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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Rake-Empfänger.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Rake-Empfänger werden
in CDMA-Funkkommunikationssystemen
(Code Division Multiple Access, Kodemultiplex) verbreitet verwendet.
Ein Rake-Empfänger
versucht eine Vielzahl von parallelen Empfängern, die als Rake-Finger
bekannt sind, auf die jeweiligen empfangenen Signale, die verschiedene
Pfadverzögerungen
aufweisen, zu synchronisieren.
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Die
Sender und Empfänger
in CDMA-Funkkommunikationssystemen
umfassen Filter, deren Folge darin besteht, dass störende Signale,
die in Bezug auf das ursprüngliche
Signal zeitverschoben sind, erzeugt werden. Beispielsweise bewirken
in einem typischen System die Sender- und die Empfängerfilter, dass eine erhöhte Kosinuspulsform
im Empfänger
erzeugt wird. Eine solche Pulsform weist zeitliche Nebenkeulen auf. Mit
erhöhten
Kosinusfiltern befindet sich das Maximum der ersten Nebenkeulen
normalerweise in einer Distanz von 1,4 Chip von der Hauptkeule.
Wenn die Filter eine Abtastung in Intervallen von 0,5 Chip ausführen, so
befinden sich die dichtesten Nebenkeulen 1,5 Chip neben jeder Seite
des Zentrums der Hauptkeule und weisen ungefähr einen um 14 dB niedrigeren
Wert auf.
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Die
Signale der Hauptkeule und der Nebenkeule erscheinen für einen
Rake-Empfänger
als ein relativ starkes Signal, dem Versionen vorhergehen, die kürzeren aber
verlustreicheren Pfaden folgen, und dem Signale folgen, die längeren und
verlustreicheren Pfaden folgen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Rake-Empfänger geliefert,
der Impulsantwort-Messmittel und Pfadzuweisungsmittel für das Zuweisen
von Pfaden an Rake-Finger
in Abhängigkeit
von der Ausgabe der Impulsantwort-Messmittel umfasst, dadurch gekennzeichnet,
dass das Pfadzuweisungsmittel konfiguriert ist, um die Größen des
Paars von Scheitelpunkten, die in der Ausgabe der Impulsantwort-Messmittel
dargestellt sind, zu vergleichen und ein kleineres Element eines
Paares für
die Zuweisung von Pfaden an die Rake-Finger zu ignorieren, wenn
die Größen des
Paares sich in einer vorbestimmten Weise unterscheiden, um so störende Pfade
auszuschließen,
wobei die Paare Scheitelwerte umfassen, die durch eine Periode,
die für
die Trennung der Haupt- und Nebenkeulen der Filter charakteristisch
ist, zeitlich getrennt sind, um die Basisbandpulsform, die vom Empfänger erwartet
wird, zu erzeugen.
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Somit
ist es durch die Analyse der Trennung und der relativen Größen des
Paars von Scheitelpunkten möglich,
störende
Pfade zu identifizieren. In irgend einem gegebenen System werden
die Trennungen und die relativen Größen, die für das Vorhandensein eines störenden Pfades
charakteristisch sind, von den Details des Systems, beispielsweise
der Gestaltung des Filters und dem Rauschspektrum, abhängen.
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Im
allgemeinen wird die Größe des Verhältnisses
der Größen des
Paars von Scheitelpunkten in einen vorbestimmten, systemabhängigen Bereich
fallen, wenn sich einer der Scheitelpunkte auf einen störenden Pfad
bezieht. Vorzugsweise umfasst die vorbestimmte Weise die Größe des Ergebnisses
ihres Verhältnisses minus
eines Referenzwertes, der kleiner als ein Schwellwert ist. Noch
besser ist es, wenn der Referenzwert dem theoretischen Keulenverhältnis, erhöht um eine
Größe, die
der Unsicherheit Rechnung trägt,
die durch Rauschen eingeführt
wird, entspricht. Noch besser ist es, wenn dieser Referenzwert die
Hälfte
der Summe der oberen und unteren Grenzen eines Vertrauensintervalls
in der Wahrscheinlichkeitsdichte für das Keulenverhältnis umfasst,
wobei das Vertrauensintervall nicht kleiner als 90% und vorzugsweise
bei 95% liegt, und der Schwellwert optional die Hälfte der
Breite des Vertrauensintervalls aufweist.
