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Hintergrund der Erfindung
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1. Technisches Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet von
digitalen Kommunikationen; und insbesondere auf ein Verfahren und
eine Vorrichtung zur effizienten Kanalbewertung für ein digitales GSM/EDGE
Kommunikationssystem, die spezielle Eigenschaften von GSM/EDGE Trainingssequenzen
benutzen und zu einer praktikablen, gemeinsamen Optimierung von
Synchronisation und Bestimmung der Größe des Entzerrerfensters führen.
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2. Beschreibung des Stands der Technik
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Interferenz
zwischen Symbolen bzw. Inter-Symbol-Interferenz (ISI) ist ein beträchtliches
Problem in digitalen Kommunikationssystemen, einschließlich solcher
Systeme, die gemäß den Spezifikationen
des globalen Systems für
mobile Kommunikationen (GSM) betrieben werden. ISI wird durch die
Zeitdispersion in dem Übertragungskanal, über den
ein Signal übertragen
wird, bewirkt und beeinflusst die Qualität des empfangenen Signals nachteilig.
Eigentlich bewirkt ISI eine Verzerrung des übertragenen Signals, was wiederum
Symbolfehler in dem empfangenen Signal bewirkt, so dass es für den Empfänger schwierig
wird, zu bestimmen, welche Daten tatsächlich gesendet worden sind.
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Wie
im Stand der Technik wohl bekannt ist, besteht das normale Verfahren
zum Kompensieren von ISI in einem GSM System darin, in dem Empfänger einen
auf einer Kanalbewertung bzw. -bestimmung beruhenden Entzerrer bzw.
Equalizer bereitzustellen. Grundsätzlich wird ein Modell oder
eine Bewertung des Ausbreitungskanals, über den ein empfangenes Signal übertragen
worden ist, erzeugt; und der Entzerrer benutzt dann diese Information,
um die gesendeten Symbole, die das empfangene Signal am besten anpassen,
zu bestimmen.
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EDGE
(Englisch: Enhanced Data rates for Global Evolution, übersetzt:
verbesserte Datenraten für
globale Evolution) ist ein kürzlich
für GSM
Netzwerke entwickelter Schnittstellenmodus. Die hauptsächlichen Merkmale
von EDGE umfassen neue Modulations- und Kodierschemata, die die
Datenkapazität
und die Geschwindigkeit an der Luft-Schnittstelle vergrößern. EDGE
ist vollständig
basiert auf GSM und benutzt die gleiche TDMA (Time Devision Multiple
Access, übersetzt:
Zeitmultiplex-Mehrfachzugang)-Datenrahmenstruktur wie GSM, so dass
es GSM Betreibern ermöglicht
wird, bestehende GSM Funkbänder
zu benutzen, um drahtlose, multimedia-basierte Dienste und Anwendungen
anzubieten.
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In
GSM/EDGE Systemen hängt
die Leistungsfähigkeit
des Entzerrers bei der Bekämpfung
von ISI stark von der Qualität
der Kanalbewertung ab; und die Qualität der Kanalbewertung ist wiederum
hochempfindlich auf die Genauigkeit der Burst-Synchronisation (in dieser Druckschrift
bedeutet der Ausdruck "Synchronisation" "Burst-Synchronisation") und der Größe des Entzerrerfensters.
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Um
ISI effektiv zu bekämpfen,
muss die Spannbreite des Entzerrer-Fensters groß genug sein, um die maximale
Verteilung von Verzögerungen
des Kanals abzudecken. Ein überdimensioniertes
Entzerrer-Fenster wird jedoch in Kanälen mit kürzeren Verzögerungsverteilungen, aufgrund
der ungenauen Kanalbewertung, nicht adäquater Synchronisation und
einem vergrößertem Rauschbeitrag,
zu Verlusten in der Leistungsfähigkeit
führen.
Zusätzlich
kann die Synchronisation nur mit der Kenntnis des Entzerrer-Fensters
optimiert werden, um in der Fensterspannbreite eine maximale Energie
einzufangen. Allgemein macht es die gegenseitige Abhängigkeit
von Synchronisation und Entzerrer-Fenstergrößenbestimmung schwierig, unter
verschiedenen Kanalbedingungen eine effiziente Optimalisierung zu
erreichen. In praktischen Implementierungen wurde eine gemeinsame
Optimierung als zu aufwendig angesehen.
