510, die Kanalabgriffkoeffizienten (channel tap coefficients) c_l schätzt, und einen aperiodischen Autokorrelationskalkulator 520, der einen Wert der aperiodischen Autokorrelationsfunktion C(m) bestimmt. Die Kanalabgriffkoeffizienten c_l und der Wert der periodischen Autokorrelationsfunktion C(m) werden einem zusammengesetzten Kanalantwortkalkulator 530 zugeführt, der die zusammengesetzte Kanalantwort h basierend auf den statistischen Eigenschaften der gewünschten Spreizsequenz kalkuliert, d.h. die Autokorrelation R_p(t) der Chipimpulsform (Wellenform), unter Verwendung von Gleichung (3). Wie oben festgehalten, kann eine zusammengesetzte Kanalantwort direkt aus Korrelationen entsprechend einem Pilotkanal, einem Pilotsymbol oder einem dekodierten Symbol kalkuliert werden.
Die Gewichtungsfaktorbestimmungseinrichtung 430 inkludiert auch einen Beeinträchtigungskorrelationskalkulator 540, der eine Beeinträchtigungskorrelation R gemäß Gleichung (5) berechnet. Der Beeinträchtigungskorrelationskalkulator 540 inkludiert eine Leistungsschätzeinrichtung 542, die Signalleistungsverhältnisse γ_l, γ_N, die jeweiligen Mehrbenutzerinterferenzkorrelations- und Rauschkorrelationskalkulatoren 546, 548 zugeführt werden, zuführt, die Mehrbenutzerinterferenzkorrelations- bzw. Rauschkorrelationskomponenten R_MUI, R_N gemäß Gleichungen (7) und (8) berechnen. Ein Zwischensymbolinterferenzkorrelationskalkulator 544 kalkuliert eine Zwischensym bolinterferenzkorrelationskomponente R_ISI. Die Zwischensymbolinterferenzbeeinträchtigungskorrelations-, Mehrbenutzerinterferenzkorrelations- und Rauschkorrelationskomponenten R_MUI, R_N, R_ISI werden durch einen Summierer 549 summiert, um die Beeinträchtigungskorrelation R zu erzeugen, die zusammen mit der zusammengesetzten Kanalantwort h verwendet wird, um Gewichtungsfaktoren w in einem Gewichtungsfaktorkalkulator 550 zu generieren.
Es wird verstanden, dass die Vorrichtung, die in 5 veranschaulicht wird, entlang den oben angedeuteten Zeilen modifiziert werden kann. Z.B. kann der aperiodische Autokorrelationskalkulator 520 eliminiert werden, wobei die mittlere aperiodische Autokorrelation C(m) durch die kalkulierte aperiodische Autokorrelation C(m) ersetzt wird, wie oben in Bezug auf Gleichungen (10), (8) und (3) beschrieben wird. Es kann auch der Zwischensymbolinterferenzbeeinträchtigungskorrelationskalkulator 544 eliminiert werden, entlang den Zeilen, die in Bezug auf Gleichungen (9) beschrieben werden.
Eine weitere Vereinfachung beim Bestimmen von Gewichtungsfaktoren w kann durch Verwenden eines iterativen Ansatzes erzielt werden, der die Notwendigkeit umgeht, die Umkehrung R^-1 der Beeinträchtigungskorrelation R zu berechnen, um die Gewichtungsfaktoren w zu bestimmen. Wie in 6 veranschaulicht, kann der Gewichtungsfaktorgenerator 430 einen iterativen Gewichtungsfaktorkalkulator 550' inkludieren, der Gewichtungsfaktoren w aus zuvor berechneten oder anderweitig vorgesehenen Gewichtungsfaktoren iterativ kalkuliert, unter Verwendung der zusammengesetzten Kanalantwort h und der Beeinträchtigungskorrelation R, die durch den zusammengesetzten Kanalantwortkalkulator 530 bzw. den Beeinträchtigungskorrelationskalkulator 540 vorgesehen werden. Durch Gleichung (2) bilden die Gewichtungsfaktoren w, Beeinträchtigungskorrelati onsmatrix R und die zusammengesetzte Kanalantwort h ein lineares System der Form: Ax=b, (12)wobei A = R, x = w und b = h sind. Die Beeinträchtigungskorrelationsmatrix R kann gemäß den oben beschriebenen Techniken berechnet werden. Alternativ kann die Beeinträchtigungskorrelationsmatrix R unter Verwendung anderer Techniken bestimmt werden, wie etwa der Techniken, die in der veröffentlichten internationalen PCT-Anmeldung WO 00/21208 für Bottomley, veröffentlicht am 13. April 2000, beschrieben werden.
