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Technisches Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Empfangen digitaler
Signale, die von einem Sender durch einen Übertragungskanal eines Kommunikationsnetzes
gesendet werden, worin einzelne Mehrfachpfadkomponenten eines übertragenen
Datensymbols mit einzelnen Verzögerungen
empfangen werden, und worin empfangene Signale durch eine RAKE-Einheit
mit einer Zahl von Fingern verarbeitet werden, das Verfahren umfassend
die Schritte zum Kalkulieren eines Verzögerungsprofils aus einer Menge
von empfangenen Pilotsignalen; und Bestimmen von Verzögerungswerten
für Spitzen,
die in dem Verzögerungsprofil
erfasst sind. Die Erfindung bezieht sich ferner auf einen Empfänger für kodierte
digitale Datensymbole, und auf ein entsprechendes Computerprogramm
und ein computerlesbares Medium.
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Beschreibung des Standes der
Technik
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In
drahtlosen Kommunikationssystemen wird der physikalische Kanal zwischen
einem Sender und einen Empfänger
typischerweise durch eine Funkverknüpfung gebildet. Als ein Beispiel
könnte
der Sender eine Basisstation sein, und der Empfänger könnte eine Mobilstation sein,
oder umgekehrt. In den meisten Fällen
ist die Übertragungsantenne
zu dem Empfänger
nicht eng fokussiert. Dies bedeutet, dass sich die übertragenen
Signale über
viele Pfade ausbreiten können.
Zusätzlich
zu einem möglichen direkten
Pfad von dem Sender zu dem Empfänger können viele
andere Ausbreitungspfade, die durch Reflexionen von Objekten in
der Umgebung verursacht werden, existieren. Somit kann der Empfänger viele
Instanzen des gleichen Signals in unterschiedlichen Zeitpunkten,
d. h. mit unterschiedlichen Verzögerungen,
empfangen, da unterschiedliche Abschnitte des Signals von verschiedenen
Objekten, wie etwa Gebäuden,
sich bewegenden Fahrzeugen oder Landschaftsdetails, reflektiert
werden.
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Diese
unterschiedlichen Abschnitte des Signals sind eine Ursache von Interferenz
in dem Empfänger.
Abhängig
von der Zeitauflösung
des Übertragungssystems
und der momentanen Phasenbeziehung kombinieren sich Abschnitte mit ähnlichen
Ausbreitungsabständen
in dem Empfänger
und bilden eine ausgeprägte
Mehrfachpfadkomponente. Der Effekt des Kombinierens hängt von
der momentanen Beziehung der Trägerwellenlänge und
Abstandsdifferenzen ab, und kann somit für eine gegebene Mehrfachpfadkomponente
entweder steigernd oder zerstörend
sein. Im Fall von zerstörender
Interferenz führt
das Kombinieren zu einer beträchtlichen
Verringerung der Größe, oder
Schwund, der Pfadverstärkung
für diesen
Pfad. Somit kann sich die Verstärkung
eines wahren Pfades zeitweilig wegen Schwund beträchtlich
verringern.
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Viele Übertragungssysteme
versuchen, den Effekt von Mehrfachpfadausbreitung und Schwund durch
Verwenden von Empfängern
zu reduzieren, die die Datensymbolenergie von allen Mehrfachpfadkomponenten
kombinieren. In Systemen mit Vielfachzugriff im Codemultiplex (CDMA)
und Vielfachzugriff im Breitband-Codemultiplex (WCDMA) kann die Energie
der unterschiedlichen empfangenen Abschnitte des Signals in dem
Empfänger
durch Verwenden eines so genannten RAKE-Empfängers genutzt werden.
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In
diesen Systemen werden Spreizung und Entspreizung verwendet. Daten
werden von der Senderseite unter Verwendung einer Spreizspektrummodulationstechnik übertragen,
worin die Daten über
einen breiten Bereich von Frequenzen gestreut sind. Je dem Kanal
ist ein eindeutiger Spreizcode zugewiesen, der verwendet wird, um
die Daten über
den Frequenzbereich zu spreizen. Der Spreizcode ist ein pseudozufälliger Rauschcode
und besteht aus z. B. einer binären
Sequenz von 1-en und 0-en, die "Chips" genannt werden,
die auf eine pseudozufällige Art
und Weise verteilt sind und rauschartige Eigenschaften aufweisen.
Die Zahl von Chips, die verwendet werden, um ein Datenbit zu spreizen,
d. h. Chips/Bit, kann variieren, und sie hängt mindestens teilweise von
der Datenrate des Kanals und der Chiprate des Systems ab.
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In
dem Empfänger
muss das empfangene Signal mit dem gleichen Spreizcode unter Verwendung
der gleichen Chiprate entspreizt und demoduliert werden, um die übertragenen
Daten wiederzugewinnen. Des weiteren muss die Zeitsteuerung der Demodulation
synchronisiert sein, d. h. der Entspreizungscode muss auf das empfangene
Signal in dem korrekten Zeitmoment angewendet werden, was wegen
den oben erwähnten
Mehrfachpfadeffekten schwierig sein kann. Das Leistungsverhalten
eines CDMA-Empfängers
wird durch Verwenden eines RAKE-Empfängers verbessert, wo jeder
Mehrfachpfadkomponente ein Entspreizer zugewiesen ist, dessen Bezugskopie
des Spreizcodes gleich zu der Pfadverzögerung der entsprechenden Mehrfachpfadkomponente
verzögert
ist. Die Ausgaben der Entspreizer, d. h. die Finger des RAKE-Empfängers, werden
dann kohärent
kombiniert, um eine Symbolschätzung
zu erzeugen.
