DE602005001593T2

DE602005001593T2 - Gerät und Verfahren zur Steuerung einer automatischen Verstärkungsregelung in einem OFDMA Kommunikationssystem

Info

Publication number: DE602005001593T2
Application number: DE602005001593T
Authority: DE
Inventors: Sei-Jei Cho; Byung-Ki Kim; In-Seok Hwang; Jang-Hoon Yang; Hoon Huh; Heon-Ki Chae; Soon-Young Yoon
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2004-08-10
Filing date: 2005-08-10
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2025-08-11
Also published as: EP1626498A2; DE602005001593D1; KR100715912B1; EP1626498A3; CN1741519A; EP1626498B1; US20060034401A1; KR20060014100A; US7542530B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern einer automatischen Verstärkungsregelung (automatic gain controller AGC) und im Speziellen auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern eines digitalen AGC durch das (Ab-)Schätzen der Leistung des Uplink-Verbindungssignales (Signal in Aufwärtsverbindungsrichtung) in dem nächsten Rahmen (Frame) in einem OFDMA (orthogonal frequency division multiple access)-Kommunikationssystem, wobei sich die Leistung signifikant von Frame zu Frame ändert.
Im Allgemeinen wird ein analoges Signal in ein digitales Signal umgewandelt durch Abtasten und Quantisieren in einem Analog-zu-Digital-Konverter (ADC, analog-to-digital converter). Das digitale Signal wird durch das Quantisieren des analogen Signals in Quantisierungsstufen, welche für den ADC vorgewählt sind, erhalten. Spezieller formuliert ist das digitale Signal ein Bitwerte-Signal, wobei die Bitwerte den Bereich des analogen Signals repräsentieren, welcher für den ADC voreingestellt ist.
Wenn die Amplitude eines ADC-Eingangssignals in dem voreingestellten Bereich liegt, werden einige signifikante Bits, welche das analoge Signal repräsentieren, variieren, während die restlichen Bit unverändert bleiben. In diesem Fall summiert sich die Übertragung der unveränderten Bitwerte auf, bis zum Umfang der Übertragungsdaten. Demnach wird die Amplitude des digitalen Signals durch einen digitalen AGC nur unter Hinzunahme effektiver Bits gesteuert. Dies ist gleichbedeutend mit dem Konstanthalten der Amplitude des analogen Signals in einem analogen AGC und das Hinzunehmen von signifikanten Bits.
1 ist ein Blockdiagramm einer konventionellen AGC-Vorrichtung. In Bezugnahme auf 1 beinhaltet die herkömmliche AGC-Vorrichtung einen digitalen AGC 101, einen Eftektivbitdetektor 102, einen Leistungsmesser 103 und einen Verstärkungsberechner 104. Der Leistungsmesser 103 misst die durchschnittliche Leistung eines Signals, welches für eine vorherbestimmte Zeitperiode empfangen wurde. Der Verstärkungsberechner 104 berechnet eine Verstärkung des digitalen AGC 101 basierend auf der Messung der durchschnittlichen Leistung. Der digitale AGC 101 wendet die Verstärkung auf das empfangene Signal an, so dass dessen Ausgangssignal die gewünschte Amplitude hat. Während dieser Operation passt der digitale AGC 101 die Amplitude der Daten an durch das Verschieben des eingegebenen Digitalsignals nach links oder nach rechts.
Der Effektivbitdetektor 102 entfernt unnötige LSBs (am wenigsten signifikante Bits, least significant bits) aus dem Datenstrom, welcher von dem digitalen AGC 101 empfangen wird. Das heißt, dass der Effektivbitdetektor 102 nur effektive Bits nimmt, welche Dateninformation von dem digitalen Signal haben, welche dem digitalen AGC 101 eingegeben werden. Das digitale Signal, welches von dem Effektbitdetektor 102 ausgegeben wird, wird an eine Kanalkarte zur Kanaldemodulation geleitet.
Wie zuvor beschrieben berechnet das herkömmliche Kommunikationssystem eine Verstärkung für den digitalen AGC basierend auf der durchschnittlichen Leistung eines Signals, welches für eine vorherbestimmte Zeitdauer empfangen wurde. Jedoch, weil ein OFDMA-Kommunikationssystem, welches mehrere Träger benutzt, die zeitliche Planung (scheduling) auf einer Frame-für-Frame Basis ausführt, variieren die Sub-Träger, welche jedem Benutzer zugewiesen sind und die Anzahl der zugewiesenen Sub-Träger von Frame zu Frame. Deshalb ändert sich die Leistung stark zwischen den Frames. Weil die herkömmliche AGC-Vorrichtung, welche in 1 gezeigt ist, derart gestaltet ist, um die Verstärkung des digitalen AGC basierend auf der Leistung des zuvor empfangenen Signals unter der Annahme einer kleinen Leistungsänderungsrate zu steuern, macht es die Anwendung auf ein OFDMA-Kommunikationssystem schwierig, um effektive Bits genau zu detektieren.
EP-A-0 875 989 beschreibt einen automatischen Verstärkungssteuerungskreis eines Verstärkers, welcher eine Verstärkungssteuerungsfunktion hat, welcher ausgestattet ist mit einem Signal-zu-Rauschen-Erkennungsschaltkreis, welcher ein Signal-zu-Rauschen Verhältnis eines Ausgangssignals detektiert und einem AGC-Abstimmungsschaltkreis, welcher die Verstärkung des Verstärkers einstellt. Der AGC-Abstimmungsschaltkreis bestimmt die AGC-Verstärkung gemäß des Pegels eines Eingabesignals und des Signal-zu-Rauschen-Verhältnisses, welches durch den Signal-zu-Rauschen-Verhältnis-Detektionsschaltkreis bestimmt wurde. In einem Bereich, in dem die AGC-Verstärkung groß ist und worin das Signal-zu-Rauschen-Verhältnis durch den AGC-Schaltkreis reduziert wird, wird der Pegel eines Ausgabesignals angehoben, um das Signal-zu-Rauschen-Verhältnis des ausgegebenen Signals konstant zu halten.
