DE60202614T2

DE60202614T2 - Verfahren und system zur schätzung der frühesten ankunftszeit von cdma-vorwärtsverbindungsignalen

Info

Publication number: DE60202614T2
Application number: DE60202614T
Authority: DE
Inventors: Ivan Fernandez-Corbaton; Nadav Levanon
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2001-07-27
Filing date: 2002-07-25
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2022-07-26
Also published as: IL160039A; JP4068557B2; CA2455704A1; JP2004537935A; KR100941201B1; ATE287192T1; ES2235064T3; CN1550119A; AU2002317587A1; IL160039A0; WO2003013178A8; CA2455704C; WO2003013178A1; CN100407845C; US20030022627A1; JP2008086044A; JP4668975B2; US6697417B2; EP1413163A1; DE60202614D1

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf drahtlose Nachrichtensysteme und insbesondere auf ein System ein Verfahren zum genauen Abschätzen der frühesten Ankunft von CDMA-MF-Signalen, entweder in den Vorwärts- oder den Rückwärtsverbindungen.
2. Beschreibung von verwandter Technik und des allgemeine Hintergrunds
Es sind Bemühungen im Gange um drahtlose Nachrichtensysteme dadurch zu verbessern, dass die Fähigkeit hinzugefügt wird, die Position einer bestimmten Mobilstation (MS = mobile station) zu orten. Die Federal Communications Commission (FCC) hat eine Vorschrift erlassen, die sich auf diese Fähigkeit bezieht (Docket Nr. 94-102, dritter Report und Anweisung, verabschiedet am 15. September 1999 und freigegeben am 6. Oktober 1999). Diese Bestimmung macht es erforderlich, dass die Firmen, die drahtlose Verbindungen anbieten, Lösungen finden um die Position von in der Hand zu haltenden Geräten zu lokalisieren, um so die Position einer Mobilstation, die einen Notruf 911-Anruf macht, auf 50 Meter genau für 67% der Anrufe zu ermitteln (und bei 150 Metern liegt der Wert bei 95% der Anrufe) und zwar soll dies bis zum Oktober 2001 geschehen.
Um diesem Erfordernis genüge zu tun, besteht eine Lösungsmöglichkeit darin, die Position einer MS zu bestimmen, wobei die verfügbare Information an den Basisstationen (BSen) und den Mobilstationen (Msen) des drahtlosen Nachrichtensystems bestimmt wird, welches gemäß CDMA-Verfahren arbeitet. CDMA ist ein digitales Radiofrequenz (HF)-Kanalisationsverfahren, das in dem Interim Standard 95 der "Telecommunication Industry Association/Electronics Industries Association" definiert ist, und zwar unter der folgenden Bezeichnung: (TIA/EIA IS-95), "MOBILE STATION-BASE STATION COMPATIBILITY STANDARD FOR DUAL-MODE WIDEBAND SPREAD SPECTRUM CELLULAR SYSTEM", veröffentlicht im Juli 1993. Diese Schrift sei zum Teil dieser Anmeldung gemacht. Drahtlose Nachrichtensysteme, welche diese Technologie verwenden, weisen einen einzigartigen Code jedem unterschiedlichen Kommunikations- oder Nachrichtensignal zu, und wenden Pseudonoise (PN)-Modulation an, um diese Nachrichtensignale über eine gemeine Breitbandspreizspektrum-Bandbreite zu spreizen. Solange die Empfangsvorrichtung in einem CDMA-System den richtigen Code besitzt, kann sie in erfolgreicher Weise ihr Signal von Interesse detektieren und auswählen, und zwar aus den anderen Signalen, die gleichzeitig über die gleiche Bandbreite hinweg gesendet werden.
1 (Stand der Technik) veranschaulicht ein vereinfachtes Blockdiagramm eines CDMA drahtlosen Nachrichtensystems 100. Das System 100 gestattet, dass die MS 110, die typischerweise eine Mobilanschlussausrüstung (TE2 Vorrichtung 102) aufweist und eine drahtlose Nachrichtenvorrichtung (MT2 Vorrichtung 104) gemäß einer "Interworking Function" (IWF) 108 in Verbindung stehen. Die IWF 108 dient als ein Gateway zwischen dem drahtlosen Netzwerk und anderen Netzwerken, wie beispielsweise im öffentlichen Telefonsystem und Drahtpaket-Datennetzwerken, die Internet oder Intranet basierenden Zugriff vorsehen. Die MS 110 steht mit der BS 106 in Verbindung, die mit einer geographischen Zelle oder einem Sektor verknüpft ist und zwar geschieht dies über ein drahtloses Interface Um auf dem Rückwärtsverbindungs-Übertragungspfad. Die BS 106 ist derart konfiguriert, dass sie Nachrichtensignale von der MS 110 bearbeitet. Die BS 106 kann auch Positionsverarbeitungsfähigkeiten (beispielsweise Positionsbestimmungsgesamtheit (PDE = Position Determination Entity Servermechanismen)) besitzen oder damit in Verbindung stehen.
