DE60032906T2

DE60032906T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Kanalschätzung, insbesondere für ein Mobiltelefon

Info

Publication number: DE60032906T2
Application number: DE60032906T
Authority: DE
Inventors: Corinne Bonhomme
Original assignee: STMicroelectronics NV
Current assignee: STMicroelectronics NV
Priority date: 2000-11-07
Filing date: 2000-11-07
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2020-11-08
Also published as: JP4401048B2; EP1206091B1; JP2002198869A; US7079608B2; EP1206091A1; US20020115412A1; DE60032906D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Übertragung von digitalen Nachrichten, insbesondere, aber nicht ausschließlich, auf dem Gebiet des zellularen Mobiltelefons, wie es im GSM-System oder auch dessen Erweiterung EDGE oder auch in den UMTS-Systemen vorgesehen ist.
Die Erfindung betrifft im einzelnen die Kanalschätzung (Kanalsondierung), das heißt, die Schätzung der Impulsantwort eines Übertragungskanals, der Nachrichten von einem Sender aus über ein Ausbreitungsmedium zu einem Empfänger überträgt.
Beispielsweise schlägt das Dokument US 5 251 233 ein Verfahren zur Bestimmung der Koeffizienten vor, die der geschätzten Impulsantwort eines Kanals entsprechen.
Dieses Ausbreitungsmedium kann im Falle von zellularen Mobiltelefonen Luft sein oder kann jedes andere Ausbreitungsmedium sein, wie beispielsweise ein Kabel in anderen Anwendungen.
Ein fundamentaler Begrenzungsfaktor der Leistungen eines digitalen Kommunikationssystems ist das Phänomen, das als "Intersymbol-Interferenz" bezeichnet wird und auf dem Fachgebiet bekannt ist.
Eine solche Intersymbol-Interferenz bewirkt am Empfänger eine zeitliche Belegung jedes übertragenen Symbols (zum Beispiel eines "Bit"), die länger ist als die ursprüngliche Dauer dieses Symbols (auch zum Beispiel "Bitzeit" genannt).
Mit anderen Worten hängt das zu einem gegebenen Zeitpunkt empfangene Signal nicht von einem einzigen Symbol (zum Beispiel "Bit") ab, sondern auch von anderen ausgesandten Symbolen (Bits), die sich über Zeitspannen erstrecken, die länger sind als diejenigen einer Symbolzeit (Bitzeit).
In der Praxis hängt das zu einem gegebenen Zeitpunkt empfangene Signal von dem betrachteten Symbol, aber auch wesentlich von benachbarten Symbolen ab.
Die Ursachen der Intersymbol-Interferenzen sind vielfach.
Eine davon ist insbesondere auf die Mehrfachausbreitung des Signals zwischen dem Sender und dem Empfänger zurückzuführen, wenn das Signal von verschiedenen Hindernissen reflektiert oder gestreut wird, was zum Empfang von mehreren zeitlich zueinander verschobenen Kopien des Signals führt.
Bei Nachrichtenübertragungen mit Interferenzen zwischen Symbolen stellt sich das Problem, die Impulsantwort des Übertragungskanals zu schätzen. Von der Qualität dieser Schätzung hängt die Kapazität ab, die man hat, um die Interferenz zwischen Symbolen zu unterdrücken und um folglich die korrekten Entscheidungen über die ausgesandten Symbole zu treffen.
Allgemein erfolgt die Schätzung der Impulsantwort des Kanals, oder einfacher "Kanalschätzung", auf dem Gebiet des GSM-Telefons insbesondere unter Verwendung der Verfahren der kleinsten Quadrate und unter Verwendung einer vorgegebenen und vom Sender und vom Empfänger bekannten Symbolsequenz, die von Fachleuten mit dem Begriff "Lernsequenz" ("training sequence") bezeichnet wird. Diese Lernsequenz ist in jedem Bündel ("burst") von ausgesandten Symbolen vorhanden. Wenn die Eigenschaften des Kanals ausreichend gut geschätzt sind, verwendet man die geschätzten Koeffizienten der Impulsantwort des Kanals in einer auf dem Fachgebiet bekannten, sogenannten "Entzerrungsverarbeitung", um das empfangene Signal zu entschlüsseln, das heißt, die Logikwerte der in dem Bündel ausgesandten Symbole (Daten) wieder zu gewinnen.
Auf die Entzerrungsverarbeitung folgen herkömmlich die sogenannten "Kanaldekodierungs"-Verarbeitungen, die dazu bestimmt sind, eventuelle Fehler zu korrigieren ebenso wie wenige zu machen. Auf die Kanaldekodierung wiederum folgt herkömmlich eine andere Dekodierung, die sogenannte "Quellendekodierung", die dazu bestimmt ist, die am Sender ursprünglich kodierten Informationen (zum Beispiel Sprache) wieder herzustellen.