US-A-6 052 566 beschreibt einen kabellosen Empfänger, welcher einen variablen Dämpfer, einen Signal-zu-Rauschen-Verhältnis Schätzer und einen Empfangssignalstärkenindikatorpegeldetektor beinhaltet. Der Empfangssignalstärkenindikatorpegel des empfangenen Signals wird als ein primäres Kriterium benutzt, um den Dämpferstatus einzustellen. Wenn der Dämpfer eingestellt ist, wird ein Signal-zu-Rauschen-Verhältnis überprüft. Dann werden weitere Einstellen des Dämpferstatus gemacht gemäß der Überprüfung des Signal-zu-Rauschen-Verhältnisses.
EP-A-0 814 568 beschreibt einen verbesserten Funkempfänger, welcher zwei variable Dämpfer beinhaltet, einen variablen Strom-RF-Signalverstärker und eine Steuerung, welche das Maß der Dämpfung steuert, welche durch die variablen Dämpfer gegeben ist, und/oder den Strom, welcher von dem variablen Strom-RF-Signalverstärker verbraucht wird, in Erwiderung auf Signale, welche von dem RF-Signalverstärker empfangen wurden. Die Steuerung stellt die variablen Dämpfer und/oder den RF-Signalverstärker ein, um eine minimale Symbolfehlerrate zu erzielen und/oder ein Signal-zu-Rauschen-Verhältnis und ein Interferenzverhältnis für ein gewünschtes Signal zu maximieren, unabhängig des Signals eines interferierenden Signals, welche von dem RF-Signalverstärker empfangen wurde.
EP-A-0 999 649 beschreibt das lineare Ansteigen eines Funkempfängers. Ein Empfänger überwacht die Signalstärke auf dem Empfangskanal und auf den benachbarten Kanälen. Zusätzlich kann der Empfänger die Qualität der empfangenen Signale feststellen durch das Berechnen des Bitfehlerverhältnisses oder Signal-zu-Rauschen-Verhältnisses. Wenn die Signalstärke auf dem Empfangskanal ausreichend und normal auf den benachbarten Kanälen ist, werden die Versorgungsströme der Frontend-Verstärker und zumindest der ersten Mixer verhältnismäßig klein gehalten. Wenn die Signalstärke auf dem Empfangskanal unterhalb eines vorbestimmten Wertes fällt oder auf einem benachbarten Kanal einen vorbestimmten Wert übersteigt, werden die Versorgungsströme angehoben.
US 2003/194029 A1 beschreibt die automatische Verstärkungsregelung zur Nutzung in OFDM-Empfängern. Die Technik beinhaltet die Schritte des wiederholten Durchführens der Einstellung einer Verstärkung, basierend auf dem Ermitteln, dass ein Signalniveau von mehreren Zeitabtastwerten außerhalb einer Grenze ist, welche durch eine erste vorbestimmte Schwelle gegeben ist, und das wiederholte Einstellen der Verstärkung, basierend auf dem Ermitteln, dass ein Signalniveau von mehreren Frequenzabtastwerten, welche mit einer Vielzahl von Pilottönen außerhalb einer Grenze ist, welche durch eine zweite vorbestimmte Schelle gegeben ist. Die erste Einstellung wird durchgeführt mit einer ersten Rate und die zweite Einstellung wird durchgeführt mit einer zweiten Rate, welche kleiner als die erste Rate ist.
US-B1-6 456 653 beschreibt das Schätzen eines Signal-zu-Rauschen-Verhältnisses in OFDM und in Discreet Multi Tone Systemen. Der Sender benutzt eine inverse schnelle Fourier Transformation einer signifikant größeren Länge als die Zahl von Sub-Trägern, welche zur Informationsübertragung benutzt werden. Die zusätzlichen IFFT-Pufferstellen werden mit Nullen gefüllt. Im Empfänger, nach der FFT-Operation, enthalten die aktiven Sub-Träger das Signal plus Rauschinformation, wobei die inaktiven Sub-Träger nur Rauschen enthalten. Demnach kann das Signal-zu-Rauschen-Verhältnis schnell und genau geschätzt werden durch das Bestimmen der Rauschleistung der inaktiven Sub-Träger und der Signal plus Rauschleistung der aktiven Sub-Träger, Substrahieren der Rauschleistung der inaktiven Sub-Träger von der Signal plus Rauschen Leistung der aktiven Sub-Träger, um die Signalleistung zu erhalten und Teilen der Signalleistung durch die Rauschleistung, um das Signal-zu-Rauschen-Verhältnis zu erhalten.
US 2004/004933 A1 beschreibt das Empfangen von Signalen in einem kabellosen Local Area Network, insbesondere in dem Fall, dass die Signale OFDM-Signale sind. Eine automatische Verstärkungsregelungsvorrichtung für einen OFDM-Empfänger wird beschrieben, welche Mittel zum Feststellen der durchschnittlichen Leistung der empfangenen Präambelsymbole hat, um ein angemessenes AGC-Niveau einzustellen, Mittel zum Festellen eines ersten AGC-Niveaus, basierend auf der durchschnittlichen Leistung einer ersten Zahl von Symbolen und Mittel zum Feststellen eines zweiten AGC-Niveaus, basierend auf der durchschnittlichen Leistung einer zweiten Zahl von nachfolgenden Symbolen.