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Aufgrund
dieser gegenseitigen Abhängigkeit
muss für
einen herkömmlichen
Entzerrer mit fester Fensterspannbreite ein sorgfältiger Kompromiss
gemacht werden, so dass die Größe des Fensters
eine angemessene Leistungsfähigkeit
in Kanälen
mit langer bzw. großer
Verzögerungsverteilung,
wie etwa gebirgigem Gelände
(HT, Englisch: Hilly Terrain) bereitstellen kann, ohne in Kanälen mit
kurzer bzw. kleiner Verzögerungsverteilung,
wie etwa typischen Stadtgebieten (TU, Typical Urban), zu viel zu
verlieren.
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Wenn
die Fenstergröße des Entzerrers
eingestellt ist, gibt es zwei Ansätze für die Burst-Synchronisation,
einen auf der Korrelation beruhenden Ansatz und einen auf dem kleinsten
Fehlerquadrat (LSE, Englisch: Least Square Error) beruhenden Ansatz.
Wie im folgenden ausführlicher
beschrieben werden wird, wird in derzeitigen GSM Empfängern die
Synchronisation durch einen auf Korrelation beruhenden Ansatz ausgeführt, bei dem
in dem empfangenen Signal die mittleren 16 Symbole einer bekannten
Trainingssequenz mit 26 Symbolen mit den mittleren 16 Symbolen der
Trainingssequenz korreliert werden. Die Synchronisation wird jeweils durch
den Schwerpunkt der Korrelation der maximalen Korrelationsenergie
in dem Entzerrerfenster bestimmt. In dem LSE Ansatz wird für jeden
möglichen
Synchronisationspunkt eine Bewertung des Kanals ausgeführt, und
die Synchronisation wird durch Vergleichen der erwarteten und der
empfangenen Trainingssequenz nach Kriterien der kleinsten Fehlerquadrate
bestimmt.
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Keiner
dieser Ansätze
ist jedoch vollständig
zufriedenstellend. Der korrelationsbasierte Algorithmus leidet unter
ei ner Degradation der Leistungsfähigkeit
aufgrund ungenauer Synchronisation, insbesondere in Kanälen mit
langer Dispersion, während
ein auf einem geradlinigen LSE basierter Algorithmus unter einem
hohen Grad von rechnerischer Komplexität leidet (hauptsächlich aufgrund
der mehrfachen Kanalbewertung).
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EP 0 954 142 offenbart ein
Verfahren zur Kanalbewertung bzw. -bestimmung in Mobilfunkkommunikationen,
welches die Kanalverzerrung auf einer Block-zu-Block Basis adaptiv
kompensiert. Die Impulsantwort des Kanals zu diskreten Zeitpunkten
wird anfänglich
mit einer gegebenen Länge
bestimmt und dann unter Verwendung eines gleitenden Fensters abgeschnitten.
Eine dem Fenster zugeordnete Kostenfunktion wird gemessen, während die
Länge und
Position des Fensters über
der Impulsantwort des Kanals eingestellt wird, und die Kostenfunktion
wird mit einem Schwellwert verglichen. Es werden Mittel für und ein
Verfahren zum adaptiven Einstellen der Länge des Fensters L
T und
die entsprechende Anzahl von Zuständen in dem Equalizer 2
LT – 1,
falls angemessen, bereitgestellt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung nach den Ansprüchen 1 und 5 stellt ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur anfänglichen
Kanalbewertung bzw. Kanalbestimmung in einem digitalen GSM/EDGE
Kommunikationssystem bereit, welche spezielle Eigenschaften von
GSDM/EDGE Trainingssequenzen benutzen, um eine effizientere Kanalbewertung
zu erhalten. Ferner wird eine zweidimensionale Rekursion errichtet,
um eine praktikable, gemeinsame LSE Optimierung der Burst-Synchronisation
und eine adaptive Größenbestimmung
des Entzerrerfensters zu ermöglichen.