Auf dem Vorwärtsverbindungs-Sende- oder Übertragungspfad steht die BS 106 mit der MS 110 über das drahtlose Interface Um in Verbindung. Während Vorwärtsverbindungs-Übertragungen ist jede BS 106 in der Lage, informationstragende Signale und auch Steuersignale, wie beispielsweise Pilotsignale, zu übertragen bzw. zu senden. Die Pilotsignale besitzen eine Vielzahl von Verwendungsmöglichkeiten, wobei die eine darin besteht, die BS 106 zu identifizieren, die am besten geeignet ist die Rückwärtsverbindungs-Sendungen aufzunehmen. Insofern sind die Pilotsignale beteiligt bei der Bestimmung welche BS 106 die Rückwärtsnachrichten-Verbindung übertragen oder übergeben (hand-off) soll, um nahtlos Verbindungen aufrecht zu erhalten, wenn die MS 110 unterschiedliche Zellen oder Sektoren der Zellen durchläuft. Pilotsignale sehen auch eine Zeit und kohärente Phasenbezugsgröße vor, um die MS 110 in die Lage zu versetzen, die anfängliche Systemsynchronisation zu erhalten und die kohärente Demodulation auf der Vorwärtsverbindung zu erleichtern. Alle Pilotsignale sind dem gleichen PN-Spreizcode ausgesetzt, aber mit unterschiedlichen Codephasen-Versetzungen, um die MS 110 in die Lage zu versetzen, zwischen unterschiedlichen Pilotsignalen zu unterscheiden, die von unterschiedlichen Sektoren oder Basisstationen kommen. Jede BS 106 kann bis zu sechs unterschiedliche Pilotsignale und sechs unterschiedliche PN-Versetzungen (offsets) übertragen. Die Verwendung des gleichen Pilotsignalcodes gestattet der MS 110 die Systemzeitsteuer-Synchronisation zu finden, und zwar durch eine Suche durch sämtliche Pilotsignalcodephasen des gleichen Codes.
Es ist wohlbekannt, dass Signalübertragungen, die über das Luftinterface U_m laufen, einer Mehrfachpfadfortpflanzung ausgesetzt sein können. Insofern kann die MS 110 als erstes ein direktes (d.h. Sichtlinien (LOS = line-of-sight)) Signal empfangen, und zwar entsprechend dem Vorwärts-Verbindungssignal, übertragen durch die BS 106 und zwar gefolgt von zeitverzögerten und gedämpften Versionen des gleichen Signals infolge der Mehrfachpfadsituation. Es können Situationen auftreten, wo das erste LOS-Signal nicht empfangen wird, und nur Mehrfachpfadkomponenten vorhanden sind. Die MS 110 kann die Ankunftszeit, d.h. die Zeit der Ankunft (TOA = time of arrival) bestimmen, und die Energie sämtlicher empfangener Pilotsignale um das frühest verwendbare empfangene Pilotsignal zu identifizieren.
Um die TOA der empfangenen Pilotsignale zu bestimmen kann die Anzahl der Chips (oder Teile davon) der PN-Codesequenzen (d.h. PN-Chips) gewählt und gespeichert werden und zwar der Chips, die gegenüber einer Referenz ergangen sind, während die Signale empfangen wurden. Die MS 110 kann sodann das frühest empfangene Pilotsignal detektieren, das von der kleinsten Anzahl von vergangenen PN-Chips empfangen wurde. Die Referenz (oder Null Ankunftszeit) kann im Allgemeinen eine zufällige Markierung sein. Deswegen können isolierte oder getrennte TOA-Messungen direkt in Positionsbestimmungs-Algorithmen verwendet werden. Es besteht die Notwendigkeit, mindestens zwei TOA-Messungen zu verwenden, und zwar entsprechend den Pilotzahlen, die von unterschiedlichen geographischen Punkten kommen, um diesen willkürlichen Fehler zu überwinden. Beispielsweise durch Subtrahieren der erwähnten zwei Messungen erhält man eine Messung proportional zur Differenz zwischen den Radialabständen der Mobileinheit zu den zwei Ursprüngen: der gemeinsame Fehler, eingeführt durch die Unklarheit bei der Null-Zeitbestimmung fällt durch die Subtraktion heraus.
Um die Effekte der Mehrfachpfad-Fortpflanzung zu kompensieren, verwenden CDMA-Systeme, wie beispielsweise System 100 Rake-Empfänger, die die direkten und Mehrfachpfad-Versionen des Vorwärtsverbindungs-Pilotsignals verarbeiten und kombinieren, um ein besseres Empfangssignal zu generieren oder zu erzeugen. 2 (Stand der Technik) zeigt ein hohes Niveau besitzendes Funktionsblockdiagramm eines MS 110 Empfängers 200 einschließlich eines Rake-Empfängerdemodulators 225 zum kohärenten Demodulieren der Vorwärts-Verbindungssignale, empfangen durch MS 110. Wie in 2 gezeigt, konvertiert der HF-Frequenz-/Digitalkonverter Modul 205 herab und digitalisiert das Empfangssignal aus den Antennen-/Herstell-Digitaltastungen. Die Digitaltastungen (digital samples) werden an einen Rake-Empfänger-Demodulator 225 geliefert, der einen Searcher oder Sucher 215 umfasst.
Der Sucher 215 ist derart konfiguriert, dass er Signale sucht und zwar dadurch, dass die Tastungen durchlaufen bzw. überstrichen werden, die mit Wahrscheinlichkeit Mehrfach-Pfadsignalspitzen in Schritten von ein PN- oder einhalb-PN Chipinkrementen enthalten. Der Sucher 215 weist den stärkeren Mehrfach-Pfadsignalen Fingerkorrelatoren 210A–C zu. Jeder Fingerkorrelator 210A–C verriegelt (locks) sich auf sein zugewiesenes Mehrfach-Pfadsignal, demoduliert das Signal in kohärenter Weise und setzt die Verfolgung des Signals fort bis das Signal schwindet (fades away) oder der Fingerkorrelator 210A–C durch den Sucher 215 wieder zugewiesen wird. Die demodulierten Ausgangsgrößen der Fingerkorrelatoren 210A–C werden sodann durch den Kombinierer 220 kombiniert, um ein stärkeres Empfangssignal zu bilden.
