DE60307270T2

DE60307270T2 - Farb-störungsidentifikation

Info

Publication number: DE60307270T2
Application number: DE60307270T
Authority: DE
Inventors: He Shousheng
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 2002-05-27
Filing date: 2003-05-16
Publication date: 2007-08-09
Anticipated expiration: 2023-05-17
Also published as: WO2003100997A8; US20050227663A1; WO2003100997A1; EP1508201A1; DE60307270D1; CN1656698A; EP1508201B1; AU2003240664A1; CN100375398C; US7319846B2; ATE335312T1

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Kommunikationsverfahren und Vorrichtungen und im genaueren auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen des Farbtons einer Rauschkomponente, die in ein Kommunikationssignal eingeführt wird, wenn dieses über ein kabelloses Kommunikationssystem übertragen wird.
Beschreibung des Standes der Technik
Viele unterschiedliche kabellose Kommunikationssysteme wurden in den letzten Jahren eingesetzt zum Bereitstellen von Sprach- und Datenkommunikationen für Teilnehmer. Ein bekannter Standard für digitale zellulare Mobiltelefonie ist GSM (Globales System für Mobildienste, englisch: Global System for Mobile Service), das heute einen großen Teil der Welt abdeckt. Im folgenden wird GSM als eine Basis für Beispiele und Diskussionen verwendet, jedoch kann die untere Beschreibung in allen wesentlichen Teilen auch auf andere Standards für Mobiltelefonie angewendet werden, so wie beispielsweise D-AMPS (Digitales fortgeschrittenes Mobiltelefonsystem, englisch: Digital advanced mobile phone system) oder PDC (Pazifisch Digitalzellular, englisch: Pacific Digital Cellular).
Die Leitungsfähigkeit von allen heute verfügbaren Kommunikationssystemen wird beeinflusst durch unvermeidliches Rauschen, das von verschiedenen Quellen ausgeht. Wie gut bekannt ist, wird thermisches Rauschen in allen elektrischen Systemen gegenwärtig sein aufgrund von zum Beispiel der stochastischen Bewegung der Elektronen, die als Ladungsträger in dem System agieren. Das Ergebnis der thermischen Aktivität der Elektronen ist im Allgemeinen bekannt als „weißes Rauschen".
Der Term „weiß" kommt von der Tatsache, dass die Rauschleistung gleichmäßig über ein Frequenzspektrum verteilt ist, d.h. über eine lange Zeitperiode ist derselbe Betrag von Rauschleistung im Bereich von 0–10 kHz wie im Bereich 100 kHz–110 kHz vorhanden.
Zusätzlich zu weißen Rauschen ist auch farbiges Rauschen in den meisten heutigen elektrischen Systemen vorhanden. Das farbige Rauschen kann aufgrund vieler unterschiedlicher Quellen auftreten, so wie die der Metalloxid-Halbleiter-Sperrschicht in einem Feldeffekttransistor (FET), die sogenanntes Rosa-Rauschen oder Flimmerrauschen erzeugt. Wie unten beschrieben wird, agieren auch Zweikanal- und Nachbarkanal-Interferenz in Kommunikationssystemen als Quellen von farbigem Rauschen.
Das farbige Rauschen ist gekennzeichnet durch eine ungleichmäßige Verteilung der Rauschleistung überall im Frequenzspektrum. Beispielsweise hat Rosa-Rauschen die gleiche Verteilung von Rauschleistung für jede Oktave, so dass die Rauschleistung zwischen 10 kHz und 20 kHz dieselbe ist wie zwischen 100 kHz und 200 kHz. Viele andere Formen von farbigem Rauschen sind definiert und überall in der Literatur beschrieben, aber alle weisen die fundamentale Eigenschaft einer ungleichmäßigen Rauschleistungsverteilung auf.
In kabellosen Kommunikationssystemen ist das Hintergrundrauschen im Kommunikationskanal normalerweise weiß. Jedoch ist die Leistungsfähigkeit der Systeme nicht lediglich durch das Hintergrundrauschen limitiert, sondern mehr durch Interferenz, die auftritt durch andere Anwender im System. Wie in Technik gut bekannt ist, definiert das Mehrfachzugriffsschema, wie unterschiedliche simultane Kommunikationen zwischen unterschiedlichen Mobilstationen, die sich in unterschiedlichen Zellen befinden, dasselbe Funkspektrum teilen. Im Fall von GSM wurde ein Mehrfachzugriffsschema in Form einer FDMA-(Frequenzmultiplexzugang, englisch: Frequency Division Multiple Access) und TDMA-(Zeitmultiplexzugang, englisch: Time Division Multiple Access) Mischung angepasst.
