DE60101986T2

DE60101986T2 - Sequenz zur Kanalschätzung und Verfahren zur Schätzung eines Übertragungskanals, das eine solche Sequenz zur Kanalschätzung verwendet

Info

Publication number: DE60101986T2
Application number: DE60101986T
Authority: DE
Inventors: Bruno Jechoux; Marian Rudolf
Original assignee: Mitsubishi Electric Information Technology Corp; Mitsubishi Electric Information Technology Center Europe BV Nederlands
Current assignee: Mitsubishi Electric Information Technology Corp; Mitsubishi Electric R&D Centre Europe BV Netherlands
Priority date: 2000-10-02
Filing date: 2001-10-02
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2021-10-03
Also published as: CN101150548A; US20020041636A1; FR2814877A1; US20060029165A1; DE60116149T2; DE60101986D1; CN101150346B; JP2002185370A; DE60116149D1; CN101150346A; CN101159469B; CN101150347B; CN101150347A; US7046748B2; EP1420555B1; CN1345124A; EP1420555A2; US6795513B2; US7254193B2; ATE259566T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kanalabschätzsequenz, die dazu bestimmt ist, von einem Sender über einen Kanal zu einem Empfänger gesendet zu werden. Eine solche Sequenz wird beispielsweise in einem Verfahren zum Abschätzen eines Sendekanals verwendet, das ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ist. Dieses Verfahren zum Abschätzen eines Kanals führt zu einer optimalen Abschätzung der Verzögerungen, der Phasen und der Dämpfungen der verschiedenen Pfade in dem Fall eines Kanals mit einem einzigen Pfad oder mit mehreren Pfaden. Wie es aus dem folgenden verständlich wird, wird diese optimale Abschätzung in einem Zeitfenster mit einer festgelegten Länge erhalten, das daher während des Aufbaus der Kanalabschätzsequenz gewählt werden kann.
In einem Telekommunikationssystem zirkulieren die Informationen zwischen Sendern und Empfängern über Kanäle. 1 veranschaulicht ein diskretes Modell bezüglich der Zeit der Übertragungskette zwischen einem Sender 1 und einem Empfänger 2 über einen Übertragungskanal 3. Allgemein können die Übertragungskanäle verschiedenen physikalischen, radioelektrischen, drahtförmigen, optischen usw. Trägern und verschiedenen Umgebungen, festen oder mobilen Kommunikationen, Satelliten, unterseeischen Kabeln usw. entsprechen.
Aufgrund der Mehrfachreflexionen, denen die vom Sender 1 gesendeten Wellen ausgesetzt sein können, ist der Kanal 3 ein sogenannter Mehrpfadkanal aufgrund der Tatsache, dass sich zwischen dem Sender 1 und dem Empfänger 2 im Allgemeinen Hindernisse befinden, die zu den Reflexionen der Wellen führen, die sich dann entlang mehrerer Pfade fortpflanzen. Ein Mehrpfadkanal ist im Allgemeinen ausgebildet, wie es in 1 gezeigt ist, d. h. er besteht aus einem Schieberegister 30, das L Fächer hintereinander umfaßt (hier ist L = 5), die mit einem Index k bezeichnet sind, der die zwischen 1 und L liegenden Werte annehmen kann, und deren Inhalte bei jeder Ankunft eines Symbols an seinem Eingang in 1 nach rechts gleiten. Der Ausgang jedes Fachs mit Index k wird einer Filterung 31 unterzogen, welsches Filter repräsentativ für die erfahrene Störung ist und das auf die Amplitude mit einer Dämpfung a_k wirkt, was eine Phasenveränderung a_k und eine Verzögerung r_k nach sich zieht. Die Ausgabe jedes Filters 31 wird anschließend in einem Summieren 32 summiert. Die auf diese Weise erhaltene globale Impulsreaktion wird mit h(n) bezeichnet. Diese Impulsreaktion des Kanals (h(n) lässt sich in folgende Form fassen:
wobei δ(n) den Dirac-Impuls darstellt und δ(n – r_k) eine Verzögerungsfunktion mit dem Wert r_k bezeichnet.