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Die
Pulsform wird oft ein erhöhter
Kosinus sein.
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Vorzugsweise
umfasst die vorbestimmte Weise die Erfüllung des Kriteriums:
wobei M
p1 und
M
p2 die Größen der Scheitelpunkte eines
Paares sind, R ein Referenzverhältnis
für eine
Hauptkeule und eine Nebenkeule ist, und I einen Vertrauensfaktor
darstellt. Noch besser ist es, wenn R ungefähr 0,175, vorzugsweise 0,1746
ist, und I ungefähr
0,065, vorzugsweise 0,0643 beträgt.
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Die
vorliegende Erfindung kann in einem Mobiltelefon oder einer Basisstation
eines Mobiltelefonnetzes implementiert werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Blockdiagramm einer Mobilstation;
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2 ist
ein Blockdiagramm der Rake-Funktion des DSP-Untersystems der Mobilstation der 1;
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3 ist
ein Flussdiagramm, das das Verzögerungsauswahlverfahren
zeigt, das vom DSP-Untersystem ausgeführt wird; und
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4 zeigt
eine Basisstation eines Mobiltelefonnetzes, die einen Rake-Empfänger gemäß der vorliegenden
Erfindung einschließt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezug auf die
begleitenden Zeichnungen beschrieben.
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Betrachtet
man die 1, so umfasst eine WCDMA-Mobilstation eine
Antenne 1, eine RF-Untersystem 2, ein Basisband-DSP-(Digitalsignalverarbeitungs)-Untersystem 3,
ein analoges Audiountersystem 4, einen Lautsprecher 5,
ein Mikrofon 6, eine Steuerung 7, eine Flüssigkristallanzeige 8,
ein Tastenfeld 9, einen Speicher 10, eine Batterie 11 und
eine Leistungsversorgungsschaltung 12.
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Das
RF-Untersystem 2 enthält
IF- und RF-Schaltungen des Senders und des Empfängers des Mobiltelefons und
einen Frequenzsynthesizer für
das Abstimmen des Senders und des Empfängers der Mobilstation. Die
Antenne 1 ist mit dem RF-Untersystem 2 für den Empfang
und das Senden von Funkwellen verbunden.
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Das
Basisband-DSP-Untersystem 3 ist mit dem RF-Untersystem 2 verbunden,
um Basisbandsignale von diesem zu empfangen und für das Senden
von Basisbandmodulationssignalen an dieses. Das Basisband-DSP-Untersystem 3 umfasst
eine Rake-Funktion
als auch eine Dekodier- und Bitdetektionsfunktion, die aus dem Stand
der Technik wohl bekannt sind.
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Das
analoge Audiountersystem 4 ist mit dem Basisband-DSP-Untersystem 3 verbunden
und empfängt von
diesem demodulierte Audiosignale. Das analoge Audiountersystem 4 verstärkt die
demodulierten Audiosignale und legt sie an den Lautsprecher 5 an.
Akustische Signale, die vom Mikrofon 6 detektiert werden,
werden durch das analoge Audiountersystem 4 vorverstärkt und für eine Kodierung
an das Basisband-DSP-Untersystem 3 gesandt.
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Die
Steuerung 7 steuert den Betrieb des Mobiltelefons. Sie
ist mit dem RF-Untersystem 2 verbunden, um Abstimminstruktionen
an den Frequenzsynthesizer zu liefern, und mit dem Basisband-DSP-Untersystems 3,
um Steuerdaten und Verwaltungsdaten für das Senden zu liefern. Die
Steuerung 7 arbeitet gemäß einem Programm, das im Speicher 10 gespeichert
ist. Der Speicher 10 ist getrennt von der Steuerung 7 gezeigt.
Er kann jedoch in die Steuerung 7 integriert sein.
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Die
Anzeigevorrichtung 8 ist mit der Steuerung 7 verbunden,
um Steuerdaten zu empfangen, und das Tastenfeld 9 ist mit
der Steuerung 7 verbunden, um Eingabedaten des Benutzers
an diese zu liefern.