Im Genaueren bilden im GSM 124 Trägerfrequenzen mit Bandbreiten von jeweils 200 kHz ein 25 MHz Frequenzband, das ein FDMA-Schema verwendet. Jede der 124 Trägerfrequenzen wird dann in der Zeit unter Verwendung eines TDMA-Schemas aufgeteilt. Dieses Schema spaltet den Funkkanal mit einer 200 kHz Bandbreite in acht Signalfolgen. Einem einzelnen Anwender wird dann eine Signalfolge für die Kommunikation zugewiesen.
Für schmalbandige TDMA-Systeme, so wie GSM, sind normalerweise zwei Arten von Interferenzen vorhanden. Anwender mit demselben Träger erzeugen Zweikanal-Interferenz, während Anwender mit benachbarten Trägern Nachbarkanal-Interferenz erzeugen. Wie oben erwähnt, tritt Zweikanal- und Nachbarkanal-Interferenz in einem farbigen Spektrum mit einer nicht gleichmäßigen Verteilung der Rauschleistung auf. Darüber hinaus kann ein Empfangsfilter, das normalerweise am Eingang des Empfängers vorhanden ist, das schmaler ist als die Nyquist-Bandbreite, auch das Hintergrundrauschen farbig erscheinen lassen.
Das farbige Rauschen beeinträchtigt signifikant die Leistungsfähigkeit eines wahrscheinlichste-Frequenzschätzungs-(MLSE, englisch: Most Likelyhood Sequence Estimate)-Ausgleichers, der im Empfänger ist, der lediglich optimal unter der Annahme ist, dass das aktuelle Rauschen ein weißes Gauß'sches zusätzliches Rauschen (WGAN, englisch: White Gaussian Additive Noise) ist.
Um die Leistungsfähigkeitsverschlechterung aufgrund von farbigem Rauschen zu bekämpfen, kann ein „weiß machendes Filter" vor dem Ausgleicher eingesetzt werden. Zusätzlich kann auch vorurteilslose Kanalabschätzung („BLUE, best linear unbiased estimation") notwendig sein. Sowohl die Einstellung des weiß machenden Filters als auch die vorurteilslose Kanalabschätzung setzen das Wissen der Rauscheigenschaften voraus, die erhalten werden können durch eine anfängliche Abschätzung der Rausch-Autokorrelation und der Kenntnis der Signalinformation (z. B. durch die Trainingssequenz im GSM-System).
Wie oben erwähnt verbessern das weiß machende Filter und die vorurteilslose Kanalabschätzung die Leistungsfähigkeit des Ausgleichers beträchtlich, wenn das Rauschen stark farbig ist (d. h. der Farbton des Rauschens ist hoch), so wie wenn eine starke Nachbarkanal-Interferenz existiert. Wenn jedoch das Rauschen fast weiß ist, bewirken das weiß machende Filter und die vorurteilslose Kanalabschätzung eine Leistungsfähigkeitsverschlechterung, die signifikant sein kann unter bestimmten Umständen, so wie in hügeliger Terrainumgebung. Dies kommt daher, da mit einer limitierten Trainingssequenzlänge die Abschätzung des Rauschcharakters unzulänglich sein kann. Bei einem bestimmten Level des Rausch-Farbtons wird der Vorteil des Weißmachens ausgeglichen durch die Beeinträchtigung aufgrund der Unzulänglichkeit der Rausch-Abschätzung. Des Weiteren wird die Verwendung von weiß machenden Filtern und vorurteilsloser Kanalabschätzung die Rechenlast der signalbearbeitenden Einheiten im System erhöhen.