Mit der Fähigkeit die TOA aus Vorwärts-Verbindungssignalen zu detektieren, können CDMA-Systeme mindestens theoretisch diese Fähigkeiten ausnutzen, um MS 110 Ortsinformation zu extrahieren. Wie oben erwähnt, ist die MS 110 in der Lage, die TOA der empfangenen Mehrfachkomponenten zu bestimmen.
Wie oben erwähnt, macht die FCC Vorschrift es erforderlich, die Lage einer MS innerhalb 50 Metern für 67% der Anrufe zu bestimmen. Eine Einschränkung der derzeitigen CDMA-Systeme ist deren Unfähigkeit, TOAs mit der notwendigen Auflösung abzuschätzen, um die Ortsanforderungen zu erfüllen. Beispielsweise ist das Zählen vergangener PN-Sequenzen auf eine Toleranz von einem PN-Chip zur Bestimmung des am frühesten empfangenen Pilotsignals von keiner Folge hinsichtlich des Aufbaus einer Nachrichtenverbindung mit den nächstgelegenen BS verbunden. Im Hinblick auf die Tatsache jedoch, dass ein PN-Chip annähernd 800 ns entspricht, was sich in einem Radialabstand von 240 Metern ausdrückt, so erfüllt eine derartige Toleranz die Ortsanforderungen deutlich nicht.
Ferner gilt Folgendes: da das LOS-Signal nicht das stärkste Signal, welches ankommt sein kann, ist die Trennung oder Isolierung des ersten ankommenden Signals eine einfache Aufgabe. Es sei bemerkt, dass die Verwendung eines Mehrfach-Pfadverzögerten-Signals von Bereichsinformationen einen inhärenten Fehler wegen der Extraverzögerung besitzen wird.
Dokument WO 9810307 verwendet ein zweidimensionales Histogramm wo jedes "Bin" des Gitters die Anzahl repräsentiert, dass in einem bestimmen Be reich zeitverzögerte Signalstärkewerte auftreten. Das sich ergebende Histogramm wird an ein neuronales Netzwerk zur TOA Bestimmung geliefert.
Eine weitere Einschränkung derzeitiger CDMA-Systeme besteht in der Auswirkung der Zeitversetzungsschwankung hinsichtlich der Fingerkorrelatoren der Rake-Empfänger. Wie oben erwähnt, detektiert der Sucher in einem MS-Rakeempfänger das stärkste Vorwärts-Verbindungs-Empfangssignal und weist einen Fingerkorrelator zu, um eines der detektierten Signale zu verfolgen und in kohärenter Weise zu demodulieren. Wegen der Auflösung der Hardware können jedoch Fingerkorrelatoren Störungen (jitter) erfahren, wenn sie versuchen, ihr zugewiesenes Signal zu verfolgen. Die Auflösung der Fingerkorrelatoren ist typischerweise 1/8 eines PN-Chips, was sich als Stör- oder Jittering-Sprünge von annähernd 24 Metern auswirkt. Kumulativ können derartige Effekte die Genauigkeit der Bereichsinformation zunichte machen.
Benötigt wird also ein System und ein Verfahren welches in der Lage ist, genau die früheste Ankunft von CDMA-Vorwärts- und Rückwärts-Verbindungssignalen abzuschätzen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die obige Erfindung befasst sich mit der oben geschilderten Notwendigkeit und sieht ein neues System und ein neues Verfahren vor, welche in der Lage sind, genau die erste Ankunft von Vorwärts- und Rückwärts-Verbindungs-CDMA-Signalen abzuschätzen.
Obwohl die Beschreibung für den Fall der Vorwärtsverbindung erfolgt, wo der Empfänger die Mobilstation ist, und die Sender die Basisstationen, kann das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung in der gleichen Weise für den Fall der Rückwärts-Verbindung eingesetzt werden, wo die Basisstation als der Empfänger und die Mobilstation als der Sender arbeiten.
Das System und die Verfahren gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung werden verkörpert und können allgemein so beschrieben werden, dass Folgendes vorgesehen ist: eine Basisstation oder eine Gruppe von Basisstationen, die eine Vielzahl von Pilotsignalen übertragen oder senden und ferner eine Mobilstation konfiguriert zum Empfang einer Vielzahl von Signalen, entsprechend einem der übertragenen Pilotsignale. Die Mobilstation weist einen Empfänger auf, der einen Sucherkorrelationsmechanismus enthält und mindestens einen Fingerkorrelationsmechanismus. Für jedes unterschiedliche Pilotsignal detektiert der Mobilstationsempfänger die Ankunftszeiten und die Energiepegel der Mehrfach-Pfadsignale entsprechend dem erwähnten Pilot und konstruiert ein Sucherhistogramm und ein Fingerhistogramm, welche eine Ankunftszeitverteilung von Tastungen (samples) repräsentieren. Der Mobilstationsempfänger verarbeitet die Tastungen, enthalten innerhalb des Sucherhistogramms und des Fingerhistogramms um eine Schätzung der TOA für die erste empfangene Mehrfach-Pfadkomponente von jedem Pilot zu erzeugen. An diesem Punkt kann die Mobilstation wählen, alle diese Ergebnisse (eines pro Pilot) zu einer anderen Gesamtheit (Basisstation, PDE, ...) zu übertragen, wenn sie die Kenntnis besitzt, welche PN-Pilotsequenzen von welcher der Basisstationen gesendet wurde, wobei ferner die Messungen weiterverarbeiten und nur eine Messung pro Basisstation berichtet wird, und zwar entsprechend der kleinsten TOA der Pilotsignale, die zu der Basisstation gehören.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 (Stand der Technik) ist ein Blockdiagramm, welches ein konventionelles CDMA drahtloses Nachrichtensystem veranschaulicht.
2 (Stand der Technik) ist ein Blockdiagramm, welches einen konventionellen CDMA-Rakeempfänger-Demodulator zeigt.
