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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausführen einer
Entzerrung in einem Funkempfänger.
Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren
zum Ausführen
einer effizienten Entzerrung in einem GSM-Handgerät und auf
eine Vorrichtung dafür.
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Hintergrund der Erfindung
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Mobiltelefon-Handgeräte enthalten
Kanal-Equalizer, welche einen Teil der Empfängerschaltung bilden, um durch
Mehrwege-Signaldispersion verursachte Signalverfälschung zu kompensieren. In vielen
digitalen Mobiltelefonsystemen (z. B. GSM) sind Standards eingestellt,
die unter anderem Minimalerfordernisse für den Equalizer jedes Handgerätes, das
einen Teil des Systems bilden soll, festsetzen.
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Der von dem Equalizer geforderte
Minimalstandard ist üblicherweise
recht hoch, um Worst-Case-Szenarien (z. B. hügelige Umgebung, etc.) Rechnung
zu tragen. Unglücklicherweise
erfordert dieser hohe Betriebsstandard bei herkömmlichen Equalizern, dass der
Equalizer eine erhebliche Menge an Energie verbraucht. Während des
Standby-Modus trägt
der Energieverbrauch des Equalizers wesentlich zum Gesamtenergieverbrauch
des Handgerätes bei.
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Die Funktionsweise eines Equalizers
ist komplex; sie kann jedoch auf einem ziemlich hohen Niveau beschrieben
werden als zunächst
der Versuch, einen Äquivalenzdigitalfilter
zu identifizieren, welcher der Verfälschung des zwischen dem Sender und
dem Empfänger
versendeten Signals entspricht (dies wird Abschätzung der Kanalimpulsantwort (CIR:
Channel Impulse Response) genannt), welche sowohl durch Mehrwegedispersion
als auch durch die Sende- und Empfangsschaltung verursacht wird, und
zweitens Benutzung der so erhaltenen CIR, um das ursprünglich gesendete
Signal so gut wie möglich
aus dem (verfälschten)
empfangenen Signal wiederherzustellen.
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Um den CIR-Schätzwert zu erhalten, sendet der
Sender häufig
(als Teil jedes Rahmens) ein Signal (die Midambel), das dem Empfänger bereits
bekannt ist, welcher dann versucht, das empfangene Signal mit dem
Signal wie gesendet (welches, wie oben erwähnt dem Empfänger bereits
bekannt ist – d. h.
es ist lokal gespeichert) in Übereinstimmung
zu bringen. Bei diesem Prozess versucht der Equalizer im Wesentlichen
eine Synchronisation zwischen dem empfangenen Signal und dem lokal
gespeicherten, gesendeten Signal durchzuführen. Als Ergebnis der Mehrwegedispersion
können jedoch
eine Anzahl unterschiedlicher Synchronisationszeitpunkte (wenigstens
teilweise) angemessen sein.
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Bei einer typischen GSM-Mobilfunkempfangsstation
wird die Korrelation zwischen der lokal gespeicherten Midambel und
dem empfangenen Signal zu 10 oder 11 unterschiedlichen Zeitpunkten
gemessen mit einer Zeitspanne zwischen jedem der unterschiedlichen
Zeitpunkte, die gleich der zeitlichen Länge ist, welche benötigt wird,
um ein einzelnes Informationsbit zu senden. Die Korrelationsstärke zu jedem
dieser Zeitpunkte wird gemessen, und dieser Wert wird als Tap-Koeffizient oder
Tap bezeichnet. Zu diesem Zeitpunkt wird eine zeitliche Synchronisation durchgeführt, um
die relevantesten Taps zu identifizieren; danach wird eine feststehende
Anzahl von 5 Tabs zur weiteren Verarbeitung behalten. Die auf diese
Weise abgeleiteten 5 Tap-Koeffizienten sind dann repräsentativ
für die
CIR und können
in einer zweiten Stufe der Entzerrung (d. h. der Wiederherstellung
des unbekannten Teils des gesendeten Signals) verwendet werden.
