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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Kanalschätzung in einem drahtlosen orthogonalen
Frequenzmultiplex-(OFDM)-System. Insbesondere betrifft vorliegende
Erfindung eine Vorrichtung zum Empfangen von Signalen in einem drahtlosen,
zellularen OFDM-System und ein Verfahren zur Kanalschätzung in
einer solchen Vorrichtung.
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Ein
allgemeines drahtloses Kommunikationssystem, das eine Übertragungsvorrichtung 1 aufweist,
solche wie eine Basisstation, und eine Empfängervorrichtung 10,
solche wie einen mobilen Terminal, ist in 1 gezeigt.
Die Übertragungsvorrichtung
umfasst alle notwendigen und bekannten Elemente für den Betrieb
in einem drahtlosen Kommunikationssystem, solche wie einen Sprach-Codec 2,
einen Kanal-Kodierer 3, einen Interleaver 4, ein
Modulationsmittel 5, ein Up-Umsetzer-Mittel 6,
einen Leistungsverstärker 7 und
eine Antenne 8. Im Falle, wenn die Übertragungsvorrichtung 1 ein
Teil der Basisstation eines drahtlosen Kommunikationssystems ist, weist
die Basisstation ferner alle notwendigen Elemente zum Empfangen
von Signalen und zum Verarbeiten der empfangenen Signale auf.
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Signale,
die mittels der Antenne 8 der Übertragungsvorrichtung 1 übertragen
sind werden drahtlos zu einer Empfängervorrichtung 10 des
drahtlosen Kommunikationssystems übertragen, optional mit der
Unterstützung
eines dazwischen liegenden verstärkenden
Funkturms. Die Empfängervorrichtung 10 des
drahtlosen Kommunikationssystems umfasst alle für den Betrieb in dem drahtlosen
Kommunikationssystem notwendigen Elemente, solche wie eine Antenne 11,
einen rauscharmen Verstärker 12,
ein Down-Umsetzungs-Mittel 13, einen A/D-Umsetzer 14,
ein Demodulations-Mittel 15, Kanal-Schätzungs-Mittel 16,
einen Deinterleaver 17, einen Kanal-Dekodierer 18 und
einen Sprach-Codec 19. Im Falle, wenn die Empfängervorrichtung 10 ein
Teil eines mobilen Terminals des drahtlosen Kommunikationssystem
ist, umfasst der mobile Terminal ferner alle notwendigen Elemente
zum Übertragen
von Signalen in dem Kommunikationssystem.
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Das
Kanalschätzungs-Mittel 16 führt eine Kanalschätzung für die Übertragungskanäle zwischen
der Übertragungsvorrichtung 1 und
der Empfängervorrichtung 10 durch,
um eine gute Übertragungsqualität sicher
zu stellen. Im Falle der vorliegenden Erfindung ist ein drahtloses
orthogonales Frequenzmultiplex(OFDM)-System adressiert, in welchem
der Übertragungsfrequenzband
in eine Vielzahl von Frequenz-Subträgern aufgeteilt ist, wobei benachbarte
Frequenz-Subträger
jeweils orthogonal zu einander sind. Die Frequenz-Subträger werden
in jeweiligen nachfolgenden Zeitschlitzen übertragen, so dass die ganzen Übertragungsmuster
der Frequenz-Subträger
in Zeitschlitzen als ein Frequenz/Zeit-Gitter repräsentiert
werden können,
wie eines in 2 dargestelltes.
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Für die Kanalschätzung in
OFDM-Systemen, die kohärente
Modulation benutzen, wurden verschiedene Methoden vorgeschlagen.
Die meisten Methoden benutzen Pilotsymbole, die in dem Frequenz-Subträger/Zeit-Gitter
auf der Empfängerseite platziert
werden. Solch eine Methode ist offenbart im Artikel: MIGNONE, V.et.al.
CD3-OFDM: A new chanel estimation method to improve the spectrum
efficiency in digital terrestrial television systems, International
Broadcasting Convention, Conference Publication No. 413, IEE. 14.
