DE60308419T2

DE60308419T2 - Empfänger mit iterativer kanalschätzung unter verwendung einerrückkehrschleife (turboschätzung)

Info

Publication number: DE60308419T2
Application number: DE60308419T
Authority: DE
Inventors: Julie Yuan-Wu; Samson Lasaulce
Original assignee: France Telecom SA
Current assignee: Orange SA
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2003-12-17
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2023-12-18
Also published as: DE60308419D1; JP4481835B2; FR2849306A1; US20040156453A1; EP1582041A1; AU2003300648A1; ATE339832T1; WO2004066575A1; ES2273094T3; JP2006517355A; CN1729667A; CN100592723C; EP1582041B1

Description

Die Erfindung betrifft die Kommunikationen, die auf einer digitalen Datenpaketübertragung (Paket von Bits) beruhen, wobei diese Daten vorher von einem Kanalcodierer (Fehlerkorrekturmodul) codiert werden.
Aufgrund der Ausbreitungsphänomene erfährt das gesendete Signal große Verzerrungen. Um die gesendeten Daten (Informationsbits) wieder zu finden, ist es notwendig, die durch die Ausbreitung verursachten Wirkungen zu kompensieren. Hierzu ist es notwendig, die Ausbreitungsbedingungen, und genauer das, was man den "Ausbreitungskanal" nennt, der die Funkbedingungen kennzeichnet, zu schätzen.
Das Modell des Ausbreitungskanals ist nämlich ein lineares Filter, das durch seine Impulsantwort gekennzeichnet ist. Die Schätzungsqualität des Ausbreitungskanals bedingt sehr stark die Wiedergabequalität der übertragenen Daten durch den Empfänger. Es ist anzumerken, dass es aufgrund des Rauschens in Höhe des Empfängers niemals möglich ist, den Kanal perfekt wieder zu finden. Mit dem Ziel, die bestmögliche Dienstqualität zu erreichen oder die Verbindungsbilanzen zu optimieren, ist es aber eine Grundvoraussetzung zu versuchen, den Ausbreitungskanal "so gut wie möglich" zu schätzen.
Dies ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, und dieses Ziel wird durch die Verwendung eines Empfängers mit Turbo-Schätzung eines Datenübertragungskanals erreicht, mit mindestens einem Kanalschätzer und mit einem Symboldetektor sowie mit einer Rückkehrschleife zum Kanalschätzer für eine Rückkehr von Sendedaten, wie sie vom Symboldetektor bei einer vorhergehenden Iteration geschätzt wurden, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanalschätzer und der Symboldetektor vorgesehen sind, um eine Reihe von Vorgängen durchzuführen, die je zur Lieferung einer Schätzung mindestens eines getrennten Sendedatenwerts führen, wobei der Kanalschätzer vorgesehen ist, um aus einer Gruppe von Empfangsdaten einen Teil dieser Daten zu entfernen, der vom zu schätzenden Sendedatenwert abhängt, und ausgehend von diesen Empfangsdaten mit entfernter Abhängigkeit eine Schätzung eines Ausbreitungskanals zu liefern, bei dem selbst die Abhängigkeit entfernt wurde, wobei der Symboldetektor den Vorgang fortsetzt, indem er den Sendedatenwert ausgehend von diesem Ausbreitungskanal schätzt.
Erfindungsgemäß wird auch ein Verfahren zur Verarbeitung von empfangenen Daten, vom Typ mit Turbo-Schätzung des Datenübertragungskanals vorgeschlagen, bei dem mindestens ein Kanalschätzer und ein Symboldetektor sowie eine Rückkehrschleife zum Kanalschätzer für eine Rückkehr von Sendedaten, wie sie vom Symboldetektor bei einer vorhergehenden Iteration geschätzt wurden, verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reihe von Vorgängen angewendet wird, die je zur Lieferung einer Schätzung mindestens eines getrennten Sendedatenwerts führen, Vorgänge, bei denen aus einer Gruppe von Empfangsdaten ein Teil dieser Daten entfernt wird, der vom zu schätzenden Sendedatenwert abhängt, und ausgehend von diesen Empfangsdaten mit entfernter Abhängigkeit in Höhe des Kanalschätzers eine Bestimmung eines Ausbreitungskanals geliefert wird, der selbst eine entfernte Abhängigkeit hat, und dann der Vorgang im Symboldetektor fortgesetzt wird, indem der Sendedatenwert ausgehend von diesem Ausbreitungskanal geschätzt wird.