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Genauer
gesagt stellt eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ein Verfahren bereit zur effizienten
Bewertung des Übertragungskanals
in einem digitalen Kommunikationssystem, das gemäß den GSM/EDGE Spezifikationen
betrieben wird. Das System weist einen Empfänger auf, der ein über den Übertragungskanal übertragenes
Signal empfängt
und der einen auf einer Kanalabschätzung beruhenden Entzerrer
bzw. Equalizer umfasst, der wiederum eine Bewertung bzw. Bestimmung
des Übertragungskanals
benutzt, um das empfangene Signal zu entzerren. Ein empfangener
Signal-Burst umfasst eine Trainingssequenz mit 26 Symbolen. Das
Verfahren umfasst das Verwenden beliebiger aufeinanderfolgender
16-Symbol-Segmente der
26-Symbol-Trainingssequenz, um den Übertragungskanal zu verschiedenen
möglichen
Synchronisationspunkten für
verschiedene Entzerrerfenstergrößen ohne
Matrixoperationen zu bestimmen.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein effizienteres Kanalbewertungsverfahren
bereit durch Erkennen und Verwenden von zwei bisher nicht ausgenutzten
Eigenschaften der GSM/EDGE Trainingssequenzen, die von der zyklischen
Präfix-Struktur
der Trainingssequenzen herrühren.
Insbesondere erkennt die vorliegende Erfindung, dass die 26-symboligen-GSM/EDGE
Trainingssequenzen in bestimmen Bereichen sowohl invariant gegenüber Verschiebung
als auch invariant bezüglich
der Reihenfolge sind. Die Eigenschaft, invariant gegenüber Verschiebungen
zu sein, ermöglicht,
dass eine Kanalbewertung mit verzögerten (verschobenen) Trainingssequenzsegmenten
ausgeführt
werden kann, was wiederum ermöglicht:
I. Die durch ISI verdorbenen, führenden
Trainingssequenzsymbole können
in langen dispersiven Kanälen
soweit wie möglich
vermieden werden; und II. Die führenden
Anzapfungen eines zu bewertenden Kanals benutzen die gleichen Trainingssequenzsegmente,
unabhängig
von der Größe des Entzerrerfensters.
Die Eigenschaft, invariant in Bezug auf die Reihenfolge zu sein,
ermöglicht,
dass Kanäle
mit verschiedener zeitlicher Dispersion, von 1 bis zu 8 Symbolen (wie
komplexe Polynome der 1. bis 8. Ordnung) bewertet bzw. bestimmt
werden können
ohne eine Matrixinversion, wenn beliebige aufeinanderfolgende 16-Symbol-Segmente
der Trainingssequenz verwendet werden. Dies führt zu einer erheblichen Verringerung
der rechnerischen Komplexität
der Kanalbewertung für
variable Fenstergrößen, die
für die
tatsächliche
Verteilung von Verzögerungen
des Kanals adaptiv sein kann. Durch Kombinieren dieser beiden Eigenschaften
kann für
verschiedene Synchronisationspunkte und Abzapfungspositionen eine
zweidimensionale rekursive Relation errichtet werden, was eine praktikable
gemeinsame LSE Optimalisierung der Synchronisation und der Entzerrerfenstergröße möglich macht.
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Allgemein
stellt die vorliegende Erfindung eine effiziente Kanalbewertung
für GSM/EDGE
Systeme bereit, die, neben der direkten Verwendung, fundamentell
bedeutsam ist, um eine praktische Implementierung einer gemeinsamen
LSE Synchronisation und Bestimmung der Entzerrerfenstergröße zu erzielen.