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Somit
erfordert der RAKE-Empfänger
Kenntnis über
die Mehrfachpfadverzögerungen
und die Werte der Kanalimpulsantwort für alle Pfade. Um das bestmögliche Signal-Rauschverhältnis (SNR)
in dem Ausgang der RAKE-Kombinationseinrichtung zu erreichen, sollte
die Signalenergie von so vielen physikalischen Pfaden wie möglich gesammelt
werden. Es sollte die Änderung
von Verzögerungen
aller bekannten Mehrfachpfadkomponenten verfolgt werden, und neue
Pfade sollten rasch nach ih rem Erscheinen entdeckt werden. Dies
wird typischerweise durch Verwenden einer Pfadsuchereinheit mit
einem Beobachtungsfenster erreicht, das kürzer als der vollständige Suchbereich
ist. In einem praktischen Verzögerungsschätzungssystem
wird die Pfadsuchereinheit periodisch verwendet, um den Verzögerungsbereich
mit dem Zweck einer Erfassung neuer Pfade neu abzutasten.
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Das
Leistungsverhalten eines CDMA-Empfängers hängt stark von der Qualität der Mehrfachpfadverzögerungserfassungseinheit
ab. Falls die erfassten Verzögerungen
der Mehrfachpfade von den korrekten Werten weg sind, geht die übertragene Leistung,
die durch die Pfade übertragen
wird, teilweise verloren, und die Rauschpegel werden sich erhöhen, sodass
sich das Leistungsverhalten des Empfängers verschlechtern wird.
Ein üblicher
Weg zum genauen Finden der Verzögerungen
der Mehrfachpfade besteht darin, Leistungsprofile von empfangenen
Pilotsymbolen für
eine ausreichend lange Zeit zu akkumulieren, und dann die Verzögerungsprofile über viele
Funkrahmen zu filtern, sodass der Einfluss des Schwunds gemildert
wird. Die so erhaltenen Leistungsprofile sind eher stabil, und die
erfassten Verzögerungen
werden dann zu dem RAKE und der Kanalschätzungseinrichtung für weitere
Demodulationen der Benutzerdaten abgegeben.
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Eine
der grundsätzlichen
Anforderungen derartiger genauer Verzögerungserfassungen ist offensichtlich
eine ausreichend lange Zeit für
Akkumulation von Pilotsymbolen und Filtern von Leistungsprofilen.
Es gibt jedoch zeitkritische Prozesse in den CDMA-Systemen, für die dies
nicht garantiert werden kann, und für diese Prozesse ist die Filtertechnik
somit nicht anwendbar. Zu dieser Kategorie gehört Funkruf (paging), d. h.
der Prozess zum Suchen einer Benutzerausrüstung oder eines Mobiltelefons
von z. B. einer Basisstation. Um die Leistung der Benutzerausrüstung einzusparen,
wird Funkruf auf eine diskontinuierliche Weise gemanagt, sodass
die Funkfrequenzeinheit der Benutzerausrüstung nur von Zeit zu Zeit
aus dem Schlaf aufwachen muss. Während
der kurzen Aufwachperiode muss der Empfänger die Verzögerungen
der Pfade finden und z. B. automatische Frequenzkorrekturen und
Funkrufindikatorerfassungen durchführen. Falls eine Funkrufanzeige für einen
Empfänger
erfasst wird, wird er zugehörige Information
dekodieren. Unter derartigen Umständen ist die Erfassungszeit
kritisch, und somit sind die Verzögerungserfassungen im allgemeinen
eher grob, was zu z. B. verfehlten Funkrufanzeige und Dekodierungsfehlern
der Funkrufnachrichten führen
kann, falls keine weiteren Aktionen unternommen werden.
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Während für die normalen
nicht-zeitkritischen Fälle,
wie etwa Demodulieren von Information in einem verbundenen Modus,
die Pfadsuche durch wiederholtes Berechnen und Filtern der Verzögerungsprofile
durchgeführt
wird, um die Verzögerungen
für die
stabilen Spitzen über
die Zeit gemittelt zu bekommen, müssen für die zeitkritischen Ereignisse die
Verzögerungswerte
für den
RAKE und die Kanalschätzungseinrichtungen
aus den momentanen Verzögerungsprofilen
bestimmt werden, da es zeitlich nicht möglich ist, die Profile zu erhalten,
die über
eine lange Zeit gefiltert sind.
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Ein
Beispiel eines Pfadsuchalgorithmus, in dem ein gemitteltes (gefiltertes)
Verzögerungsprofil generiert
wird, ist von Fukumoto S. et al "Path
search Performance and its Parameter optimization of Pilot symbol-assisted
coherent RAKE receiver from W-CDMA mobile radio", IEICE transactions an fundamentals
of electronics, Communications and Computer Sciences, Engineering
Sciences Society, Tokyo, JP, Vol. E83-A, Nr. 11, November 2000 (2000-11), Seiten
2110–2119
bekannt.
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Ferner
zeigt
US 2004/247059 ein
Beispiel davon, wie ein Signal-Interferenz-Verhältnis aus einem Verzögerungsprofil
kalkuliert werden kann.
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Sogar
für den
nicht-zeitkritischen Fall, in dem die Verzögerungen, die aus den gefilterten
Verzögerungsprofilen
abgeleitet werden, die besten Werte im Mittelwert sind, können sie
von den optimalen Verzögerungen
für einige
Schlitze weg sein und somit das Leistungsverhalten der Empfänger für jene Perioden verschlechtern.
Die Verschlechterungen werden jedoch insgesamt eher begrenzt sein,
besonders nach der Entschachtelung und Dekodierung.
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Im
Gegensatz dazu ist das Problem mit dem zeitkritischen Ereignis viel
ernsthafter, da die Verschlechterung des Leistungsverhaltens der
Empfänger
wegen ungenauen Verzögerungserfassungen über viele
Schlitze oder Rahmen nicht gemittelt oder korrigiert werden kann.