Wie weiter oben angegeben, hängt die Empfangsqualität, die allgemein durch die Bitfehlerrate (BER: "binary error rate" in englischer Sprache) ausgedrückt wird, sehr von der Qualität der Kanalschätzung ab.
Einer der wichtigen Parameter für die Qualität der Schätzung beruht auf der Dehnung des Kanals. Diese Dehnung des Kanals stellt die Dauer der zu schätzenden Kanalantwort dar und legt die Anzahl der Koeffizienten der Impulsantwort des Kanals fest.
In der Praxis können je nach der Umgebung, in welcher sich das Telefon befindet, die Wege mehr oder weniger gedehnt sein. So ist der am stärksten gedehnte Weg in einer hügeligen Umgebung anzutreffen, und 7 bis 8 Koeffizienten sind dann notwendig, um die Impulsantwort des Kanals korrekt zu schätzen. Im Gegensatz dazu gibt es weniger stark gedehnte Wege, wie die sogenannten statischen Wege, das heißt, die direkten Wege ohne Reflexion, für welche für eine gute Schätzung der Impulsantwort des Übertragungskanals lediglich 4 bis 5 Koeffizienten notwendig sind.
Außerdem benötigen die städtischen Wege, die für die zellularen Mobiltelefonsysteme den häufigsten Fall darstellen, 5 bis 6 Koeffizienten, um die Impulsantwort des Übertragungskanals korrekt zu schätzen.
Die Schätzung der Impulsantwort des Kanals erfolgt in regelmäßigen Intervallen und, um diese Schätzung durchzuführen, definiert man derzeit in Voraus die Länge des Kanals, das heißt, man legt vorab eine Anzahl von Koeffizienten für die Impulsantwort des Kanals fest. Beispielsweise legt man für GSM die Anzahl von Koeffizienten auf einen maximalen Wert fest, um die strengsten Empfehlungen zu erfüllen, wie diejenigen, die in der Norm ETSI EN 300 910 V8.5 (Juli 2000) mit dem Titel "Digital cellular telecommunications systems (Phase 2+); Radio transmission and reception (GSM 05.05 Version 8.5.0 Release 1999)" festgelegt sind.
Mit anderen Worten nimmt man als Anzahl von Koeffizienten der Impulsantwort des Übertragungskanals diejenige, die einem Weg entspricht, der die größte Dehnung darstellt, das heißt ein hügeliges Gelände.
Jedoch erlaubt eine Festlegung des Werts der Anzahl von Koeffizienten der Impulsantwort des Kanals auf seinen maximalen Wert, eine Entzerrung für die am stärksten gedehnten Kanäle erfolgreich durchzuführen, verschlechtert aber merklich die Leis tungen für die weniger gedehnten Kanäle, wie diejenigen, die in städtischen Umgebungen anzutreffen sind.
Die Erfindung hat zum Ziel, für dieses Problem eine Lösung zu liefern.
Die Erfindung hat zum Ziel, die Schätzung des Kanals dadurch zu verbessern, daß eine Unterscheidung zwischen den in der Zeit wenig gedehnten und den sehr gedehnten Mehrfachwegen vorgenommen wird. Mit anderen Worten, die Erfindung schlägt vor, die Anzahl von Koeffizienten der Impulsantwort an den Typ des Mehrfachwegs anzupassen.
Diesbezüglich schlägt die Erfindung vor, für eine Unterscheidung der wenig gedehnten und der stark gedehnten Mehrfachwege im Hinblick auf die Schätzung der Impulsantwort eines Übertragungskanals die nützliche Anzahl von Koeffizienten dieser Impulsantwort als Funktion der tatsächlichen Eigenschaften des Übertragungskanals zu ermitteln. Insbesondere schlägt die Erfindung vor, einen Dehnungsparameter des Übertragungskanals zu verwenden, der auf dem Fachgebiet üblicherweise unter der englischen Bezeichnung "delay spread" bekannt ist.
Die Erfindung schlägt also ein Verfahren zur Schätzung der Impulsantwort eines Nachrichtenübertragungskanals vor, gemäß einer Ausführungsform dessen eine erste Schätzung der Impulsantwort durchgeführt wird, wobei für die Anzahl von Koeffizienten dieser Impulsantwort ein vorgegebener maximaler Wert verwendet wird, dann ein Zeitdehnungsfaktor des Übertragungskanals ermittelt wird, um so die nützliche Anzahl von Koeffizienten zu ermitteln, und dann eine endgültige Schätzung der Impulsantwort des Übertragungskanals unter Berücksichtigung dieser nützlichen Anzahl von Koeffizienten ausgearbeitet wird.