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Noch
weitere Vorteile und spezifische Einzelheiten der vorliegenden Erfindung
werden im Folgenden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von derzeit
bevorzugten Ausführungsformen
offensichtlich.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 veranschaulicht
schematisch die Struktur eines TDMA Datenrahmens, der in digitalen
Kommunikationssystemen nach dem GSM/EDGE Standard eingesetzt wird;
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2 veranschaulicht
schematisch die Struktur eines "zyklischen
Präfix" der GSM/EDGE Trainingssequenzen;
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3 ist
ein Blockdiagramm eines vereinfachten Basisbandmodells für eine Übertrager-Empfänger-Kette,
um die Signal verarbeitung zur Wiedergewinnung von Daten in digitalen
GSM/EDGE Kommunikationssystemen zu veranschaulichen;
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4 ist
ein Ablaufdiagramm, das die Entzerrerverarbeitung des Kanals in
einem digitalen GSM/EDGE Kommunikationssystem veranschaulicht; und
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5 veranschaulicht
eine zweidimensionale rekursive Relation in der Kanalbewertung für verschiedene
Synchronisationspunkte und Kanalanzapfungspositionen gemäß einer
derzeit bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung.
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Ausführliche
Beschreibung von derzeit bevorzugten Ausführungsformen
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1 veranschaulicht
schematisch den Aufbau eines TDMA Datenrahmens 20, der
in einem mobilen Telekommunikationssystem nach dem GSM Standard
verwendet wird. Der Datenrahmen 20 weist eine Zeitdauer
von 4,615 ms auf und nimmt 8 Informationskanäle (Zeitfenster) 21 auf,
die in 1 mit 0-7 bezeichnet sind. Jeder dieser 8 Zeitfenster
weist eine Zeitdauer von 0,577 ms auf und enthält einen 148-Bit Signalbereich 30 und
einen 8,25-Bit Schutzbereich (nicht gezeigt), der zum Auf rechterhalten
einer Trennung zwischen Signalen in benachbarten Zeitfenstern dient.
Der 148-Bit Signalbereich wird allgemein als ein "normaler Burst" bezeichnet und umfasst
einen ersten 3-Bit Abschnitt 22 mit Anhangsbits, einen
ersten 57-Bit Abschnitt 23 mit codierten Daten, einen 1-Bit
Abschnitt 24 mit einem Organisationsbit, einen 36-Bit Abschnitt 25 mit
einer Trainingssequenz, einen zweiten 1-Bit Abschnitt 26 mit
einem Organisationsbit, einen zweiten 57-Bit Abschnitt 27 mit
codierten Daten und einen zweiten 3-Bit Abschnitt 28 mit
Endbits.
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Die
den Abschnitt 25 mit der Trainingssequenz umfassenden 26
Bits in einem digitalen GSM Kommunikationssystem werden typischerweise
als in einen mittig angeordneten Bereich 31 mit 16 Bits
(gelegentlich als Midamble-Bereich bezeichnet) und Seitenbereiche 32 mit
jeweils 5 Bits unterteilt angesehen. Alternativ kann die 26-Bit
Trainingssequenz 25 in einem digitalen GSM/EDGE Kommunikationssystem
auch so angesehen werden, dass sie eine 16-Bit "Weiß" Sequenz 37 und
einen 10-Bit zyklischen Präfix 38 enthält, wie
in 2 veranschaulicht.
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Wie
vorher erwähnt,
kann in digitalen Kommunikationssystemen infolge der Zeitdispersion
des Übertragungskanals, über den
ein Signal übertragen
wird, Inter-Symbol-Interferenz auftreten; und in GSM/EDGE Systemen
besteht das normale Verfahren zum Kompensieren von ISI darin, in
dem Empfänger
einen auf einer Kanalbewertung beruhenden Entzerrer bzw. Equalizer
bereitzustellen.
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3 ist
ein Blockdiagramm eines vereinfachten Basisbandmodells einer Übertrager-Empfänger-Kette,
die allgemein durch das Referenzzeichen 40 bezeichnet wird,
um die Signalverarbeitung zur Datenwiederherstellung in einem digitalen
GSM/EDGE Kommunikationssystem zu veranschaulichen. In 3 wird
die Übertragerseite
bei 41 gezeigt und die Empfängerseite bei 42 veranschaulicht.
Ein Signal wird von der Übertragerseite 41 über einen Übertragungskanal 43 zu
der Empfängerseite 42 übertragen.