Die veröffentlichte
internationale Patentanmeldung WO 92/11708 beschreibt solch einen Equalizer,
der bei der vorliegenden Anwendung eingesetzt werden kann.
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Während
der zweiten Stufe des Entzerrungsprozesses führt der Equalizer im Wesentlichen
einen Algorithmus durch, welcher die empfangenen Datensignale gemeinsam
mit den in der ersten Stufe abgeleiteten Tap-Koeffizienten als Daten
zur Verwendung in dem Algorithmus verwendet. Die Ausführung dieses
Algorithmus ist sehr intensiv im Hinblick auf die erforderliche
Menge an Verarbeitungsleistung (ausgedrückt in Millionen von Anweisungen
pro Sekunde (MIPS: Millions of Instructions Per Second)). Ein typischerweise
verwendeter Algorithmus dieser Art wird Viterbi-Algorithmus genannt,
für den
die erforderliche Menge an Verarbeitungsleistung proportional zu
2L ist, wobei L die eingeschränkte Länge in Einheiten der
Menge an Zeit ist, welche benötigt
wird, um ein einzelnes Bit zu senden, und ist bei herkömmlichen GSM-Systemen
numerisch gleich der Anzahl von Tap-Koeffizienten minus 1 (d. h. 4 bei dem
GSM-System).
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Die vorliegende Erfindung versucht
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausführen einer Entzerrung in einem
Funkempfänger
zur Verfügung zu
stellen, welche die Menge an von dem Equalizer verbrauchter Energie
unter bestimmten Umständen reduzieren
können.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird ein Equalizer zum Ausführen einer Entzerrung in einem
Funkempfänger,
der ein Signal von einem Sender empfängt zur Verfügung gestellt,
wobei ein Kanal zwischen dem Sender und dem Empfänger mit einer Kanalimpulsantwort
(CIR: Channel Impulse Response) vorliegt und der Equalizer CIR-Abschätzmittel
zum Erzeugen einer Mehrzahl von Tap-Koeffizienten, Einschätzmittel
zum Einschätzen
der von den CIR-Abschätzmitteln
erzeugten Tap-Koeffizienten und zum Ausgeben eines Einschätzsignals
und eine Verarbeitungseinheit aufweist, die geeignet ist, das Einschätzsignal
zu empfangen, um einen aus einer Mehrzahl von verschiedenen Equalizeralgorithmen
auf der Grundlage des Einschätzsignals
auszuwählen,
wodurch, wenn einer oder mehrere der Tap-Koeffizienten außer Acht gelassen werden können, ein
Algorithmus ausgewählt und
verarbeitet werden kann, der weniger Verarbeitungsleistung erfordert,
bevorzugt gegenüber
einem Algorithmus der alle von den CIR-Abschätzmitteln erzeugten Koeffizienten
berücksichtigt.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Ausführen einer
Entzerrung in einem Funkempfänger,
der ein Signal von einem Sender empfängt, zur Verfügung gestellt,
wobei es einen Kanal zwischen dem Sender und dem Empfänger mit
einer Kanalimpulsantwort, CIR, gibt und das Verfahren die Schritte
umfasst: Abschätzen
der CIR durch Erzeugen einer Mehrzahl von Tap-Koeffizienten, Einschätzen der
somit erzeugten Tap-Koeffizienten und Auswählen und Ausführen eines
aus einer Mehrzahl verschiedener Equalizeralgorithmen auf Grundlage
des Ergebnisses des Schrittes des Einschätzens der Tap-Koeffizienten,
wodurch, wenn einer oder mehrere der Tap-Koeffizienten außer Acht
gelassen werden können,
ein Algorithmus, der weniger Verarbeitungsleistung erfordert, ausgewählt und
ausgeführt
werden kann, bevorzugt gegenüber
einem Algorithmus der alle der Koeffizienten berücksichtigt, die in dem Schritt
des Abschätzens
der CIR erhalten wurden.