Da Gleichung (12) ein lineares System beschreibt, kann eine beliebige aus einer Zahl von Techniken zum Lösen linearer Systeme verwendet werden, um die Gewichtungen zu finden. Vorzugsweise wird eine iterative Technik genutzt, die neue Gewichtungsfaktoren aus bereits existierenden Gewichtungen berechnen kann, ohne dass eine Matrixinversion erforderlich ist. Z.B. kann eine iterative Gauss-Seidel-Technik verwendet werden, wo Gewichtungsfaktoren w durch:
kalkuliert werden, wobei n die Dimension der Vektoren w und h ist, r_ij das (i,j)-te Element der Beeinträchtigungskorrelationsmatrix R ist und k die Stufe der Iteration ist. Falls die anfängliche Vermutung (die Werte von w in der vorherigen Stufe oder vorherigen Symbolperiode) der richtigen Lösung nahe ist, sollte diese Iteration nach nur einer oder wenigen Iterationen konvergieren. Anfangs können die Gewichtungsfaktoren w auf Kanalkoeffizientenschätzungen, entsprechend traditioneller RAKE-Kombinierung, gesetzt werden. Konvergenz kann durch Modifizieren der kalkulierten w_i(k+1) zu: wi(k + 1) = λwi(k + 1) + (1 – λ)wi(k) (14)beschleunigt werden, wobei λ ein Entspannungsparameter ist. Für 1 < λ ≤ 2 kann eine schnellere Konvergenz für bereits konvergente Systeme erhalten werden, und falls eine normale Iteration nicht konvergent ist, kann λ ≤ 1 verwendet werden, um Konvergenz zu erhalten. Diese und andere Techniken für eine iterative Lösung von linearen Systemen sind in dem Handbook of Mathematics and Computer Science von Harris et al, veröffentlicht vom Springer-Verlag (New York, 1998) auf S. 456-457 beschrieben.
Bezug nehmend erneut auf 5 schätzt eine Leistungsschätzeinrichtung 542 Verhältnisse von Interferenz zu Signal und Rauschen zu Signal γ_l, γ_N, die beim Berechnen der Gewichtungsfaktoren w verwendet werden. Da die Zwischensymbolinterferenzbeeinträchtigungskorrelationskomponente R_ISI vernachlässigt werden kann, wie oben beschrieben wird, kann es ausreichend sein, ein Verhältnis γ_l/γ_N der Verhältnisse von Interferenz zu Signal und Rauschen zu Signal zu bestimmen, um eine Berechnung der Gewichtungsfaktoren w durchzuführen, wobei γ_N auf eine gewisse nominale Zahl gesetzt wird, wie etwa 1 (äquivalent einer Schätzung eines Verhältnisses von Interferenzleistung zu Rauschleistung).
In einem drahtlosen zellularen Kommunikationssystem kann eine Basisstation (BS) ein Mobiltelefon oder ein anderes Endgerät über Leistungspegel aller Spreizspektrumsignale informieren, die übertragen werden. Das Endgerät kann dann einfach seine empfangene Leistung unter Verwendung konventioneller Mittel berechnen und die Basisstationsinformation verwenden, um die relative empfangene Leistung der Interferenz zu bestimmen. Unter Verwendung dieser Interferenzleistungsschätzungen und einer Schätzung der gesamten empfangenen Leistung (die auch unter Verwendung konventioneller Mittel erhalten werden kann), kann dann eine Schätzung der Rauschleistung (d.h. Leistung von anderer Interferenz und thermischen Rauschen) erhalten werden.