Der Ausgang des Summierers 32 wird an den Eingang eines Addierglieds 33 geliefert für die Addition eines wahllosen Signals, das durch ein Gauß'sches weißes Rauschen w(n) ausgebildet wird, das dem Widerstandsrauschen entspricht, das in dem Telekommunikationssystem vorhanden ist.
Man versteht, dass sich dann, wenn der Sender 1 das Signal e(n) sendet, das durch den Empfänger 2 empfangene Signal r(n) in folgende Form fassen lässt:
Der Operator * bezeichnet das Faltungsprodukt, das allgemein durch das folgende Verhältnis definiert wird:
Um der induzierten Verzerrung des vom Sender 1 gesendeten Signals e(n) entgegenzuwirken, ist es notwendig, in jedem Augenblick die Eigenschaften des Kanals 3 zu ermitteln oder abzuschätzen, d. h. die Gesamtheit der Koeffizienten a_k, r_k und a_k des Modells des in der 1 dargestellten Kanals 3 abzuschätzen. Es ist notwendig, diesen Abschätzvorgang mit einer mehr oder weniger großen Häufigkeit zu wiederholen, und zwar je nach der Schnelligkeit, mit der sich die Eigenschaften des Kanals entwickeln.
Ein verbreitetes Verfahren zum Abschätzen des Kanals besteht darin, vom Sender 1 vorgegebene und dem Empfänger 2 bekannte Pilotsignale e(n) senden zu lassen und die im Empfänger 2 empfangenen Signale (r(n) beispielsweise mittels einer aperiodischen Korrelation mit denjenigen zu vergleichen, die dort erwartet werden, um daraus die Eigenschaften des Kanals 3 zischen dem Sender 1 und dem Empfänger 2 abzuleiten.
Es wird erinnert, dass die aperiodische Korrelation von zwei Signalen mit der Länge N eine Gesamtlänge 2N – 1 aufweist und ausgehend vom Faltungsprodukt durch das folgende Verhältnis ausgedrückt wird:
für zwei Signale a(n) und b(n) mit einer endlichen Länge N, wobei das Zeichen mit dem Exponenten * die zugeordnete komplexe Operation angibt.
Das Ergebnis der aperiodischen Korrelationsoperation bildet die Schätzung der Impulsreaktion des Kanals.
Die aperiodische Korrelation des Signals r(n), das vom Empfänger 2 mit dem Signal e(n) empfangen wird, das vom Sender 1 gesendet wird und dem Empfänger 2 bekannt ist, lässt sich daher in die folgende Form fassen:
In der Praxis wird man die Sequenz e(n), die vom Sender 1 gesendet wurde, s wählen, dass die Autokorrelation φ_e,e(n) zu k·δ(n) geht, wobei k eine reelle Zahl ist, und dass φ_e,w(n)/φ_e,e(n) zu 0 geht. Tatsächlich lässt sich die aperiodische Korrelation wie folgt in Form fassen:
Aufgrund der Tatsache, dass φ_e,w(n) gegenüber φ_e,e(n) vernachlässigbar ist, kann also folgendes angegeben werden: φe,r(n) ≈ k·h(n)
Es wird also festgestellt, dass unter Berücksichtigung der oben genannten Hypothesen das Ergebnis der aperiodischen Korrelation des Signals r(n), das vom Empfänger 2 mit dem Signal e(n) empfangen wird, das vom Sender 1 gesendet wird und dem Empfänger 2 bekannt ist, die Abschätzung der Impulsreaktion des Kanals 3 bildet.
Es konnte aufgezeigt werden, dass es keine eindeutige Sequenz e(n) gibt, für die die aperiodische Autokorrelationsfunktion φ_e,_e(n) = k·δ(n) ist.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Abschätzen eines Übertragungskanals oder Telekommunikationskanals vorzuschlagen, das ein Ergebnis mit sehr geringem Rauschen ergibt. Insbesondere ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Abschätzen vorzuschlagen, in dem eine isolierte und ausgeprägte Korrelationsspitze erhalten wird.