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Vorzugsweise umfasst der Schritt
des Einschätzens
der Tap-Koeffizienten das Berücksichtigen der
Anzahl von außer
Acht gelassenen Tap-Koeffizienten, wenn vorangehende, von dem Sender
gesendete Rahmen entzerrt werden. Dies kann erreicht werden durch
Längeneinschränkungs-Mittelungsmittel,
die geeignet sind, eine statistische Analyse der eingeschränkten Länge auszuführen, die
während der
Entzerrung der vorher gesendeten Rahmen von dem Equalizer verwendet
oder in diesem an einem gewissen Punkt erzeugt wird.
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Der Schritt des Einschätzens der
Tap-Koeffizienten umfasst vorzugsweise die Berücksichtigung des Abstandes
zwischen dem Sender und dem Empfänger.
Diese wird am einfachs ten abgeleitet durch Verwendung eines von
dem Sender an den Empfänger
gesendeten Parameters gemeinsam mit Einschätzmitteln für einen Abstand zwischen einer
Mobilstation und einer Basissendestation zum Empfangen solch eines
Parameters. Wo anwendbar, ist ein exzellenter Parameter solch einer,
der den Empfänger
darüber
informiert, wie viel Leistung für
den Empfänger
erforderlich ist, um ein Signal an den Sender zu senden, sollte
dieser solches tun müssen.
Weiterhin kann der Schritt des Einschätzens der Tap-Koeffizienten
außerdem
eine Berücksichtigung
der Umgebung beinhalten, in welcher der Sender und/oder Empfänger positioniert
sind. Dies erfolgt am bequemsten durch Umgebungsanalysemittel zum
Analysieren eines von der Basissendestation gesendeten Parameters,
welcher diese Art von Information enthält. Derartige Parameter werden
wahrscheinlich in zukünftigen
Telekommunikationsstandards wie etwa UMTS enthalten sein.
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Vorzugsweise enthält der Schritt des Einschätzens der
Tap-Koeffizienten einen zusätzlichen Schritt
des Modifizierens einiger der Tap-Koeffizienten, der bequemerweise
das Setzen eines oder mehrerer der Tap-Koeffizienten auf Null einschließt, wenn diese
unter einer bestimmten Schwelle liegen. Vorzugsweise ist die Schwelle
in inverser Abhängigkeit von
dem Signal-zu-Rausch-Verhältnis
(SNR: Signal to Noise Ratio) des empfangenen Signals variierbar, wodurch
die Schwelle umso höher
gesetzt wird, je niedriger das SNR ist.
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Der Schritt des Einschätzens der
Tap-Koeffizienten umfasst vorzugsweise das Ausführen, wo dies möglich ist,
einer Reduzierung der eingeschränkten
Länge,
bei der einer oder mehrere Tap-Koeffizienten als außer Acht
zu lassen ausgewählt
werden. Die endständigen
Tap-Koeffizienten kön nen
entweder den am wenigstens verzögerten oder
den am meisten verzögerten
Tap-Koeffizienten entsprechen. Unter anderen Umständen, wo
eine konstante Anzahl von Tap-Koeffizienten
nach jedem Tap-Koeffizienten, der nicht vernachlässigt werden darf, vernachlässigt werden
dürfen,
kann eine Quasi-Reduktion der eingeschränkten Länge durchgeführt werden,
welche das Dividieren (zum Zwecke der Ausführung des Equalizeralgorithmus)
der eingeschränkten
Länge durch
1 + die Anzahl von Tap-Koeffizienten, die nach jedem Tap-Koeffizienten, der nicht
außer
Acht gelassen werden darf, außer
Acht gelassenen werden, umfasst sowie das ebenso häufige Ausführen des
Equalizeralgorithmus getrennt auf jedem derselben Anzahl von Unterströmungen der empfangenen
Datensignale oder Samples, wobei jede Unterströmung erzeugt wird durch Betrachtung lediglich
jedes zweiten, dritten, vierten etc. Samples in jeder Unterströmung, abhängig davon,
ob ein, zwei, drei etc. Taps nach jedem nicht außer Acht gelassenen Tap entfernt
wurden, um zwei, drei, vier etc. Unterströmungen zu erzeugen. Mit anderen
Worten: wo ein Abstand N zwischen den übrigbleibenden Taps besteht,
wird die Entzerrung separat über
N Unterströmungen
durchgeführt.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Damit die vorliegende Erfindung besser
verstanden werden kann, soll eine Ausführungsform davon nun unter
Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung beschrieben werden, in welcher die einzige Figur ein Blockdiagramm
eines Equalizers gemäß der vorliegenden
Erfindung ist.