Falls eine Basisstation Leistungspegelinformation nicht überträgt, kann sie jedoch dennoch das Endgerät darüber informieren, welche Spreizcodes gegenwärtig verwendet werden. Unter Verwendung derartiger Information kann Leistungsinformation für die interferierenden Signale unter Verwendung einer Vorrichtung, wie etwa der Leistungsschätzeinrichtung 542, die in 7 veranschaulicht wird, bestimmt werden. Ein Basisbandsignal r(k) entsprechend einem empfangenen zusammengesetzten Signal durchläuft Bänke von Verzögerungen 710a-710L, wobei jede der verzögerten Versionen des Basisbandsignals r(k) durch einen Descrambler 720a-720L entschlüsselt (descrambled) und durch einen schnellen Walsh-Transformator 730a-730L verarbeitet wird. Die resultierende Korrelationsinformation wird dann durch eine Maximalverhältniskombinierungseinrichtung 740, die Kanalschätzungen verwendet, kombiniert, wobei die kombinierten Werte die Energie in jeder Codedimension anzeigen. Eine Interferenzleistungsschätzeinrichtung 750 kalkuliert die Energie in Dimensionen, die durch die aktiven Codes (mit Ausnahme des gewünschten Codes) umspannt werden, und eine Rauschleistungsschätzeinrichtung 760 kalkuliert Energie in Dimensionen, die durch inaktive Codes umspannt werden.
Falls die Information über die aktiven Codes dem Endgerät nicht bereitgestellt wird, dann kann die Vorrichtung von 7 modifiziert werden zu erfassen, welche Codes aktiv sind, durch z.B. Schwellenbildung der quadrierten Größe der Ausgaben der Maximalverhältniskombinierungseinrichtung 740. Eine Glättung der quadrierten Größe der Ausgabe der Maximalverhältniskombinierungseinrichtung für inaktive Codes kann eine Schätzung der Leistung vom weißen Rauschen vorsehen. Es kann auch eine leichte Vorspannung von der Interferenz und gewünschten Signalechos geben, die entfernt werden kann. Unter Glättung der quadrierten Größe der Ausgabe der Maximalverhältniskombinierungseinrichtung 740 für die aktiven Codes können Schätzungen von I_i + N erhalten werden, wobei I_i die Interferenzleistung des i-ten Benutzers ist und N die Leistung vom weißen Rauschen ist. Unter Verwendung der Schätzung von N können Schätzungen von I_i erhalten und summiert werden, um eine Schätzung der gesamten Interferenzleistung zu erhalten. Beispielhafte Techniken zum Erfassen von Spreizsequenzen und Schätzung von Leistung, die mit bestimmten Spreizcodes in Verbindung stehen, werden in der veröffentlichten internationalen PCT-Anmeldung WO 00/44016 für Wang et al, veröffentlicht am 27. Juli 2000, beschrieben.
Bezug nehmend erneut auf 4 ist es wünschenswert, dass optimale Fingerstandorte (d.h. Verzögerungswerte) in der Korrelationseinheit 410 und dem Gewichtungsfaktorgenerator 430 verwendet werden. Es können verschiedene Verzögerungsoptimierungstechniken und Kriterien verwendet werden. Eine bevorzugte Optimierungsmetrik kann als:
ausgedrückt werden, wobei Optimierung durch Auswählen von Verzögerungen, die M maximieren, erreicht wird.
8-10 sind Veranschaulichungen eines Flussdiagramms von beispielhaften Operationen gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung. Es wird verstanden, dass Blöcke dieser Flussdiagramme und Kombinationen von Blöcken in diesen Flussdiagrammen durch Computerprogramminstruktionen implementiert werden können, die in einem Computer oder einer anderen programmierbaren Datenverarbeitungsvorrichtung, wie etwa ei nem Mikrocomputer, Mikroprozessor, ASIC, DSP-Chip oder anderer Verarbeitungsschaltungstechnik, die verwendet wird, um den Empfänger 400 von 4 zu implementieren, geladen und ausgeführt werden kann, um eine Maschine zu erzeugen, derart, dass die Instruktionen, die in dem Computer oder einer anderen programmierbaren Datenverarbeitungsvorrichtung ausgeführt werden, Mittel zum Implementieren der Funktionen, die in dem Flussdiagrammblock oder Blöcken spezifiziert sind, schaffen. Die Computerprogramminstruktionen können auch in einen Computer oder eine andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtung geladen werden, um eine Serie von Operationsschritten zu bewirken, die in dem Computer oder einer anderen programmierbaren Vorrichtung durchzuführen sind, um einen computer-implementierten Prozess zu erzeugen, derart, dass die Instruktionen, die in dem Computer oder einer anderen programmierbaren Vorrichtung ausgeführt werden, Schritte zum Implementieren der Funktionen vorsehen, die in dem Flussdiagrammblock oder Blöcken spezifiziert sind.