WO 0139448 A1 offenbart ein System zum Weißmachen einer Signalstörung in einem Kommunikationssignal durch Verwendung eines Filters, dessen Koeffizienten adaptiv etabliert werden, unter Verwendung von bekannten Signalinformationen in jeder Signalfolge des empfangenen Signals. In einer Ausführungsform, die in der WO 0139448 A1 offenbart ist, wird das empfangende Signal durch einen weiß machendes Filter bearbeitet, das M+1 Verzweigungen aufweist, wobei M eine ausgewählte ganze Zahl. Die Koeffizienten des weiß machenden Filters basieren auf einem linearen Prädiktor der M-ten Ordnung der Signalstörung. Alternativ können die Koeffizienten basiert sein auf der Autokorrelation der Signalstörung. Die Prozedur zum Ausführen des Weißmachens des Signals macht hohe Vorraussetzungen an den Prozessor, der die Berechnung ausführt, selbst wenn kein oder ein sehr kleines farbiges Rauschen im Signal vorhanden ist, da die Weißmachprozedur unabhängig vom Farbton des aktuellen Rauschens ausgeführt wird.
US 5031195 offenbart einen adaptiven Modemempfänger, der einen adaptiven weißangepassten Filter (WMF, englisch: Whitened-matched Filter) aufweist. Der WMF umfasst einen adaptiven linearen Ausgleicher und einen adaptiven linearen Prädiktor. Die Koeffizienten des Prädiktors werden aktualisiert, so dass das Rauschen am Eingang eines nachfolgenden Sequenzdekoders weiß gemacht wird unabhängig davon, ob das hinzugefügte Rauschen von der Passage durch den Kommunikationskanal korreliert ist oder nicht. Es werden keine Mittel bereitgestellt zum Reduzieren der Rechenbelastung, selbst wenn das Rauschen weiß ist oder sehr wenig gefärbt ist.
US 5283811 offenbart einen Entscheidungs-Rückführungs-Ausgleicher, der die Leistungsfähigkeit eines Empfängers verbessert, wenn das übertragende Signal einer Mehrfachpfad-Propagation unterworfen wird, die eine Verzögerungsausbreitung und eine Inter-Symbolinterferenz als Folge von diesem verursacht. In Gebieten, wo die Verzögerungsausbreitung aufgrund von Multipfad-Propagation niedrig ist (d. h. weniger als ein Drittel der Symboldauer), kann der Ausgleicher aus dem Schaltkreis ausgeschaltet werden. Jedoch sind in der US 5283811 keine Bereitstellungen offenbart, wie die Leistungsfähigkeit des Empfängers verbessert werden kann basierend auf der Färbung des aktuellen Rauschens aufgrund von beispielsweise Nachbarkanal-Interferenz.
US 2002/034720 offenbart ein Verfahren zum Entfernen von farbigem Rauschen von einem Signal in einem kabellosen Kommunikationssystem. Ein Signal, das ein Rauschen umfasst, wird empfangen und der Betrag des Rauschens im Signal wird abgeschätzt. Jedoch leidet das offenbarte Verfahren von den oben erwähnten Nachteilen bezüglich der verschlechterten Leistungsfähigkeit des Systems mit empfangenen Signalen, die ein weißes Rauschen, Nachbarkanal- und Zweikanal-Interferenz aufweisen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung möchte ein Verfahren zum Verbessern der Leistungsfähigkeit einer Kommunikationsvorrichtung bereitstellen, die ein Signal empfängt, das Rauschen unterworfen ist, das beispielsweise durch Nachbarkanal-Interferenz und Zweikanal-Interferenz auftritt.
Dieses Ziel wurde erreicht durch ein Verfahren zum Empfangen eines Kommunikationssignals r(t) in Abhängigkeit von einem Rauschen über einen Kommunikationskanal, umfassend die Schritte: 1) Empfangen (100) des Kommunikationssignals r(t), das Rauschen n(t) umfassend, 2) Abschätzen (103) der Rauschleistung n(t) im Kommunikationssignal r(t), 3) Bestimmen des Farbtons des berechneten Rauschens n(t), wobei das empfangene Kommunikationssignal r(t) durch einen weiß machenden Filter hindurchgeführt wird, wenn der Farbton des Rauschens n(t) größer ist als ein vorbestimmtes Grenzwert-Niveau.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren durchgeführt durch eine Kommunikationsvorrichtung, umfassend: Empfangsschaltkreis (30, 40, 50) zum Empfangen eines Kommunikationssignals r(t) in Abhängigkeit von einem Rauschen n(t) über einen Kommunikationskanal und eine Signalbearbeitungseinheit (60), die angepasst ist zum: 1) Abschätzen (103) der Rauschleistung n(t) im Kommunikationssignal r(t), 2) Bestimmen (105) des Farbtons des abgeschätzten Betrages des Rauschens n(t), Startens (107) eines weiß machenden Filters (80), wenn der Farbton des Rauschens n(t) größer ist als ein vorbestimmtes Grenzwert-Niveau.