US 2003/223354 A1 beschreibt Bemessung des Signal zu Interferenz plus Rauschleistungsverhältnis für kabellose Kommunikationssysteme, welche OFDM für Multi-Träger Datenübertragungen anwenden. Schnelle Messungen des Leistungsverhältnisses für Fast Fourier Transformationsbasierte Signale zu Interferenz plus Rauschen können durchgeführt werden auf einer Frame-für-Frame Basis oder größeren Intervallen für individuelle Sub-Trägersignal oder Gruppierungen von diesen. Unter Annahme, dass eine OFDM-Framepräambel in der Zeitdomäne bekannt ist und sowie die korrespondierende Kanal und Interferenz plus Rauschen-korrumpierte empfangene Zeitdomänenframepräambel bekannt ist, wird zuerst die Leistungsspektraldichte des empfangenen Signals und eines empfangenen, unerwünschten Interferenz plus Rauschen Signales berechnet. Die FFT-berechnete Leistungsspektraldichte wird dann benutzt, um durchschnittliche empfangene Signale und empfangene IPN-Leistungsmessung zu berechnen für individuelle OFDM-Sub-Trägersignale oder Gruppierungen von diesen. Die Leistungsmes sungen werden dann Frame-gemittelt unter Benutzung einer rekursiven exponentiellen Glättungsmethode.
US 200/114506 A1 beschreibt das Verringern einer zeitlich veränderlichen Kanalverzerrung in einem OFDM-System. Der Sender definiert M Sub-Kanäle in einer Datengruppe, analysiert mathematisch die Änderung der Kanäle für jeden Pfad, welcher eine zeitlich veränderliche Kanalverzerrung in einer Hochgeschwindigkeitsumgebung hervorruft durch Annähern, berechnet einen Gewichtungswert, basierend auf der mathematischen Analyse, weist den berechneten Gewichtungswert für das Übertragen von Daten jedem Subkanal zu. Danach kombiniert der Empfänger die Signale der M Subkanäle und demoduliert das kombinierte Signal.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die obigen Probleme und/oder Nachteile im Wesentlichen zu lösen und mindestens die folgenden Vorteile zu bieten. Demnach ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine digitale AGC-Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche auf ein OFDMA-Kommunikationssystem angewendet werden kann.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, für das Steuern eines digitalen AGC durch das Schätzen der Leistung eines Uplink-Signals in dem nächsten Frame in einem OFDMA-Kommunikationssystem.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen zum Steuern eines digitalen AGC durch das Schätzen der Leistungspegel des nächsten Zeitintervalls in einem Kommunikationssystem, welches eine große Leistungsänderung von Zeitintervall zu Zeitintervall erfährt.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen für das Schätzen eines Signal-zu-Rausch-Verhältnisses (SNR, signal-to-noise ratio) eines nächsten Frame unter Benutzung der Data MAP Information und Träger zu Interferenz plus Rauschen Verhältnis (CINR, carrier-to-interference plus noise ratio) des nächsten Frame in einem OFDMA-Kommunikationssystem.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und Verfahren zur Verfügung zu stellen zum Berechnen einer Verstärkung, welche auf einen nächsten Frame in einem digitalen AGC angewendet werden soll unter Benutzung des geschätzten SNR und der Messung der empfangenen Leistung des aktuellen Frame, welche zuvor in einem OFDMA-Kommunikationssystem berechnet wurden.
Die obigen und weitere Aufgaben werden erreicht durch das zur Verfügung stellen einer Vorrichtung und eines Verfahrens zum Steuern eines digitalen AGC in einem Kommunikationssystem, in welchem Leistungsänderungen von Frame zu Frame signifikant sind.
Gemäß eines Aspektes der vorliegenden Erfindung schätzt ein SNR-Schätzer ein Uplink-SNR eines nächsten Frame ab, ein Leistungsmesser misst die empfangene Uplink-Leistung (Uplinkempfangsleistung) eines jeden Frame, und ein Verstärkungsberechner schätzt die Uplink-Leistung eines n-ten Frame (ab), unter Benutzung einer SNR-Schätzung eines (n – 1)-ten Frame, welcher von dem SNR-Schätzer empfangen wurde, und einer Messung der empfangenen Leistung des (n – 1)-ten Frame, welcher von dem Leistungsmesser empfangen wurde, und berechnet eine Verstärkung, welche auf den n-ten Frame in dem digitalen AGC angewendet werden soll unter Benutzung der Uplink-Leistungsschätzung des n-ten Frame.
Gemäß eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung in einer digitalen AGC-Steuerungsvorrichtung schätzt ein SNR-Schätzer ein Uplink-SNR eines nächsten Frame, unter Benutzung von Kanalzuweisungsinformation und eines Vorgabe-CINR eines nächsten Frame, ein Leistungsmesser misst empfangene Uplink-Leistung eines jeden Frame und ein Verstärkungsberechner schätzt die Uplink-Rauschleistung eines n-ten Frame, unter Benutzung einer SNR-Schätzung eines (n – 1)-ten Frame, welcher von dem SNR-Schätzer empfangen wurde und einer empfangenen Leistungsmessung des (n – 1)-ten Frame, welcher von dem Leistungsmesser empfangen wurde, und berechnet eine Verstärkung, welche auf den n-ten Frame angewendet werden soll in dem digitalen AGC unter Benutzung der Uplink-Rauschleistungsschätzung des n-ten Frame.
Gemäß eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung in einem Verfahren des Schätzens des SNR eines nächsten Frame in einem OFDMA-Kommunikationssystem, welches das Scheduling (Zeitplanung) auf einer Framebasis durchführt, werden Kanalzuweisungsinformationen des nächsten Frame und die Vorgabe-CINRs Datensignalfolge, welche dem nächsten Frame zugewiesen sind, erhalten. Ein Uplink-SNR des nächsten Frame wird unter Benutzung der Kanalzuweisungsinformation und der Vorgabe-CINRs geschätzt.
Gemäß eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung in einem Steuerungsverfahren für einen digitalen AGC wird ein Uplink-SNR eines nächsten Frame geschätzt in einer vorbestimmten Zeitperiode eines jeden Frame und die empfangene Uplink-Leistung eines jeden Frame wird gemessen. Die Uplink-Leistung eines n-ten Frame wird geschätzt unter Benutzung einer SNR-Schätzung eines (n – 1)-ten Frame und einer Messung der empfangenen Leistung des (n – 1)-ten Frame, und eine Verstärkung, welche auf den n-ten Frame in den digitalen AGC angewendet werden soll, wird berechnet unter Benutzung der Uplink-Leistungsschätzung des n-ten Frame.