Die Übertragungsmerkmale
des Übertragungskanals
verändern
sich häufig
aufgrund einer Vielzahl von Faktoren, einschließlich der Bewegung des mobilen
Endgeräts,
der Fluktuation von (zeitlich dispersiven) Mehrfach-Pfad-Ausbreitungskanälen und
variablen Interferenzen, die in 3 allgemein
durch die in den Übertragungskanal
eingefügte Rauschkomponente 44 bezeichnet
werden. Wie dem Fachmann in dem technischen Gebiet wohlbekannt ist, können der
Mehrfach-Pfad-Kanal und die Rauschkomponente die Qualität des empfangenen
Signals nachteilig beeinflussen, beispielsweise Inter-Symbol-Interferenz
verursachen; und dies macht es erforderlich, dass das empfangene
Signal kor rigiert wird, typischerweise mittels eines auf einer Kanalbewertung
basierten Entzerrers.
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Wie
in 3 gezeigt, wird insbesondere das empfangene Signal,
das das übertragene
Signal mit Intersymbolinterferenz und der Rauschkomponente enthält, an der
Empfängerseite,
nachdem es durch den Filter 45 gefiltert worden ist, zu
einem Entzerrer 46 sendet, der versucht, das empfangene
Signal unter Benutzung einer Bewertung bzw. Bestimmung des Übertragungskanals,
zu korrigieren, wie bei 47 gezeigt. Die Kanalbewertung
ist wiederum eine Funktion der Burst-Synchronisation und der Fenstergrößenauswahl
des Entzerrers, wie bei 48 gezeigt. Die Leistungsfähigkeit
des Entzerrers kann deutlich verbessert werden, wenn in einem bzw.
weiterentwickelten Empfänger
die Entzerrerfenstergröße adaptiv
bezüglich
der tatsächlichen
Verzögerungsverteilung
des Kanals ist. Daten, die eine Bewertung der tatsächlich übertragenen
Symbole darstellen, wie sie durch den Entzerrer bestimmt worden
sind, werden dann zur weiteren Bearbeitung durch den Empfänger ausgegeben.
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4 ist
ein Ablaufdiagramm, das in etwas größerer Einzelheit die Schritte
der Kanalentzerrungsverarbeitung, die in einem weiter entwickelten
Empfänger 42 der 3 stattfinden,
veranschaulicht. Insbesondere wird nach dem Filtern des empfangenen
Signals im Schritt 50 die Synchronisation und die Bestimmung
der Größe des Entzerrerfensters
gemäß der Verzögerungsverteilung
des tatsächlichen
Kanals ausgeführt,
wie im Schritt 52 gezeigt. Dann wird beim Schritt 54 eine
Bewertung bzw. Abschätzung
des Übertragungskanals
ausgeführt,
und ein im Schritt 60 bereitgestelltes, hypothetisches
Signal wird im Schritt 56 dem bewerteten Kanal auferlegt.
Im Schritt 58 wird ein Fehlervergleich zwischen dem hypothetischen
Signal, das dem bewerteten Kanal aus dem Kanal 56 auferlegt
wird, und dem synchronisierten, empfangenen Signal ausgeführt. Wenn
das Ergebnis des Fehlerver gleichs nicht einen minimalen Wert (im
Schritt 58 wird kein min ausgegeben) ist, dann wird im
Schritt 60 eine revidierte Signalhypothese ausgeführt, das
neue revidierte Signal wird im Schritt 56 auf den hypothetischen
Kanal beaufschlagt und im Schritt 58 wird ein neuer Vergleich
ausgeführt.
Die Vergleichsverarbeitung wird fortgesetzt, bis das Ergebnis des
Vergleichs auf einem minimalen Wert (minimaler Ausgang im Schritt 58)
ist, zu welchem Zeitpunkt der Vorgang vervollständigt ist. Diese Verarbeitung
wird typischerweise mit einem bestimmten Algorithmus für die Sequenzbewertung,
beispielsweise dem wohl bekannten Viterbi Algorithmus, ausgeführt.