Andere Ziele, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden klarer durch die folgende detaillierte Offenbarung einer bevorzugten Ausführungsform.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
1 ein schematisches Blockdiagramm ist, das die unterschiedlichen Bearbeitungsblöcke gemäß einer bevorzugten Ausführungsform darstellt,
2a ein schematischer Graph ist, der das Ergebnis der Berechnung der Autokorrelation einer Informationssequenz r(m) darstellt,
2b ein schematischer Graph ist, der das Ergebnis der Berechnung der Autokorrelation von weißem Rauschen darstellt,
2c ein schematischer Graph ist, der das Ergebnis der Berechnung der Autokorrelation von farbigem Rauschen darstellt, und
3 ein schematisches Flussdiagramm ist, das die Schritte für die Bestimmung des Farbtons einer Rauschstörung in einem Signal gemäß einer bevorzugten Ausführungsform darstellt.
Detaillierte Offenbarung einer bevorzugten Ausführungsform
1 gibt einen Überblick eines Empfängers in einem Kommunikationssystem gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Informationssignal s(t) wird über einen Kommunikationskanal 10 in Form von Funkwellen übertragen. Das informationsübertragende Medium ist jedoch von geringerer Wichtigkeit für die Funktion der Erfindung, und die Information kann auch über Lichtmittel, Kabel oder irgendein anderes geeignetes Kommunikationsmedium übertragen werden. Aus Gründen der Einfachheit wird jedoch lediglich die Kommunikation über Funkwellenmittel im Text offenbart.
Bevor es von dem Überträger 20 in 1 abgesendet wird, moduliert das Signal s(t) einen Hochfrequenzabwärtsverbindungsträger, welcher im Fall einer GSM-Verbindung im Bereich von 935–960 MHz ist. Die Ausgabe des Überträgers ist daher ein HF-Signal (d.h. die Trägereinhüllende ist durch s(t) moduliert), das für die Übertragung geeignet ist.
Ungeachtet des ausgewählten Kommunikationsmediums für die Übertragung des Informationssignals s(t) wird das Signal s(t) durch die Störungen n(t) verändert, die mit den Eigenschaften des Kanals 10 verbunden sind, die eingeführt werden während der Übertragung über den aktuellen Kommunikationskanal 10. Wie oben erwähnt treten die Störungen auf durch viele unterschiedliche Quellen, von denen Zweikanal- und Nachbarkanal-Interferenzen von hauptsächlicher Wichtigkeit sind.
Das HF-Signal wird im HF-Schaltkreis 30 empfangen, welcher in einer bevorzugten Ausführungsform gemäß dem homodynen Prinzip arbeitet, und das empfangene Informationssignal r(t) wird folglich von dem empfangenen HF-Signal extrahiert durch Mischen des empfangenen HF-Signals mit einem Signal von einem lokalen Oszillator 31. Wie im Fall der oben erwähnten Signalmodulation ist die Signaldemodulation gemäß dem Homodyn- oder Übertragungsprinzip in der Technik auch bekannt, und kann einfach in der Literatur gefunden werden. Jedoch ist jedes andere, geeignete Demodulationsprinzip möglich innerhalb des Bereiches der Erfindung.
Nachdem der Hochfrequenzträger entfernt wurde, wird das empfangene Basisbandsignal r(t) zu einem Analog/Digitalkonverter (ADC) 40 übertragen zum Konvertieren des analogen Signals r(t) in ein zeitdiskretes digitales Signal r(m). Das abgefragte und konvertierte Signal r(m) wird dann nach Filterung in einem Tiefpassfilter 50 in einer Signalbearbeitungseinheit 60 empfangen, welche in einer bevorzugten Ausführungsform in einer Form eines DSP (digitaler Signalprozessor) ist, der die unten offenbarten Schritte durch Ausführung von Programmcode durchführt, der in einem Speicher 61 gespeichert ist. Die signalbearbeitende Einheit kann jedoch auch realisiert sein in Form von beispielsweise einer FPGA (Feldprogrammierbare Gatteranordnung, englisch: Field Programmable Gate Array) oder einem ASIC (Anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis, englisch: Application Specific Integrated Circuit).