Entsprechend unterstützen Blöcke der Flussdiagramme von 8-10 Kombinationen von Mitteln zum Durchführen der spezifizierten Funktionen und Kombinationen von Schritten zum Durchführen der spezifizierten Funktionen. Es wird auch verstanden, dass jeder Block der Flussdiagramme von 8-10 und Kombinationen von Blöcken darin durch hardwarebasierte Computersysteme eines speziellen Zwecks implementiert werden können, die die spezifizierten Funktionen oder Schritte durchführen, oder Kombinationen von Hardware eines speziellen Zwecks und Computerinstruktionen.
8 veranschaulicht beispielhafte Operationen 800 zur Wiedergewinnung von Information, die durch ein Spreizspektrumsignal dargestellt wird, das gemäß einem gewünschten Spreizcode in einem Kommunikationsmedium, wie etwa einem Funkausbreitungsmedium, übertragen wird. Es wird von dem Kommunika tionsmedium ein zusammengesetztes Signal empfangen (Block 810) und mit der gewünschten Spreizsequenz korreliert, um Zeitversatzkorrelationen zu erzeugen (Block 820). Basierend auf Kenntnis über die Spreizsignale, die in dem zusammengesetzten Signal vorhanden sind, werden Gewichtungsfaktoren generiert, z.B. basierend auf statistischen Eigenschaften der gewünschten Spreizsequenz und Leistung von interferierenden Spreizspektrumsignalen, wie oben mit Bezug auf Gleichungen (1)-(11) beschrieben wird (Block 830). Die Korrelationen werden gemäß den Gewichtungsfaktoren kombiniert, um eine Entscheidungsstatistik zu erzeugen (Block 840), die wiederum verwendet wird, um eine Schätzung der ursprünglich übertragenen Information zu generieren (Block 850).
9 veranschaulicht beispielhafte Operationen 900 zum Generieren derartiger Gewichtungsfaktoren gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Es wird eine zusammengesetzte Kanalantwort geschätzt (Block 910). Es werden Leistungen von mindestens einem interferierenden Spreizspektrumsignal und anderem Rauschen bestimmt (Blöcke 920, 930). Es wird dann eine Beeinträchtigungskorrelation bestimmt aus den Leistungsschätzungen und Kenntnis von Spreizspektrumsignalen, die in dem zusammengesetzten Signal vorhanden sind, inkludierend Impulsforminformation, die durch die Autokorrelationsfunktion R_p(t) dargestellt wird (Block 940). Die Beeinträchtigungskorrelation und Kanalantwort werden verwendet, um die Gewichtungsfaktoren zu generieren (Block 950).
10 veranschaulicht beispielhafte Operationen 1000 zum iterativen Generieren von Gewichtungsfaktoren gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung. Es wird eine erste Menge von Gewichtungsfaktoren unter Verwendung von z.B. Berechnungen von Gleichungen (1)-(11) oder durch andere Techniken, wie oben beschrieben, generiert (Block 1010). Es wird eine zusammengesetzte Kanalantwort geschätzt (Block 1020), zusammen mit einer Beeinträchtigungskorrelation (Block 1030). Neue Gewichtungsfaktoren werden dann aus der vorherigen Menge von Gewichtungsfaktoren, der zusammengesetzten Kanalantwort und der Beeinträchtigungskorrelation iterativ generiert, bis eine akzeptable Konvergenz erreicht wird (Block 1040).