Diese erste Schätzung erfolgt auf herkömmliche Weise mit Hilfe irgendeines auf dem Fachgebiet bekannten Verfahrens und erfolgt in der Praxis über eine maximale Anzahl von Koeffizienten, zum Beispiel die Anzahl von für einen hügeligen Weg verwendeten Koeffizienten.
Wenn nach Ermittlung des Zeitdehnungsparameters festgestellt wird, daß in der Tat ein hügeliger Weg vorliegt, besteht die Ausarbeitung der endgültigen Schätzung der Impulsantwort des Kanals dann selbstverständlich einfach darin, die erste Schätzung beizubehalten.
Wenn dagegen der Wert des Zeitdehnungsparameters erkennen läßt, daß sich das Telefon zum Beispiel in einer Umgebung des städtischen oder statischen Typs befindet, und folglich die Anzahl der in der ersten Schätzung verwendeten Koeffizienten ungeeignet ist, wird sich die endgültige Schätzung der Impulsantwort von dieser ersten Schätzung unterscheiden.
Zwei Ausführungsvarianten sind dann möglich, um diese endgültige Schätzung durchzuführen.
Gemäß einer ersten Variante wird die endgültige Schätzung durch Durchführung einer neuen Schätzung unter Verwendung der nützlichen Anzahl von Koeffizienten ausgearbeitet.
Diese neue Schätzung kann ebenfalls mit jedem herkömmlichen auf dem Fachgebiet bekannten Verfahren erfolgen.
Gemäß einer zweiten Variante wird die endgültige Schätzung dadurch ausgearbeitet, daß die erste Schätzung durch eine Annullierung einer Anzahl von Koeffizienten, die gleich der Differenz zwischen dem maximalen Wert und der nützlichen Anzahl ist, korrigiert wird, wobei die annullierten Koeffizienten diejenigen sind, die zu den zeitlich am stärksten verzögerten Versionen des übertragenen Signals gehören.
Mit anderen Worten, während in der ersten erwähnten Variante die neue Schätzung der Impulsantwort durch Reduzieren der Anzahl von Koeffizienten auf die nützliche Anzahl durchgeführt wird, sieht die zweite Variante vor, Koeffizienten jenseits der Anzahl der nützlichen, das heißt wirklich notwendigen, Koeffizienten auf Null zu setzen.
Die Unterscheidung, die die Festlegung der Anzahl von Koeffizienten erlaubt, kann über eine momentane Schätzung der Zeitdehnungsparameter erfolgen. Wenn dem auch so ist, erlaubt eine Mittelwertbildung dieser Schätzung eine zuverlässigere Unterscheidung.
Die Berücksichtigung des Zeitdehnungsparameters bei der Festlegung der Anzahl von nützlichen Koeffizienten der Impulsantwort kann zum Beispiel dadurch erfolgen, daß der ermittelte Zeitdehnungsparameter mit mehreren vorgegebenen Werten von Dehnungsparametern verglichen wird, die jeweils unterschiedlichen Dehnungen des Übertragungskanals entsprechen. Dies entspricht im übrigen einem Vergleich des Zeitdehnungsparameters mit einem der mit mehreren vorgegebenen Schwellenwerten.
Die Erfindung schlägt außerdem eine Vorrichtung zur Schätzung der Impulsantwort eines Nachrichtenübertragungskanals vor, die eine Verarbeitungsstufe mit Ermittlungseinrichtungen aufweist, die eine nützliche Anzahl von Koeffizienten der Impulsantwort des Kanals als Funktion der tatsächlichen Eigenschaften des Übertragungskanals ermitteln können.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Verarbeitungsstufe erste Schätzeinrichtungen auf, die eine erste Schätzung der Impulsantwort des Übertragungskanals durchführen können, wobei für die Anzahl von Koeffizienten eine vorgegebene maximale Anzahl verwendet wird.
Die Ermittlungseinrichtungen können einen Zeitdehnungsparameter des Übertragungskanals ermitteln, um die nützliche Anzahl von Koeffizienten zu gewinnen, und die Verarbeitungsstufe weist zweite Schätzeinrichtungen auf, die eine endgültige Schätzung der Impulsantwort des Übertragungskanals unter Berücksichtigung der nützlichen Anzahl von Koeffizienten ausarbeiten können.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können die zweiten Schätzeinrichtungen die endgültige Schätzung durch Durchführen einer neuen Schätzung unter Verwendung der nützlichen Anzahl von Koeffizienten ausarbeiten.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung weisen die zweiten Schätzeinrichtungen Korrektureinrichtungen auf, die die erste Schätzung durch Annullierung einer Anzahl von Koeffizienten korrigieren können, die gleich der Differenz zwischen dem maximalen Wert und der nützlichen Anzahl ist, wobei die annullierten Koeffizienten diejenigen sind, die zu den zeitlich am stärksten verzögerten Versionen des übertragenen Signals gehören.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Ermittlungseinrichtungen einen Speicher auf, der verschiedene Schwellenwerte oder mehrere vorgegebene Dehnungsparameterwerte gespeichert hat, die jeweils unterschiedlichen Dehnungen des Übertragungskanals entsprechen, und weisen einen Komparator auf, der den Wert des ermittelten Zeitdehnungsparameters mit dem Inhalt des Speichers vergleichen kann.