Die signalbearbeitende Einheit führt eine erste Anfangskanalabschätzung nach der Signalfolgensynchronisation basierend auf bekannten Signalinformationen (d.h. der Trainingssequenz im Fall von GSM/EDGE) aus, die empfangenen r(m) gefunden ist. Das empfangene Signal r(m) wird verglichen mit einer erwarteten Symbolsequenz, um die Rauschauswahl n(m) zu bestimmen gemäß der Formel:
Die eingebetteten Trainingssequenzen weisen normalerweise eine kurze Länge auf. Dies impliziert, dass es sehr schwierig ist, die Rauscheigenschaften durch Analysieren der Sequenz in der Zeitdomäne zu bestimmen. In diesem Fall ist die Berechnung der Autokorrelation und des Rauschens n(t) ein leistungsfähiges Werkzeug zum Erhalten von Informationen bezüglich des Rauschspektrums.
Im Allgemeinen wird die Abschätzung der Rauschautokorrelation (unter der Annahme einer Null-Mittlung) berechnet von der erwarteten Rauschauswahl gemäß der Formel:
wobei Ns die Anzahl der geschätzten Rauschauswahl ist und wobei ()* eine komplex konjugierte bezeichnet. Rauschautokorrelation ist im Allgemeinen eine komplexe konjugiert symmetrische Sequenz, so dass die negativ indizierten Elemente erhalten werden können von den positiv indizierten Teil, ρ_–k = ρ*. Von der oberen Gleichung ist ρ₀ immer ein reales Element.
2a stellt das Ergebnis der Berechnung der Autokorrelation einer Informationssequenz r(m) dar. Wie aus 2a zu sehen ist, ist das Ergebnis der Autokorrelation ein Vektor, der in diesem Fall als ein Graph präsentiert ist, dessen Zentrum bei der Y-Achse (d.h. Null Nachlauf) ist, und der dann in Richtung Null abklingt bei größer werdendem Nachlauf (oder die Vorlauf wird größer im Fall, dass zukünftige Signalwerte bekannt sind). Folglich zeigt die Informationssequenz einen hohen Grad von Autokorrelation zwischen benachbarten und annähernd benachbarten Auswahl.
Im Fall, dass kein Informationssignal vorhanden ist, d.h., dass das Signal lediglich Rauschen n(m) umfasst, ist, wie in 2b zu sehen ist, die Autokorrelation annähernd Null für jeden Nachlauf (mit der Ausnahme für Nachlauf = 0, was immer per Definition 1 ist) und ohne irgendwelche dominanten Spitzen, wie in 2a zu finden ist.
2c stellt eine Autokorrelation des Rauschens n(m) im Fall dar, wo dieses nicht weiß und gleichförmig über das Spektrum verteilt ist, sondern eher farbig in dem Sinne ist, dass die Rauschleistung in einigen Teilen des Spektrums höher ist. Dies passiert beispielsweise in Kanälen mit starken Nachbarkanal-Interferenzen. Wie aus 2c zu sehen ist, zeigt das farbige Rauschen einen Grad der Autokorrelation, da die Ausgabe von der Autokorrelationsberechnung ungleich Null ist und das Abklingen für Nachläufe kleiner als Null. Eine stärkere Färbung des Rauschens (d.h. ein höherer Farbtonwert) resultiert in einer Ausgabe der Autokorrelationsberechnung, die höhere Werte für von Null unterschiedliche Nachläufe aufweist als eine schwach gefärbte Signalstörung.
Die Signalbearbeitungseinheit 60 bestimmt dann das Zentrum des Schwerpunktes der Autokorrelationsfunktion gemäß der
Es ist anzumerken, dass in einer bevorzugten Ausführungsform die Formel den Ausdruck k+1 anstelle von k im Zähler verwendet, um das Gewicht des ersten und wichtigsten Elements in der Rauschautokorrelation zu bewahren. Jedoch können auch andere Funktionen zum bestimmten des Zentrums des Schwerpunktes verwendet werden.
Umso stärker das Rauschen gefärbt ist, desto höher ist der Wert des Ergebnisses der Berechnung des Zentrums des Schwerpunktes σ. Dies ist eine Konsequenz der Tatsache, dass das Rauschsignal mit einer starken Färbung in einer Autokorrelation resultiert, die hohe Werte für von Null unterschiedliche Nachläufe aufweist, und dass das Zentrum des Schwerpunktes berechnet wird für die lediglich eine Seite der Autokorrelation, d.h. dass lediglich Autokorrelationswerte auf der rechten Seite der Y-Achse in Betracht gezogen werden.