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Wie
oben erwähnt,
sollte aus 3 offensichtlich sein, dass
die Leistungsfähigkeit
des Entzerrers 46 von der Qualität der bei 47 ausgeführten Bewertung
des Übertragungskanals
abhängig
ist. Diese Bewertung ist wiederum in hohem Maße von der Genauigkeit der
Burst-Synchronisation und der Größenauswahl
des Entzerrerfensters bei 48 abhängig. Die Burst-Synchronisation
und die Bestimmung der Entzerrerfenstergröße sind voneinander abhängig und
diese gegenseitige Abhängigkeit
macht die effiziente Optimierung in verschiedenen Kanalbedingungen
nicht-trivial. Im Gegensatz zu dem herkömmlichen Entzerrer mit einer
festen Spannbreite ist eine variable Fenstergrößenbestimmung, die hinsichtlich
der tatsächlichen
Verteilung der Verzögerung
des Kanals adaptiv ist, die durch die hierin vorgeschlagene, effiziente
Kanalbewertung möglich
wird, so dass sowohl in Kanälen
mit einer langen bzw. großen
Verzögerungsverteilung,
wie etwa hügeligem
Terrain (HT), als auch in Kanälen
mit kurzer bzw. kleiner Verzögerungsverteilung,
wie etwa typisch urbanen (TU), eine stark verbesserte Leistungsfähigkeit
erzielt werden kann.
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Unter
Annahme einer Entzerrerfenstergröße m, gibt
es zwei Ansätze
für die
Burst-Synchronisation: einen auf Korrelati on beruhenden Ansatz und
einen auf minimalen Fehlerquadraten (LSE) basierten Ansatz.
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Die
Synchronisation wird in derzeitigen GSM Empfängern unter Benutzung einer
auf Korrelation beruhenden Herangehensweise durch Korrelieren der
mittleren 26 Bits der bekannten 26 Bit Trainingssequenz mit den
mittleren 16 Bits der Trainingssequenz des empfangenen Bursts ausgeführt.
wobei
w die Größe des Synchronisationsfensters
ist, r(i) die empfangenen Abtastwerte sind und t(i) die bekannte
Trainingssequenz ist. Die Synchronisation kann entweder durch den
Schwerpunkt von, oder die maximale Energie in, der Entzerrerspannbreite
von c(k) bestimmt werden.
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In
dem LSE Ansatz wird für
jeden möglichen
Synchronisationspunkt eine Bewertung des Kanals gemäß der geringsten
Quadrate ausgeführt: H = Φ–1TTR = (TTT)–1TTR, (2)wobei
R der Vektor der empfangenen Symbole und ϕ eine m × m Autokorrelationsmatrix
der Trainingssequenzsymbole: Φ = TTT. (3)
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T
ist eine Toeplitz-Matrix der Trainingssymbole:
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Die
Synchronisation wird durch ein Kriterium der niedrigsten Fehlerquadrate
bestimmt:
wobei α > 1 ein Sanktionsfaktor und r ^ / p(k) eine Abschätzung bzw.
Bestimmung der empfangenen Symbole ist:
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Keiner
der obigen Ansätze
ist jedoch vollständig
befriedigend. Der auf Korrelation beruhende Algorithmus leidet unter
einer Verschlechterung der Leistungsfähigkeit aufgrund ungenauer
Synchronisation. Die Verluste der Leistungsfähigkeit sind in langdispersiven
Kanälen
besonders signifikant. Der auf LSE beruhende Algorithmus stellt
eine Kanalbewertung mit höherer
Qualität
bereit, wenn mittels Gleichung (5) eine genaue Synchronisation gehalten
worden ist; jedoch ist er aufgrund hoher Berechnungskomplexität nicht
weitverbreitet implementiert worden, weil Gleichung (6) im allgemeinen
die Kenntnis von allen Kanalanzapfungen bei jeder möglichen
Synchronisationsposition mit ausreichender Genauigkeit erfordert.
Die Komplexität
ist sogar noch größer, wenn
die Kanalbewertung für
verschiedene Entzerrerfenstergrößen m unter
Benutzung von Gleichung (2) angepasst werden muss.