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Beschreibung einer bevorzugten
Ausführungsform
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Ein Equalizer 100 umfasst
Kanalimpulsantwort (CIR) -Abschätzungsmittel 1,
Einschätzungsmittel 2 und
eine Equalizeralgorithmus-Verarbeitungseinheit 5. Die Einschätzungsmittel 2 umfassen
Signal-zu-Rausch-Verhältnis
(SNR) Berechnungsmittel 20, Schwellenabwägemittel 21,
Tap-Entfernungsmittel 22,
Rauschmittelungsmittel 31, Längeneinschränkungs-Mittelungsmittel 32,
Abstandsabschätzungsmittel 33 für den Abstand
zwischen Mobilstation (MS: Mobile Station) und Basissendestation
(BTS: Base Transmitter Station), Umgebungsanalysemittel 34,
Lmax-Berechnungsmittel 35 und Längeneinschränkungs-Einstellungsmittel 40. Die
Verarbeitungseinheit 5 umfasst Algorithmusauswahlmittel 50,
Viterbi-Sequenzabschätzungsmittel 51,
Anpassungsfiltermittel 52 und Look-Up-Tabelle 53.
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Der Equalizer 100 bildet
einen Teil eines Empfängers
(nicht dargestellt), der seinerseits einen Teil eines digitalen
Mobiltelefon-Handgerätes
(MS) bildet. Der Equalizer wirkt zur Entzerrung von Signalen, die
von einer Basissendestation (BTS) gesendet wurden und zwischen der
BTS und der MS als Ergebnis einer Mehrwegeverzerrung verfälscht wurden. Um
dies zu tun, wird die CIR des Kommunikationskanals zwischen der
BTS und der MS abgeschätzt durch
Vergleichen einer lokal gespeicherten Midambel mit einer, welche
von der BTS mit jedem Datenrahmen gesendet wird. Die Ausgabe des
Equalizers 100 ist ein Bitstrom, der dem von der BTS gesendeten
Bitstrom entsprechen sollte.
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Der Equalizer 100 ist dargestellt
mit 4 Haupteingängen 101, 102, 103, 104 und
einem Hauptausgang 105. Es gibt zwei Eingänge in die
CIR-Abschätzungsmittel 1.
Der erste Eingang zu den CIR-Abschätzungsmitteln 1 empfängt Sample 101 des
empfangenen, demodulierten Signals, welches von dem Empfänger der
MS erkannt wurde. Der zweite Eingang der CIR-Abschätzungsmittel 1 empfängt eine lokal
gespeicherte Version der Midambel 102. Die CIR Abschätzungsmittel
erzeugen eine Anzahl von Tap-Koeffizienten oder Taps, die repräsentativ
sind für
die Größe verschiedener
Komponenten des gesendeten Signals, welches entlang von Pfaden unterschiedlicher
Länge läuft, was
Verzögerungen
zwischen den unterschiedlichen Komponenten erzeugt, die gleich der
Menge an Zeit sind, die von der BTS benötigt werden, um ein einzelnes
Bit innerhalb eines Rahmens gesendeter Daten zu senden. Die CIR-Abschätzungsmittel
dieser Art sind wohlbekannt und als solche sollen Struktur und Betrieb
dieser Komponente hier nicht weiter beschrieben werden.
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Der illustrierte Equalizer ist, lediglich
beispielhaft, geeignet zur Verwendung in einem GSM-System und so
erzeugen die CIR-Abschätzungsmittel 1 fünf Taps.