Der Farbton des Rauschens kann daher durch eine einzelne Variable σ bestimmt werden. Dann kann ein Grenzwert eingestellt werden gemäß N und s, um den weiß machenden Filter/die vorurteilslose Abschätzung an/auszuschalten. In der Praxis findet man beispielsweise für GSM/EDGE mit einer Trainingssequenz von 26 Symbolen in einer normalen Signalfolge, dass ein Grenzwert experimentell gesetzt werden kann als: σT = 1 + s
Es ist anzumerken, dass in diesem Fall der Grenzwert nicht proportional ist zur Überabtastungsrate.
Wenn σ niedriger ist als σ_T, wird das Rauschen als weiß angenommen, und das weiß machende Filter und die vorurteilslose Abschätzung (BLUE) 80 werden durch einen farbigen Interferenzidentifikationsblock umgangen. Anstelle dessen kann eine viel einfachere kleinste-Quadrate-Abschätzung 70 verwendet werden, um die Kanal-Impuls-Antwort abzuschätzen. Dies reduziert den Bedarf für Berechnungsleistung der signalbearbeitenden Einheit 60, was es wiederum möglich macht, die Systemtaktfrequenz der signalbearbeitenden Einheit 60 durch Verwendung von beispielsweise PLL-Techniken zu reduzieren. Wie bekannt ist, wird durch die Reduzierung der Taktfrequenz eines elektronischen Systems auch der Leistungsverbrauch des Systems reduziert. Für eine gegebene Batteriekapazität wird das System daher für eine längere Zeit betriebsbreit sein.
Wenn andererseits der Grenzwert σ größer ist als σ_T, ist das Rauschen nicht weiß, wodurch die vorurteilslose Kanalabschätzung und das weiß machende Filter 89 vor dem Ausgleicher 80 eingesetzt werden. 3 stellt ein Flussdiagramm zum Bestimmen des Farbtons des Rauschens n(m) dar. Die Prozedur startet in Schritt 100 mit dem Empfang des Basisbandsignals, das mit der Trainingssequenz korrespondiert. Wie oben erwähnt, ist es in diesem Kontext zu verstehen, dass das Informationssignal r(t) normalerweise durch Demodulation eines HF-Signals erhalten wird. Außer Acht gelassen, welche Übertragungsprozeduren, die dem Empfang vorausgegangen sein können, (d.h. alle HF-Modulations-Demodulationsprozeduren, die normal durchgeführt werden, wenn ein Signal übertragen wird), umfasst das empfangene Basisbandsignal sowohl die erwartete Trainingssequenz s(t) über den Ausbreitungskanal als auch das Rauschen n(t).
Vor der weiteren Bearbeitung wird das Signal in Schritt 101 in ein zeitdiskretes digitales Signal r(m) durch einen Analog/Digitalkonverter (ADC) konvertiert. Der ADC ist normalerweise ein Überabtastungs-Typ (d.h., dass das Signal öfter als das doppelte der höchsten Frequenzkomponente im Signal abgetastet wird), kann aber auch vom Nygvist-Typ sein (d.h., dass das Signal doppelt so häufig abgefragt wird wie die höchste Frequenzkomponente im Signal).
Das A/D-konvertierte Signal r(m) wird in Schritt 102 Tiefpass gefiltert bevor dieses zur signalbearbeitenden Einheit 60 übertragen wird, wo eine erste Abschätzung der Rauschleistung n(m) in Schritt 103 durchgeführt wird. Wie oben beschrieben ist dies möglich aufgrund einer bekannten Signalsequenz (d.h. der Trainingssequenz in GSM), die im empfangenen Signal r(m) gefunden wird. Da die Trainingssequenz durch die Kanaleigenschaften gestört wird (d.h. Rauschen wird hinzugefügt, zum Beispiel Multipfad und zusätzliche Interferenz), ist es möglich, das Rauschen im Signal durch Vergleich des empfangenen Signals r(m) mit einer bekannten Trainingssequenz zu bestimmen.