Genauer gesagt wird die Erfindung durch eine Kanalabschätzsequenz definiert, die dazu bestimmt ist, über einen Kanal von einem Sender zu einem Empfänger gesendet zu werden, wobei die Kanalabschätzsequenz aus zwei verketteten Sequenzen gebildet wird, die jeweils zwei komplementäre Sequenzen umfassen, wobei die zwei komplementären Sequenzen durch Erweiterungen erweitert werden, die Duplikate ihres Anfangsteils und/oder ihres Endteils bilden und jeweils am Ende und/oder Anfang der Sequenz verkettet sind.
Vorteilhafterweise sind die Längen der Erweiterungen so, dass ihre Summe größer als die Länge des Kanals ist.
Die Längen der Erweiterungen sind beispielsweise gleich einem vorgegebenen Wert.
Die Erfindung wird ebenfalls durch ein Verfahren zum Abschätzen der Eigenschaften eines Übertragungskanals zwischen einem Sender und einem Empfänger definiert, wobei das Verfahren senderseitig darin besteht, eine solche Kanalabschätzsequenz zum Empfänger zu übertragen, wie sie oben beschrieben wurde, und empfängerseitig darin, das empfangene Signal mit der ersten und der zweiten der komplementären Sequenzen zu korrelieren.
Vorteilhafterweise wird das empfangene Signal einerseits mit der ersten der komplementären Sequenzen. korreliert und andererseits mit der zweiten der komplementären Sequenzen, die in Bezug auf die erste verzögert ist. Die Ergebnisse der zwei Korrelationen werden anschließend addiert, um ein Korrelationssignal zu liefern. Die Verzögerung der zweiten Sequenz wird gleich der Länge der ersten addierten Sequenz einerseits der rechten Erweiterung der ersten Sequenz und andererseits der linken Erweiterung der zweiten Sequenz gewählt.
Die Eigenschaften des Kanals werden dann aus dem Ergebnis des Korrelationssignals in einem Zeitfenster [–K^f, K^d] abgeleitet, wobei K^f und K^d die jeweiligen Längen der Erweiterungen sind.
Typischerweise werden die Eigenschaften des Kanals von den Eigenschaften einer Korrelationsspitze in dem Zeitfenster abgeleitet, und zwar insbesondere von ihrer Position in dem letzteren.
Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Abschätzen der Eigenschaften eines Übertragungskanals zwischen einem Sender und einem Empfänger, wobei eine solche Kanalabschätzsequenz verwendet wird, wie sie zuvor beschrieben wurde.
Die oben genannten Eigenschaften der Erfindung sowie deren weitere lassen sich deutlicher beim Lesen der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels erkennen, wobei die Beschreibung unter Bezugnahme auf die folgenden beigefügten Zeichnungen erstellt wurde:
1 ist eine schematische Ansicht eines Übertragungssystems,
2 ist eine Übersicht einer Kanalabschätzsequenz gemäß der vorliegenden Erfindung, die von einem Sender eines Übertragungssystems gesendet wird, und
3 ist eine synoptische Übersicht einer Korrelationsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Erfindungsgemäß wird die Kanalabschätzsequenz S^E aus zwei verketteten Sequenzen S und G gebildet, (wobei die zweite Sequenz G zur Länge der ersten Sequenz S zeitlich versetzt ist), die jeweils aus zwei komplementären Sequenzen s und g gebildet werden. Als komplementäre Sequenzen werden hier Sequenzen bezeichnet, welche als bemerkenswerte Eigenschaft aufweisen, dass die Summe ihrer aperiodischen Autokorrelationen eine vollkommene Dirac-Funktion ist.
Anders ausgedrückt, wenn s(n) und g(n) mit n = 0,1, ..., N – 1 als zwei komplementäre Sequenzen bezeichnet werden, lässt sich also per Definition angeben: φs,s(n) + φg,g(n) = k·δ(n) (1)
In der Literatur sind mehrere Verfahren zum Konstruieren von solchen komplementären Sequenzen bekannt: komplementäre Golay-Sequenzen, komplementäre polyphase Sequenzen, Welti-Sequenzen usw.