Somit werden z. B. für
Funkrufanzeigeerfassungen nur einige von Funkrufanzeigesymbolen
akkumuliert um zu entscheiden, ob es ein Funkruf ist oder nicht.
Falls es fehlschlägt,
wird der Empfänger
eine Funkrufanzeige verfehlen und Fehler der Funkrufnachrichten
bekommen.
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Deshalb
ist es ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zum Erfassen von Mehrfachpfadkomponenten
vorzusehen, das die Fähigkeit
zum Auswählen von
richtigen und akkuraten Pfadverzögerungen auch
in zeitkritischen Prozessen verbessern kann, wo Filtern der Verzögerungsprofile über mehrere Rahmen
nicht möglich
ist. Es wird jedoch verstanden, dass die Prinzipien der Erfindung
auch auf andere Situationen angewendet werden können, wenn Filtern über mehrere
Rahmen möglich
ist, aber nicht gewünscht
wird.
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Zusammenfassung
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Es
wird ein Verfahren, umfassend den Schritt zum Vorauswählen einer
Zahl von Spitzenverzögerungswerten
unter den Spitzenverzögerungswerten, die
für das
Verzögerungsprofil
bestimmt sind, wobei die vorausgewählten Spitzenverzögerungswerte
die größten Spitzen
darstellen, die in dem Verzögerungsprofil
erfasst sind, bereitgestellt. Das Ziel der Erfindung wird dadurch
erreicht, dass das Verfahren ferner die Schritte umfasst zum: Kalkulieren
für jeden der
vorausgewählten
Spitzenverzögerungswerte
eines Signal-Interferenz-Verhältnisses
für Verzögerungswerte
in einem Intervall um den vorausgewählten Spitzenverzögerungswert
herum; Auswählen
in jedem Intervall des Verzögerungswertes
mit dem höchsten
Signal-Interferenz-Verhältnis; und
Bereitstellen der ausgewählten
Verzögerungswerte
zu der RAKE-Einheit und Zuweisen von jedem ausgewählten Verzögerungswert
zu einem Finger der RAKE-Einheit.
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Durch Überwachen
der Signal-Interferenz-Verhältniswerte
um die Verzögerungen
von dem Pfadsucher herum und dann Umstellen der Finger des RAKE
gemäß den höchsten Signal-Interferenz-Verhältniswerten
wird das Leistungsverhalten des Empfängers in zeitkritischen Fällen, wie
etwa Funkruf, beträchtlich
verbessert, da ziemlich genaue Verzögerungswerte in einer sehr
kurzen Zeit nach einem Aufwachen des Empfängers bereitgestellt werden
können.
Da die Signal-Interferenz-Verhältniswerte
nur für
einige wenige Verzögerungswerte
um jede Spitze herum kalkuliert werden müssen, können zur gleichen Zeit die
erforderlichen Berechnungsressourcen dennoch auf einem geringen
Grad gehalten werden.
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Wenn
das Verfahren ferner den Schritt zum Neuanordnen der ausgewählten Verzögerungswerte umfasst,
um eine minimale Trennungseinschränkung zu erfüllen, wird
sichergestellt, dass unterschiedliche RAKE-Finger tatsächlich unterschiedliche
Mehrfachpfadverzögerungssignale
verfolgen.
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In
einer Ausführungsform
umfasst das Verfahren ferner die Schritte zum Verarbeiten empfangener
Signale, um Pilotsymbole und Benutzerdatensymbole gleichzeitig zu
erhalten; und Verwenden der Pilotsymbole in der Kalkulation der
Signal-Interferenz-Verhältnisse.
Durch gleichzeitiges Verarbeiten der Pilotsymbole und der Benutzerdatensignale
wird eine schnelle Lösung
erreicht, da die Benutzerdatensymbole bereit sein werden, sobald
sie benötigt
werden. Das Verfahren kann dann ferner umfassen die Schritte zum
Kalkulieren von Kanalschätzungen
für jeden
der ausgewählten
Verzögerungswerte;
Bereitstellen von Benutzerdatensymbolen entsprechend den ausgewählten Verzögerungswerten;
und Kombinieren der Kanalschätzungen
mit den bereitgestellten Benutzerdatensymbolen. Alternativ kann
das Verfahren ferner umfassen die Schritte zum Kalkulieren von Kanalschätzungen
für jeden
der ausgewählten
Verzögerungswerte;
Setzen von Kanalschätzungen
für verbleibende
Verzögerungswerte
auf Null; Bereitstellen von Benutzerdatensymbolen entsprechend allen
Verzögerungswerten;
und Kombinieren der Kanalschätzungen
mit den bereitgestellten Benutzerdatensymbolen.
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In
einer anderen Ausführungsform
umfasst das Verfahren ferner die Schritte zum Speichern empfangener
Signale; Verarbeiten empfangener Signale, um Pilotsymbole zu erhalten;
Verwenden der Pilotsymbole in der Kalkulation der Signal-Interferenz-Verhältnisse;
Verarbeiten gespeicherter Signale, um Benutzerdatensymbole entsprechend
den ausgewählten
Verzögerungswerten
zu erhalten; Kalkulieren von Kanalschätzungen für jeden der ausgewählten Verzögerungswerte;
und Kombinieren der Kanalschätzungen
mit den bereitgestellten Benutzerdatensymbolen. Durch Speichern
der empfangenen Signale und dann, nachdem die Verzögerungswerte für die RAKE-Finger
ausgewählt
wurden, Verarbeiten der Benutzerdatensignale nur für die ausgewählten Verzögerungen
können
Berechnungsressourcen eingespart werden.