In Schritt 104 wird eine Autokorrelation des abgeschätzten Rauschsignals n(m) berechnet. Die Autokorrelation wird die Frequenzeigenschaften des Rauschsignals offen legen, selbst wenn das Signal in dessen Länge sehr kurz ist. Die meisten digitalen Signalprozessoren (DSP), die heute verfügbar sind, sind angepasst zum Durchführen von Autokorrelationsberechnungen auf eine effiziente Weise, die impliziert, dass die Autokorrelationsberechnung keine hauptsächliche Last aus Sicht der Bearbeitung ist.
In Schritt 105 wird das Zentrum des Schwerpunktes σ des autokorrelierten Rauschens gemäß Gleichung 3 berechnet. Wenn der Farbton des Rauschens n(m) niedrig ist, wird das Zentrum des Schwerpunktes in der Nähe des Nachlauf = 0 sein, da die Energie bei Nachläufen <>0 sehr niedrig ist, wie in 2b zu sehen ist. Wenn jedoch der Farbton größer wird aufgrund von beispielsweise Nachbarkanal-Interferenz, wird das Zentrum des Schwerpunktes von der Y-Achse weiter weggedrückt, wie in 2c zu sehen ist.
Die Signalbearbeitungseinheit 60 bestimmt in Schritt 106, ob das Zentrum des Schwerpunktes σ oberhalb des aktuellen Grenzwertes σ_T ist, was basieren kann auf empirischen als auch auf mathematischen Gründen.
Wenn das Zentrum des Schwerpunktes σ oberhalb des Grenzwert-Niveaus σ_T ist, aktiviert die signalbearbeitende Einheit 60 über den gefärbten Interferenz-Identifikationsblock den weiß machenden Filter 80 und die vorurteilslose Kanalabschätzung in Schritt 107. Es ist zu verstehen, dass das weiß machende Filter/die vorurteilslose Kanalabschätzung 80 ausgeführt werden können durch die signalbearbeitende Einheit 60 an sich, durch einen separaten DSP, durch eine feste Logik, so wie eine FPGA (Feldprogrammierbare Gatteranordnung, englisch: Field Programmable Gate Array) oder durch einen ASIC (Anwendungsspezifischer Integrierter Schaltkreis, englisch: Application Specific Integrated Circuit). Das weiß machende Filter wird dann ein Signal mit einer niedrigeren Färbung dem Ausgleicher (oder Demodulator) 90 bereitstellen, der wiederum die Ausgleicher-Leistungsfähigkeit erhöhen wird, da der Ausgleicher annimmt, dass die eingebrachten Störungen durch den Kanal weiß sind.
Wenn jedoch das Zentrum des Schwerpunkt σ unterhalb des Grenzwertes σ_T ist, wird das weiß machende Filter nicht aktiviert, da davon ausgegangen wird, dass das Rauschen weiß ist. Ein Anwendung des weiß machenden Filters auf ein Signal, das weißes Rauschen umfasst, erhöht nicht nur wie oben beschrieben die Rechenlast, sondern wird in den meisten Fällen auch die Effizienz der Dekodierprozedur im Ausgleicher 90 verringern. Anstelle dessen wird das weiß machende Filter und die vorurteilslose Kanalabschätzung umgangen.
Die vorliegende Erfindung wurde oben beschrieben mit Bezug auf eine bevorzugte Ausführungsform. Jedoch sind andere Ausführungsformen als die oben offenbarte innerhalb des Bereichs der Erfindung möglich, wie dieser durch die beigefügten unabhängigen Ansprüche definiert ist.

Claims

Ein Verfahren zum Empfangen eines Kommunikationssignals r(t) in Abhängigkeit von einem Rauschen n(t) über einen Kommunikationskanal, umfassend die Schritte: Empfangen (100) des Kommunikationssignals r(t), das Rauschen n(t) umfassend, Abschätzen (103) des Betrags des Rauschens n(t) im Kommunikationssignal r(t), und Bestimmen (105) des Farbtons des berechneten Betrags des Rauschens n(t), Vergleichen (106) des Farbtons des berechneten Betrags des Rauschens n(t) mit einem vorbestimmten Grenzewert, und Hindurchführen des empfangenen Kommunikationssignals r(t) durch einen weiß machenden Filter (80), wenn der Farbton des Rauschens n(t) größer ist als ein vorbestimmtes Grenzwert-Niveau oder Umgehen des weiß machenden Filters (80), wenn der Farbton des Rauschens n(t) niedriger ist als das vorbestimmte Grenzwert-Niveau.