Die Erfindung hat außerdem ein zellulares Mobiltelefon zum Ziel, das eine Vorrichtung zum Schätzen der Impulsantwort eines Nachrichtenübertragungskanals, wie vorstehend definiert, aufweist.
Die Erfindung schlägt außerdem ein Computerprogramm vor, das Programmcodemittel aufweist, die das Schätzverfahren, wie vorstehend definiert, durchführen, wenn das Programm in einem Prozessor abläuft.
Die Erfindung schlägt außerdem einen Datenträger vor, beispielsweise einen Festspeicher, der von einem Prozessor gelesen werden kann und Programmcodemittel enthält, die das Schätzverfahren, wie vorstehend definiert, durchführen können, wenn das Programm in dem Prozessor abläuft.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung zeigen sich beim Studieren der detaillierten Beschreibung von nicht einschränkenden Ausführungsformen und der beiliegenden Zeichnungen.
1 zeigt schematisch die wesentlichen Komponenten eines Senders und eines Empfängers gemäß der Erfindung, die das erfindungsgemäße Verfahren durchführen können;
2 zeigt detailliert, aber immer noch schematisch, einen Teil der Empfängereinrichtungen von 1;
3 ist ein sehr vereinfachtes Flußdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung;
4 und 5 zeigen detaillierter, aber immer noch sehr schematisch, zwei erfindungsgemäße Varianten zur Ausarbeitung der endgültigen Schätzung der Impulsantwort des Kanals, und
6 bis 8 zeigen die Kurven, die die Vorteile und Wirkungen für verschiedene Wegtypen veranschaulichen.
Mit Bezug insbesondere auf 1 wird nun angenommen, daß die Erfindung zum Beispiel auf den Bereich der zellularen Mobiltelefone, zum Beispiel die des GSM-Netzes oder seiner Erweiterung EDGE, angewandt wird.
In 1 bezeichnet das Bezugszeichen EM einen Sender, der stromaufwärts einen Kodierungsblock TCC aufweist, der die zu übertragenden Nutzdaten, zum Beispiel Sprachdaten, empfängt und insbesondere herkömmliche sogenannte "Kanalkodierungs"-Verarbeitungen durchführt, wobei Redundanzen in den Datenfluß hineingebracht werden. Das Ausgangssignal des Blocks TCC besteht aus Blöcken von digitalen Informationen.
Dem Block TCC folgt herkömmlich ein Modulator, der zum Beispiel Quadraturmodulation des Typs QPSK oder 8PSK, gemäß einer auf dem Fachgebiet bekannten Bezeichnung, durchführt und das digitale Signal in ein analoges Signal umwandelt. Dieses analoge Signal wird anschließend in einem Senderfilter FE gefiltert, bevor es über eine Antenne ANT1 in Richtung des Empfängers ausgesandt wird.
Das Ausbreitungsmedium MPR zwischen einem Sender EM und einem Empfänger TP, der hier Teil eines zellularen Mobiltelefons ist, ist im vorliegenden Fall Luft.
Der Empfänger TP, oder das zellulare Mobiltelefon, weist im wesentlichen am Kopf eine Antenne ANT2 auf, die mit einer Analogstufe PAN verbunden ist, die im wesentlichen eine Frequenzumsetzung durchführt, um das modulierte empfangene Signal ins Basisband zurückzuführen, und eine Filterung durchführt, um nur den Nutzanteil des Spektrums zurückzuhalten. Nach Abtastung und Analog/Digital-Wandlung in einem Wandler CAN hat die Digitalstufe zur Aufgabe, eine Schätzung des Übertragungskanals zu erzeugen (Verarbeitungsstufe BST, deren detaillierte Struktur in 2 nachstehend beschrieben wird), mit Hilfe dieser Schätzung die Interferenz zwischen Symbolen (durch eine in einem Block BEQ durchgeführte Entzerrung) zu unterdrücken und allgemein eine Fehlerkorrektur, das heißt, eine herkömmliche, zum Beispiel auf einem Viterbi-Dekodierer basierende Kanaldekodierung (Block TDC), durchzuführen.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung besteht der Übertragungskanal aus stromaufwärts des Kanalschätzers angeordneten Elementen, das heißt insbesondere, aus analogen Sender- und Empfängervorrichtungen sowie dem eigentlichen Ausbreitungsmedium MPR. Anzumerken ist hier, daß es auch möglich ist, daß digitale Verarbeitungen (zum Beispiel Filterung) anzutreffen und zu berücksichtigen sind, die stromaufwärts des Kanalschätzers, aber stromabwärts der analogen Empfangsstufe durchgeführt werden.