September 1995. 2 zeigt ein Beispiel einer regulären Verteilung
der Pilotsymbole in dem Frequenz-Subträger/Zeit-Gitter eines OFDM-Systems.
Die Pilotsymbole sind hierbei durch Kreise markiert. In der regulären Verteilung
der Pilotsymbole, die als ein Beispiel in 2 gezeigt
ist, werden die Pilotsymbole in einigen Frequenz-Subträgern bei
jeweils den gleichen Zeitpunkten übertragen. Die Quadrate zwischen
benachbarten Pilotsymbolen in Zeit- und Frequenz-Dimensionen repräsentieren
Frequenz-Subträger/Zeitschlitz-Zuweisungen für die Übertragung
von Datensymbolen.
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Im
Folgenden wird das Prinzip eines Standard-Kanalschätzungsverfahrens
in einem OFDM-Kommunikationssystem beschrieben. Ein OFDM-Signal,
das in einer Empfängervorrichtung
des OFDM-Systems empfangen wird nach einer schnellen Fourier-Transformation
für einen
Subträger
x und einen Zeitschlitz i kann repräsentiert werden durch rx,i = sx,i × hx,i + nx,i wobei
sx,i die übermittelten Daten, hx,i komplexe Kanalantwort und nx,i aufsummiertes
weißes
Gaußsches
Rauschen für
den Frequenzsubträger
x und den Zeitschlitz i ist.
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Für fast alle
Kanalschätzungs-Schemas
ist der erste Schritt die Kenntnis von den übertragenen Pilotsymbolen und
der empfangenen Signale zu nutzen, um eine Kanalschätzung bei
der Frequenz-Subträger/Zeitschlitz-Position
des Pilotsymbols auszuführen.
Angenommen, dass die Pilotsymbole bei der Frequenz-Subträger-Position x' und der Zeitschlitz-Position
i' positioniert
sind, kann eine initiierende Kanalschätzung gebildet werden durch
um die Kanalschätzungswerte
für die
Frequenz-Subträger
zu erhalten und die Zeitschlitze, die zwischen den Pilotsymbolen
(in der Frequenz- und/oder Zeitdimension) positioniert sind, woher
gewöhnlich
ein Filter verwendet wird. Dieses Filter kann einige allgemeine
Formen haben, welche eine eindimensionale Form (in Frequenz oder
in Zeit), eine zweidimensionale Form (in Frequenz und Zeit), eine
zwei-ein-dimensionale
Form (zuerst Frequenz und dann Zeit oder vice versa), und dergleichen
einschließen.
Ferner kann das Filter selbst fixe oder variable Koeffizienten haben.
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Im
Sinne der Klarheit der nachfolgenden Beschreibung wird ein eindimensionales
Filter vom fixen Koeffizient in der Frequenzebene als ein Beispiel benutzt,
obwohl die vorliegende Erfindung beliebige Typen von Filtern betrifft.
Für das
Beispiel eines eindimensionalen Filters vom fixen Koeffizient in
der Frequenzebene kann der folgende Ausdruck verwendet werden, um
die Kanalschätzung h ^x,i an den Datensymbolpositionen (Frequenz-Subträger x und Zeitschlitz
i) zwischen den Pilotsymbolen zu liefern: h ^x,i = wTx h'i wobei w T / x die Umstellung/Transformation
des Filterspaltenvektors für
den Frequenz-Subträger x und
h'i ein
Spaltenvektor ist, welcher ein Substrat der Größe N von den Initialschätzungen
an den Pilotsymbolpositionen h ^x,i enthält, wobei
N eine ganze Zahl ist.