Ein Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Rauschen n(t) abgeschätzt (103) wird durch Mittel zum Vergleichen des empfangenen Signals r(t) mit bekannten Signalinformationen.
Ein Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei Frequenzcharakteristiken des Rauschens n(t) bestimmt werden (104) durch Ausführen einer Autokorrelation des Rauschens n(t).
Ein Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Farbton des Rauschens n(t) bestimmt wird (105) durch Bestimmen des Zentrums des Schwerpunktes σ der Rausch-Autokorrelationssequenz.
Ein Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Rausch-Farbton durch eine einzelne Variable bestimmt wird.
Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei der Farbton des Rauschens bestimmt wird nach der Formel:
Ein Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Grenzwert-Niveau eine vorurteilslose Kanal-Abschätzung bewirkt.
Eine Kommunikationsvorrichtung, umfassend: Empfangsschaltkreis (30, 40, 50) zum Empfangen eines Kommunikationssignals r(t) in Abhängigkeit von einem Rauschen n(t) über einen Kommunikationskanal; Eine Signalbearbeitungseinheit (60), die angepasst ist zum: Abschätzen (103) des Betrags des Rauschens n(t) im Kommunikationssignal r(t); Bestimmen (105) des Farbtons des abgeschätzten Betrags des Rauschens n(t); Vergleichen (106) des Farbtons des abgeschätzten Betrags des Rauschens n(t) mit einem vorbestimmten Grenzewert; Hindurchführen des empfangenen Kommunikationssignals r(t) durch einen weiß machenden Filter (80), wenn der Farbton des Rauschens n(t) größer ist als ein vorbestimmtes Grenzwert-Niveau oder Umgehen des weiß machenden Filters (80), wenn der Farbton des Rauschens n(t) niedriger ist als das vorbestimmte Grenzwert-Niveau.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Signalbearbeitungseinheit (60) angepasst ist, das Rauschen n(t) abzuschätzen (103) durch Mittel zum Vergleichen des empfangenen Signals r(t) mit bekannten Signalinformationen.
Eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei die Signalbearbeitungseinheit (60) angepasst ist zum Bestimmen (104) der Frequenzcharakteristiken des Rauschens n(t) durch Ausführen einer Autokorrelation des Rauschens n(t).
Eine Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Signalbearbeitungseinheit (60) angepasst ist zum Bestimmen (105) des Farbtons des Rauschens n(t) durch Bestimmen des Zentrums des Schwerpunktes σ der Rausch-Autokorrelationssequenz.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Signalbearbeitungseinheit (60) angepasst ist zum Bestimmen des Rausch-Farbtons durch eine einzelne Variable.
Eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei die Signalbearbeitungseinheit (60) angepasst ist zum Bestimmen des Farbtons des Rauschens nach der Formel:
Eine Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Signalbearbeitungseinheit (60) angepasst ist zum Bewirken einer vorurteilslosen Kanal-Abschätzung, wenn der Farbton des Rauschens n(t) größer ist als ein vorbestimmtes Grenzwert-Niveau.
Eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8–14, wobei die Signalbearbeitungseinheit (60) ein Digitalsignalprozessor (DSP) ist.
Ein Computerprogrammprodukt, das direkt in einen internen Speicher (61) ladbar ist, der mit einem Prozessor (60) verbunden ist, wobei der Prozessor operativ mit der Empfangseinheit (30, 40, 50) gekoppelt ist zum Empfangen eines Kommunikationssignals r(t) in Abhängigkeit von einem Rauschen n(t) über einen Kommunikationskanal, umfassend Programmcode zum Abschätzen (103) des Betrags des Rauschens n(t) im Kommunikationssignal r(t); Bestimmen (105) des Farbtons des abgeschätzten Betrags des Rauschens n(t); Vergleichen (106) des Farbtons des abgeschätzten Betrags des Rauschens n(t) mit einem vorbestimmten Grenzewert; Hindurchführen des empfangenen Kommunikationssignals r(t) durch einen weiß machenden Filter (80), wenn der Farbton des Rauschens n(t) größer ist als ein vorbestimmtes Grenzwert-Niveau oder Umgehen des weiß machenden Filters (80), wenn der Farbton des Rauschens n(t) niedriger ist als das vorbestimmte Grenzwert-Niveau, wenn es durch den Prozessor ausgeführt wird.
Ein Computerprogrammprodukt wie in Anspruch 16 definiert, das auf einem computerlesbaren Medium enthalten ist.