Die Impulsantwort des Kanals ist in Wirklichkeit das Produkt aus der Impulsantwort des Senders, der Impulsantwort des eigentlichen Ausbreitungsmediums und der Impulsantwort des Empfängers.
Die Impulsantwort H des Übertragungskanals in seiner Gesamtheit ist ein Polynom von z^–1, das eine nützliche Anzahl von komplexen Koeffizienten h_i hat, die vorab unbekannt ist. Diese nützliche Anzahl von komplexen Koeffizienten hängt insbesondere von der Ausbreitungsumgebung des Signals ab (hügelige, städtische Wege). Unter dem Gesichtspunkt der Ausbreitung ist eine hügelige Umgebung ein schlimmer Fall verglichen zum Beispiel mit einer städtischen Umgebung oder verglichen mit einem statischen Weg ohne Reflexion.
Wie insbesondere in 3 gezeigt, wird gemäß der Erfindung zunächst eine erste Schätzung H1 der Impulsantwort des Übertragungskanals in seiner Gesamtheit durchgeführt (Schritt 30), wobei eine Anzahl Nmax von Koeffizienten verwendet wird, die einer maximalen Anzahl von Koeffizienten für einen schlimmen Ausbreitungsfall, zum Beispiel für einen hügeligen Weg, entspricht.
In dem beschrieben Beispiel ist Nmax gleich 8.
H1(z) ist also durch die nachstehende Formel (I) definiert. H1(z) = h0 + h1z–1 + ... + h7z–7 (I)
Diese erste Schätzung wird auf herkömmliche Weise durchgeführt. Wenn diese erste Schätzung insbesondere eine sogenannte "Lern"-Schätzung ist, also Lernsequenzen verwendet, die aus einer Bitfolge mit bekanntem Wert bestehen, ist jede empfangene Signalsequenz R durch die nachstehende Matrixformel (II) definiert: R = S·H1 + N (II)in welcher S die Matrix bezeichnet, die die Lernsequenz repräsentiert, H1 den aus den Koeffizienten h₀–h₇ gebildeten Vektor repräsentiert und N einen zusätzlichen Vektor repräsentiert, der insbesondere Interferenzen und thermisches Rauschen repräsentiert.
Eine herkömmliche Weise, dieses System zu lösen, das heißt die Koeffizienten h_i der Impulsantwort H1 des Kanals, in seiner Gesamtheit genommen, zu schätzen, besteht darin, ein Verfahren der kleinsten Quadrate zu verwenden, das darauf abzielt, H1 als den Vektor zu bestimmen, der die (euklidische) Norm des Vektors N minimiert. Fachleute wissen dann, daß der Vektor H1 durch die nachstehende Formel (III) definiert ist. H = (S·S)–1S·R (III)in welcher das Zeichen "·" die transponierte komplex konjugierte Matrix bezeichnet.
Selbstverständlich sind auch andere Verfahren verwendbar, um die Koeffizienten h_i der Impulsantwort des Kanals, in seiner Gesamtheit genommen, zu schätzen. Diese anderen Verfahren sind ebenfalls auf dem Fachgebiet bekannt und auf diese anderen Verfahren wird hier nicht detaillierter eingegangen.
Es ist auch möglich, sogenannte "blinde" Schätzungen zu verwenden, in welchen also keine vorgegebenen Lernsequenzen verwendet werden.
Fachleute kennen außerdem verschiedene Verfahren, die eine Durchführung von blinden Schätzungen der Impulsantwort H eines Kanals, in seiner Gesamtheit genommen, erlauben. Als Beispiel kann man den Artikel von Jitendra K. Tugnait mit dem Titel "Blind Estimation Of Digital Communication Channel Impulse Response", IEEE, Transactions On Communications, Bd. 42, Nr. 2/3/4, Februar/März/April 1994 zitieren.
Die Kanalschätzung wird in einem Block BST (2) durchgeführt. Insbesondere wird die erste Schätzung in einem Unterblock BST1 des Blocks BST durchgeführt. Was die Hardware betrifft, so kann der gesamte Block zum Beispiel als ein Signalverarbeitungsprozessor realisiert sein, wobei die in dem Block BST1 durchgeführten Verarbeitungen auf logische Weise realisiert sind. Diese Verarbeitungen sind dann in Form von Programmcodes, die ausgehend von der funktionellen Definition dieser Verarbeitungen von einem Fachmann/einer Fachfrau ohne weiteres geschrieben werden können. Die Programmcodemittel werden dann zum Beispiel in einem dem Prozessor zugeordneten Festspeicher gespeichert. Wenn dem auch so ist, ist eine Realisierung des Block BST ganz in Hardware ebenfalls möglich, zum Beispiel in Form einer anwenderspezifischen integrierten Schaltung (ASIC).