Andere Variationen der beschriebenen Operationen fallen in den Bereich der vorliegenden Erfindung. Z.B. kann eine Kanalschätzung auch eine automatische Frequenzkorrektur (automatic frequency correction, AFC) inkludieren. Es kann Vorwärtssteuerungs-AFC auf jeden Korrelator angewendet werden, der mit einem Signalecho in Verbindung steht, wobei die resultierende Phasenschätzung verwendet wird, um Gewichtungsfaktoren durch Rotieren von Kanalschätzungen zu bilden, wie in der veröffentlichten internationalen PCT-Anmeldung WO 99/31816 für Bottomley et al, veröffentlicht am 24. Juni 1999, beschrieben wird. Rückkopplungskorrektur von einem spannungsgesteuerten Oszillator könnte auf einer Kombination der Frequenzfehlerschätzungen basieren. Die vorliegende Erfindung kann auch mit Mehrfachempfangsantennen verwendet werden. Korrekturen können unterschiedlichen Antennen ebenso wie unterschiedlichen Verzögerungen zugeordnet werden, wobei die Ausgaben aller Korrelatoren gemeinsam gesammelt werden. Die entsprechende Beeinträchtigungskorrelationsschätzung und zusammengesetzte Kanalantwortschätzung können verwendet werden, um kombinierende Gewichtungsfaktoren zu bestimmen, wobei die Gewichtungsfaktoren Teilmengen entsprechend unterschiedlichen Antennen inkludieren.
In den Zeichnungen und der Spezifikation wurden typische bevorzugte Ausführungsform der Erfindung offengelegt, und obwohl spezifische Begriffe eingesetzt werden, werden sie nur in einem generischen und beschreibenden Sinn und nicht für Zwecke einer Begrenzung verwendet, wobei der Bereich der Erfindung in den folgenden Ansprüchen dargelegt wird.

Claims

Verfahren (800) zum Wiedergewinnen von Information, die in einem ersten Spreizspektrumsignal kodiert ist, das gemäß einer ersten Spreizsequenz in einem Kommunikationsmedium übertragen wird, wobei das Verfahren umfasst Empfangen eines zusammengesetzten Signals (810), inkludierend das erste Spreizspektrumsignal, von dem Kommunikationsmedium und Korrelieren des zusammengesetzten Signals mit der ersten Spreizsequenz (820), um eine Vielzahl von Zeitversatzkorrelationen des zusammengesetzten Signals mit der ersten Spreizsequenz zu erzeugen, gekennzeichnet dadurch, dass das Verfahren ferner umfasst: Generieren von Gewichtungsfaktoren (830) basierend auf Kenntnis von Spreizspektrumsignalen, die in dem zusammengesetzten Signal vorhanden sind, inkludierend Impulsformungsinformation; und Kombinieren der Korrelationen (840) gemäß den Gewichtungsfaktoren, um Information (850) zu schätzen, die in dem übertragenen ersten Spreizspektrumsignal kodiert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt zum Generieren von Gewichtungsfaktoren die Schritte umfasst: Empfangen von Information über Spreizspektrumsignale, die in dem Kommunikationsmedium übertragen werden; und Generieren der Gewichtungsfaktoren basierend auf der empfangenen Information.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt zum Generieren von Gewichtungsfaktoren die Schritte umfasst: Erfassen von Spreizspektrumsignalen in dem zusammengesetzten Signal; Bestimmen von Charakteristika der erfassten Spreizspektrumsignale; und Generieren der Gewichtungsfaktoren basierend auf der bestimmten Charakteristik der erfassten Spreizspektrumsignale.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt zum Generieren von Gewichtungsfaktoren die Schritte umfasst: Schätzen einer zusammengesetzten Kanalantwort aus Kenntnis der ersten Spreizsequenz; Schätzen einer Beeinträchtigungskorrelation aus Kenntnis der ersten Spreizsequenz, einer Schätzung einer Leistung eines zweiten Spreizspektrumsignals in dem zusammengesetzten Signal und einer Schätzung einer Leistung von Rauschen in dem zusammengesetzten Signal; und Generieren der Gewichtungsfaktoren aus der geschätzten zusammengesetzten Kanalantwort und der geschätzten Beeinträchtigungskorrelation.