Natürlich
kann es in anderen Systemen als GSM notwendig sein, mehr oder weniger
Taps zu erzeugen. Die vorliegende Erfindung soll gleichermaßen geeignet
sein zur Verwendung in solchen Systemen, obgleich kleinere Modifikationen
gegenüber
bestimmten illustrierten Komponenten (z. B. den CIR-Abschätzungsmitteln)
hierdurch erforderlich sein können.
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Die von den CIR-Abschätzungsmitteln 1 erzeugten
Taps können
als Anfangstaps (Initial_Taps) bezeichnet werden. Die Initial_Taps
werden sowohl an die SNR-Berechnungsmittel 20 als auch
an die Tapentfernungsmittel 22 kommuniziert. Die SNR-Berechnungsmittel
erhalten zusätzlich
die bekannte Midambel 102 als eine Eingabe. Auf der Grundlage
dieser zwei Eingaben (Midambel 102 und die Initial_Taps)
sind die SNR-Berechnungsmittel in der Lage, ein SNR des empfangenen
Signals zu erzeugen. Die SNR-Berechnungsmittel dieser Art sind wohlbekannt
und sollen nicht in weiterem Detail beschrieben werden.
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Das von den SNR-Berechnungsmitteln
erzeugte SNR wird an die Schwellenabwägungsmittel 21 kommuniziert.
Die Schwellenabwägungsmittel 21 erzeugen
einen Schwellenlevel, dessen Größe invers
von dem SNR abhängt.
Eine mögliche
Implementation der Schwellenabwägungsmittel
ist die Verwendung einer Look-Up-Tabelle. Andere Implementationen
sind für
den Fachmann erkennbar.
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Die von den Schwellenabwägungsmitteln 21 erzeugte
Schwelle wird an die Tap-Entfernungsmittel 22 kommuniziert.
Die Tap-Entfernungsmittel 22 erhalten als eine Eingabe
auch die Initial_Taps, die von den CIR-Abschätzungsmitteln 1 erzeugt
wurden. Die Tap-Entfernungsmittel 22 vergleichen die Initial-Taps mit
der Schwelle, und jegliche Taps, die kleiner als die Schwelle sind,
werden auf Null gesetzt. Die aus dieser Prozedur hervorgehenden
Taps können
als modifizierte Taps (Modified_Taps) bezeichnet werden. Modifizierung
der Taps auf diese Weise verbessert tatsächlich die CIR-Abschätzung, da
Taps unter dem Schwellenlevel tatsächlich mehr Rauschen als nützliches
Signal enthalten.
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Die Prinzipien der Schwellenabwägung und Tap-Entfernung zur Reduzierung
von Rauschen ist in weiterem Detail in dem US Patent Nr. 5,251,233
beschrieben, dessen Inhalt bezüglich
der Schwellabwägungs-
und Tap-Entfernungs-Teile
der vorliegenden Erfindung hier eingeschlossen wird. Man sollte
jedoch beachten, dass, obwohl einige der Taps auf Null gesetzt werden,
diese in US-A-5,251,233 von dem Equalizer immer noch berücksichtigt
werden, wenn dieser den Entzerrungsalgorithmus durchführt, dessen
Komplexität
daher in keiner Weise reduziert wird.
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Die Tap-Entfernungsmittel 22 erzeugen
außerdem
eine modifizierte beschränkte
Länge L,
die als modifiziertes L (Modified_L) bezeichnet werden kann. Dies
ist etwas, das in US-A-5,251,233 nicht getan wird. Die beschränkte Länge L ist
im Wesentlichen die Zeit zwischen dem ersten und dem letzten Tap,
gemessen in Einheiten der Zeit zwischen benachbarten Bits in einem
Burst. Bei dem GSM-System beträgt
diese Zeit 3,69 μs
und es werden 5 Taps erzeugt, was einen zeitlichen Abstand zwischen
dem ersten und dem letzten Tap von 4* 3,69 μs und daher eine unmodifizierte
beschränkte
Länge von
4 ergibt. Wenn jedoch die Tap-Entfernungsmittel 22 einen
der äußeren Randtaps
(d. h. den ersten oder den letzten Tap) auf Null setzen, kann die
beschränkte
Länge reduziert
werden, indem der oder jeder Tap ignoriert wird, der auf Null gesetzt
wurde.