Nachdem diese erste Schätzung H1 gewonnen worden ist, wird in den Ermittlungseinrichtungen MDT die nützliche Anzahl N2 von Koeffizienten der Impulsantwort des Kanals ermittelt, wobei die tatsächlichen Eigenschaften des Übertragungskanals berücksichtigt werden, das heißt, die wirkliche Umgebung, in welcher sich das Mobiltelefon befindet.
Dazu ermitteln die Ermittlungseinrichtungen MDT in einer Einrichtung MDS einen Zeitdehnungsparameter ds des Übertragungskanals unter Verwendung zum Beispiel der nachstehenden Formel (IV):
in welcher der Ausdruck "moy" durch die nachstehende Formel (V) definiert ist:
Nach Abschluß dieses Ermittlungsschritts 31 vergleichen (Schritt 32) die Ermittlungseinrichtungen MDT in einem Komparator CMP den Wert, der für den Zeitdehnungsparameter gewonnen wurde, mit mehreren vorab definierten Werten von Dehnungsparametern, die in einem Speicher MM der Verarbeitungsstufe BST gespeichert sind.
Beispielsweise enthält der Speicher MM einen Wert gleich 0,55, der einem Dehnungsparameter eines "statischen" Mehrfachwegs entspricht, einen Wert gleich 0,65, der einem Mehrfachweg des städtischen Typs entspricht, und einen Wert gleich 1,43, der einem Dehnungsparameter eines hügeligen Mehrfachwegs entspricht.
Abhängig vom Ergebnis dieses Vergleichs leiten die Ermittlungseinrichtungen die Anzahl N2 von nützlichen Koeffizienten der Impulsantwort des Kanals als Funktion des gewählten Mehrfachweg-Typs ab. Wenn also der Wert 0,55 gewählt worden ist, wird die Anzahl N2 von nützlichen Koeffizienten zum Beispiel gleich 4 sein, wohingegen sie für einen Weg des städtischen Typs gleich 6 sein wird und sie für einen Weg des hügeligen Typs gleich 8 bleibt.
In der Praxis könnte man breitere Vergleichsschwellen verwenden. Wenn also zum Beispiel der gewonnene Wert kleiner als 0,6 ist, wird N2 gleich 4 sein. Wenn der gewonnene Wert zwischen 0,6 und 1 ist, wird N2 gleich 6 sein, und wenn der gewonnene Wert größer als 1 ist, gleich 8 sein.
Als Beispiel sei angenommen, daß das Mobiltelefon sich zum Zeitpunkt der Ermittlung in einem Weg des städtischen Typs befindet. Folglich ist die Impulsantwort des Kanals ein Polynom von z^–1 vom Grad 5 mit 6 komplexen Koeffizienten h₀–h₅.
Die zweiten Schätzeinrichtungen BST2 führen dann die endgültige Schätzung H2 der Impulsantwort des Kanals durch (Schritt 33).
Diesbezüglich sind zwei Varianten möglich.
Eine erste Variante, die in 4 gezeigt ist, besteht darin, eine neue Schätzung der Impulsantwort des Kanals durchzuführen, wobei dieses Mal die Anzahl N2 von Koeffizienten verwendet wird, das heißt in diesem Fall, 6 Koeffizienten. Diese neue Schätzung kann mit irgendeinem herkömmlichen Verfahren erfolgen. Die Einrichtungen BST2 können dann Einrichtungen aufweisen, die eine ähnliche Struktur haben wie die Einrichtungen BST1. Selbstverständlich wäre es auch möglich, die Einrichtungen BST1 für diese neue Schätzung zu verwenden.
Eine andere Variante, die in 5 gezeigt ist, besteht darin, die überflüssigen Koeffizienten der Impulsantwort H1 des Kanals, das heißt im vorliegenden Fall, die Koeffizienten h₆ und h₇, die den zeitlich am stärksten verzögerten Versionen des Signals entsprechen, auf Null zu setzen. Dieses Setzen auf Null wird zum Beispiel in den Korrektureinrichtungen MCR durchgeführt.
Die 6 bis 8 zeigen Kurven, die den Verlauf der Bitfehlerrate (BER) in bezug auf das Verhältnis Eb/N0 für verschiedene Typen von Mehrfachwegen in einem Mobiltelefoniesystem zeigen, das die Modulation EGPRS (oder EDGE) verwendet (maximale Rate von 52,2 Kbit pro Sekunde pro Zeitintervall).