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Das
Problem hier ist, dass es schwierig ist zu wissen, wie viele Filterkoeffizienten
im Filter zu benutzen sind und wie groß die Teilmenge N sein sollte, da
diese Parameter von den Kanalbedingungen abhängig sind. Um dieses Problem
der Filterung quer durch die Frequenzeben zu bekämpfen ist vorgeschlagen worden
ein fixes Filter mit einer bestimmten Länge verwenden, welches aus
einem Satz von Filtern abhängig
von zwei Parametern ausgewählt
worden ist. Der erste Parameter ist die Amplitude des mit dem Frequenzträger x und
dem Zeitschlitz i empfangenen Signals. Der zweite Parameter ist
der Differenzvektor zwischen benachbarten Frequenz-Subträgern in
der Frequenzebene. Hierbei wird die Amplitude als eine Messung der
Zuverlässigkeit
der Kanalschätzung
verwendet. Das ist eine zulässige
Annahme, wenn das Signal-zu-Rauschen-Verhältnis hoch
ist und es keine Interferenz gibt. Jedoch, für ein zellulares Kommunikationssystem,
das aus einer Anzahl von Zellen besteht, unterliegen die empfangenen
Signale der Interferenz von den anderen Zellen. Ein Beispiel eines
zellularen Kommunikationssystems mit einem Wiederverwendungsfaktor
von 3 ist in 3 gezeigt. Der Frequenz-Wiederverwendungsfaktor
FRF ist gleich 3, da das ganze im Kommunikationssystem benutzte
Frequenzband F aus drei Frequenz-Subbändern f1
+ f2 + f3 besteht, und in jeder Zelle alle drei Frequenzbänder benutzt
werden. Wie aus der 3 ersichtlich, ist jede Zelle
in drei Sektoren aufgeteilt, wobei jede der Subfrequenzen f1, f2 und
f3 jeweils in einem der Sektoren verwendet wird. Die Richtungspfeile
in 3 zeigen die Quellen der Interferenz (Basisstationen)
von benachbarten Zellen zu dem mobilen Terminal, der als ein Punkt
gekennzeichnet ist. Wie ersichtlich, ist ein innerhalb eines Subsektors
positionierter mobiler Terminal, in welchem die Frequenz f1 benutzt
wird, der Gegenstand der Interferenz von f1 Subsektoren der benachbarten Zellen.
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Der
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher eine Vorrichtung
zum Empfangen von Signalen in einem drahtlosen zellularen OFDM-System und
ein Verfahren zur Kanalschätzung
in einem solchen drahtlosen zellularen OFDM-System vorzuschlagen,
in welchem die Zuverlässigkeit
der Kanalschätzung
sichergestellt ist.
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Der
obige Gegenstand ist durch eine Vorrichtung zum Empfangen von Signalen
in einem drahtlosen zellularen OFDM-System erreicht, in welchem die
Datensymbole in Frequenz-Subträgern
und Zeitschlitzen übermittelt
werden, nach Anspruch 1, die das Kanalschätzungs-Mittel zum Ausführen einer
Kanalschätzung
auf der Basis von empfangenen Pilotsymbolen aufweist, wobei die
Kanalschätzung
für Datensymbole
zwischen Pilotsymbolen mittels eines Filters ausgeführt ist,
wobei das Filter aus einem Satz von Filtern auf der Basis eines
Interferenz-Referenz-Wertes ausgewählt ist.
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Der
obige Gegenstand ist ferner durch ein Verfahren zur Kanalschätzung in
einem drahtlosen zellularen OFDM-System erreicht, in welchem die Datensymbole
in Frequenz-Subträgern
und Zeitschlitzen übermittelt
werden, nach Anspruch 7, wobei eine Kanalschätzung auf der Basis empfangener
Pilotsymbole ausgeführt
wird, wobei die Kanalschätzung
für die
Datensymbole zwischen Pilotsymbolen mittels eines Filters ausgeführt wird,
wobei das Filter aus einem Satz von Filtern auf der Basis eines
Interferenz-Referenzwertes ausgewählt wird.
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Die
Auswahl eines Filters für
die Kanalschätzung,
die von einem Interferenz-Referenzwert
abhängt,
stellt eine sichere und effiziente Kanalschätzung sicher, da die Interferenz
von den benachbarten Zellen des zellularen Systems berücksichtigt
wird.