Gemäß noch eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung, in einem Steuerverfahren eines digitalen AGC, wird ein Uplink-SNR des nächsten Frame geschätzt, in einer vorbestimmten Zeitperiode eines jeden Frame unter Benutzung von Kanalzuweisungsinformationen und eines Vorgabe-CINR des nächsten Frame. Die Uplink-Empfangsleistung eines jeden Frame wird gemessen. Die Uplink-Rauschleistung eines n-ten Frame wird geschätzt unter Benutzung einer SNR-Schätzung eines (n – 1)-ten Frame und einer empfangenen Leistungsmessung des (n – 1)-ten Frame, und eine Verstärkung, welche auf den n-ten Frame in dem digitalen AGC angewendet werden soll, wird berechnet unter Benutzung der Uplink-Rauschleistungsschätzung des n-ten Frame.
Die vorliegende Erfindung wird deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, in welchen:
1 ein Blockdiagramm einer herkömmlichen digitalen AGC-Vorrichtung ist;
2 ein Blockdiagramm einer digitalen AGC-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
3 ein Diagramm ist für das Illustrieren einer AGC-Verstärkungsberechnung, welche auf einer Zeitachse gezeigt ist, gemäß der vorliegenden Erfindung; und
4 ein Flussdiagramm ist für das Illustrieren einer Prozedur für das Steuern einer Verstärkung eines digitalen AGC in einem OFDMA-Kommunikationssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden hiernach in Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden wohlbekannte Funktionen oder Ausführungen nicht im Detail beschrieben, weil dies die vorliegende Erfindung durch unnötige Details verschleiern würde.
Die vorliegende Erfindung ist vorgesehen, um eine digitale AGC-Vorrichtung für ein Kommunikationssystem zur Verfügung zu stellen, welches eine starke Leistungsvariation zwischen Zeitintervallen erfährt. Solche Kommunikationssysteme sind Multi-Träger (multicarrier) OFDMA- und OFDM-Kommunikationssysteme. Die folgende Beschreibung wird in Zusammenhang mit OFDMA-Kommunikationssystemen gemacht.
Wegen des Scheduling auf einer Framebasis kann das OFDMA-Kommunikationssystem eine größere Leistungsvariation von Frame zu Frame erfahren. Unter einer Multi-Zellenumgebung ändert sich die Interferenz, d. h. das Rauschen, von verschiedenen Basisstationen im Mittel nicht sehr. Deshalb kann die wenig veränderliche Rauschleistung für jeden Frame berechnet werden und es ist möglich, die Empfangsleistung eines Uplink-Signals unter Benutzung der Rauschleistung abzuschätzen. Wenn die Rauschleistung und die Empfangsleistung geschätzt sind, kann eine Leistungsverstärkung für empfangenes Signal berechnet werden. Das heißt, dass die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, dass ein digitales AGC unter Benutzung der Leistungsverstärkung gesteuert ist.
Jedoch, bevor die vorliegende Erfindung beschrieben wird, sind die folgenden benutzten Parameter:
EL(n): die Uplink-SNR-Schätzung eines n-ten Frame;
PM(n): die empfangene Uplink-Leistungsmessung eines n-ten Frame;
EN(n): die Uplink-Rauschleistungsschätzung des n-ten Frame; und
EP(n): die Uplink-Empfangsleistungsschätzung des n-ten Frame.
2 ist ein Blockdiagramm, welches eine digitale AGC-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschreibt. Wie in 2 gezeigt, beinhaltet die digitale AGC-Vorrichtung ein digitales AGC 201, ein Effektivbitdetektor 202, einen Leistungsmesser 203, einen Verstärkungsberechner 204 und einen SNR-Schätzer 205. Im Vergleich mit der herkömmlichen digitalen AGC-Vorrichtung, welche in 1 gezeigt ist, beinhaltet die digitale AGC-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung den SNR-Schätzer 205. Deshalb berechnet der Verstärkungsberechner 204 eine Verstärkung in einer völlig anderen Weise als die herkömmliche AGC-Vorrichtung.
In Bezug auf 2 misst der Leistungsmesser 203 die Leistung eines empfangenen Signals auf einer Frame-für-Frame-Basis. Der SNR-Schätzer 205 schätzt das SNR eines nächsten Frame ab, unter Benutzung der MAP-Information (oder Kanalzuweisungsinformation) und des CINR des nächsten Frame. Da der SNR-Schätzer 205 eine wichtige Komponente der vorliegenden Erfindung ist, wird dieser später im Detail beschrieben.
Der Verstärkungsberechner 204 berechnet eine Verstärkung für den digitalen AGC 201 unter Benutzung der Empfangsleistungsmessung, welche von dem Leistungsmesser 203 empfangen wurde und der SNR-Schätzung, welche von dem SNR-Schätzer 205 empfangen wurde. Die Verstärkungsberechnungsoperation wird ebenso später im Detail beschrieben.
Der digitale AGC 201 wendet die Verstärkung auf das empfangene Signal an, so dass dessen Ausgabe die gewünschte Amplitude aufweist. Während dieser Operation bestimmt der digitale AGC 201 die Amplitude der Daten ab durch das Verschieben eingegebenen digitalen Signals nach links oder nach rechts.
Der Effektbitdetektor 202 entfernt unnötige LSBs aus dem Datenstrom, welcher von dem digitalen AGC 201 empfangen wurde und gibt das resultierende Digital an eine Kanalkarte zur Kanaldemodulation weiter.
In der obigen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der SNR-Schätzer 205 in einem LMAC (low media access control) DSP (digital signal processor) innerhalb der Kanalkarte beinhaltet sein, wie in 2 gezeigt. Der SNR-Schätzer 205 benutzt die Daten-MAP-Information des nächsten Frame, um dessen SNR abzuschätzen und die Daten-MAP-Information ist in den LMAC DSP verwaltet. Demnach ist der SNR-Schätzer 205 in dem LMAC DSP implementiert. Jedoch ist dies eine Sache der Implementierung.