Eb bezeichnet die Energie pro Bit und N0 bezeichnet die Leistungsdichte des Rauschens pro Hertz.
6 entspricht einem statischen Mehrfachweg. Die Kurve C1 entspricht einer Impulsantwort des Kanals, der gemäß dem Stand der Technik mit einer maximalen Anzahl von Koeffizienten geschätzt ist. Die Kurve C2 entspricht einer Impulsantwort, die gemäß der Erfindung mit einer angepaßten Anzahl von Koeffizienten geschätzt ist. Man stellt also fest, daß die Erfindung erlaubt, eine geringere Bitfehlerrate zu erzielen, insbesondere für starke Signale.
Das gleiche gilt für die Kurve C2 von 7, die einer Impulsantwort entspricht, die gemäß der Erfindung mit einer angepaßten Anzahl von Koeffizienten für einen städtischen Weg geschätzt ist. Die Kurve C1 entspricht einer Impulsantwort des Kanals, die mit einer maximalen Anzahl von Koeffizienten geschätzt ist.
Schließlich zeigt die Kurve C1 von 8 eine Impulsantwort eines Übertragungskanals, die gemäß dem Stand der Technik mit einer reduzierten Anzahl von Koeffizienten geschätzt ist, wobei die Umgebung vom hügeligen Typ ist. Aus Kostengründen und Gründen der Komplexität insbesondere für eine M-stufige Modulation mit M größer als 2 (zum Beispiel 8PSK-Modulation) reduzieren in der Tat gewisse Vorrichtungen vom Stand der Technik vorab die maximale Anzahl von Koeffizienten der Impulsantwort des Kanals, was dann zu Ungenauigkeiten für hügelige Umgebungen führt. Die Kurve C2 von 8 entspricht einer Impulsantwort, die gemäß der Erfindung für das gleiche hügelige Gelände, aber mit einer angepaßten Anzahl von Koeffizienten, das heißt im vorliegenden Fall, einer größeren Anzahl, geschätzt ist.
Es sind die Koeffizienten des Polynoms H2, die in dem Entzerrungsblock BEQ des Telefons TP verwendet werden (1).
Unter den Entzerrungsverarbeitungen kann man zwei große Klassen betrachten:

– diejenigen, die die Detektion Symbol für Symbol machen, wie beispielsweise der Algorithmus, der auf dem Fachgebiet unter dem Namen DFE (Decision Feedback Equalisation) bekannt ist und dessen wesentliche Aspekte zum Beispiel in dem Werk von John G. Proakis mit dem Titel "Digital Communications", 3. Auflage, McGraw-Hill, Inc. beschrieben sind,
– und diejenigen, die die Detektion einer Sequenz von Symbolen machen, wie beispielsweise der Algorithmus, der unter der Bezeichnung MLSE ("Maximum Likelihood Sequence Estimation") be kannt ist, oder derjenige, der unter der Bezeichnung DFSE ("Decision Feedback Sequence Estimation" in englischer Sprache) bekannt ist, auf dem Fachgebiet ebenfalls gut bekannt. Diese zwei Algorithmen sind der Gegenstand zahlreicher Veröffentlichungen. Fachleute können, was den Algorithmus MLSE betrifft, auf das oben zitierte Werk von John G. Proakis zurückgreifen und, was den Algorithmus DFSE betrifft, auf den Artikel von Hans C. Guren und Nils Holte mit dem Titel "Decision Feedback Sequence Estimation for Continuous Phase Modulation on a Linear Multipath Channel", IEEE Transactions on Communications, Bd. 41, Nr. 2, Februar 1993.

Die Algorithmen der Detektion Symbol für Symbol haben eine sehr geringe Komplexität in Vergleich zu den Algorithmen der sequenzweisen Detektion, erzielen aber geringere Leistungen.
Dies ist der Grund, warum im allgemeinen vorzugsweise Entzerrungsalgorithmen, die eine sequenzweise Detektion verwenden, gewählt werden.
Die nach der Entzerrung auf diese Weise ausgegebenen Bits des Impulsbündels werden anschließend im Kanaldekodierungsblock TDC dekodiert.
Die Entzerrungsalgorithmen und die Kanaldekodierungsalgorithmen werden zum Beispiel ebenfalls von dem Signalverarbeitungsprozessor durchgeführt.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern umfaßt alle Varianten.
Außerdem kann die erfindungsgemäße Schätzvorrichtung nicht nur in einem zellularen Mobiltelefon eingebaut sein, sondern auch in einer Empfangskette einer Basisstation oder allgemeiner in jedem Empfänger von digitalen Nachrichten.