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In
einem herkömmlichen
GSM Empfänger
wird eine Kanalbewertung normalerweise mit nur 5 Anzapfungen ausgeführt, unabhängig von
den tatsächlichen
Kanalbedingungen. Es ist bekannt, dass wenn die 16-symbolige Midamble
der Trainingssequenz für
eine Kanalbewertung mit 5 Anzapfungen benutzt wird:
die Autokorrelationsmatrix
der Trainingssequenz die besondere Form aufweist:
Φ(5,1)
= TT(5,1)T(5,1) = 16I5, (8)wobei I
5 eine (5 × 5) Einheitsmatrix ist. Hierin
haben wir die Kanalanzapfungen (die Ordnung der Kanalvektorpolynome),
die die Zeilendimension von T bestimmen, und den Index des ersten
Trainingssymbols in T zu expliziten Parametern der Funktion gemacht.
Gleichung (8) ist in der Kanalwertung mit 5 Anzapfungen benutzt worden:
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Wenn
Gleichung (2) für
die anfängliche
Kanalbewertung für
ein Entzerrerfenster verschieden von 5 verwendet wird, ist jedoch
im Allgemeinen eine Matrixinversion erforderlich.
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Wir
haben nun herausgefunden, dass die GSM/EDGE Trainingssequenzen zwei
zusätzliche
Eigenschaften aufweisen, die vorher nicht ausgenutzt worden sind,
und die erlauben, dass eine Kanalbewertung effizienter ausgeführt werden
kann. Genauer gesagt, wenn Gleichung (8) in der folgenden, allgemeineren
Form umgeschrieben wird, dann zeigt dies auch, dass die Autokorrelationsmatrix
eines jeden beliebigen aufeinanderfolgenden 16-symboligen Abschnitts
der GSM/EDGE Trainingssequenz innerhalb eines bestimmten Bereichs
sowohl invariant gegenüber
Verschiebung als auch invariant gegenüber der Reihefolge bzw. der
Ordnung ist.
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Eigenschaft
I. Invariant gegenüber
Verschiebung: Φ(m, d) = TT(m,
d)T(m, d) = 16Im 0 ≤ d ≤ (26 – (16 + m) + 1) (10)
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Eigenschaft
II. Invariant bezüglich
Ordnung: Φ(m, d) = TT(m,
d)T(m, d) = 16Im 1 ≤ m ≤ 7 (11)
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Die
Eigenschaft I gilt aufgrund der Natur mit zyklischem Präfix der
GSM/EDGE Trainingssequenzen, bei denen die 26-Bit Trainingssequenz konstruiert wird,
indem die letzten 10 Bits an ihren Anfang umgestellt werden, wie
in 2 gezeigt. Diese Eigenschaft ermöglicht,
dass eine Kanalbewertung von der Form der Gleichung (9) auf verzögerten (verschobenen)
Trainingssequenzabschnitten ausgeführt worden kann. Diese flexible
Verzögerung
bringt zwei bedeutsame Vorteile:
- (1) Durch
ISI verdorbene, führende
Symbole können
in der Berechnung vermieden werden; und
- (2) die führenden
Anzapfungen eines Kanals können
unter Benutzung der gleichen Trainingssequenzabschnitte bestimmt
werden, unabhängig
von der Größe des Entzerrerfensters.
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Eigenschaft
II ermöglicht,
dass eine Kanalbewertung für
verschiedene Entzerrerfenster, die von 1 bis zu 7 Abzapfungen reichen,
ausgeführt
werden kann. Sie kann weiter ausgedehnt werden. Es wurde herausgefunden,
dass wenn m = 8, vier der acht spezifizierten Trainingssequenzcodes
(TSC) die Gleichung (11) erfüllen.
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Die
Eigenschaft II zeigt an, dass nicht nur ein Kanal mit 5 Anzapfungen,
sondern alle Kanäle
mit 1 bis zu 8 Anzapfungen effizient unter Benutzung von Gleichung
(9) ohne Matrixinversion bewertet werden können, wenn ein beliebiger,
aufeinanderfolgender 16-Symbolabschnitt der Trainingssequenz benutzt
wird. Die Benutzung dieser Eigenschaften hat einen fundamentalen
Einfluss auf die Berechnungskomplexität der Kanalbewertung für verschiedene
Größen des
Entzerrerfensters.