Weitere Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung hervor, die sich auf die beiliegenden Figuren bezieht. Es zeigen:
1 einen Aufbau eines klassischen Empfängers mit "Hard Output" oder "Soft Output";
2 einen Aufbau eines Empfängers mit Turboschätzer im Fall eines "Hard Output";
3 einen Empfänger mit Turboschätzer gemäß einer ersten Variante der Erfindung entsprechend dem Fall eines Soft Outputs;
4 einen Empfängeraufbau entsprechend einer anderen Variante der Erfindung im Fall eines Hard Outputs;
5 die gleiche erfindungsgemäße Variante wie in 3, in der auch die Daten gemäß den nachfolgend angewendeten Schreibweisen dargestellt sind;
die 6 und 7 experimentelle Verläufe, die durch die Anwendung der Erfindung hergestellt werden, indem sie eine "Paketfehler"-Rate in Abhängigkeit von einem "Signal/Rausch"-Verhältnis darstellen.
Die vorgeschlagene Erfindung betrifft jedes digitale Übertragungssystem, das eine Kanalschätzung verwendet, insbesondere die Mobilfunksysteme und die lokalen drahtlosen Netzwerke (WLAN).
Insbesondere bezieht sich die vorgeschlagene generische Idee also in nicht einschränkender Weise auf die Systeme TDMA (time division multiple access), CDMA (code division multiple access), TD-CDMA (time duplex CDMA), W-CDMA (wideband CDMA), OFDM (orthogonal frequency division multiplexing), MC-CDMA (multicarrier CDMA), unabhängig davon, ob die Konfiguration MTMR/MIMO (Konfiguration "multiple transmit multiple receive antennas" oder auch "multiple inputs multiple outputs" genannt) ist oder nicht.
Die nachfolgende Beschreibung betrifft insbesondere den Kanalschätzteil jedes iterativen Empfängers, wie zum Beispiel die Turbo-Empfänger. Die erläuterten Maßnahmen sind an jeden Empfänger anpassbar, dessen Kanalschätzung, die Symbolerfassung und die Decodierung iterativ erfolgen.
Zunächst wird kurz das allgemeine Betriebsprinzip eines klassischen Empfängers (Fall der digitalen Übertragungen) in Erinnerung gerufen und das Prinzip des Turbo-Empfängers beschrieben.
Zum besseren Verständnis eines klassischen Empfängers wird ein einziges Paket von Bits betrachtet, das über den Ausbreitungskanal übertragen wurde. Dieses Paket wird gesendet, gefiltert und durch die Übertragung verrauscht, und kommt in Höhe des Empfängers an.
Der klassische Empfänger arbeitet folgendermaßen (1).
Er entnimmt aus dem empfangenen Paket einen gewissen Anteil (im Allgemeinen ziemlich klein) von Daten, dieser Teil wird Lernsequenz genannt. Dieser Teil enthält Daten, die der Empfänger von vorneherein bauartbedingt kennt, und die genau dazu dienen, den Kanal zu schätzen. Ausgehend von diesem Lernteil schätzt die Kanalschätzstufe 10 die Funkbedingungen gemäß einem gegebenen bekannten Algorithmus.
Ausgehend vom Schätzwert des Kanals schätzt der Symboldetektor 20 (dessen Aufbau verschiedene Formen annehmen kann: linearer Entzerrer, Erfassung mit einem Maximum an Likelihood, Erfassung im Sinne des nachträglichen Maximums, Reihen- oder Parallel-Interferenzannullierer, usw.) in einer Datenerfassungsstufe die (codierten) gesendeten Bits/Symbole ausgehend von den Beobachtungen, die dem unbekannten Teil des Datenpakets entsprechen, d.h. außerhalb der Lernsequenz. Es ist anzumerken, dass auf den Erfassungsvorgang eher allgemein ein Entschachtelungsvorgang (Entschachteler 30) folgt, um die Verschachtelung umzukehren, die im Allgemeinen beim Senden eingeführt wird, um die Wirkungen des Leistungsschwunds des empfangenen Signals auf der Empfangsseite auf den Betrieb des Decodierers zu reduzieren.