Verfahren nach Anspruch 4, das ferner den Schritt zum Schätzen einer Leistung des zweiten Spreizspektrumsignals umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt zum Schätzen einer Leistung des zweiten Spreizspektrumsignals die Schritte umfasst: Empfangen von Information von einer Basisstation hinsichtlich einer Leistung des zweiten Spreizspektrumsignals; und Schätzen einer Leistung des zweiten Spreizspektrumsignals aus der empfangenen Information.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt zum Schätzen einer Leistung des zweiten Spreizspektrumsignals die Schritte umfasst: Identifizieren einer zweiten Spreizsequenz, die das zweite Spreizspektrumsignal kodiert; Korrelieren des zusammengesetzten Signals mit der identifizierten zweiten Spreizsequenz, um Korrelationen zu generieren; und Bestimmen einer Leistung des Spreizspektrumsignals aus den Korrelationen.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt zum Identifizieren einer zweiten Spreizsequenz den Schritt zum Empfangen von Information von einer Basisstation umfasst, die die zweite Spreizsequenz identifiziert.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt zum Identifizieren einer zweiten Spreizsequenz den Schritt zum Erfassen der zweiten Spreizsequenz aus dem zusammengesetzten Signal umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4: wobei der Schritt zum Schätzen einer zusammengesetzten Kanalantwort den Schritt zum Schätzen der zusammengesetzten Kanalantwort von einem von einer aperiodischen Autokorrelationsfunktion für die erste Spreizsequenz oder einem mittleren aperiodischen Autokorrelationswert für die erste Spreizsequenz umfasst; und wobei der Schritt zum Schätzen einer Beeinträchtigungskorrelation im Schritt zum Schätzen der Beeinträchtigungskorrelation von einem von einer aperiodischen Autokorrelationsfunktion für die erste Spreizsequenz oder einem mittleren aperiodischen Autokorrelationswert für die erste Spreizsequenz umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt zum Schätzen einer Beeinträchtigungskorrelation die Schritte umfasst: Schätzen einer Mehrbenutzerinterferenzkorrelation; Schätzen einer Rauschkorrelation; und Summieren der geschätzten Mehrbenutzerinterferenzkorrelation und der geschätzten Rauschkorrelation, um die Beeinträchtigungskorrelation zu schätzen.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt zum Schätzen einer Beeinträchtigungskorrelation die Schritte umfasst: Schätzen einer Mehrbenutzerinterferenzkorrelation; Schätzen einer Rauschkorrelation; Schätzen einer Zwischensymbolinterferenzkorrelation; und Summieren der geschätzten Mehrbenutzerinterferenzkorrelation, der geschätzten Rauschkorrelation und der geschätzten Zwischensymbolinterferenzkorrelation, um die Beeinträchtigungskorrelation zu schätzen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt zum Generieren der Gewichtungsfaktoren den Schritt zum iterativen Generieren von Gewichtungsfaktoren aus zuvor generierten Gewichtungsfaktoren umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt zum Korrelieren den Schritt zum Korrelieren des zusammengesetzten Signals mit der ersten Spreizsequenz unter Verwendung einer Menge von Zeitverzögerungen umfasst, die eine Metrik optimiert, die einem Produkt der Gewichtungsfaktoren und der zusammengesetzten Kanalantwort proportional ist.