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Wie
erwähnt,
bezieht sich die Erfindung ferner auf einen Empfänger für digitale Datensymbole, die
von einem Sender durch einen Übertragungskanal
eines Kommunikationsnetzes gesendet werden, worin einzelne Mehrfachpfadkomponenten
eines übertragenen
Datensymbols mit einzelnen Verzögerungen
empfangen werden, der Empfänger
umfassend eine RAKE-Einheit mit einer Zahl von Fingern zum Verarbeiten
empfangener Signale, und wobei der Empfänger angeordnet ist, ein Verzögerungsprofil
aus einer Menge empfangener Pilotsignale zu kalkulieren; Bestimmen
von Verzögerungswerten
für Spitzen,
die in dem Verzögerungsprofil
erfasst sind; und Vorauswählen
einer Zahl von Spitzenverzögerungswerten
unter den Spitzenverzögerungswerten, die
für das
Verzögerungsprofil
bestimmt sind, wobei die vorausgewählten Spitzenverzögerungswerte
die größten Spitzen
darstellen, die in dem Verzögerungsprofil
erfasst sind. Wenn der Empfänger
ferner angeordnet ist, für
jeden der vorausgewählten
Spitzenverzögerungswerte
ein Signal-Interferenz-Verhältnis
für Verzögerungswerte
in einem Intervall um den vorausgewählten Spitzenverzögerungswert
herum zu kalkulieren; in jedem Intervall den Verzögerungswert mit
dem höchsten
Signal-Interferenz-Verhältnis auszuwählen; und
die ausgewählten
Verzögerungswerte der
RAKE-Einheit bereitzustellen und jeden ausgewählten Verzögerungswert einem Finger der
RAKE-Einheit zuzuweisen, wird ein Empfänger bereitgestellt, der die
Fähigkeit
zum Auswählen
von korrekten und akkuraten Pfadverzögerungen auch in zeitkritischen
Prozessen verbessern kann, wo Filtern der Verzögerungsprofile über mehrere
Rahmen nicht möglich
ist.
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Wenn
der Empfänger
ferner angeordnet ist, die ausgewählten Verzögerungswerte neu anzuordnen,
um eine minimale Trennungseinschränkung zu erfüllen, wird
sichergestellt, dass unterschiedliche RAKE-Finger tatsächlich unterschiedliche
Mehrfachpfadverzögerungssignale
verfolgen können.
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In
einer Ausführungsform
ist der Empfänger ferner
angeordnet, empfangene Signale zu verarbeiten, um Pilotsymbole und
Benutzerdatensymbole gleichzeitig zu erhalten; und die Pilotsymbole
in der Kalkulation der Signal-Interferenz-Verhältnisse zu verwenden. Durch
gleichzeitiges Verarbeiten der Pilotsignale und der Benutzerdatensignale
wird eine schnelle Lösung
erreicht, da die Benutzerdatensymbole bereit sein werden, sobald
wie sie benötigt
werden. Der Empfänger
kann dann ferner angeordnet sein, Kanalschätzungen für jeden der ausgewählten Verzögerungswerte
zu kalkulieren; Benutzerdatensymbole entsprechend den ausgewählten Verzögerungswerten
bereitzustellen; und die Kanalschätzungen mit den bereitgestellten
Benutzerdatensymbolen zu kombinieren. Alternativ kann der Empfänger dann ferner
angeordnet sein, Kanalschätzungen
für jeden der
ausgewählten
Verzögerungswerte
zu kalkulieren; Kanalschätzungen
für verbleibende
Verzögerungswerte
auf Null zu setzen; Benutzerdatensymbole entsprechend allen Verzögerungswerten
bereitzustellen; und die Kanalschätzungen mit den bereitgestellten
Benutzerdatensymbolen zu kombinieren.
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In
einer anderen Ausführungsform
ist der Empfänger
ferner angeordnet, empfangene Signale zu speichern; empfangene Signale
zu verarbeiten, um Pilotsymbole zu erhalten; die Pilotsymbole in
der Kalkulation der Signal-Interferenz-Verhältnisse zu verwenden; gespeicherte
Signale zu verarbeiten, um Benutzerdatensymbole entsprechend den
ausgewählten
Verzögerungswerten
zu erhalten; Kanalschätzungen
für jeden
der ausgewählten
Verzögerungswerte
zu kalkulieren; und die Kanalschätzungen
mit den bereitgestellten Benutzerdatensymbolen zu kombinieren. Durch
Speichern der empfangenen Signale und dann, nachdem die Verzögerungswerte für die RAKE-Finger
ausgewählt
wurden, Verarbeiten der Benutzerdatensignale nur für die ausgewählten Verzögerungen
können
Berechnungsressourcen eingespart werden.
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In
einigen Ausführungsformen
kann der Empfänger
ein WCDMA-Empfänger sein.
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Die
Erfindung bezieht sich auch auf ein Computerprogrammprodukt und
ein computerlesbares Medium mit einem Programmcodemittel zum Durchführen des
oben beschriebenen Verfahrens.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nun mit Bezug auf die Zeichnungen nachstehend vollständiger beschrieben,
in denen
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1 ein
Beispiel von Mehrfachpfaden zwischen einer Basisstation und einer
Mobilstation zeigt;
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2 ein
Leistungsverzögerungsprofil
für die
in 1 dargestellten Pfade zeigt;
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3 ein
abgetastetes Verzögerungsprofil entsprechend
dem in 2 gezeigten Profil zeigt;
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4 einen Überblick über einen
RAKE-Empfänger
zeigt;
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5 ein
abgetastetes Verzögerungsprofil mit
einer geringen Auflösung
und die Kalkulation der Signal-Interferenz-Verhältnisse um Spitzen in dem Verzögerungsprofil
herum darstellt;
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6 einen Überblick über einen
RAKE-Empfänger
mit einer enthaltenen Umlagerungseinheit zeigt;
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7 ein
Flussdiagramm zeigt, das das Prinzip von Verzögerungsumlagerung darstellt;
und
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8 ein
Flussdiagramm zeigt, das die Kalkulation von Signal-Interferenz-Verhältnissen
darstellt.