3A ist ein (Flussdiagramm, welches ein Verfahren veranschaulicht, und zwar zur Abschätzung der frühesten Ankünfte von CDMA-Signalen und zwar aufgebaut und arbeitend gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3B, 3C zeigen Histogramme, erzeugt durch ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die folgende detaillierte Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen, die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. Andere Ausführungsbeispiele sind möglich, und Modifikationen können gemacht werden, ohne den Sinn und den Bereich der Erfindung zu verlassen. Daher soll die folgende Beschreibung der Erfindung nicht einschränkend verstanden werden. Vielmehr ist der Erfindungsbereich durch die beigefügten Ansprüche definiert.
Der Fachmann erkennt, dass die unten beschriebenen Ausführungsbeispiele in vielen unterschiedlichen Ausführungen der Software, Firmware und Hardware in den in den Figuren gezeigten Gesamtheiten implementiert werden können. Der tatsächliche Softwarecode oder die spezialisierte Steuerhardware verwendet zum Implementieren der vorliegenden Erfindung soll die vorliegende Erfindung nicht einschränken. Somit werden der Betrieb und das Verhalten der Ausführungsbeispiele ohne eine spezielle Referenz mit dem tatsächlichen Softwarecode oder den spezialisierten Hardwarekomponenten beschrieben. Das Nichtvorhandensein derartiger spezieller Referenzen ist möglich, da der Fachmann ohne weiteres erkennen kann, welche Konstruktionssoftware und Steuerhardware zur Implementierung der Ausführungsbeispiele der Erfindung gemäß der Beschreibung erforderlich ist.
Darüber hinaus, können die mit den gegebenen Ausführungsbeispielen assoziierten Prozesse in irgendeiner Speichervorrichtung gespeichert werden, beispielsweise einem nicht-flüchtigen Speicher, einer optischen Scheibe. einem Magnetband oder einer Magnetscheibe. Ferner können die Prozesse bei der Herstellung des Systems programmiert werden oder über ein computerlesbares Medium zu einem späteren Zeitpunkt. Ein derartiges Medium kann irgendeine Form der oben angegebenen Speichervorrichtungen aufweisen und das Medium kann ferner beispielsweise eine Trägerwelle umfassen, die moduliert oder in anderer Weise manipuliert ist, um Befehle zu übertragen, die gelesen, demoduliert/decodiert und durch einen Computer ausgeführt werden können.
3A ist ein auf einem hohen Niveau befindliches Flussdiagramm, welches den Prozess 300 veranschaulicht, und zwar aufgebaut und betriebsfähig entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Wie im Block B360 angedeutet, legt der Prozess 300 am Sucher 215 des MS-Rakeempfängers 200 Schwellenpegel für die Minimalenergie der Pilotsignale (E_min), die verarbeitet werden sollen fest, ferner die Minimalanzahl an Tastungen, die für irgendein Bin (T_min) des Suchershistogramms auftritt (weiter unten zu beschreiben). Die Schwellenpegel E_min und T_min werden zur Diskriminierung von Pilotsignalen, reflektierten Mehrfachsignalen, Rauschen usw. verwendet und werden daher in einer Art und Weise ausgewählt, die sicherstellt, dass gültige Pilotsignale verarbeitet werden.
Im Block B362 detektiert der MS-Empfänger 200 für eine bestimmte BS (bezeichnet BS_j) die relative TOA_i und den Energiepegel E_i für jedes Signal P_i, empfangen durch den Sucher (Searcher) 215 des MS-Rakeempfängers 200. Wie oben bemerkt, kann jede BS_j bis zu sechs unterschiedliche Pilotsignale übertragen, und für eine gegebene PN-Versetzung (offset) entsprechend einem bestimmten Pilotsignal streicht der Sucher 215 über Tastwerte (samples), entsprechend den empfangenen Signalen, um Signalspitzen zu detektieren. Für eine gegebene PN-Versetzung kann der Sucher 215 Signalspitzen detektieren, die ein entsprechendes LOS-Pilotsignal aufweisen, reflektierte Versionen des Pilotsignals und Rauschen. Bei der Detektion von Signalspitzen misst der Sucher 215 die Spitzen und erzeugt zwei Werte, einen der anzeigt, wann das Signal ankommt (TOA) und eines, das die Energie dieses Signals (E) anzeigt. Wie oben bemerkt, kann die Berechnung der TOA erreicht werden durch Zählen und Speichern der Anzahl der PN-Chips, die während jedes Signal empfangen wurde, vergehen.
Im Block B364 beseitigt der MS Empfänger 200 von der weiteren Verarbeitung jedwedes Signal, das einen Energiepegel E enthält, der kleiner ist als der Schwellenpegel E_min. Durch Beseitigen der Signale mit Energiepegeln E weniger oder kleiner als E_min, stellt der Prozess 300 sicher, dass die TOA-Schätzung aus einem gültigen Pilotsignal erfolgt.
Für jede PN-Versetzung konstruiert der MS-Empfänger 200 im Block B366 ein Sucherhistogramm 390A für die nicht beseitigten Signale P_m–P_n, und zwar basierend auf ihren entsprechenden TOA_m–TOA_n. Es ist wohl bekannt, dass ein Histogramm die Verteilung einer Sammlung von Werten über ein vorbestimmtes Intervall hinweg darstellt. In diesem Falle wird das Sucherhistogramm 390A dadurch konstruiert, dass man Tastwerte von Signalen sammelt, mit Signalstärken oberhalb des Schwellenpegels E_min über eine Suchperiode entsprechend einer bestimmten PN-Versetzung (offset) hinweg. Für eine BS_j, die drei Pilotsignale überträgt, kann der MS-Empfänger 200 drei gesonderte Sucherhistogramme 390A–390C konstruieren.