Schließlich entfernt eine Decodierstufe, der Kanaldecodierer 40, einen Teil der Erfassungsfehler, indem er den Aufbau des gesendeten Signals auswertet, ein Aufbau, der dem Empfänger natürlich bekannt ist.
Bestimmte Typen von Symboldetektoren und Kanaldecodierern können auch eine Information über die Zuverlässigkeit ihrer Ausgänge haben, dies wird üblicherweise "Soft Output" genannt, im Gegenteil zu den "Hard Outputs", die ihrerseits Schätzwerte der gesendeten Bits, aber ohne ihre Zuverlässigkeit, sind.
Wenn sie verfügbar ist, ermöglicht diese Zuverlässigkeitsinformation es häufig, die Leistungsfähigkeit des Empfängers zu verbessern, auf Kosten zusätzlicher Kosten der Komplexität, die dementsprechend abzuschätzen sind. Die zwischen den Empfangsstufen ausgetauschten Größen sind dann diejenigen der 1.
Gemäß dem Prinzip eines Turbo-Empfängers stellt es sich heraus, dass die Leistungsfähigkeit des Empfängers der 1 beträchtlich verbessert werden kann, wenn eine Rückkehrschleife 50 an den Ausgang eingefügt wird.
Der Aufbau des so veränderten Empfängers ist in den 2 (Fall der Hard Outputs) und 3 (Fall der Soft Outputs) dargestellt. Dieser bekannte Empfängeraufbau wird üblicherweise Turbo-Empfänger genannt und leitet sich zum Teil von allgemein anerkannten und für die ENST Brest ausgeführten Arbeiten über die Turbo-Erfassung und die Turbo-Entzerrung ab.
Das Hinzufügen dieser Rückkehrschleife führt zu einem iterativen Betrieb für den Symboldetektor, den Kanaldecodierer und auch den Kanalschätzer. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich hauptsächlich auf diesen iterativen Kanalschätzer.
Ein Turbo-Empfänger arbeitet folgendermaßen.
Es werden zunächst die gleichen Schritte wie beim klassischen Empfänger der 1 durchgeführt: erste Schätzung des Ausbreitungskanals ausgehend von der Lernsequenz, Erfassung der übertragenen Symbole (oder Bits) und Decodierung der Informationsbits.
Dann werden die Ausgänge des Decoders erneut verwendet, indem sie erneut codiert werden (Kanalcodierer 52), und diese erneut codierten Daten werden an den Symboldetektor 20 und an den Kanalschätzer 10 geliefert. Es wird nur auf den Schätzteil des Kanals 10 Wert gelegt.
Es ist anzumerken, dass zwischen dem Neu-Codierer 52 und der Kanalschätzung 10 hier ein Verschachteler 54 angeordnet ist, der den umgekehrten Vorgang zum Entschachteler 30 durchführt.
Der Kanalschätzer 10 verfügt so über eine zusätzliche Informationsquelle zur Lernsequenz. Die geschätzten Bits am Ausgang des Kanal-"Neu-Codierers" 52 werden tatsächlich als zusätzliche Lernbits verwendet, da sie einen (geringen) Fehler- oder Rauschanteil aufweisen.
Ein zusätzlicher, aber sehr wenig komplexer Vorgang in diesem Schritt ermöglicht eine sehr bedeutende Verbesserung der Leistungsfähigkeit des Empfängers und somit eine Erhöhung der Dienstqualität, oder eine Verringerung der vom Sender oder voem Empfänger erbrauchten Leistung (Basisstation oder Mobilstation), wodurch die Verbindungsbilanz des Systems verbessert wird.
Dieser zusätzliche Vorgang wird nachfolgend nach einigen Verweisen auf die üblichen Schreibweisen erläutert, die in Turbo-Empfängern verwendet werden.
Zur Beschreibung der Erfindung werden die Schreibweisen der 4 und 5 verwendet, d.h., dass y(n) das empfangene Signal bezeichnet, I₁ den Intervall des Pakets von Bits bezeichnet, die den Bits der Lernsequenz entsprechen, I₂ den zu I₁ komplementären Intervall bezeichnet, d.h. der Teil der unbekannten Bits des empfangenen Pakets. Außerdem entspricht die Sequenz d(n) den gesendeten Daten und d ⌢(n) ihrer geschätzten Version, da für diese Sequenz perfekt bekannt ist, dass "n" zum Intervall I1 und der Schätzwert zum Intervall I2 gehört. Schließlich wird mit
die geschätzte Version des Impulsantwort-Vektors des Kanals bezeichnet.