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Detaillierte Beschreibung
der Ausführungsformen
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1 zeigt
eine Situation, in der eine Basisstation 1 und eine Mobilstation 2 eines
drahtlosen Kommunikationssystems miteinander kommunizieren. Als
ein Beispiel wird ein Signal, das von der Basisstation 1 übertragen
wird, durch die Mobilstation 2 empfangen. Das übertragene
Signal bewegt sich jedoch entlang vieler Pfade von der Basisstation
zu der Mobilstation. In diesem Fall gibt es einen direkten und unbehinderten
Ausbreitungspfad 3, zusätzlich
zu diesem direkten Pfad verursachen jedoch Reflexionen von Objekten
in der Umgebung Existenz einer Zahl von indirekten Pfaden. In der
Figur werden zwei derartige Pfade gezeigt. Ein indirekter Pfad 4 wird von
einem Haus 5 reflektiert, während ein anderer Pfad 6 durch
Reflexion von einem anderen Gebäude 7 verursacht
wird.
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Da
der Teil eines Signals, der über
einen der indirekten Pfade 4 und 6 übertragen
wird, einen längeren
Abstand zurücklegen
muss, um in der Mobilstation 2 anzukommen, im Vergleich
zu dem Teil des Signals, der sich entlang des direkten Pfades 3 bewegt,
werden viele Instanzen des gleichen Signals durch die Mobilstation 2 in
unterschiedlichen Zeitpunkten empfangen, d. h. mit unterschiedlichen
Verzögerungen.
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Falls
ein Pilotsignal von der Basisstation 1 übertragen wird, kann somit
die Leistung P, die in der Mobilstation 2 empfangen wird,
als eine Funktion der Zeit t ein Aussehen haben, wie in 2 dargestellt, die
ein Beispiel eines Leistungsverzögerungsprofils zeigt.
Das Leistungsverzögerungsprofil
zeigt alle Signale, die in der Mobilstation empfangen werden, einschließlich Rauschen
und Interferenzsignalen. Es entsprechen jedoch nur die Spitzen in
dem Leistungsverzögerungsprofil
den Mehrfachpfadkomponenten des übertragenen
Signals. Gemeinsam bilden diese Spitzen die Impulsantwort des Kanals.
In 2 entspricht die Spitze P3,
die in dem Zeitpunkt t3 empfangen wird,
dem direkten Pfad 3 in 1, während die
Spitzen P4 und P6,
die in den Zeitpunkten t4 bzw. t6 empfangen werden, den indirekten Pfaden 4 und 6 in 1 entsprechen.
Als ein Beispiel wird somit gesehen, dass die Verzögerung des
Pfades 6 (entsprechend der Spitze P6)
größer als
die Verzögerung
des Pfades 3 (entsprechend der Spitze P3)
ist.
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Das
in 2 gezeigte Verzögerungsprofil ist ein momentanes
Verzögerungsprofil,
und in derartigen Profilen treten Rauschspitzen zusätzlich zu
den Spitzen auf, die die wahren Spitzen darstellen. Ferner können Spitzen,
die wahre Pfade darstellen, vorübergehend
schwinden, z. B. wegen einer negativen Interferenz in dem Kanal.
Somit sind die wahren Pfade nicht notwendigerweise zu den höchsten Spitzen in
dem momentanen Verzögerungsprofil
identisch. Die wahren Pfade haben jedoch typischerweise stabile
Verzögerungswerte
für einige
Zeit, während
die Rauschspitzen zufällig
auftreten. Ferner können
die Verzögerungen
der wahren Pfade auch leicht von Zeitschlitz zu Zeitschlitz oder
von Rahmen zu Rahmen variieren. Deshalb werden die momentanen Verzögerungsprofile
normalerweise über
eine Zahl von Übertragungsrahmen
gefiltert, um den Effekt der Rauschspitzen zu verringern und akkurate
und stabile Verzögerungswerte
zu erhalten.
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Typischerweise
wird das Verzögerungsprofil des
empfangenen Signals nicht als eine kontinuierliche Kurve verfügbar sein,
wie die eine, die in 2 dargestellt wird. Stattdessen
wird es aus einer Zahl von Abtastwerten bestehen. Dies wird in 3 dargestellt,
die ein abgetastetes Leistungsverzögerungsprofil entsprechend
dem in 2 gezeigten kontinuierlichen Verzögerungsprofil
zeigt. Für
jeden Verzögerungswert τi (wobei
i ∊ [1, M] ist, d. h. der vollständige mögliche Verzögerungsbereich), wird der entsprechende
Leistungswert g(τi) gezeigt. In diesem Fall bilden die verfügbaren Schätzungen des
Leistungsverzögerungsprofils
eine fortlaufende Sequenz von gleich beabstandeten Abtastungen, τi = τ0 +
iΔτ.
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Die
Mobilstation 2 und die Basisstation 1 können für eine Verwendung
in z. B. einem System mit Vielfachzugriff im Codemultiplex (CDMA)
oder einem System mit Vielfachzugriff im Breitband-Codemultiplex
(WCDMA) angepasst sein, und in diesem Fall kann die Mobilstation 2 einen
RAKE-Empfänger verwenden,
der zum Identifizieren und Verfolgen der verschiedenen Mehrfachpfadsignale
für einen
gegebenen Kanal fähig
ist. Auf diese Weise kann die Energie oder Leistung von mehreren
Mehrfachpfadkomponenten in dem Empfänger genutzt werden. In dem
RAKE-Empfänger
wird jede Mehrfachpfadkomponente einem Entspreizer zugewiesen, dessen
Bezugskopie des Spreizcodes gleich zu der Pfadverzögerung der
entsprechenden Mehrfachpfadkomponente verzögert ist. Die Ausgaben der
Entspreizer, d. h. die Finger des RAKE-Empfängers, werden dann kohärent kombiniert,
um eine Symbolschätzung
zu erzeugen. Somit erfordert der RAKE-Empfänger Kenntnis über die
Mehrfachpfadverzögerungen
und die Werte der Kanalimpulsantwort für alle Pfade. Es sollte die
Signalenergie von so vielen physikalischen Pfaden wie möglich gesammelt
werden. Dieses Wissen kann von den Verzögerungsprofilen erhalten werden.