Im Besonderen kann der SNR-Schätzer separat bereitgestellt sein oder innerhalb des Verstärkungsberechners 204 konfiguriert sein. Im letzteren Fall schätzt der Verstärkungsberechner 204 den SNR des nächsten Frame unter Benutzung der Daten MAP-Information, welche von dem LMAC DSP empfangen wurde und berechnet die Verstärkung des digitalen AGC 201 unter Benutzung der SNR-Schätzung und der empfangenen Leistungsmessung.
In dem OFDMA-Kommunikationssystem überträgt eine Mobilstation periodisch einen Kanalqualitätsindikator (CQI, channel quality indicator), welcher den Kanalstatus zur Ba sisstation anzeigt. Die Basisstation benutzt die CQIs, welche von den Mobilstationen empfangen wurde, für das Uplink- und Downlink-Scheduling. Da die Basisstation verantwortlich ist für das Aufwärts(Uplink)-Scheduling, kann diese die Leistung der Signale von den Mobilstationen schätzen. Wenn eine Mobilstation eine Datenübertragung anfragt, bestimmt die Basisstation die Uplink- und Downlink-Daten basierend auf den Feedback CQIs. Für eine Downlink-Datenübertragung (Abwärtsdatenübertragung) überträgt die Basisstation Signale mit maximaler Leistung und die Mobilstation überträgt die Signale mit einem Leistungsniveau, welche der zugewiesenen Datenrate entspricht.
Das heißt, die Basisstation bestimmt eine Uplink-Datenrate für die Mobilstation und die Mobilstation überträgt Signale mit einem Leistungsniveau, welches der Datenrate entspricht. Wenn eine Uplink-Leistungssteuerung normal durchgeführt wird in der Mobilstation, kann die Basisstation die Leistung der Uplink-Signale von der Mobilstation schätzen. Typischerweise wird die Datenrate bestimmt und ein Vorgabe-CINR wird für die Datenrate festgesetzt, wenn eine Datensignalfolge zur Mobilstation zugewiesen ist. Mit einer normalen Leistungssteuerung wird das Uplink-Signal von der Mobilstation mit dem Vorgabe-CINR in der Basisstation empfangen. Deshalb kann der SNR-Schätzer 205 das SNR (S/N) des nächsten Frame unter Benutzung von Gleichung (1) schätzen.
Die Parameter, welche in Gleichung 1 auftreten, sind die Daten MAP-Information des Frame. N_burst repräsentiert die Anzahl von Datensignalfolgen, welche von der Mobilstation übertragen werden, d. h. die Anzahl von Uplink-Datensignalfolgen, welche in dem Frame zugewiesen sind, N_FFT repräsentiert die Gesamtzahl von Sub-Trägern, N_UT repräsentiert die Zahl von Uplink-Datensymbolen pro Frame, CINR(m) repräsentiert das Vorgabe-CINR einer m-ten Datensignalfolge, N_SCH(m) repräsentiert die Zahl von Subkanälen, welche der m-ten Datensignalfolge zugewiesen sind, und k repräsentiert die Leistung pro Subkanal. Das OFDMA-System definiert einen Subkanal derart, so dass dieser eine Vielzahl von Subträgern beinhaltet.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wenn ein Subkanal 54 Sub-Träger hat, werden 48 Sub-Träger den Daten zugewiesen und 6 Sub-Träger den Piloten zugewiesen. Die 48 Daten-Subträger haben die gleiche Leistung und ein Pilot-Subträger ist 2,5 dB größer als ein Daten-Subträger. Demnach wird k berechnet wie in Gleichung 2 gezeigt. k = 48 × 1 + 6 × 10(2,5/10) = 58,6 (2)
Der SNR-Schätzer schätzt den SNR (EL: expected loading, erwartete Belastung oder erwartete Last) des nächsten Frame in jedem Frame ab unter Benutzung von Gleichung (1) und stellt die SNR-Schätzung der im Verstärkungsberechner 204 zur Verfügung. Um eine Verstärkung für einen n-ten Frame zu berechnen, stellt der SNR-Schätzer 205 die SNR-Schätzung eines (n – 1)-ten Frame, EL(n – 1), berechnet in der Zeitperiode eines (n– 2)-ten Frame, dem Verstärkungsberechner 204 zur Verfügung.
Im Betrieb empfängt der Verstärkungsberechner 204 EL(n – 1) von dem SNR-Schätzer 205, um eine Verstärkung für den n-ten Frame zu berechnen. Am Ende des (n – 1)-ten Frame empfängt der Verstärkungsberechner 204 die Empfangsleistungsmessung des (n – 1)-ten Frame, PM(n – 1) von dem Leistungsmesser 203. EL(n – 1) und PM(n – 1) werden ausgedrückt wie in Gleichung (3) gezeigt EL(n – 1) = S(n – 1)/N(n – 1) PM(n – 1) = S(n – 1) + N(n – 1) (3)
Der Verstärkungsberechner 204 berechnet die Uplink-Rauschleistung des (n – 1)-ten Frame in der Downlink-Zeitperiode des n-ten Frame unter Nutzung von Gleichung (4).
Wie zuvor beschrieben, ist die Rauschleistung konstant in einem OFDMA-Kommunikationssystem. Deshalb ist die Uplink-Rauschleistung des n-ten Frame durch Gleichung (5) angenähert
Der Verstärkungsberechner 204 berechnet dann die Uplink-Empfangsleistungsschätzung des n-ten Frame, EP(n) unter Benutzung der Uplink-Rauschleistung des n-ten Frame, welche durch Gleichung (5) geschätzt wurde, wie folgt.
Der Verstärkungsberechner 202 berechnet die Verstärkung des digitalen AGC 201, Gain(n), unter Benutzung der Uplink-Rauschleistungsschätzung der Uplink-Empfangsleistungsschätzung des n-ten Frame, EN(n) der EP(n).
In dem Fall des Benutzens von EN(n), kann Gleichung (7) benutzt werden.