Die klassische Strategie [2, 3] der iterativen Kanalschätzung besteht darin, die ganze Sequenz der geschätzten Daten
zu verwenden, um den Kanal h zu schätzen. Mathematisch ausgedrückt kann die Beobachtungsgleichung des Systems vektoriell folgendermaßen geschrieben werden: Y = Dh + b.
Gemäß den Schreibweisen der 4 bezeichnet Y den Vektor, der alle Tastproben des empfangenen Signals (Beobachtungen) enthält, die der Gesamtheit des Pakets von Bits (Y = [y(0) ... y (M – 1)]^T entsprechen, wobei M die Anzahl von Symbolen pro Paket ist, D die Matrix der Daten bezeichnet, die im Kanal gesendet werden, h die wahre Impulsantwort des Kanals und b der Rauschvektor ist.
Für eine gegebene Iteration besteht die klassische Kanalschätzstrategie also darin, den letzten Schätzwert der Datenmatrix D ⌢ und den ganzen Beobachtungsvektor Y zu nehmen, um den Schätzwert des Kanals
zu erhalten.
Die Leistungen der (so genannten klassischen) Bezugsmethode, die oben beschrieben wurde und häufig verwendet wird, sättigen auf einem Pegel, der nicht überschritten werden kann, und dies selbst für eine unendliche Anzahl von Iterationen.
Es stellt sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung aber heraus, dass diese "Barriere" überwunden werden kann, wenn bestimmte Vorsichtsmaßnahmen in der Art der Auswertung der vom Kanalschätzer geschätzten Daten ergriffen werden.
Es geht hier darum, nicht alle Beobachtungen des empfangenen Signals zu verwenden, d.h. bestimmte Tastproben des Vektors Y auszuschließen, um die Schätzung des Kanals durchzuführen.
Um den auszuschließenden Teil zu finden, müssen der Ausgang des Symboldetektors und jedes zu schätzende Symbol individuell betrachtet werden.
Um das Symbol mit dem Index "n" zu erfassen, muss vorher der Kanal ausgehend von allen unabhängigen Beobachtungen des Symbols mit dem Index "n" geschätzt worden sein.
Die abhängigen Beobachtungen, d.h. die vom Beobachtungsvektor auszuschließenden, werden sofort ausgehend von der monodimensionalen Version der Beobachtungsgleichung erhalten:
was bedeutet, dass für ein gegebenes "n" das Symbol "d(n) " mit den Beobachtungen "y(n), y(n + 1), ... y(n + 1 – 1)" ist, wobei 1 die Länge der Impulsantwort des Kanals ist.
Folglich wird vorgeschlagen, diese Beobachtungen aus dem Beobachtungsvektor auszuschließen, der zur Kanalschätzung dient, die gerade vorher durchgeführt wurde.
Es ist anzumerken, dass das Entfernen der Abhängigkeit des Kanalschätzwerts gegenüber dem oder den Symbolen, die man unter Verwendung dieses Schätzwerts erfassen möchte, ein Schritt ist, der für jede Art von Kanalschätzer gilt (einschließlich der Schätzer, die auf dem Algorithmus EM, Expectation-Minimization, beruhen), und insbesondere für den am weitesten verbreiteten Schätzer, der die Matrix der Daten "D ⌢" pseudo-invertiert (dieser Schätzer wird nachfolgend im Rahmen der bevorzugten Anwendung der Erfindung beschrieben).
Insbesondere kann dieser Vorgang, der darin besteht, die oben angegebene Abhängigkeit zu entfernen, in manchen (den üblichsten) Fällen mathematisch durch die folgende Substitution ausgedrückt werden:
Die Konsequenz dieser Erzeugung einer Unabhängigkeit zwischen dem oder den zu erfassenden Symbolen und der zur Durchführung dieser Erfassung verwendeten Kanalschätzung, die sich im oben beschriebenen besonderen Fall in einem Substitutionsvorgang ausdrückt, ist es, die Ausbreitung des Teils des Kanalschätzungsfehlers zu verhindern, der den Konvergenzprozess des Symboldetektors hinter dem Kanalschätzer "sättigt".
Eine Lösung, um die Konvergenz der iterativen Prozedur des Turboempfangs zu verbessern, ist es nämlich, die oben vorgeschlagene Substitution durchzuführen.