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Wenn
für die
gemeinsame Synchronisation und Bestimmung der Entzerrerfenstergröße ein LSE
Ansatz benutzt wird, dann kann die Kanalbewertung für eine hypothetische
Synchrositionsposition p und eine Entzerrerfenstergröße m, unter
Benutzung der oben besprochenen Eigenschaften, wie in Gleichung
(9) berechnet werden. Mit der Ausnahme des konstanten Faktors kann
sie ferner in der Form einer expliziten Faltung ausgedrückt werden:
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Dies
kann als eine Berechnung in einem FIR Stil angesehen werden. Für die nächste Anzapfung
mit k + 1 kann leicht eine periodische bzw. wiederkehrende Relation
errichtet werden,
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Unter
Benutzung dieser Rekursion in einer Berechnung vom FIR Stil kann
unter Verwendung nur 4 realen MAC Operationen (weil die Trainingssequenzen
real sind) eine neue Anzapfung berechnet werden. Diese zweidimensionale
(Anzapfungsposition des Synchronisationspunkts) rekursive Relation
kann dargestellt werden, wie in 5 für m = 5,
w = 8 gezeigt.
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Die
Berechnung der letzten Zeile und der letzten Spalte wird unter Benutzung
von Gleichung (15) ausgeführt,
die übrigen
können
unter Benutzung von Gleichung (16) rekursiv berechnet werden.
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Um
einen Kanalbewertungsfehler zu vermeiden, der durch aufgrund von
ISI verdorbenen, empfangenen Trainingssymbolen verursacht worden
ist, können
wir mittels der Eigenschaft I immer einen Trainingssequenzabschnitt
dicht am Ende auswählen.
In der Praxis wählten
wir bei der Bewertung häufig
die vorletzten m + 15 Symbole der Trainingssequenz (das letzte Symbol
in der Trainingssequenz wird nicht benutzt, um mögliches Verderben durch ISI
durch Vorgänger
bzw. Präkursoren
zu vermeiden). Wenn die vorletzten m + 15 Symbole gewählt werden,
dann kann die Gleichung (15) in eine Form unabhängig von der Entzerrer-Fenstergröße m umgeschrieben
werden:
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Gleichung
(16) kann entsprechend angepasst werden, indem einfach m durch 9
ersetzt wird.
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Mit
der vorliegenden Erfindung ist unter Benutzung der oben beschriebenen,
einzigartigen Eigenschaften der GSM/EDGE Trainingssequenzen ein
effizientes anfängliches
Kanalbewertungsverfahren für
verschiedene, von 1 bis 8 Anzapfungen reichende Entzerrerfenstergrößen erhalten
worden. Eine effiziente Kanalbewertung bei verschiedenen Synchronisationspunkten
für verschiedene
Fenstergrößen ist
wesentlich für
eine praktische Implementierung der gemeinsamen Optimierung der
Synchronisation und der Entzerrerfenstergröße. Die Berechnungskomplexität der anfänglichen
Kanalbewertung nach dem Ansatz nach der vorliegenden Erfindung ist
niedriger als 10% von der eines Brute-Force (rohe Gewalt) LSE Ansatzes.
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Das
vorgestellte Verfahren ist in Simulation gesetzt und überprüft worden.
Die Simulation zeigt, dass bei gemeinsamer Optimierung eine erhebliche
Verbesserung der Leistungsfähigkeit
in Kanälen
mit langer Zeitdispersion erzielt wird als im Vergleich zu der auf
Korrelation beruhenden Synchronisation.
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Es
sollte betont werden, dass der Ausdruck "umfasst/umfassend", wo in dieser Beschreibung verwendet,
so zu interpretieren ist, dass er das Vorhandensein der genannten
Merkmale, Ganzzahlen, Schritte oder Komponenten angibt, nicht jedoch
das Vorhandensein oder das Hinzufügen von einem oder mehreren
der anderen Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Komponenten oder Gruppen
davon ausschließt.
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Es
sollte auch betont werden, dass, während das, was hierin beschrieben
worden ist, die derzeit bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
darstellen, auch deutlich sein, dass die Erfindung zahlreiche andere
Formen annehmen kann. Dementsprechend sollte verstanden werden,
dass die Erfindung nur insofern zu begrenzen ist, wie das durch
den Schutzumfang der folgenden Patentansprüche erforderlich ist.