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Weitere
vorteilhafte Merkmale sind in den jeweiligen Unteransprüchen beansprucht.
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Vorteilhafterweise
wird das Filter aus einem Satz von Filtern auf der Basis von einem
geschätzten Träger-zu-Interferenz-Verhältnis ausgewählt. Hierbei ist
das geschätzte
Träger-zu-Interferenz-Verhältnis des
Frequenz-Subträgers
und der Zeitschlitze des Datensymbols, das kanal-geschätzt werden
soll, für die
Filterauswahl benutzt. Vorteilhafterweise ist der geschätzte Träger ein
gesuchter Träger-Leistungswert
bei dem Frequenz-Subträger
und dem Zeitschlitz der Daten pro Symbol, das kanal-geschätzt werden
soll. Neben dem Interferenz-Referenz-Wert kann ein weiterer Parameter,
der die Kanalcharakteristiken charakterisiert, für die Filterauswahl benutzt werden.
Im Falle, dass das auszuwählende
Filter ein Frequenzfilter ist, das Filter ist ferner auf der Basis
eines Differenzvektors zwischen Frequenz-Subträgern, die zum Frequenz-Subträger des
kanal-zuschätzenden
Datensymbols benachbart sind, ausgewählt. Im Falle, dass das auszuwählende Filter
ein Zeitfilter sein soll, ist das Filter ist ferner auf der Basis einer
Dopplerfrequenz des kanal-zuschätzenden
Datensymbols ausgewählt.
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Die
vorliegende Erfindung schlägt
somit eine einfache und effektive anpassungsfähige Auswahl eines Schätzungsfilters
für die
Kanalschätzung
in dem zellularen OFDM-Kommunikationssystem
vor.
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Die
vorliegende Erfindung ist ferner mit Bezug zu den eingeschlossenen
Zeichnungen detaillierter erklärt,
in welchen
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1 schematisch
ein drahtloses Kommunikationssystem zeigt, das eine Übertragungsvorrichtung
und eine Empfängervorrichtung
enthält,
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2 ein
Subträger-Frequenz-
und Zeitschlitz-Gitter eines OFDM-Kommunikationssystems mit einem Beispiel
einer regulären
Verteilung der Pilotsymbole zeigt,
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3 schematisch
ein Beispiel eines zellularen OFDM-Kommunikationssystems mit einem Frequenz-Wiederverwendungsfaktor
von 3 zeigt, und
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4 schematisch
eine Empfängervorrichtung
für ein
drahtloses zellulares OFDM-System nach vorliegender Erfindung zeigt.
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In 4 ist
ein schematisches Beispiel einer Empfängervorrichtung 20 für ein drahtloses
zellulares OFDM-System gezeigt. Die gezeigte Empfängervorrichtung 20 kann
z.B. ein Teil eines mobilen Terminals des drahtlosen zellularen
OFDM-Systems sein, wobei in diesem Fall das mobile Terminal ferner
alle notwendigen Elemente zum Übertragen
von Signalen in dem OFDM-System aufweist. Es ist ferner anzumerken,
dass die Empfängervorrichtung 20,
die in 4 gezeigt ist, nur Elemente zeigt, die für das Verstehen
der vorliegenden Erfindung notwendig sind.
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Der
allgemeine Aufbau der Empfängervorrichtung 20,
die in 4 gezeigt ist, entspricht dem einen der Empfängervorrichtung 10 des
Kommunikationssystems, das in 1 gezeigt
ist, und identische Elemente sind durch die gleichen Bezugskennziffern bezeichnet.
Der Hauptunterschied zwischen der Empfängervorrichtung 20 der 4 und
der Empfängervorrichtung 10 der 1 ist
der Aufbau des Kanalschätzungsmittels 21.