Wie aus Gleichung (7) deutlich wird, ist ein gewünschter Rauschleistungswert N_Schwelle vorgewählt und der Verstärkungswert wird gesteuert basierend auf dem Verhältnis von N_Schwelle zu EN(n). Als ein Ergebnis wird das Rauschen des Signals, welches durch den digitalen AGC 201 durchlaufen ist, auf dem Wert N_Schwelle gehalten.
In dem Fall des Benutzens von EP(n) kann Gleichung 8 benutzt werden.
Wie aus Gleichung (8) deutlich wird, ist ein gewünschter Signalleistungswert P_Schwelle vorgewählt und der Verstärkungswert wird gesteuert, basierend auf dem Verhältnis von P_Schwelle zu EP(n). In diesem Fall wird die Leistung des Signals, welches durch den digitalen AGC 201 gelaufen ist, auf dem Wert P_Schwelle gehalten.
Die obige Verstärkungsberechnung ist auf einer Zeitachse repräsentiert wie in 3 illustriert. In Bezug auf 3 wird, um eine AGC-Verstärkung für den n-ten Frame zu erhalten, die Uplink-SNR-Schätzung EL(n – 1) des (n – 1)-ten Frame berechnet in der Uplink-Zeitperiode des (n-2)-ten Frame. Am Ende des (n – 1)-ten Frame wird die Uplink-Empfangsleistung PM(n – 1) des (n – 1)-ten Frame gemessen. In der Uplink-Zeitperiode des n-ten Frame werden die Uplink-Rauschleistung N(n) und die Empfangsleistung (PM(n) des n-ten Frame angenähert unter Benutzung von EL(n – 1) und PM(n – 1) in der Zeitperiode des n-ten Frame. Die AGC-Verstärkung wird dann berechnet unter Berücksichtigung von N(n) oder PM(n).
In diesem Zusammenhang wird das gesamte Verfahren des Steuerns des digitalen AGC weiter unten beschrieben.
4 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren für das Steuern einer Verstärkung eines digitalen AGC in einem OFDMA-Kommunikationssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. Genauer gesagt findet dieses Verfahren in einer Basisstation statt und daher wird die nachfolgende Beschreibung in diesem Zusammenhang gemacht.
In Bezug auf 4 berechnet die Basisstation, um die Verstärkung des digitalen AGC für den n-ten Frame zu berechnen, die Uplink-SNR-Schätzung EL(n – 1) des (n – 1)-ten Frame in der Uplink-Zeitperiode des (n – 2)-ten Frame unter Nutzung von Gleichung 1 in Schritt 401. Wie in Gleichung 1 erwähnt, schätzt die Basisstation den SNR des nächsten Frame unter Benutzung der Daten MAP-Information und CINR des nächsten Frame ab. Die Daten MAP-Information kann die Anzahl von Datensignalfolgen N_burst, die gesamte Anzahl der Sub-Träger N_FFT, die Anzahl der Uplink-Datensymbole pro Frame N_UT, die Anzahl von Subkanälen, welchen einer Datensignalfolge zugewiesen sind und die Leistung pro Subkanal k beinhalten.
In Schritt 403 berechnet die Basisstation die Uplink-SNR-Schätzung EL(n) des n-ten Frame in der Uplink-Zeitperiode des (n – 1)-ten Frame. EL(n) wird später benutzt, um eine Verstärkung für einen (n + 1)-ten Frame zu berechnen.
In Schritt 405, am Ende des (n – 1)-ten Frame, misst die Basisstation die Uplink-Empfangsleistung PM(n – 1) des (n – 1)-ten Frame. Die Basisstation schätzt die Uplink-Rauschleistung des n-ten Frame unter Benutzung von EL(n – 1) und PM(n – 1) in der Uplink-Zeitperiode des n-ten Frame in Schritt 407 ab. Die Uplink-Rauschleistung des n-ten Frame wird mittels Gleichung (5) wie oben beschrieben berechnet.
In Schritt 409 berechnet die Basisstation die AGC-Verstärkung unter Benutzung der Rauschleistungsschätzung. Gemäß Gleichung (7) wird die Verstärkung basierend auf dem Verhältnis der vorbestimmten Rauschleistungsschwelle N_Schwelle zu der Rauschleistungsschätzung berechnet. Die Basisstation steuert den digitalen AGC basierend auf der Verstärkung in der Uplink-Zeitperiode des n-ten Frame in Schritt 411.
Wenn die Rauschleistung des n-ten Frame geschätzt wird und die AGC-Verstärkung unter Benutzung der Rauschleistungsschätzung in der obigen Ausführungsform berechnet wird, kann des Weiteren überlegt werden, wie oben beschrieben, dass die Empfangsleistung des n-ten Frame geschätzt wird und die AGC-Verstärkung berechnet wird, basierend auf der Leistungsschätzung.
Die oben beschriebene Empfangsleistungsschätzung für den nächsten Frame ist aussagekräftiger für TDD (time division duplex) als für FDD (frequency division duplex). Das heißt, weil das gleiche Frequenzband alternierend benutzt wird für die Downlink-Verbindung und für die Uplink-Verbindung bei TDD ist der Uplink-Signalempfang nicht kontinuierlich und daher ist ein herkömmliches Verfahren basierend auf der durchschnittlichen Leistung nicht praktikabel. Deshalb ist die vorliegende Erfindung effektiv für TDD. Jedoch ist der Uplink-Empfang kontinuierlich bei FDD und daher sind das herkömmliche durchschnittsleistungsbasierte Verfahren und die vorliegende Erfindung anwendbar auf FDD. Demnach kann die vorliegende Erfindung auf TDD und FDD angewendet werden.
Wie zuvor beschrieben, ermöglicht die vorliegende Erfindung vorteilhafterweise das Schätzen des SNR eines Uplink-Signals in dem nächsten Frame in einem OPFDMA- oder OFDM-Kommunikationssystem, in dem sich die Empfangsleistung signifikant von Frame zu Frame ändert. Weil die Leistung des Uplink-Signals in dem nächsten Frame geschätzt wird unter Benutzung des zuvor geschätzten SNR des aktuellen Frame und der Empfangsleistungsmessung des aktuellen Frame und der digitale AGC gesteuert wird durch die Leistungsschätzung, kann der digitale AGC effektive Bits genauer detektieren.