Claims

Verfahren zur Schätzung der Impulsantwort mit einer ersten Schätzung (30) der Impulsantwort, einer Ermittlung der nützlichen Anzahl (N2) von Koeffizienten der Impulsantwort des Kanals als Funktion der tatsächlichen Eigenschaften des Übertragungskanals und einer endgültigen Schätzung (H2) der Impulsantwort des Übertragungskanals als Funktion der nützlichen Anzahl von Koeffizienten, dadurch gekennzeichnet, daß für die erste Schätzung (30) ein vorgegebener maximaler Wert (Nmax) für die Anzahl von Koeffizienten dieser Impulsantwort verwendet wird, und dadurch, daß die Ermittlung der nützlichen Anzahl von Koeffizienten die Ermittlung eines Zeitdehnungsparameters (ds) des Übertragungskanals aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die endgültige Schätzung dadurch ausgearbeitet wird, daß eine neue Schätzung (40) der Impulsantwort des Übertragungskanals unter Verwendung der nützlichen Anzahl von Koeffizienten durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die endgültige Schätzung dadurch ausgearbeitet wird, daß die erste Schätzung mittels einer Annullierung einer Anzahl von geschätzten Koeffizienten korrigiert wird (50), die gleich der Differenz zwischen dem maximalen Wert und der nützlichen Anzahl ist, wobei die annullierten Koeffizienten diejenigen sind, die zu den zeitlich am stärksten verzögerten Versionen des übertragenen Signals gehören.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nützliche Anzahl (N2) von Koeffizienten durch Vergleichen des ermittelten Zeitdehnungsparameters (ds) mit mehreren vorgegebenen Werten von Dehnungsparametern, die jeweils unterschiedlichen Zeitdehnungen des Übertragungskanals entsprechen, ausgearbeitet wird.
Vorrichtung zur Schätzung der Impulsantwort eines Nachrichtenübertragungskanals mit einer Verarbeitungsstufe (BST), die aufweist: erste Schätzeinrichtungen (BST1), die eine erste Schätzung (30) der Impulsantwort des Übertragungskanals durchführen können, Ermittlungseinrichtungen (MDT), die eine nützliche Anzahl (N2) von Koeffizienten der Impulsantwort des Kanals als Funktion der tatsächlichen Eigenschaften des Übertragungskanals ermitteln können, und zweite Schätzeinrichtungen (BST2), die unter Berücksichtigung der nützlichen Anzahl von Koeffizienten eine endgültige Schätzung (H2) der Impulsantwort des Übertragungskanals ausarbeiten können, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Einrichtungen (BST1) einen vorgegebenen maximalen Wert (Nmax) für die Anzahl von Koeffizienten dieser Impulsantwort verwenden, um die erste Schätzung der Impulsantwort des Übertragungskanals durchzuführen, und dadurch, daß die Ermittlungseinrichtungen einen Zeitdehnungsparameter (ds) des Übertragungskanals ermitteln können, um die nützliche Anzahl (N2) von Koeffizienten zu gewinnen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Schätzeinrichtungen (BST2) die endgültige Schätzung durch Durchführen einer neuen Schätzung der Impulsantwort des Übertragungskanals unter Verwendung der nützlichen Anzahl von Koeffizienten ausarbeiten können.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Schätzeinrichtungen (BST2) Korrektureinrichtungen (MCR) aufweisen, die die erste Schätzung durch Annullierung einer Anzahl von geschätzten Koeffizienten korrigieren können, die gleich der Differenz zwischen dem maximalen Wert und dem nützlichen Wert ist, wobei die annullierten Koeffizienten diejenigen sind, die zu den zeitlich am stärksten verzögerten Versionen des übertragenen Signals gehören.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlungseinrichtungen (MDT) einen Speicher (MM), der mehrere vorgegebene Werte von Dehnungsparametern enthält, die jeweils unterschiedlichen Zeitdehnungen des Übertragungskanals entsprechen, und einen Komparator aufweisen, der den ermittelten Zeitdehnungsparameter mit dem Inhalt des Speichers vergleichen kann.
Empfänger für digitale Nachrichten, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Vorrichtung aufweist, wie sie in einem der Ansprüche 5 bis 8 definiert ist.
Empfänger nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß er Teil eines zellularen Mobiltelefons ist.
Computerprogramm, das Programmcodemittel aufweist, die das Verfahren, wie es in einem der Ansprüche 1 bis 4 definiert ist, durchführen, wenn das Programm in einem Prozessor abläuft.
Datenträger, der von einem Prozessor gelesen werden kann und Programmcodemittel aufweist, die das Verfahren, wie es in einem der Ansprüche 1 bis 4 definiert ist, durchführen können, wenn das Programm in dem Prozessor abläuft.