Ein beispielhaftes Sucherhistogramm 390A für eine bestimmte PN-Versetzung ist in 3B gezeigt. Die Horizontalachse repräsentiert die relativen TOA_m von einem nicht beseitigen Signal P_m, und zwar gemessen in Bins (von der frühesten 38 –36 bis zur letzten 15,7) und die Vertikalachse repräsentiert die Anzahl der Tastungen, die bei der relativen TOA_m auftritt. Im Allgemeinen gilt Folgendes: je stärker die Signale, um so höher ist die Anzahl von Vorkommnissen oder bzw. Auftritten innerhalb der Bins: schwache Signale werden öfters durch die E_min Schwelle beseitigt. Jedes Bin ist derart konfiguriert, dass es einen Teil eines PN-Chips repräsentiert, und zwar abhängig von der Auflösung der Hardware. In einer beispielhaften Implementierung ist ein Bin äquivalent zu 1/8 eines PN-Chips. Wie in 3B gezeigt, enthält das Sucherhistogramm 390A drei Signalspitzen A, B, C, wie dies augenscheinlich ist durch die drei Bins mit der höchsten Zahl von Vorkommnissen, die bei den relativen TOAs von –28, –16 und –4 vorkommen bzw. auftreten.
Wie oben erwähnt, weist für jede PN-Versetzung bzw. jeden PN-Versatz der Sucher 215 einen Fingerkorrelator 210A einem Signal zu, um die entsprechenden Tastungen oder Tastwerte zu verfolgen und zu verarbeiten, um das Signal zu demodulieren. Nachdem die Fingerkorrelatoren 210A–210C den stärksten Signalspitzen (beispielsweise Spitzen A, B, C) durch den Sucher 215 zugewiesen sind, konstruiert der MS-Empfänger 200 im Block B368 ein Fingerhistogramm 395A für alle die zugewiesenen Signale P_m–P_n. Weitgehend wie beim Sucherhistogramm 390 390A kann für eine BS_j, die drei Pilotsignale überträgt, der Prozess 300 drei gesonderte Fingerhistogramme 395A–395C konstruieren.
In 3C ist ein beispielhaftes Fingerhistogramm 395A gezeigt. Obwohl das Fingerhistogramm 395A ähnlich dem Sucherhistogramm 390A konstruiert ist, sei bemerkt, dass das Fingerhistogramm 395A die Verteilung der zugewiesenen Signale P_m–P_n darstellt und zwar mit einer höheren Auflösung als das Sucherhistogramm 390A. Insofern ist das Fingerhistogramm 395 395A genauer als das Sucherhistogramm 390A und kann Gruppen von Signalspitzen zeigen, wenn die Fingerkorrelatoren 210A–210C Pilotsignale P_m–P_n verfolgen. Diese Gruppensignalspitzen sind symptomatisch für die Stör- oder Jittering-Effekte, die oben erwähnt wurden.
Wie in 3C gezeigt, enthält das Fingerhistogramm 395A eine erste signifikante Gruppe von Spitzen A', nahe angeordnet an der relativen TOA –28, eine zweite signifikante Gruppe von Spitzen B', nahe angeordnet an der relativen TOA –17,5 und eine dritte signifikante Gruppe von Spitzen C', nahe angeordnet an einer relativen TOA –2,9.
Im Block B370 lokalisiert der MS-Empfänger die erste Bin bzw. den ersten Bereich in jedem der Sucherhistogramme 390A–390C mit einer Anzahl von Auftritten größer als oder gleich T_min. Durch Anordnung des ersten Bereichs mit einer signifikanten Anzahl von Tastungen maximiert der Prozess 300 die Chancen der Identifikation der frühesten ankommenden Pilotsignale P_k für jeden PN-Versatz.
Im Block B372 konstruiert der MS-Empfänger 200 ein schmales Fenster um den ersten Bereich (Bin) herum, und zwar in jedem der Sucherhistogramme 390A–390C und konstruiert auch ein schmales Fenster um die Tastungen in jedem der Fingerhistogramme 395A–395C herum, die den ersten Bereichen (Bins) der Sucherhistogramme 390A–390C entsprechen. Die Fenster der Sucherhistogramme 390A–390C und Fingerhistogramme 395A–395C kompensieren die Differenzen bei der Auflösung zwischen Sucher 215 und Fingerkorrelatoren 210A–210C, was eine zeitliche Fehlausrichtung oder Zeitsteuerfehlausrichtung des Signals zur Folge haben kann. Eine derartige Fehlausrichtung wird in den 3B und 3C angedeutet, wo das Sucherhistogramm 390A Signalspitzen A, B, C an den entsprechenden TOAs von –28, –16 und –4 demonstriert, wo hingegen das Fingerhistogramm 395A Signalgruppenspitzen A', B', C' zentriert an entsprechenden TOAs von –28, –17,5 und –2,9 demonstriert.
Die 3B und 3C zeigen die konstruierten Fenster für einen einzigen Satz aus Sucherhistogramm 390A und Fingerhistogramm 395A. Die Fenster können an einem bestimmten Bereich (Bin) zentriert sein, und Bin-Versetzungen (Bereichsoffsets) oder Bereichsversetzungen besitzen, äquivalent zu ± einem Bruchteil eines PN-Chips (beispielsweise ± ½ PN-Chip). Beispielsweise gilt Folgendes: wenn die Bereiche (Bins) der Sucherhistogramme 390A–390C und Fingerhistogramme 395A–395C 1/8 eines PN-Chips repräsentieren, so würden die Fenster vier Bereiche (Bins) auf jeder Seite der entsprechenden Bereiche überspannen und zwar für eine Fensterauflösung von ± ½ PN-Chip.