Während die vorliegende Erfindung in Bezug auf eine bestimmte Ausführungsform gezeigt und beschrieben wurde, ist dem Fachmann klar, dass zahlreiche Änderungen in Form und Detail gemacht werden können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung wie dieser durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, abzuweichen.

Claims

Eine Vorrichtung zum Steuern einer digitalen automatischen Verstärkungsregelung, AGC, (201) beinhaltend: ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis, SNR,-Schätzer (205) zum Schätzen eines Uplink-SNR eines folgenden Frame; einen Leistungsmesser (203) zum Messen einer Uplink-Empfangsleistung eines jeden Frame; einen Verstärkungsberechner (204) zum Schätzen der Uplink-Leistung eines n-ten Frame unter Benutzung einer SNR-Schätzung eines (n – 1)-ten Frame, welche von dem SNR-Schätzer (205) empfangen wurde und einer Empfangsleistungsmessung des (n – 1)-ten Frame, welche von dem Leistungsmesser (203) empfangen wurde, und Berechnen einer Verstärkung, welche auf den n-ten Frame in dem digitalen AGC (201) angewendet werden soll, unter Benutzung der Uplink-Leistungsschätzung des n-ten Frame.
Die Vorrichtung aus Anspruch 1, wobei der digitale AGC (201) die Amplitude eines Eingangssignals steuert unter Benutzung der Verstärkung, welche von dem Verstärkungsberechner (204) empfangen wurde, und den gesteuerten Datenstrom ausgibt.
Die Vorrichtung aus Anspruch 2, des Weiteren beinhaltend einen Effektivbitdetektor (202) für das Extrahieren von lediglich effektiven Bits aus dem Datenstrom und Ausgeben der effektiven Bits.
Die Vorrichtung aus Anspruch 1, wobei der SNR-Schätzer (205) den Uplink-SNR des nächsten Frame unter Benutzung von Kanalzuweisungsinformation und eines vorgegebenen Träger-zu-Interferenz-plus-Rauschen-Verhältnis, CINR, des nächsten Frame schätzt.
Die Vorrichtung aus Anspruch 4, wobei das Vorgegebene CINR bestimmt wird gemäß Kanalqualitätsindikatoren, CQIs, welche von Mobilstationen rückgeführt werden.
Die Vorrichtung aus Anspruch 4, wobei die Kanalzuweisungsinformation ein MAP, welches Information über Datensignalfolgen, welche dem Frame zugewiesen sind, beinhaltet, ist.
Die Vorrichtung aus Anspruch 4, wobei der SNR-Schätzer (205) den Uplink-SNR schätzt unter Benutzung:
wobei N_burst eine Zahl von Datensignalfolgen, welche dem Frame zugewiesen sind, repräsentiert, N_FFT die Gesamtzahl von Sub-Trägern repräsentiert, N_UT eine Zahl von Uplink-Datensymbolen pro Frame repräsentiert, CINR(m) ein Vorgegebenes CINR einer m-ten Datensignalfolge repräsentiert, N_SCH(m) eine Zahl von Subkanälen, welche der m-ten Datensignalfolge zugewiesen sind, repräsentiert, und k die Leistung, die pro Subkanal zugewiesen ist, repräsentiert.
Die Vorrichtung aus Anspruch 1, wobei der Verstärkungsberechner die Uplink-Rauschleistung des n-ten Frame berechnet, und die Verstärkung berechnet, welche auf den n-ten Frame in dem digitalen AGC (201) angewendet werden soll, unter Benutzung eines Verhältnisses zwischen der Rauschleistungsschätzung und eines vorbestimmten Schwellenwertes.
Die Vorrichtung aus Anspruch 1, wobei der Verstärkungsberechner die Uplink-Empfangsleistung des n-ten Frame schätzt, und die Verstärkung berechnet, welche auf den n-ten Frame in dem digitalen AGC (201) angewendet werden soll, unter Benutzung eines Verhältnisses zwischen der Empfangsleistungsschätzung und eines vorbestimmten Schwellenwertes.
Eine Vorrichtung zum Steuern einer digitalen automatischen Verstärkungsregelung, AGC, (201) beinhaltend: einen Signal-zu-Rausch-Verhältnis, SNR, -Schätzer (205) zum Schätzen eines Uplink-SNR eines nächsten Frame unter Benutzung von Kanalzuweisungsinformation und eines vorgegebenen Träger-zu-Interferenz-plus-Rauschen-Verhältnis, CINR, des nächsten Frame; einen Leistungsmesser (203) zum Messen der Uplink-Empfangsleistung eines jeden Frame; und einen Verstärkungsberechner (204) zum Schätzen der Uplink-Rauschleistung eines n-ten Frame unter Benutzung einer SNR-Schätzung eines (n – 1)-ten Frame, welche von dem SNR-Schätzer (205) empfangen wurde, und einer Empfangsleistungsmessung des (n – 1)-ten Frame, empfangen von dem Leistungsmesser (203), und Berechnen einer Verstärkung, welche auf den n-ten Frame in dem digitalen AGC (201) angewendet werden soll, unter Benutzung der Uplink-Rauschleistungsschätzung des n-ten Frame.
Die Vorrichtung von Anspruch 10, wobei der digitale AGC (201) die Amplitude eines Eingangssignals durch die Verstärkung, welche von dem Verstärkungsberechner (204) empfangen wurde, steuert und den gesteuerten Datenstrom ausgibt.
Die Vorrichtung aus Anspruch 11, des Weiteren beinhaltend einen Effektivbitdetektor (202) für das Extrahieren von effektiven Bits aus dem Datenstrom und Ausgeben der effektiven Bits.
Die Vorrichtung aus Anspruch 10, wobei die Kanalzuweisungsinformation ein MAP, welches Informationen über Datensignalfolgen, welche dem Frame zugewiesen sind, beinhaltet, ist.