Das Kanalschätzungsmittel 21 der
Empfängervorrichtung 20 nach
der vorliegenden Erfindung führt
eine Kanalschätzung
auf der Basis des empfangenen Pilotsymbols aus, wobei die Kanalschätzung für die Datensymbole
unter den Pilotsymbolen mittels eines Filters ausgeführt wird,
in gleicher Weise, wie durch das Kanalschätzungsmittel 16 der
bekannten Empfängervorrichtung 10,
die in 1 gezeigt ist. Im Unterschied dazu weist das Kanalschätzungsmittel 21 der
Empfängervorrichtung 20 nach
der vorliegenden Erfindung ein Filterauswahlmittel 22 auf,
welches das Filter für
die Kanalschätzung
aus einem Satz verfügbarer
Filter auf der Basis des Interferenz-Referenz-Wertes, der dem Filterauswahlmittel 22 geliefert
wird, auswählt.
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In
der Ausführung
der vorliegenden Erfindung, die in 4 gezeigt
ist, wird ein geschätztes Träger-zu-Interferenz-Verhältnis (C/I)
bei dem Frequenz-Subträger
x und dem Zeitschlitz i des kanal-zuschätzenden Datensymbols geliefert
zum und durch das Filterauswahlmittel 22 genutzt, um die
Kanalschätzung
auszuführen.
Insbesondere ist der geschätzte
Träger
eine gesuchte oder erwartete Trägerleistung
bei dem Frequenz-Subträger x und
dem Zeitschlitz i des kanal-zuschätzenden Datensymbols. Der Interferenzwert
ist ein Interferenz-Referenz-Wert. Das geschätzte Träger-zu-Interferenz-Verhältnis (C/I) ist als ein Wert
in gemeinsamen Kommunikationsvorrichtungen bekannt und benutzt und
kann auf verschiedene Arten gemessen werden.
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Außer des
geschätzten
Träger-zu-Interferenz-Verhältnisses
(C/I) benutzt das Filterauswahlmittel 22 ferner spezifische
Kanalcharakteristiken, um ein geeignetes Filter für die Kanalschätzung des Datensymbols
auszuwählen.
Die spezifischen Kanalcharakteristiken können z.B. ein Differenzvektor
zwischen Frequenz-Subträgern
sein, die benachbart zum Frequenz-Subträger des kanal-zuschätzenden Datensymbols
sind, im Falle dass das auszuwählende
Filter ein Frequenzfilter sein soll. Alternativ, wenn das auszuwählende Filter
ein Zeitfilter sein soll, können
die spezifischen Kanalcharakteristiken eine Dopplerfrequenz des
geschätzten
Kanals sein. Im Falle, dass das auszuwählende Filter ein Zeit- und ein
Frequenzfilter ist, können
sowohl ein Differenzvektor zwischen den Frequenz-Subträgern als
auch eine Dopplerfrequenz als die spezifischen Kanalcharakteristiken
verwendet werden, auf welchen die Filterauswahl zusammen mit dem
geschätzten
Träger-zu-Interferenz-Verhältnis basiert.
Zum Beispiel, kann das für
die Kanalschätzung
zu verwendende Filter hierfür
ein Schätzungsfilter
variabler Länge sein,
dessen Länge
von dem geschätzten
Träger-zu-Interferenz-Verhältnis und
den Kanalcharakteristiken abhängt.
Der Satz von Filtern kann in diesem Fall einige Filter vom gleichen
Typ, aber mit verschiedenen Längen
aufweisen. Alternativ oder zusätzlich,
kann der Satz von Filtern, aus welchem das Kanal-Schätzungsfilter
auszuwählen
ist, verschiedene Filtertypen aufweisen, die gemeinsam als Kanal-Schätzungsfilter
in einem OFDM-System benutzt werden.
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Somit
ermöglicht
die vorliegende Erfindung eine Optimierung der Kanalschätzungs-Filtergröße und des
Typs, entsprechend den Interferenzbedingungen und den Kanalcharakteristiken
in einem drahtlosen zellularen OFDM-System, wobei der Effekt der
Zwischenzellen-Interferenz derart berücksichtigt ist, dass eine zuverlässige Kanalschätzung ausgeführt werden
kann.