Beispielsweise sind die zwei Sequenzen s und g komplementäre Golay-Sequenzen oder komplementäre polyphase Sequenzen oder Welti-Sequenzen usw.
Jede komplementäre Sequenz s und g besitzt eine Länge von N. Sie lassen sich daher wie folgt angeben: s = {s1s2s3... sN} und g = {g1g2g3... gN}
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Sequenzen s und g, um die Sequenzen S und G zu erhalten, durch Erweiterungen erweitert, die aus Duplikaten ihres Anfangsteils und/oder ihres Endteils bestehen, die jeweils am Ende und/oder Anfang der Sequenz verkettet sind. Man spricht in diesem Fall von periodischen Erweiterungen.
Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Sequenzen s und g jeweils nach rechts und links durch Erweiterungen e / sf, e / sd und e / sf, e / sd periodisch erweitert. Die Erweiterungen e / sr und e / sf sind die Duplikate der jeweiligen Endteile der Sequenzen s und g. Was die Erweiterungen e / sd und e / sd anbelangt, so sind sie die Duplikate der jeweiligen Anfangsteile der gleichen Sequenzen s und g.
Die jeweiligen Längen der Erweiterungen sind mit K^f und K^d bezeichnet. Gemäß dem in 2 dargestellten Ausführungsmodus entsprechen die Längen K^f und K^deinem gleichen Wert K.
Daher lassen sich in dem besonderen Ausführungsmodus von 2 die Erweiterungen wie folgt angeben: e sf = {SN–K+1, SN-K+2,...,SN} e sd = {S1, S2,...,SK} e gd = {g1, g2,..., gK} e gf = {gN–K+1, gN–K+2,..., gN}
Es ist anzumerken, dass bei den speziellen Ausführungsbeispielen entweder die Länge K^f oder die Länge K^d Null sein könnte.
In der 3 wird das vom Empfänger 2 empfangene Signal r(n) einerseits an einen ersten Korrelator 21 und andererseits an einen zweiten Korrelator 22 angelegt. Der erste Korrelator 21 erstellt die Korrelation des Signals r(n) mit der Sequenz s(n), die zur Entwicklung der Abschätzsequenz von Kanal S^E gedient hat, während der zweite Korrelator 22 die Korrelation des Signals r(n) mit der anderen Sequenz g(n) erstellt, die ebenfalls zur Entwicklung der Abschätzsequenz von Kanal S^E gedient hat, die vorher in einer Verzögerungsvorrichtung 23 um die Summe der Länge N der ersten Sequenz s(n) verzögert wurde, die zu den Längen K^d und K^f der linken Erweiterung e / sd der ersten Sequenz s(n) und der rechten Erweiterung eg^f der zweiten Sequenz g(n) addiert wurde. Daher führt der erste Korrelator 21 die Korrelationsfunktion φ(r(n), s(n) aus, während der zweite Korrelator 22 die Funktion φ(r(n), g(n – N – Kd – Kf)) ausführt.
Die jeweiligen Ausgänge des ersten und zweiten Korrelators 21 und 22 sind mit den jeweiligen Eingängen eines Summierers 24 verbunden, der dann das folgende Korrelationssignal PC_r,s,gliefert: PCr,s,g = φ(r(n), s(n)) + φ(r(n), g(n – N – K – Kf))
Es lässt sich aufzeigen, dass dieses Korrelationssignal theoretisch im Fenster [–K^f, K^d] auf eine Konstante genau ein Dirac-Impuls ist.
Tatsächlich lässt sich für den Fall K^f = K^d = K dieses Korrelationssignal wie folgt angeben:
Nun aber weist jedes der Glieder des zweiten Gleichungselements eine Länge 2(N + K) – 1 auf, was bedeutet, dass die Zwischenkorrelationsglieder φ(S(n), g(n-N – 2K)) und φ(G(n – N – 2K), s(n) für n_e[–K, K] Null sind, wenn K < N. Infolgedessen reduziert sich das Korrelationssignal im Intervall [–K, K] bei K < N auf:
Im übrigen ist die Länge des Korrelationssignals PC_r,s,g im Allgemeinen gleich 2N + K^f+ K^d– 1.