Die Vorrichtung aus Anspruch 10, wobei der SNR-Schätzer (205) den Uplink-SNR schätzt unter Benutzung von:
wobei N_burst eine Zahl von Datensignalfolgen, welche dem Frame zugewiesen sind, repräsentiert, N_FFT eine Gesamtzahl von Sub-Trägern repräsentiert, N_UT eine Zahl von Datensignalen pro Frame repräsentiert, CINR(m) ein Vorgegebenes CINR einer m-ten Datensignalfolge repräsentiert, N_SCH(m) eine Zahl von Subkanälen, welche der m-ten Datensignalfolge zugewiesen sind, repräsentiert, und k die Leistung, die pro Subkanal zugewiesen ist, repräsentiert.
Die Vorrichtung aus Anspruch 10, wobei der Verstärkungsberechner (204) die Verstärkung, die den n-ten Frame in den digitalen AGC (201) verwendet werden soll, berechnet, unter Benutzung eines Verhältnisses zwischen der Rauschleistungsschätzung und eines vorbestimmten Schwellenwertes.
Ein Verfahren zum Steuern einer digitalen automatischen Verstärkungsregelung, AGC, (201) beinhaltend die Schritte: Schätzen (401) eines Uplink-Signal-zu-Rausch-Verhältnis, SNR, eines nächsten Frame in einer vorbestimmten Zeitperiode eines jeden Frame; Messen (405) der Uplink-Empfangsleistung eines jeden Frame; und Schätzen der Uplink-Leistung eines n-ten Frame unter Benutzung einer SNR-Schätzung eines (n – 1)-ten Frame und einer Empfangsleistungsmessung des (n – 1)-ten Frame; und Berechnen (409) einer Verstärkung, welche auf den n-ten Frame in dem digitalen AGC (201) angewendet werden soll, unter Benutzung der Uplink-Leistungsschätzung des n-ten Frame.
Das Verfahren aus Anspruch 16, wobei der Uplink-SNR des nächsten Frame abgeschätzt wird unter Benutzung von Kanalzuweisungsinformationen und eines vorgegebenen Träger-zu-Interferenz-plus-Rauschen-Verhältnis, CINR, des nächsten Frame.
Das Verfahren aus Anspruch 17, wobei der Vorgegebene CINR bestimmt wird gemäß Kanalqualitätsindikatoren, CQIs, welche von Mobilstationen zurückgeführt werden.
Das Verfahren von Anspruch 17, wobei die Kanalzuweisungsinformation ein MAP, beinhaltend Information über Datensignalfolgen, welche dem Frame zugewiesen sind, ist.
Das Verfahren von Anspruch 16, wobei Uplink-SNR abgeschätzt wird unter Benutzung:
wobei N_burst eine Zahl von Datensignalfolgen, welche dem Frame zugewiesen sind, repräsentiert, N_FFT die Gesamtzahl von Sub-Trägern repräsentiert, N_UT eine Zahl von Uplink-Datensymbolen pro Frame repräsentiert, CINR(m) ein Vorgegebenes CINR einer m-ten Datensignalfolge repräsentiert, N_SCH(m) eine Zahl von Subkanälen, welche der m-ten Datensignalfolge zugewiesen sind, repräsentiert, und k die Leistung, die pro Subkanal zugewiesen ist, repräsentiert.
Das Verfahren von Anspruch 20, wobei die Uplink-Leistungsschätzung eine Rauschleistungsschätzung ist.
Das Verfahren von Anspruch 21, wobei die Verstärkungsberechnung durchgeführt wird unter Benutzung von:
wobei EN(n) eine Rauschleistungsschätzung repräsentiert und N_Schwelle einen vorbestimmten Schwellenwert repräsentiert.
Ein Verfahren zum Steuern einer digitalen automatischen Verstärkungsregelung, AGC, (201) beinhaltend die Schritte: Schätzen (401) eines Uplink-Signal-zu-Rausch-Verhältnis, SNR, eines nächsten Frame in einer vorbestimmten Zeitperiode eines jeden Frame unter Benutzung von Kanalzuweisungsinformation und eines vorgegebenen Träger-zu-Interferenz-plus-Rauschen-Verhältnis, CINR, des nächsten Frame; Messen (405) der Uplink-Empfangsleistung eines jeden Frame; Schätzen der Uplink-Rauschleistung eines n-ten Frame unter Benutzung einer SNR-Schätzung eines (n – 1)-ten Frame und einer Empfangsleistungsmessung des (n – 1)-ten Frame; und Berechnen (409) einer Verstärkung, welche auf den n-ten Frame in dem digitalen AGC (201) angewendet werden soll, unter Benutzung der Uplink-Rauschleistungsschätzung des n-ten Frame.
Das Verfahren von Anspruch 23, wobei die Kanalzuweisungsinformation ein MAP, welches Information über Datensignalfolgen, welche dem Frame zugewiesen sind, beinhaltet, ist.
Das Verfahren von Anspruch 23, wobei der Schritt des Schätzens des Uplink-SNR durchgeführt wird unter Benutzung von:
wobei N_burst eine Zahl von Datensignalfolgen, welche dem Frame zugewiesen sind, repräsentiert, N_FFT die Gesamtzahl von Sub-Trägern repräsentiert, N_UT eine Zahl von Uplink-Datensymbolen pro Frame repräsentiert, CINR(m) ein Vorgegebenes CINR einer m-ten Datensignalfolge repräsentiert, N_SCH(m) eine Zahl von Subkanälen, welche der m-ten Datensignalfolge zugewiesen sind, repräsentiert, und k die Leistung, die pro Subkanal zugewiesen ist, repräsentiert.
Das Verfahren von Anspruch 23, wobei der Schritt des Berechnens der Verstärkung durchgeführt wird unter Benutzung von:
wobei EN(n) eine Rauschleistungsschätzung repräsentiert und N_Schwelle einen vorbestimmten Schwellenwert repräsentiert.