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Das von den SNR-Berechnungsmitteln 20 erzeugte
SNR wird an die Rauschmittelungsmittel 31 kommuniziert
(zusätzlich
zu ihrem kommuniziert werden an die Schwellabwägungsmittel 21). Die Rauschmittelungsmittel 31 verfolgen,
wie sich das SNR mit der Zeit von einem Burst zum anderen ändert und
erzeugen Parameter, welche den Mittelwert und die Varianz des SNR über einer
Anzahl (z. B. 30) der jüngst
empfangenen Sende-Bursts von der BTS anzeigen. Diese Parameter können als
Rauschmittelwert (Noise_average) und Rauschvarianz (Noise_variance)
bezeichnet werden. Um sicherzustellen, dass gleiche Bursts mit gleichen
Bursts verglichen werden, erhalten die Rauschmittelungsmittel 31 außerdem als
eine Eingabe einen Modusparameter, welcher anzeigt, in welchem Modus
die MS arbeitet. Der Modusparameter versetzt den E qualizer zusätzlich in
die Lage, seine Mittelungsmittel (d. h. die Rausch- und Längenbeschränkungs-Mittelungsmittel)
im Fall, dass ein Handover von einer BTS zu einer anderen erfolgt,
zu reinitialisieren.
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Die Längenbeschränkungs-Mittelungsmittel 32 erhalten
als Eingaben den von den Tap-Entfernungsmittel 22 ausgegebenen
Modified_L-Parameter, das SNR von den SNR-Berechnungsmitteln 20 und die
von den Rauschmittelungsmitteln 31 erzeugten Noise_variance-
und Noise_average-Parameter. Die
primäre
Funktion der Längenbeschränkungs-Mittelungsmittel
ist es, den Modified_L-Parameter jüngst empfangener Bursts zu
berücksichtigten,
um zu verhindern, dass schädlich
hohe Werte von Modified_L verwendet werden, wenn kleinere beschränkte Längen statt
dessen benutzt werden könnten.
Dies wird am einfachsten mittels eines Algorithmus durchgeführt, welcher
einen Median-Wert einer Anzahl von vorausgehenden Werten von Modified_L
ausgibt. Dies kann verbessert werden durch Anwendung einer Wichtung
der Werte von Modified_L in Abhängigkeit
von dem jedem Modified_L-Wert zugeordneten SNR. Dies kann weiter
verbessert werden durch Variation der einer bestimmten SNR zugeordneten Wichtung
in Abhängigkeit
von den Noise_variance- und Noise_average-Parametern. Die Ausgabe
der Längenbeschränkungs-Mittelungsmittel 32 ist
eine gemittelte beschränkte
Länge,
welche als Lmax_32 bezeichnet werden kann.
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Die Abschätzungsmittel 33 für den Abstand von
MS und BTS erhalten als eine Eingabe einen oder mehrere Parameter,
welche einen Hinweis auf den Abstand zwischen der MS und der BTS
geben. Solch ein Parameter kann beispielsweise ein MS_TX_Power-Parameter
sein, der von der BTS gesendet wird, um unbenutzte MS's innerhalb einer
bestimmten Zelle darüber zu
informieren, wie leistungsstark ihre Sendung sein sollte, um einen
zufriedenstellenden Empfang durch die BTS sicherzustellen. Dieser
Parameter hängt
ab von dem maximal möglichen
Abstand zwischen einer MS und der BTS. In bestimmten Situationen
können
Zellen sehr klein sein (z. B. in Picozellen-Umgebungen); in diesem
Fall wird der MS_TX_Power-Parameter ebenfalls klein sein und es
wird eine sehr geringe Gelegenheit für eine Mehrwege-Verzerrung
geben. Somit wird es möglich sein,
sich auf eine Vermutung zu verlassen, dass die erforderliche maximale
beschränkte
Länge wenigstens
um einen kleinen Betrag kleiner sein wird, als diejenige, die von
dem System bereitgestellt wird. In dem vorliegenden Fall wird daher
eine Look-Up-Tabelle bereitgestellt, welche einen Längenbeschränkungs-Parameter
ausgibt, der als Lmax_33 bezeichnet werden kann und von dem Wert
von MS_TX_Power abhängt.