Mittels Durchführung des vorgeschlagenen Vorgangs wird im experimentellen Teil dieser Beschreibung (siehe weiter unten) gezeigt, dass eine signifikante Verbesserung der Leistungsfähigkeit des Turbo-Empfängers erhalten werden kann. In dem besonderen Fall, in dem die Unabhängigkeitserzeugung sich durch die oben erläuterte Substitution ausdrückt, ist aber die Art und Weise des Einsatzes dieses Vorgangs ebenfalls sehr wichtig, da sie die zusätzliche Komplexität aufgrund dieses Vorgangs entscheidend beeinflusst.
Im nachfolgenden Teil wird ein sinnvoller Einsatz vorgeschlagen, der sehr vernünftige zusätzliche Kosten der Komplexität ermöglicht.
Die im nachfolgenden Teil beschriebene Erfindung kann auf verschiedene Weise eingesetzt werden. Es wird in diesem Teil eine präzise Weise der praktischen Anwendung dieser Methode vorgeschlagen, wobei es hier das Ziel ist, eine besonders raffinierte Weise des physischen Einsetzens der vorgeschlagenen Erfindung zu beschreiben, mit dem Ziel, eine geringe zusätzliche Komplexität der Kanalschätzstufe des Empfängers zu erhalten.
Zunächst wird hier das Symbol "d(n) für die "p^te" Erfassung erfasst, indem bei der vorhergehenden Kanalschätzung die Beobachtungen "y(.)" entfernt werden, die vom Symbol "d(n)" abhängen.
In üblichster, aber nicht ganz allgemeiner Weise wird die Kanalschätzung durch Pseudo-Invertieren der Datenmatrix "D ⌢" erhalten, die die Lernsequenz-Symbole und die geschätzten Informationssymbole enthält. Dies wird folgendermaßen ausgedrückt:
Der Exponent H bezeichnet den Vorgang der Umsetzung und der Konjugation. Der Exponent # bezeichnet den Vorgang der Pseudo-Invertierung. Um das Symbol "d(n)" zu erfassen, muss hier für jedes im getrennt vorhandenen Schritt betrachtete "n" von "y" der abhängige Teil von "d(n)" subtrahiert werden.
Man sieht, dass diese getrennten Schritte der Schätzung eines ausgewählten Symbols d(n) bei verschiedenen Iterationen der Turboschätzungsschleife verwendet werden können (man schätzt zum Beispiel die aufeinanderfolgenden d(n) bei aufeinanderfolgenden Iterationen).
Man sieht auch, dass die aktualisierten Schätzungen der getrennten d(n) in einer gleichen Iteration der Turboschätzungsschleife verwendet werden können, indem für jedes getrennte d(n) getrennte Schätzungen des Ausbreitungskanals verwendet werden.
Indem "N" die Anzahl von pro Paket (oder Schlitz oder Rahmen) zu erfassenden Symbolen bezeichnet, wobei N auch bei den vorher erwähnten Schreibweisen die Größe des Intervalls I2 ist, sieht man, dass "N" Pseudo-Invertierungen von "D ⌢" durchgeführt werden müssen, um ebenso viele Kanalschätzungen
zu erhalten, die dem Symboldetektor dienen werden.
Eine Idee, um diese Rechnungskosten beträchtlich zu verringern, besteht darin, den Schätzwert in folgender Form umzuschreiben:
Indem der variable Teil, der tatsächlich berechnet werden muss, um den Kanalschätzwert zu erhalten, identifiziert wird durch
stellt man fest, dass es nicht notwendig ist, die "N" Pseudo-Invertierungen der Matrix "D ⌢" durchzuführen, und dass es ausreicht, für jedes Symbol "d(n)" den Vektor "δh _n" im zur Decodierung dieses Symbols verwendeten Kanalschätzwert zu aktualisieren. Zusammengefasst wird das Einsetzen des vorgeschlagenen Algorithmus für eine gegebene Iteration folgendermaßen ausgedrückt:
wobei
der ursprüngliche Kanalschätzwert ist und "(D ⌢^H D ⌢)^–1" alle beide nur ein für allemal berechnet werden müssen, und schließlich "δh _n" der variable Teil ist, der für jedes Symbol "d(n) zu berechnen ist.