In der Praxis ist es möglich, ausgehend von der Position des Spitzenwerts des Korrelationssignals PC_r,s,g in einem Analysefenster [–K^f, K^d], das im Korrelationssignal enthalten ist, die zeitliche Positionierung des vom Empfänger 2 empfangenen Signals r(n) zu ermitteln. Anders ausgedrückt, es ist möglich, die Verzögerung r_k zu ermitteln, die durch den Kanal 3 erzeugt wird. Die Eigenschaften des Spitzenwerts in dem Analysefenster ermöglichen es ebenfalls, die anderen Eigenschaften des Kanals 3 zu ermitteln, und zwar die Dämpfung a_k und die Phasenveränderung a_k, die durch den Kanal 3 erzeugt werden.
Wenn die Breite (K^f + K^d) des Analysefensters [–K^f, K^d] größer oder gleich der Länge L des Kanals 3 ist, ist es möglich, die zeitliche Positionierung aller empfangenen Signale r(n) von allen Pfaden in perfekter Weise zu ermitteln.
Auch außerhalb dieses Analysefensters [–K^f, K^d] ist es noch möglich, die Positionen der empfangenen Signale zu ermitteln, wenn auch nicht in perfekter Weise. Eine solche Analyse außerhalb des Fensters [–K^f, K^d] kann durchgeführt werden, wenn die Breite (K^f + K^d) des Fensters [–K^f, K^d] kleiner als die Länge L ist.

Claims

Kanalabschätzsequenz S^E, die durch einen Sender (1) über einen Kanal (3) zu einem Empfänger (2) gesendet wird, wobei die Kanalabschätzsequenz aus zwei verketteten Sequenzen S und G gebildet ist, die jeweils zwei komplementäre Sequenzen s und g aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die komplementären Sequenzen s und g jeweils durch Erweiterungen es und/oder es und e / gf und/oder e / gd erweitert sind, die Duplikate ihres Endteils und/oder ihres Anfangsteils sind und die jeweils mit dem Anfang und/oder dem Ende der komplementären Sequenzen verkettet sind.
Kanalabschätzsequenz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge K^f, K^d der Erweiterungen so ist, dass die Summe davon größer als die Länge L des Kanals (3) ist.
Kanalabschätzsequenz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge K^f, K^d der Erweiterungen gleich einem vorbestimmten Wert K ist.
Verfahren zum Abschätzen der Eigenschaften eines Übertragungskanals (3) zwischen einem Sender (1) und einem Empfänger (2), wobei das Verfahren auf der Seite des Senders (1) den Schritt zum Senden einer Kanalabschätzsequenz S^E zum Empfänger (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 aufweist, und auf der Seite des Empfängers (2) den Schritt zum Korrelieren des empfangenen Signals mit den ersten s und zweiten g komplementären Sequenzen.
Verfahren zum Abschätzen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das empfangene Signal einerseits mit der ersten komplementären Sequenz s korreliert wird, und andererseits mit der zweiten komplementären Sequenz g, die gegenüber der ersten Sequenz verzögert ist, und dass das Ergebnis der zwei Korrelationen addiert wird, um ein Korrelationssignal zu liefern, wobei die Verzögerung der zweiten komplementären Sequenz als gleich der Länge der ersten Sequenz gemäß der rechten Erweiterung der ersten Sequenz und der linken Erweiterung der zweiten Sequenz gewählt wird.
Verfahren zum Abschätzen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenschaften des Übertragungskanals (3) aus dem Ergebnis des Korrelationssignals in einem Zeitfenster [–K^f, K^d] abgeleitet werden, wobei K^f und K^d die jeweiligen Längen der Erweiterungen e / sf, e / sd und e / gf, e / gd sind.
Verfahren zum Abschätzen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenschaften des Übertragungskanals (3) aus einer Spitze einer Korrelation innerhalb des Zeitfensters abgeleitet werden.
Verfahren zum Abschätzen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenschaften des Korrelationsspitze ihre zeitliche Lokalisierung innerhalb des Zeitfensters enthalten.