Verfahren nach Anspruch 1: wobei der Schritt zum Generieren von Gewichtungsfaktoren iteratives Generieren von Gewichtungsfaktoren aus einer geschätzten Kanalantwort, einer geschätzten Beeinträchtigungskorrelation und zuvor bestimmten Gewichtungsfaktoren umfasst; und wobei der Schritt zum Kombinieren ein Kombinieren der Korrelationen gemäß den iterativ generierten Gewichtungsfaktoren umfasst, um Information zu schätzen, die in dem übertragenen ersten Spreizspektrumsignal kodiert ist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Schritt zum iterativen Generieren den Schritt zum Generieren von Gewichtungsfaktoren aus mindestens einem von Gewichtungsfaktoren, die für eine vorherige Iteration bestimmt sind, Ge wichtungsfaktoren, die für eine vorherige Symbolperiode bestimmt sind, oder Kanalkoeffizienten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner die Schritte umfassend: Generieren der geschätzten Kanalantwort aus Kenntnis der ersten Spreizsequenz; und Generieren der geschätzten Beeinträchtigungskorrelation aus Kenntnis der ersten Spreizsequenz, einer Schätzung einer Leistung eines zweiten Spreizspektrumsignals in dem zusammengesetzten Signal und einer Schätzung einer Leistung von Rauschen in dem zusammengesetzten Signal.
Vorrichtung (400) zum Wiedergewinnen von Information, die in einem ersten Spreizspektrumsignal kodiert ist, das gemäß einer ersten Spreizsequenz in einem Kommunikationsmedium übertragen wird, wobei die Vorrichtung umfasst Mittel (405) zum Empfangen eines zusammengesetzten Signals (r(t)), inkludierend das erste Spreizspektrumsignal von dem Kommunikationsmedium, und Mittel (410), reagierend auf das Mittel zum Empfangen, zum Korrelieren des zusammengesetzten Signals mit der ersten Spreizsequenz (sd), um eine Vielzahl von Zeitversatzkorrelationen des zusammengesetzten Signals mit der ersten Spreizsequenz zu erzeugen, gekennzeichnet dadurch, dass die Vorrichtung ferner umfasst: Mittel (430) zum Generieren von Gewichtungsfaktoren basierend auf Kenntnis von Spreizspektrumsignalen in dem zusammengesetzten Signal, inkludierend Impulsformungsinformation; und Mittel (420), reagierend auf das Mittel zum Korrelieren und auf das Mittel zum Generieren von Gewichtungsfaktoren, zum Kombinieren der Korrelationen gemäß den Gewichtungsfaktoren, um Information zu schätzen, die in dem übertragenen ersten Spreizspektrumsignal kodiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei das Mittel zum Generieren von Gewichtungsfaktoren umfasst: Mittel zum Empfangen von Information über Spreizspektrumsignale, die in dem Kommunikationsmedium übertragen werden; und Mittel zum Generieren der Gewichtungsfaktoren basierend auf der empfangenen Information.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei das Mittel zum Generieren von Gewichtungsfaktoren umfasst: Mittel zum Erfassen von Spreizspektrumsignalen in dem zusammengesetzten Signal; Mittel zum Bestimmen von Charakteristika der erfassten Spreizspektrumsignale; und Mittel zum Generieren der Gewichtungsfaktoren basierend auf der bestimmten Charakteristik der erfassten Spreizspektrumsignale.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei das Mittel zum Generieren von Gewichtungsfaktoren umfasst: Mittel zum Schätzen einer zusammengesetzten Kanalantwort aus Kenntnis der ersten Spreizsequenz; Mittel zum Schätzen einer Beeinträchtigungskorrelation aus Kenntnis der ersten Spreizsequenz, einer Schätzung einer Leistung eines zweiten Spreizspektrumsignals in dem zusammengesetzten Signal und einer Schätzung einer Leistung von Rauschen in dem zusammengesetzten Signal; und Mittel zum Generieren der Gewichtungsfaktoren aus der geschätzten zusammengesetzten Kanalantwort und der geschätzten Beeinträchtigungskorrelation.
Vorrichtung nach Anspruch 21, ferner umfassend Mittel zum Schätzen einer Leistung des zweiten Spreizspektrumsignals.
Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei das Mittel zum Schätzen einer Leistung des zweiten Spreizspektrumsignals umfasst: Mittel zum Empfangen von Information von einer Basisstation bezüglich einer Leistung des zweiten Spreizspektrumsignals; und Mittel zum Schätzen einer Leistung des zweiten Spreizspektrumsignals aus der empfangenen Information.
Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei das Mittel zum Schätzen einer Leistung des zweiten Spreizspektrumsignals umfasst: Mittel zum Identifizieren einer zweiten Spreizsequenz, die das zweite Spreizspektrumsignal kodiert; Mittel zum Korrelieren des zusammengesetzten Signals mit der identifizierten zweiten Spreizsequenz, um Korrelationen zu generieren; und Mittel zum Bestimmen einer Leistung des zweiten Spreizspektrumsignals aus den Korrelationen.
Vorrichtung nach Anspruch 24, wobei das Mittel zum Identifizieren einer zweiten Spreizsequenz Mittel zum Empfangen von Information von einer Basisstation umfasst, die die zweite Spreizsequenz identifiziert.
Vorrichtung nach Anspruch 24, wobei das Mittel zum Identifizieren einer zweiten Spreizsequenz Mittel zum Erfassen der zweiten Spreizsequenz aus dem zusammengesetzten Signal umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei das Mittel zum Schätzen einer Beeinträchtigungskorrelation umfasst: Mittel zum Schätzen einer Mehrbenutzerinterferenzkorrelation; Mittel zum Schätzen einer Rauschkorrelation; und Mittel zum Summieren der geschätzten Mehrbenutzerinterferenzkorrelation und der geschätzten Rauschkorrelation, um die Beeinträchtigungskorrelation zu schätzen.
Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei das Mittel zum Schätzen einer Beeinträchtigungskorrelation umfasst: Mittel zum Schätzen einer Mehrbenutzerinterferenzkorrelation; Mittel zum Schätzen einer Rauschkorrelation; Mittel zum Schätzen einer Zwischensymbolinterferenzkorrelation; und Mittel zum Summieren der geschätzten Mehrbenutzerinterferenzkorrelation, der geschätzten Rauschkorrelation und der geschätzten Zwischensymbolinterferenzkorrelation, um die Beeinträchtigungskorrelation zu schätzen.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei das Mittel zum Generieren der Gewichtungsfaktoren Mittel zum iterativen Generieren von Gewichtungsfaktoren aus zuvor generierten Gewichtungsfaktoren umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei das Mittel zum Korrelieren Mittel zum Korrelieren des zusammengesetzten Signals mit der ersten Spreizsequenz unter Verwendung einer Menge von Zeitverzögerungen umfasst, die eine Metrik optimiert, die proportional einem Produkt der Gewichtungsfaktoren und der zusammengesetzten Kanalantwort ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei das Mittel zum Korrelieren mindestens eine aus einer Vielzahl von Integrier- und Dump-Korrelationseinrichtungen, eine Gleitkorrelationseinrichtung oder eine selektiv gesperrte Gleitkorrelationseinrichtung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 18: wobei das Mittel zum Generieren von Gewichtungsfaktoren Mittel zum iterativen Generieren von Gewichtungsfaktoren aus einer geschätzten Kanalantwort, einer geschätzten Beeinträchtigungskorrelation und zuvor bestimmten Gewichtungsfaktoren umfasst; und wobei das Mittel zum Kombinieren Mittel, reagierend auf das Mittel zum iterativen Generieren von Gewichtungsfaktoren und auf das Mittel zum Korrelieren, zum Kombinieren der Korrelationen gemäß den iterativ generierten Gewichtungsfaktoren umfasst, um Information zu schätzen, die in dem übertragenen ersten Spreizspektrumsignal kodiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 32, wobei das Mittel zum iterativen Generieren von Gewichtungsfaktoren Mittel zum Generieren von Gewichtungsfaktoren aus mindestens einem von einem Gewichtungsfaktor, der in einer vorherigen Iteration bestimmt wird, einem Gewichtungsfaktor, der für eine vorherige Symbolperiode bestimmt wird, oder einem Kanalkoeffizient umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 32, ferner umfassend: Mittel zum Generieren der geschätzten Kanalantwort aus Kenntnis der ersten Spreizsequenz; und Mittel zum Generieren der geschätzten Beeinträchtigungskorrelation aus Kenntnis der ersten Spreizsequenz, einer Schätzung einer Leistung eines zweiten Spreizspektrumsignals in dem zusammengesetzten Signal und einer Schätzung einer Leistung von Rauschen in dem zusammengesetzten Signal.