In dieser Variante werden die Berechnungen von mehreren
(für verschiedene Indices n) also bei der gleichen Iteration der Turboschätzungsschleife durchgeführt, um die gleiche Matrix "(D ⌢^H D ⌢)^–1" mehrfach zu verwenden, wobei D ⌢ die Matrix der Daten d(n) ist, die bei der vorhergehenden Iteration geschätzt wurden.
Der Symboldetektor (20) führt auch mehrere Berechnungen in der gleichen Iteration der Schleife durch, die darin bestehen, die verschiedenen d(n) mit Hilfe ihres jeweiligen
zu berechnen.
So aktualisiert der Symboldetektor (20) mehrere unterschiedliche Werte d(n) in der Matrix D ⌢, wobei die Matrix D ⌢ dadurch erneuert wird.
Sie wird anschließend bei der folgenden Iteration mehrmals erneut verwendet für die Berechnung von mehreren unterschiedlichen
bei dieser folgenden Iteration.
Die soeben beschriebene Erfindung kann zusammen mit verschiedenen Detektoren von Daten (oder Symbolen) verwendet werden. Eine besonders vorteilhafte Verwendung der Erfindung besteht in der Zuordnung des vorgeschlagenen Kanalschätzers zu einem Symboldetektor mit Interferenzannullierung, insbesondere zu denjenigen, die derzeit bekannt sind.
Die beiden obigen Maßnahmen (Entfernung von Abhängigkeiten und Berechnung von "δh _n") betreffen die Verbesserung des Turboschätzers. Diese Maßnahmen können bei jedem iterativen Empfänger angewendet werden, vorzugsweise mit einem Symboldetektor mit Entfernung von Abhängigkeiten.
Es sei angemerkt, dass die Berechnung von "δh _n" (kostengünstige Anwendung) unabhängig von der Verwendung eines Interferenzannullierers verwendet werden kann.
Auch kann ein Interferenzannullierer im Rahmen der Entfernung von Abhängigkeiten unabhängig von der oben vorgeschlagenen Berechnung von "δh _n" verwendet werden.
Die maximale Leistungsfähigkeit und die minimalen Kosten an Komplexität werden aber erhalten, wenn die Gesamtheit der oben vorgeschlagenen Maßnahmen zusammen verwendet werden.
Es wird also vorgeschlagen, einen Detektor mit Interferenzannullierung für den Symboldetektor zu verwenden.
Somit wird die Zusammenfügung der Wahl der vorgeschlagenen Technik der Turboschätzung mit einem Symboldetektor vorgeschlagen, dessen Ziel es ist, teilweise oder vollständig die Interferenz zu annullieren, die entweder von Mehrwegkanal verursacht wird, d.h. die Interferenz zwischen Chips oder Symbolen (ICI: Inter-Chip-Interferenz oder ISI: Inter-Symbol Interferenz), oder (oder einschließlich) durch die Interferenz, die die durch das Vorhandensein anderer Benutzer verursacht wird, d.h. die Vielfachzugriff-Interferenz (MAI: Multiple Access Interference oder MUI: MultiUser Interference).
Nun werden einige praktische Anwendungsbeispiele im Detail erläutert.
Die vorgeschlagene Idee wurde im Modus TDD des UMTS angewendet, das ein TD-CDMA-System ist. Die Merkmale der getesteten Dienste und des betrachteten Systems sind die folgenden:

– Dienst 12,2 kBits/s;
– Aufwärtsverbindung (Mobilstationen zur Basis);
– Anzahl von Symbolen pro Paket (oder Slot): 2·122 = 244 Symbole QPSK, d.h. 488 Bits pro Slot;
– Streuungsfaktor der CDMA-Codes: Q = 8;
– Länge der Lernsequenz: 512 Chips;
– Kanalcodierung: konvolutiver Code mit der Rate 1/3;
– ein Paket pro Rahmen von 10 ms;
– Ausbreitungsumgebung: Kanal ITU "Vehicular A";
– angenommene Länge des Kanals: 57 Chips.

Die verwendeten Symboldetektoren sind die linearen Block-Entzerrer, die in [3] beschrieben sind und "Zeroforcing Block Linear Joint Detector" (ZF in den Figuren) genannt werden, und die "Minimum Mean Square Error Block Linear Joint Detector" (MMSE in den Figuren); diese Detektoren sind diejenigen, die von der Norm TDD empfohlen werden.