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Die
Batterie 11 ist mit der Leistungsversorgungsschaltung 12 verbunden,
die eine geregelte Leistung mit verschiedenen Spannungen, die von
den Komponenten des Mobiltelefons verwendet werden, liefert.
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Die
Steuerung 7 ist programmiert, um die Mobilstation für eine Sprach-
und Datenkommunikation zu steuern, und mit Anwendungsprogrammen,
beispielsweise einem WAP-Browser, der die Datenkommunikationsfähigkeiten
der Mobilstation verwendet.
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Um
die Wirkung der zeitlichen Nebenkeulen des Filters zu lindern, ist
das DSP-Untersystem 3 programmiert, die relativen Stärken der
Filterkeulen zu verwenden, wenn es die Rake-Finger aufbaut.
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Betrachtet
man die 2, so implementiert das DSP-Untersystem 3 vier
konventionelle Rake-Finger 21a, 21b, 21c, 21d,
ein konventionelles Impulsantwort-Messverfahren 22 und
ein Verzögerungsauswahlverfahren 23,
das die Pfade identifiziert, die den Rake-Fingern zuzuweisen sind,
und das Phaseninformation an die Rake-Finger 21a, 21b, 21c, 21d liefert.
Die Phaseninformation wird von den Rake-Fingern 21a, 21b, 21c, 21d verwendet,
um die Phase der Entspreizungssequenz zu steuern.
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Das
empfangene Signal wird an das Impulsantwort-Messverfahren 22 und an jeden
der Rake-Finger 21a, 21b, 21c, 21d geliefert.
Das Impulsantwort-Messverfahren 22 gibt bis zu acht Verzögerungs-
und Größenwerte
aus, die den verschiedenen Pfaden entsprechen. Jedes Verzögerungs-
und Größenwertpaar
bezieht sich auf einen Scheitelpunkt in der Impulsantwort des Eingangssignals.
Die Ausgabe des Impulsantwort-Messverfahrens 22 wird dann
durch das Verzögerungsauswahlverfahren 23 verarbeitet,
um die vier besten Pfade auszuwählen.
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Die
Ausgaben der Rake-Finger 21a, 21b, 21c, 21d werden
durch einen Summierer 24 kombiniert.
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Wenn
man die 3 betrachtet, so berechnet das
Verzögerungsauswahlverfahren
zuerst die zeitlichen Distanzen zwischen den Verzögerungen,
die vom Impulsmessverfahren 22 ausgegeben werden (Schritt s1).
Wenn keine dieser Distanzen äquivalent
1,5 Chip (das heißt
3 × 0,5
Chip, was die Abtastperiode der Filter im System darstellt) ist,
werden die vier Verzögerungen,
die die größten Größen aufweisen,
dann ausgewählt und
an die jeweiligen Rake-Finger 21a, 21b, 21c, 21d geliefert
(Schritt s3).
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Wenn
irgend welche Distanzen von 1,5 Chip im Schritt s2 gefunden werden,
so wird für
jedes Paar mit durch 1,5 Chip getrennten Scheitelpunkten (Schritt
s4) das Folgende berechnet:
wobei M
p1 und
M
p2 die Größen der Scheitelpunkte, die
im Paar enthalten sind, darstellen (Schritt s4). Die sich ergebenden
Werte werden mit 0,0643 verglichen (Schritt s5), und wenn sie niedriger
sind, so wird der Scheitelpunkt des aktuellen Paars, der die niedrigere
Größe aufweist,
aus dem Satz der Scheitelpunkte, die vom Impulsantwort-Messverfahren
22 ausgegeben
werden, entfernt (Schritt s6).
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Wenn
alle Paare durch 1,5 Chip getrennter Scheitelpunkte verarbeitet
wurden, werden die besten vier verbleibenden Scheitelpunkte ausgewählt, und
die entsprechenden Verzögerungen
werden an die Rake-Finger 21a, 21b, 21c, 21d geliefert
(Schritt s3).
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Wenn
es weniger als vier Scheitelwerte gibt, wird eine entsprechend reduzierte
Anzahl von Rake-Fingern 21a, 21b, 21c, 21d verwendet.