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Obwohl
hier Bezug auf einen RAKE-Empfänger
in einer Mobilstation genommen wird, sollte vermerkt werden, dass
die nachstehend beschriebenen Algorithmen in einem beliebigen CDMA-Empfänger verwendet
werden können,
d. h. in einer Mobilstation oder einer Basisstation, und die Übertragungsrichtung
Aufwärtsstrecke
oder Abwärtsstrecke
sein kann.
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Da
der Aufbau des Ausbreitungskanals mit der Zeit nicht konstant bleibt, ändern sich
die Verzögerungen
existierender Pfade, alte Pfade verschwinden und neue Pfade erscheinen.
Es sollte die Änderung
von Verzögerungen
aller bekannten Mehr fachpfadkomponenten verfolgt werden, und neue
Pfade sollten rasch entdeckt werden, nachdem sie erscheinen. Deshalb
werden selten aktivierte Pfadsucher eines begrenzten Bereiches typischerweise
zum Erfassen neuer Pfade verwendet, und in einigen Implementierungen
zum Neuerfassen zeitweilig verschwundener existierender Pfade. Dies
wird in 4 dargestellt, die einen Überblick über einen
RAKE-Empfänger
zeigt.
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In
dem Empfänger
werden die empfangenen gespreizten Datensignale dem Pfadsucher 11 und der
RAKE-Einheit 12 bereitgestellt. Der Pfadsucher 11 ist
eine Einrichtung, die momentane Impulsantwortschätzungen (komplex oder Leistung) über einen
Bereich von Verzögerungen
periodisch berechnet, der auch ein Pfadsuchfenster genannt wird.
Die komplexen oder Leistungswerte für einen gegebenen Verzögerungswert
können
durch z. B. Korrelieren der empfangenen Daten für Pilotsymbole mit einer angemessenen
verzögerten
Kopie der Spreizsequenz geschätzt
werden. Da der Pfadsucher 11 hauptsächlich verwendet wird, um nur
die Existenz von Pfaden zu erfassen, kann seine Ausgabeauflösung geringer
als die sein, die durch die RAKE-Einheit 12 gefordert wird.
Die erfassten Pfadverzögerungen,
d. h. die Verzögerungen,
die Spitzen in dem Verzögerungsprofil
darstellen, werden dann zu der RAKE-Einheit 12 und einem
Kanalschätzer 13 abgegeben.
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Die
empfangenen Signale werden dann in der RAKE-Einheit 12 entspreizt,
worin jede berichtete Verzögerung
einem RAKE-Finger zugewiesen wird, und jeder RAKE-Finger präsentiert
ein komplexes entspreiztes Datensymbol. In dem Kanalschätzer 13 werden
Schätzungen
für jeden
Pfad aus den entspreizten Datensymbolen, die durch die RAKE-Einheit 12 bereitgestellt
werden, und den erfassten Verzögerungen,
die durch den Pfadsucher 11 bereitgestellt werden, kalkuliert.
In der Kombinationseinrichtung 15 werden die entspreizten
Datensymbole, die durch die RAKE-Einheit 12 bereitgestellt
werden, mit den kon jugierten Kanalschätzungen (bereitgestellt durch
die Konjugierteinheit 14) multipliziert, und die Ergebnisse
für eine
weitere Dekodierung in dem Dekoder 16 verwendet.
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In
einem verbundenen Modus, d. h. wenn der Empfänger bereits in dem Prozess
zum Empfangen von Datensignalen ist, besteht ein gewöhnlicher
Weg zum genauen Finden der Verzögerungen
von Mehrfachpfaden darin, die Leistungsprofile der Piloten für eine ausreichend
lange Zeit zu akkumulieren, und dann die Verzögerungsprofile über viele
Funkrahmen zu filtern, sodass der Einfluss des Schwunds gemildert
wird und stabile Spitzen, die über
die Zeit gemittelt sind, erreicht werden.
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Wie
erwähnt,
werden während
eines normalen Empfangs von Daten die momentanen Verzögerungsprofile über eine
Zahl von Rahmen typischerweise gefiltert, um stabile und korrekte
Werte sicherzustellen. In den CDMA-Systemen gibt es jedoch auch
einige zeitkritische Prozesse, für
die die Filtertechnik nicht verwendet werden kann. Funkruf ist ein Beispiel
eines derartigen zeitkritischen Prozesses. Funkruf ist der Prozess,
wo z. B. eine Basisstation versucht, mit einem passiven Benutzerendgerät in Kontakt
zu treten. Die meiste Zeit ist das passive Benutzerendgerät in einem
Schlafmodus, und es wacht nur von Zeit zu Zeit aus dem Schlafmodus
auf um zu prüfen,
ob ein Funkrufsignal für
dieses Endgerät
vorhanden ist. Während
dieser kurzen Zeit muss die Einrichtung die Verzögerungen der Pfade in dem Übertragungskanal
herausfinden, z. B. automatische Frequenzkorrekturen und Funkrufindikatorerfassungen durchführen, und
falls ein Funkrufindikator (PI) tatsächlich für die Einrichtung erfasst wird,
wird sie die Information in dem Funkrufkanal (Paging Channel, PCH)
dekodieren, der z. B. in einem 3GPP-Netz in dem Secondary Common
Control Physical Channel (S-CCPCH) übertragen wird. Die verfügbare Zeit
für Pfaderfassung
während
der Aufwachperiode erlaubt die Verwendung von Filtern wie oben beschrieben nicht,
und da die Zeit intervalle zwischen den Aufwachereignissen eher lang
sind, sind die Verzögerungsprofile,
die während
unterschiedlicher Aufwachperioden gemessen werden, typischerweise
nicht ausreichend korreliert, um zum Filtern verwendet zu werden.