Im Block B374 verarbeitet der MS-Empfänger 200 die Tastinformation, die in jedem Satz von Fenstern des Sucherhistogramms 390A–390C und Fingerhistogramms 395A–395C enthalten ist, um eine Zeit- oder Zeitsteuerschätzung vorzusehen, und zwar für jedes der am frühesten ankommenden Pilotsignale P_k. Insbesondere gilt Folgendes: für jeden Satz von Fenstern des Sucherhistogramms 390A–390C und Fingerhistogramms 395A–395C kombiniert und mittelt der Prozess 300 sämtliche Tastungen oder Abtastwerte enthalten innerhalb der entsprechenden Fenster, um einen durchschnittlichen TOA Wert (TOA_mean_k = TOA Mittelwert) für jedes der frühesten Pilotsignale P_k zu erhalten. Wenn die Fingerhistogramme 395A–395C keine Tastwerte enthalten, entsprechend den ersten Bereichen (Bins) der Sucherhistogramme 390A–390C, kombiniert und mittelt der MS-Empfänger 200 einfach die innerhalb des Fensters der Sucherhistogramme 390A–390C enthaltenen Tastungen, und erzeugt TOA_mean_k).
Im Block B376 erzeugt der MS-Empfänger 200 einen Verzögerungsindex D_k für jedes der geschätzten, am frühesten ankommenden Pilotsignale P_k, übertragen durch BS_j. Für jedes der am frühesten ankommenden Pilotsignale P_k liefert der Verzögerungs-Index D_k eine Metrik, die genau die Verzögerung quantifiziert, die durch jedes Signal erfahren wird. Der Verzögerungsindex D_k wird durch Subtrahieren einer entsprechenden proportional Standardabweichungsgröße von jedem der TOA_mean_k Werte, berechnet im Block B374, erzeugt. Wie bekannt, gilt Folgendes: die Standardabweichung ist eine Größe, welche die Verteilung (d.h. die Spreizung) einer Sammlung von Tastungen oder Tastwerten misst. Die Subtraktion der Standardabweichung von TOA_mean_k minimiert den Fehler, der sich ergibt aus Reflektionen, Rauschen oder Interferenz, wodurch eine genauere Schätzung der Zeit oder Zeitsteuerung für jedes der am frühesten ankommenden Pilotsignale P_k vorgesehen wird. Der MS-Empfänger 200 kann sodann die Verzögerungsindex D_k Information zur BS_j weiterleiten, um das erste Pilotsignal (P_F) aus sämtlichen, am frühesten ankommenden Pilotsignalen P_k zu bestimmen. Es sei Folgendes bemerkt: die vorstehende Beschreibung nimmt an, dass die Mobilstationen wissen, welche Pilotsignale von welchen Basisstationen kommen: sollte die Mobilstation kein derartiges Wissen besitzen, so würden alle D_k Werte berichtet und die Verarbeitung würde einer anderen Gesamtheit oder Entität überlassen sein.
Im Block B378 bestimmt der Prozess 300 P_F durch Auswahl des Minimums der gelieferten Verzögerungsindices D_k (D_k,min), erzeugt für jedes der am frü hesten ankommenden Pilotsignale P_k. Durch Definition entspricht D_k,min der Minimalverzögerung, erfahren durch irgendeines der am frühesten ankommenden Pilotsignale P_k, entsprechend einer gegebenen Basisstation BS_j. Daher gilt Folgendes: durch Auswahl von D_k,min identifiziert der Prozess 300 das erste Pilotsignal P_F aus sämtlichen, am frühesten ankommenden Pilotsignalen P_k.
Da MS 110 kein "a priori" Wissen besitzt hinsichtlich welches BS_j welchen PN-Versatz überträgt, kann die Auswahl von D_k,min durch BS_j ausgeführt werden, oder einen zugehörigen PDE-Server (oben erwähnt), der dieses Wissen besitzt.
Schließlich gilt Folgendes: im Block B380 inkrementiert der Prozess 300 einen Zähler und kehrt zu Block B362 zurück, um auf einen neuen BS_j+1, zu weisen, um das früheste ankommende Pilotsignal, welches dort seinen Ursprung nimmt, zu bestimmen. Wenn die Mobilstation nicht das Wissen besitzt, welche Pilotsignale welchen Basisstation entsprechen, so würde der bei B362 startende Prozess alle Pilotsignale durchschleifen (anstelle über alle Basisstationen hinweg) und der letzte Schritt B378 muss irgendwo anders ausgeführt werden.
Die vorstehende Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen ist vorgesehen, um dem Fachmann die Verwendung der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Verschiedene Modifikationen dieser Ausführungsbeispiele sind möglich und die allgemeinen Prinzipien, die hier angegeben werden, können auch bei anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden. Beispielsweise kann die Erfindung ganz oder teilweise in einer "verdrahteten" oder "hard-wired" Schaltung implementiert werden, als eine Schaltungskonfiguration, hergestellt in einer anwendungsspezifisch integrierten Schaltung oder aber auch as Firmware-Programm, eingegeben in den nicht flüchtigen Speicher, oder in einem Software-Programm eingegeben von oder in einem Datenspeicher-Medium, als maschinenlesbarer Code, wobei einer derartiger Code Befehl umfasst, ausführbar durch eine Anordnung von Logikelementen, wie beispielsweise einen Mikroprozessor oder einer anderen Digitalsignal-Verarbeitungseinheit.