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Auf
diese Weise werden keine Ressourcen durch das Zuweisen von Rake-Fingern 21a, 21b, 21c, 21d an
störende
Pfade verschwendet.
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Im
vorliegenden Beispiel beträgt
die theoretische Größendifferenz
zwischen benachbarten Keulen, beispielsweise der Hauptkeule und
einer ersten Nebenkeule, 14,25 dB. Unsicherheiten in den Größen der Scheitelpunkte,
die vom Impulsantwort-Messverfahren 22 ausgegeben werden,
können
sich jedoch aus einem thermischen Rauschen und Korrelationsrauschen
und Schwankungen im Filterabtasttakt ergeben. Die Konsequenz dieser
zwei Effekte ist eine asymmetrische Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion
für das
Verhältnis
zwischen Haupt- und Nebenkeulen. Im vorliegenden Beispiel wird das "Seitenkeulenverhältnis" so genommen, dass
es sich am Mittelpunkt des Vertrauensintervalls von 95% dieser Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion
befindet, das heißt
0,1746 = –15,16
dB, wie das in Gleichung (1) oben verwendet wurde.
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Der
Wert (0,0643), mit dem das Ergebnis der Gleichung (1) verglichen
wird, ist das "Nebenkeulenintervall", das die Größe der Hälfte der
Länge des
Vertrauensintervalls von 95% aufweist. Dieser Wert steht in Bezug
zum Bereich der berechneten Nebenkeulenverhältnisse, innerhalb dessen störende Pfade,
die sich aus den Nebenkeulen ergeben, zuverlässig detektiert werden können.
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Experimente
mit dem obigen Beispiel haben gezeigt, dass Rake-Finger nur in 5%
der Fälle
störenden Pfaden
zugewiesen werden. Somit ergibt sich eine signifikante Verbesserung
beim Signal-zu-Rausch-Verhältnis
im Empfänger
und es ergibt sich, da oft nicht alle Rake-Finger Pfaden zugewiesen
sind, eine Einsparung des Leistungsverbrauchs der Mobilstation.
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Betrachtet
man die 4, so umfasst eine Basisstation 30 eine
Mobiltelefonnetzes einen RF-Abschnitt 31 und den Basisband-Digitalsignalverarbeitungsabschnitt 32.
Der RF-Abschnitt 31 empfängt RF-Signale von Mobiltelefonen
und gibt demodulierte Basisbandsignale aus. Die demodulierten Basisbandsignale werden
vom Basisband-Digitalsignalverarbeitungsabschnitt 32 verarbeitet,
der die Signale an eine Vielzahl von Rake-Fingern anlegt, wie dies
oben beschrieben wurde. Scheitelpunkte, die mit störenden Pfaden
verknüpft
sind, die durch das Filtern im System geschaffen werden, werden
bei der Zuweisung von Rake-Fingern an Pfade entfernt, wie dies oben
beschrieben ist.
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Es
wird erkennbar, dass die zeitliche Trennung der Keulen von der Abtastfrequenz
abhängt,
die für
die Puls formenden Filter verwendet wird. Zusätzlich wird die Größe der Differenz
zwischen der Hauptkeule und den ersten Nebenkeulen für unterschiedliche
Gestaltungen von Filtern und verschiedene Pulsformen unterschiedlich
sein. Die Werte für
das Nebenkeulenverhältnis
und das Nebenkeulenintervall können
in gewissem Grad gewählt
werden und können
beispielsweise auf einem Vertrauensbereich von 90% in Abhängigkeit
vom gewünschten
Grad der Zurückweisung
störender
Pfade basieren.
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In
der obigen Ausführungsform
werden die Größen der
Scheitelpunkte in Form der Signalamplitude gemessen. In einer (nicht
gezeigten) alternativen Ausführungsform
werden die Größen der
Scheitelpunkte in Form der Signalleistung gemessen. In dieser Ausführungsform
weist die Differenz zwischen den Größen der Scheitelpunkte denselben
Wert in dB auf, wie in der Ausführungsform
mit der Amplitudenmessung. Das Vertrauensintervall wird jedoch modifiziert,
so dass es das Quadrat des Vertrauensintervalls der Ausführungsform mit
der Amplitudenmessung bildet.