In dieser Situation kann das nachstehend beschriebene Verfahren
verwendet werden, um stabile und korrekte Werte sicherzustellen.
Es wird jedoch verstanden, dass die Ausführungsformen der Erfindung
auch auf andere Situationen anwendbar sind, wenn Filtern möglich ist,
aber nicht gewünscht
wird.
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Der
erste Schritt bei einer Schätzung
der wahren Pfadverzögerungen
während
einer Aufwachperiode besteht darin, eine grobe Pfadsuche eines momentanen
Verzögerungsprofils über einen
Verzögerungsbereich
von z. B. 128 Chips mit einer Auflösung von z. B. einem Chip durchzuführen. In
dem oberen Teil von 5 wird zum Zweck der Veranschaulichung
ein momentanes Verzögerungsprofil 21 mit
einem Verzögerungsbereich
von 64 Chips mit einer Auflösung
von z. B. einem Chip gezeigt. In diesem Beispiel findet der grobe
Pfadsucher sechs Spitzen, d. h. pA1, pA2, pA3, pA4, pA5 und pA6. Der Zweck dieser groben Pfadsuche besteht
darin, die Regionen der stärksten
Pfade zu finden, und obwohl die Ergebnisse nicht sehr genau sind,
wegen der geringen Auflösung
und der Tatsache, dass das Verzögerungsprofil
nicht gefiltert wurde, sind die Verzögerungen, die von dem Pfadsucher
abgegeben werden, typischerweise nicht weit weg von den wahren Werten. Da
der RAKE ebenso wie der Kanalschätzer
tatsächlich
die genaue Verzögerung
benötigen,
um die höchste
Leistung und das geringste Rauschen für jeden Pfad zu bekommen, können deshalb
die Verzögerungen,
die durch diese erste grobe Pfadsuche bereitgestellt werden, durch
Suchen um sie herum nach der Verzögerung entsprechend der höchsten Leistung
und dem geringsten Rauschen für
jeden Pfad verbessert werden, z. B. auf der Schlitzbasis, und dann
entsprechendes Umlagern der RAKE-Finger und des Kanalschätzers. Dies
kann durch Kalkulieren eines Signal-Interferenz-Verhält nisses
(SIR) für die
Verzögerungswerte
in einem kleinen Intervall um jede der Verzögerungen herum, die durch die
grobe Pfadsuche bereitgestellt werden, geschehen. In 6 wird
dies in der Umlagerungseinheit 17 durchgeführt. Da
die SIR-Werte nur
für einige
Verzögerungswerte
um die gefundenen Spitzen herum kalkuliert werden, sind die Berechnungsressourcen,
die für die
SIR-Kalkulationen benötigt
werden, eher begrenzt, was erlaubt, dass die Lösung sogar in Empfängern mit
nur einer begrenzten Verarbeitungskapazität implementiert wird.
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Gemäß einer
Ausführungsform
werden die RAKE-Finger somit nicht zu den Verzögerungen direkt von dem Pfadsucher
zugeordnet. Stattdessen werden die SIR-Werte um die ersten einigen
stärksten
Verzögerungen
herum überwacht,
z. B. einen Viertelchip weg auf beiden Seiten eines stärksten Pfades,
oder einen Viertelchip und einen Halbchip weg auf beiden Seiten
eines stärksten
Pfades, und die Verzögerung
mit dem höchsten
SIR-Wert wird dann
als ein Verzögerungskandidat
für diesen
Pfad gewählt.
Dies wird in dem unteren Teil von 5 dargestellt,
der die SIR-Werte zeigt, die um die vier stärksten Spitzen herum kalkuliert
werden, d. h. pA1, pA3,
pA4, pA5 des oberen
Teils der Figur. Es kann gesehen werden, dass in diesem Beispiel
der höchste SIR-Wert
um Spitze PA1 herum in dem Verzögerungswert
einen Viertelchip über
der Verzögerung
gefunden wird, die ursprünglich
durch die grobe Pfadsuche bereitgestellt wird, während für Spitze pA3 der
ursprünglich
bereitgestellte Wert tatsächlich
der eine mit dem höchsten
SIR-Werte war. Für
Spitze pA4 wird der höchste SIR-Wert in dem Verzögerungswert
zwei Viertelchips über
der ursprünglich
bereitgestellten Verzögerung
gefunden, und für
Spitze pA5 einen Viertelchip unter der ursprünglichen
Verzögerung.
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Ein
Flussdiagramm 100, das das Prinzip der Verzögerungsumlagerungen
darstellt, die in der Umlagerungseinheit 17 durchge führt werden,
wird in 7 gezeigt. Zuerst werden in
Schritt 101 die Verzögerungen
von dem Pfadsucher 11 empfangen. In Schritt 102 werden
die SIR-Werte um die Verzögerung
des stärksten
Pfades herum kalkuliert und überwacht.
Wie die SIR-Werte kalkuliert werden, wird später mit Bezug auf das Flussdiagramm
von 8 beschrieben. Als Nächstes wird in Schritt 103 die
Verzögerung
mit dem höchsten
SIR-Wert jener gerade kalkulierten ausgewählt und als die Verzögerung gespeichert,
um diesen Pfad darzustellen. Der gerade behandelte Pfad wird dann
ausmaskiert, d. h. aus der Gruppe von Pfaden entfernt, die zu untersuchen
sind, in Schritt 104, und dann wird in Schritt 105 entschieden,
ob weitere Pfade betrachtet werden müssen. Falls dies der Fall ist,
werden Schritt 102 bis 105 für den Pfad wiederholt, der
nun der stärkste
ist. In dem in 5 dargestellten Beispiel werden
die vier stärksten
Pfade betrachtet, was einer RAKE-Einheit mit vier Fingern entspricht.