Insofern soll die Erfindung nicht durch die gezeigten Ausführungsbeispiele eingeschränkt sein, sondern der Erfindung gebührt der breiteste Bereich, der mit den Prinzipien und neuen Merkmalen konsistent ist, wie sie oben erläutert wurden. 21301

Claims

Ein Verfahren zum Schätzen einer frühesten Signalankunft in einem drahtlosen Nachrichten- bzw. Kommunikationssystem, das eine Basisstation und eine Mobilstation aufweist, wobei die Mobilstation einen Empfänger aufweist, der einen Sucherkorrelationsmechanismus und wenigstens einen Fingerkorrelationsmechanismus aufweist, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch: Detektieren von Ankunftszeiten und Energiepegeln einer Vielzahl von durch die Mobilstation empfangenen Signalen in dem Mobilstationsempfänger, wobei die Vielzahl der empfangenen Signale einer Vielzahl von durch die Basisstation gesendeten bzw. übertragenen Pilotsignalen entspricht; Konstruieren eines Sucherhistogramms und eines Fingerhistogramms assoziiert mit jedem der Pilotsignale und zwar basierend auf Abtastungen, die den empfangenen Signalen entsprechen, die einen vorbestimmten Energieschwellenpegel erfüllen bzw. erreichen, wobei jedes der Sucherhistogramme und Fingerhistogramme eine Ankunftszeitverteilung der empfangenen Signale repräsentiert; Verarbeitung von Abtastungen, die innerhalb jedes der Sucherhistogramme und der Fingerhistogramme enthalten sind, um eine Vielzahl von geschätzten frühen Signalankünften zu generieren, wobei jede der geschätzten frühen Signalankünfte einem der Pilotsignale entspricht; und Bestimmen der frühesten Signalankunft pro Basisstation und zwar basierend auf der frühesten der geschätzten frühen Signalankünfte.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner Identifizieren eines ersten Kästchens bzw. Bereichs (Bin) in jedem der Sucherhistogramme umfasst, der eine Anzahl von Abtastungen, die größer als eine vorbestimmte Schwelle sind, beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 2, das ferner Folgendes aufweist: Konstruieren von Sucherfenstern, und zwar um die Abtastungen herum, die innerhalb jedes der ersten Bereiche der Sucherhistogramme enthalten sind; und Konstruieren von Fingerfenstern, und zwar um Abtastungen jedes der Fingerhistogramme herum, die den Abstastungen entsprechen, die innerhalb jedes der ersten Bereiche der Sucherhistogramme enthalten sind.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Sucherfenster und die Fingerhistogrammfenster bei einem Bereich zentriert sind und einen Versatz von ± einem Bruchteil eines PN Chips besitzen.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Verarbeitung von Abtastungen Folgendes umfasst: Kombinieren von Abtastungen, die innerhalb jedes der Sucherfenster und der Fingerfenster enthalten sind.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Verarbeitung von Abtastungen ferner Folgendes aufweist: Mitteln der kombinierten Abtastungen zum Generieren von jeder der geschätzten frühen Signalankünfte, die einer der Vielzahl von Pilotsignalen entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 6, das ferner das Generieren eines Verzögerungsindexes für jede der geschätzten frühen Signalankünfte umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei jeder der Verzögerungsindizes generiert wird durch Subtrahieren einer entsprechenden proportionalen Standardabweichungsgröße von jeder der geschätzten Signalankünfte.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Bestimmen der frühesten Signalankünfte pro Basisstation das Bestimmen des Minimums der Verzögerungsindizes umfasst, welches der frühesten Signalankunft entspricht.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Mobilstation die Verzögerungsindizes an die Basisstation oder an eine Positionsbestimmungseinheit weitergibt, um den minimalen Verzögerungsindex auszuwählen, der der frühesten Signalankunft entspricht.
Ein System zum Schätzen einer frühesten Signalankunft in einem drahtlosen Kommunikations- bzw. Nachrichtensystem, gekennzeichnet durch: eine Basisstation (106), die eine Vielzahl von Pilotsignalen sendet bzw. überträgt; und eine Mobilstation (110), die konfiguriert ist zum Empfangen einer Vielzahl von Signalen, die den Pilotsignalen entsprechen, wobei die Mobilstation einen Empfänger umfasst, der einen Sucherkorrelationsmechanismus (215) und wenigstens einen Fingerkorrelationsmechanismus (210A, 210B, 210C) umfasst, wobei der Mobilstationsempfänger angepasst ist zum Bestimmen von Ankunftszeiten und Energiepegeln der empfangenen Signale, zum Konstruieren eines Sucherhistogramms (390A) und eines Fingerhistogramms (395A) und zwar assoziiert mit jedem der Pilotsignale, wobei jedes der Sucherhistogramme und Fingerhistogramme eine Ankunftszeitverteilung von Abtastungen repräsentiert, die den empfangenen Signalen entsprechen, die einen vorbestimmten Energieschwellenpegel erfüllen und zum Verarbeiten der Abtastungen die innerhalb jedes der Sucherhistogramme und der Fingerhistogramme enthalten sind zum Generieren einer Vielzahl von geschätzten frühen Signalankünften, wobei die früheste Signalankunft basierend auf der frühesten der geschätzten frühen Signalankünfte bestimmt wird.
System nach Anspruch 11, wobei der Mobilstationsempfänger einen ersten Bereich in jedem der Sucherhistogramme identifiziert bzw. bestimmt, der eine Anzahl von Abtastungen beinhaltet, die größer als eine vorbestimmte Schwelle ist.
System nach Anspruch 12, wobei der Mobilstationsempfänger Sucherfenster konstruiert und zwar um die Abtastungen herum, die innerhalb jedes der ersten Bereiche der Sucherhistogramme enthalten sind und Fingerfenster konstruiert und zwar um Abtastungen jedes der Fingerhistogramme herum, die den Abtastungen entsprechen, die innerhalb der ersten Bereiche jedes der Sucherhistogramme enthalten sind.