Es sei 6 betrachtet. Die entsprechenden Simulationen wurden für einen aktiven Benutzer pro "Time-Slot" durchgeführt, d.h. eine Netzlast von 12,5% (Streuungsfaktor von 8, der die maximale Anzahl von aktiven Benutzern auf 8 begrenzt).
Die sechs Kurven dieser Figur stellen die Paketfehlerrate (BLER: block error rate) in Abhängigkeit vom Signal/Rausch-Verhältnis (Eb/No) dar. Diese Kurven stellen hauptsächlich (von oben nach unten) dar:

– Die Leistungen des angepassten Filters (MF: matched filter) ohne Iteration (durchgezogener Strich).
– Die Leistungen des Entzerrers MMSE pro Block ohne Iteration (drei Messpunkte, dargestellt durch drei Kreise).
– Die Leistungen des angepassten Filters (MF: matched filter) mit 4 Iterationen (in durchgezogenen Strichen mit der Anmerkung "klassisch"), mit Anwendung der klassischen Kanalschätzungsstrategie.
– die Leistungen des Entzerrers MMSE pro Block mit 4 Iterationen (drei Messpunkte, dargestellt durch drei Kreise).
– Die Leistungen des angepassten Filters (MF: matched filter) mit 4 Iterationen (in durchgezogenem Strich mit der Anmerkung "Erfindung realer Fall"), mit Anwendung der vorgeschlagenen Kanalschätzungsstrategie.
– Die Leistungen des angepassten Filters (MF: matched filter) mit 4 Iterationen (gestrichelt mit der Anmerkung "Idealfall") für den theoretischen Fall, dass man dem Kanalschätzer die wahren Daten (ohne Fehler) liefern könnte.

In 6 sieht man, dass die Erfindung (Erfindung: "realer Fall") zu einer Verstärkung von 0,5 bis 0,6 dB bezüglich des Signal/Rausch-Verhältnisses bezüglich des klassischen Turboschätzers (klassisch) führt.
Bei Betrachtung eines geläufigeren Falls, bei dem das Netz zu 50% belastet ist, d.h. für 4 aktive Benutzer pro Slot, geht diese Verstärkung auf etwa 2 dB (7), was eine beträchtliche Verstärkung ist.
Es seien die Bedingungen von dieser Figur entsprechenden Simulationen etwas genauer beschrieben.
Aufgrund der Netzlast wird nicht mehr das angepasste Filter betrachtet, da die Mehrfachzugriffsinterferenz im untersuchten Fall hoch ist. Nur die Detektoren mit Nullzwang (ZF) und MMSE werden also in Betracht gezogen.
Der aus dieser Figur zu entnehmende wichtige Vergleich ist der Vergleich zwischen der dritten Kurve von oben (klassische Kanalschätzungsstrategie) und der fünften Kurve von oben (vorgeschlagene Strategie). Man findet wieder die Verstärkung von 2 dB, die zu Beginn des Absatzes erwähnt wurde.

[1] M. Sandell et al, "Iterative Channel Estimation Using Soft Decision Feedback," Proc. Blobecom '98, Seiten 3728–3733, Dez. 1998.
[2] P. Strauch et al., "iterative Channel Estimation for EGPRS," Proc. IEEE VTC'2000 Fall, Seiten 2271–2277, Sept. 2000.
[3] A. Klein, G. Kaleh, P. Baier, "Zero Forcing and Minimum Mean-Square-Error Equalization for Multiuser Detection in CDMA Channels", IEEE Transactions on Vehicular Technology, Mai 1996.

Claims

Empfänger mit Turbo-Schätzung eines Datenübertragungskanals, mit mindestens einem Kanalschätzer (10) und mit einem Symboldetektor (20) sowie mit einer Rückkehrschleife (50) zum Kanalschätzer (10) für eine Rückkehr von Sendedaten, wie sie vom Symboldetektor (20) bei einer vorhergehenden Iteration geschätzt wurden, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanalschätzer (10) und der Symboldetektor (20) vorgesehen sind, um eine Reihe von Vorgängen durchzuführen, die je zur Lieferung einer Schätzung mindestens eines getrennten Sendedatenwerts führen, wobei der Kanalschätzer (10) vorgesehen ist, um aus einer Gruppe von Empfangsdaten einen Teil dieser Daten zu entfernen, der vom zu schätzenden Sendedatenwert abhängt, und ausgehend von diesen Empfangsdaten mit entfernter Abhängigkeit eine Bestimmung eines Ausbreitungskanals zu liefern, bei dem selbst die Abhängigkeit entfernt wurde, wobei der Symboldetektor (20) den Vorgang fortsetzt, indem er den Sendedatenwert ausgehend von diesem Ausbreitungskanal schätzt.
Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanalschätzer (10) vorgesehen ist, um die Bestimmung des Ausbreitungskanals mit entfernter Abhängigkeit sowohl ausgehend von den Empfangsdaten mit entfernter Abhängigkeit als auch ausgehend von den Sendedaten durchzuführen, wie sie bei einer vorhergehenden Iteration der Turbo-Schätzung geschätzt und über die Rückschleife (50) an den Kanalschätzer (10) geliefert wurden.
Empfänger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erstellung verschiedener Ausbreitungskanal-Schätzwerte, die je der spezifischen Schätzung eines unterschiedlichen Sendedatenwerts entsprechen, der Kanalschätzer (10) den gleichen Vektor verwendet und von diesem gleichen Vektor einen jedes Mal spezifischen Vektor subtrahiert, wobei dieser jedes Mal spezifische Vektor hauptsächlich von Empfangsdaten geformt wird, die ihrerseits vom zu schätzenden Datenwert abhängen.
Empfänger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanalschätzer (10) vorgesehen ist, um jeden in den Berechnungen der Ausbreitungskanäle zu subtrahierenden spezifischen Vektor in Form eines Produkts aus einer konstanten Matrix und einem Vektor der Daten zu berechnen, die ausgeschlossen sind, da sie von gesendeten Daten abhängen.
Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanalschätzer (10) für verschiedene zu schätzende Sendesymbole d_n die Berechnung eines Kanalschätzwerts
mit entfernter Abhängigkeit in folgender Form verwendet:
wobei h ⌢ ein gleicher Vektor für jedes der zu schätzenden d_n ist, A eine gleiche Matrix ist, die für die verschiedenen zu schätzenden d_n verwendet wird, und
ein Vektor ist, der hauptsächlich aus vom Empfänger empfangenen und vom zu schätzenden Sendesymbol d_n abhängigen Daten besteht.
Empfänger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass
wobei die y vom Empfänger empfangene Daten sind, D ⌢^H eine Transformierte der Matrix D ⌢ der gesendeten Daten ist, wie sie bei einer vorhergehenden Iteration der Turbo-Schätzung geschätzt wurden, und, da der Ausbreitungskanal als eine lineare Transformation angesehen wird, l die Länge dieser linearen Transformation ist und ebenfalls der Länge des Ausbreitungskanals entspricht.
Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Symboldetektor (20) ein Detektor mit Interferenzannullierung ist.
Empfänger nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Symboldetektor (20) mit Interferenzannullierung vorgesehen ist, um Interferenzen zu reduzieren, die von einem Mehrwegkanal verursacht werden.
Empfänger nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Symboldetektor mit Interferenzannullierung (20) vorgesehen ist, um von anderen Benutzern verursachte Interferenzen zu reduzieren.
Verfahren zur Verarbeitung von empfangenen Daten, vom Typ mit Turbo-Schätzung des Datenübertragungskanals, bei dem mindestens ein Kanalschätzer (10) und ein Symboldetektor (20) sowie eine Rückkehrschleife (50) zum Kanalschätzer (10) für eine Rückkehr von Sendedaten, wie sie vom Symboldetektor (20) bei einer vorhergehenden Iteration geschätzt wurden, verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reihe von Vorgängen angewendet wird, die je zur Lieferung einer Schätzung mindestens eines getrennten Sendedatenwerts führen, Vorgänge, bei denen aus einer Gruppe von Empfangsdaten ein Teil dieser Daten entfernt wird, der vom zu schätzenden Sendedatenwert abhängt, und ausgehend von diesen Empfangsdaten mit entfernter Abhängigkeit in Höhe des Kanalschätzers (10) eine Bestimmung eines Ausbreitungskanals geliefert wird, der selbst eine entfernte Abhängigkeit hat, und dann der Vorgang im Symboldetektor (20) fortgesetzt wird, indem der Sendedatenwert ausgehend von diesem Ausbreitungskanal geschätzt wird.