Wenn die ausreichende Zahl von Pfaden behandelt wurde, können die
gesicherten Verzögerungen
in Schritt 106 neu angeordnet werden, um eine minimale
Trennungseinschränkung
zu erfüllen,
die einen gewissen minimalen Abstand zwischen benachbarten Pfaden
erfordert. Diese Einschränkung
stellt sicher, dass unterschiedliche RAKE-Finger tatsächlich unterschiedliche
Mehrfachpfadverzögerungssignale
verfolgen. In dem Beispiel von 5 erfüllen alle
Pfade bereits diese Einschränkung.
Die resultierenden Verzögerungen
werden dann für
die RAKE-Finger und den Kanalschätzer
verwendet, um in Schritt 107 die Benutzerdaten zu demodulieren.
Die Stellen der RAKE-Verzögerungen
können
auf der Schlitzbasis bestimmt werden, sodass die Empfänger die übertragene
Leistung auf eine dynamische Art und Weise effizienter verwenden
können.
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Wie
erwähnt,
zeigt das Flussdiagramm 200 in 8, wie die
SIR-Werte in Schritt 102 von 7 kalkuliert
werden. Zuerst werden in Schritt 201 die Kanalschätzungen,
wobei das Pilotmuster für
alle Pilotsymbole in einem Schlitz entfernt ist, gelesen. Es wird
vermerkt, dass für
jede Verzögerung
von der grobe Pfadsuche und ihre Nachbarn, die Kanalschätzungen
durch Multiplizieren der entspreizten Pilotsymbole von dem RAKE
mit den Komplex-Konjugierten der entsprechenden gesendeten Pilotsymbole
erhalten werden, um die Pilotmuster zu entfernen. Dann werden in
Schritt 102 die Mittelwerte der Kanalschätzungen
und dann die Summe des Quadrates des realen und des imaginären Teils
für jede
Verzögerung
kalkuliert, um die geschätzte
Leistung zu bekommen. In Schritt 203 wird das Quadrat der
Varianz der Kanalschätzungen
für jede
Verzögerung
kalkuliert, um die geschätzte
Interferenz zu bekommen. Schließlich
wird in Schritt 204 für
jede Verzögerung das
SIR pro Schlitz als das Verhältnis
der geschätzten
Leistung zu der geschätzten
Interferenz kalkuliert.
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Die
Verwendung der resultierenden Verzögerungen in der RAKE-Einheit und dem Kanalschätzer unterscheidet
sich von dem normalen verbundenen Modus, wo die Verzögerungen,
die in einem gegebenen Zeitschlitz zu verwenden sind, aus vorher empfangenen
Daten kalkuliert werden können.
In der vorliegenden Situation kann es sein, dass die Verzögerungen
für die
Demodulation der Daten verwendet werden müssen, die in dem gleichen Zeitschlitz
empfangen werden. Es werden einige unterschiedliche Wege um dies
zu tun in dem Folgenden beschrieben. Das in dem spezifischen Fall
gewählte
Verfahren kann von der Unterteilung zwischen Hardware und Software
in der Implementierung des Empfängers abhängig sein.
In den folgenden Implementierungen wird verstanden, dass die Kanalisierungscodes
und die Pilotmuster in dem Empfänger
bekannt sind, und dass die Verzögerungen
die einen von dem Pfadsucher und ihre Nachbarn sind, und somit der
RAKE, z. B. für
den Common Pilot Channel (CPICH), direkt nach der groben Pfadsuche
betrieben werden kann, um die Kanalschätzungen und SIR-Werte für alle möglichen
Verzögerungskandidaten
zu bekommen. Die besten Verzögerungswerte
werden dann aus den feinen SIR-Profilen ausgewählt und verwendet, um die Benutzerdaten
in dem Dedicated Physical Channel (DPCH) zu kombinieren. Andererseits
kalkuliert der Pfadsucher die Leistungsprofile für alle Abtastpunkte innerhalb
des Verzögerungsfensters,
um die Verzögerungen
der stärksten
Pfade zu finden, was eine getrennte Einheit ist und nicht einen
RAKE benötigt.
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In
einer Implementierung werden die Pilotsignale von dem Common Pilot
Channel (CPICH) und die Benutzerdaten gleichzeitig entspreizt, die CPICH-Symbole
werden verwendet, um die SIR-Werte
zu kalkulieren, und dann werden die entspreizten Symbole und die
entsprechenden Kanalschätzungen
zu der Kombinationseinrichtung nur für die Verzögerungen abgegeben, die wie
oben beschrieben lokalisiert wurden.
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Eine
Alternative besteht darin, die entspreizten Symbole für alle Verzögerungen
von dem Pfadsucher und ihre Nachbarn zu der Kombinationseinrichtung
abzugeben, dennoch werden die Kanalschätzungen der nicht-lokalisierten
Verzögerungen
auf Null für
die Kombinationseinrichtung gesetzt, sodass sie in der Tat aus den
kombinierten Symbolen ausgeschlossen sind.
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In
einer anderen Implementierung ist es auch möglich, die empfangenen Signale
aufzuzeichnen, während
CPICH-Symbole verwendet werden, um die SIR-Werte zu berechnen, und
dann nur das Entspreizen und für
die lokalisierten Verzögerungen
und Schätzen
ihrer Kanalkoeffizienten für
die Kombinationseinrichtung durchzuführen.
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Obwohl
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschrieben und gezeigt wurden, ist die
Erfindung nicht auf sie beschränkt,
sondern kann auch auf anderen Wegen innerhalb des Bereiches des
Gegenstands, der in den folgenden Ansprüchen definiert wird, verkörpert werden.