System nach Anspruch 13, wobei die Sucherfenster und die Fingerhistogrammfenster bei einem Bereich zentriert sind und einen Versatz (Offset) von ± einem Bruchteil bzw. einem Teil eines PN Chips besitzen.
System nach Anspruch 14, wobei der Mobilstationsempfänger die Abtastungen verarbeitet, die innerhalb jedes der Sucherhistogramme und Fingerhistogramme enthalten sind und zwar durch Kombinieren von Abtastungen, die innerhalb jedes der Sucherfenster und der Fingerfenster enthalten sind.
System nach Anspruch 15, wobei der Mobilstationsempfänger ferner die Abtastungen verarbeitet, die innerhalb jedes der Sucherhistogramme und der Fingerhistogramme enthalten sind und zwar durch Mitteln der kombinierten Abtastungen um jede der geschätzten frühen Signalankünfte, die einem der Pilotsignale entsprechen, zu generieren.
System nach Anspruch 16, wobei der Mobilstationsempfänger einen Verzögerungsindex für jede der geschätzten frühen Signalankünfte generiert.
System nach Anspruch 17, wobei jeder der Verzögerungsindizes generiert wird und zwar durch Subtrahieren einer entsprechenden proportionalen Standartabweichungsgröße von jeder der geschätzten frühen Signalankünfte.
System nach Anspruch 18, wobei das Bestimmen der frühesten Signalankunft das Bestimmen des Minimums der Verzögerungsindizes, welches der frühesten Signalankunft entspricht, umfasst.
System nach Anspruch 19, wobei die Mobilstation die Verzögerungsindizes weiterreicht, an die Basisstation oder eine Positionsbestimmungseinheit und zwar zum Auswählen des minimalen Verzögerungsindexes entsprechend der frühesten Signalankunft.
Ein maschinenlesbares Medium, das codiert ist mit einer Vielzahl von prozessorausführbaren Instruktionssequenzen zum Schätzen einer frühesten Signalankunft in einem drahtlosen Kommunikationssystem, das eine Basisstation und eine Mobilstation aufweist, wobei die Mobilstation einen Empfänger aufweist, der einen Sucherkorrelationsmechanismus und mindestens einen Fingerkorrelationsmechanismus aufweist, wobei die Instruktionssequenzen Folgendes aufweisen: Detektieren von Ankunftszeiten und Energiepegeln einer Vielzahl von Signalen, die durch die Mobilstation empfangen werden, wobei die Vielzahl empfangener Signale einer Vielzahl von durch die Basisstation gesendeten Pilotsignalen entspricht; Konstruieren eines Sucherhistogramms und eines Fingerhistogramms, die mit jedem der Pilotsignale assoziiert sind und zwar basierend auf Abtastungen, die den empfangenen Signalen entsprechen, die einen vorbestimmten Energieschwellenpegel erfüllen bzw. entsprechen, wobei jedes der Sucherhistogramme und Fingerhistogramme eine Ankunftszeitverteilung der Abtastungen repräsentiert; Verarbeitung von Abtastungen, die innerhalb jedes der Sucherhistogramme und Fingerhistogramme enthalten sind und zwar zum Generieren einer Vielzahl von geschätzten frühen Signalankünften, wobei jede der geschätzten frühen Signalankünfte einem der Pilotsignale entspricht; und Bestimmen der frühesten Signalankunft und zwar basierend auf der frühesten der geschätzten frühen Signalankünfte.
Maschinenlesbares Medium nach Anspruch 21, das ferner das Identifizieren eines ersten Bereichs in jedem der Sucherhistogramme aufweist, der eine Anzahl von Abtastungen enthält, die größer als eine vorbestimmte Schwelle sind.
Maschinenlesbares Medium nach Anspruch 22, das ferner Folgendes aufweist: Konstruieren von Sucherfenstern, um die Abtastungen herum, die innerhalb jeder der ersten Bereiche der Sucherhistogramme enthalten sind, und Konstruieren von Fingerfenstern, um Abtastungen von jedem der Fingerhistogramme herum, die den Abtastungen entsprechen, die innerhalb jedes der ersten Bereiche der Sucherhistogramme enthalten sind.
Maschinenlesbares Medium nach Anspruch 23, wobei die Sucherfenster und die Fingerfenster bei einem Bereich zentriert sind und einen Versatz von ± einem Teil eines PN Chips besitzen.
Maschinenlesbares Medium nach Anspruch 24, wobei das Verarbeiten von Abtastungen Folgendes einschließt: Kombinieren von Abtastungen, die innerhalb jedes der Sucherfenster und der Fingerfenster enthalten sind.
Maschinenlesbares Medium nach Anspruch 25, wobei das Verarbeiten von Abtastungen Folgendes aufweist: Mitteln der kombinierten Abtastungen und zwar zum Generieren genannter jeder der geschätzten frühen Signalankünfte, die einem der Pilotsignale entsprechen.
Maschinenlesbares Medium nach Anspruch 26, das ferner das Generieren eines Verzögerungsindexes für jede der geschätzten frühen Signalankünfte umfasst.
Maschinenlesbares Medium nach Anspruch 27, wobei jeder der Verzögerungsindexe durch Subtrahieren einer entsprechenden proportionalen Standartabweichungsgröße von jeder der geschätzten frühen Signalankünfte generiert wird.
Maschinenlesbares Medium nach Anspruch 28, wobei das Bestimmen der frühesten Signalankunft das Bestimmen des Minimums der Verzögerungsindizes umfasst, welches der frühesten Signalankunft entspricht.
Maschinenlesbares Medium nach Anspruch 29, wobei die Mobilstation die Verzögerungsindizes weiterleitet und zwar an die Basisstation oder eine Positionsbestimmungseinheit und zwar zum Auswählen des minimalen Verzögerungsindexes entsprechend der frühesten Signalankunft.