Die Details der Look-Up-Tabelle
werden auf sehr einfache Weise mittels Feldversuchen aufgestellt,
können
jedoch auch im Vorhinein unter Verwendung von dem Fachmann wohlbekannten
Formeln abgeschätzt
werden.
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Die Umgebungsanalysemittel 34 sind
den Abschätzungsmitteln
für den
Abstand MS und BTS ähnlich
mit der Ausnahme, dass sie geeignet sind, einen Parameter zu empfangen,
welcher explizite Informationen über
die Umgebung der Zelle angibt, in welcher sich die MS befindet (z.
B. in Gebäuden,
in ländlichen,
städtischen,
hügeligen,
etc. Umgebungen). Sie geben ebenfalls auf Grundlage einer Look-Up-Tabelle
einen Längenbeschränkungsparameter
aus, der als Lmax_34 bezeichnet werden kann. In bestimmten Art von
Umgebungen (z. B. bestimmten Arten hügeliger ländlicher Umgebungen) können sie
zusätzlich
einen Parameter ausgeben, welcher an zeigt, dass bestimmte Zwischen-Taps
ignoriert werden können
und dass eine spezielle Art von Equalizeralgorithmus mit reduzierter
Komplexität benutzt
werden kann, der weiter unten in größerem Detail beschrieben werden
soll. Umgebungsparameter dieser Art findet man derzeit in dem GMS-System nicht;
es ist jedoch wahrscheinlich, dass sie in zukünftigen Systemen (z. B. UMTS)
verwendet werden.
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Die Lmax-Berechnungsmittel 35 empfangen die
Parameter Lmax_32, Lmax_33 und Lmax_34 und entscheiden zwischen
diesen, um einen Gesamt-Lmax-Parameter, Lmax_overall, zu erzeugen. Das
bevorzugte Entscheidungsverfahren ist, Lmax_34, falls erhältlich (was
in einem herkömmlichen
GSM-System nicht der Fall sein wird) zu verwenden, anderenfalls
jedoch Lmax_overall als den kleineren von Lmax_32 und Lmax_33 zu
setzen. Außerdem
können
die Lmax-Berechnungsmittel den Modus, in welchem die MS arbeitet,
berücksichtigen, um
beispielsweise Handover-Situationen zu erkennen, in denen sich nicht
auf Lmax_32 verlassen werden sollte, sowie die Noise_variance- und Noise_average-Parameter,
die beispielsweise verwendet werden können, um sehr verrauschte Bursts zu
detektieren, wenn Lmax_33 weniger zuverlässig sein sollte als Lmax_32.
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Der Parameter Lmax_overall wird an
die Längenbeschränkungs Einstellmittel 40 kommuniziert
zusammen mit den von den Tap-Entfernungsmitteln 22 ausgegebenen
Modified_Taps und Modified_L. die Längenbeschränkungs-Einstellmittel 40 vergleichen
zunächst
Modified_L mit Lmax_overall und modifizieren weiter die Modified_Taps
in dem Fall, dass Modified L größer ist als
Lmax_overall (was anzeigt, dass die beschränkte Länge sicher reduziert werden
kann). Um die beschränkte
Länge zu
reduzieren ist es notwendig, einen oder mehrere der äußeren Rand-Taps
zu entfernen. Dies sollte klarerweise so durchgeführt werden, dass
die größten Taps
erhalten bleiben. Wenn daher lediglich ein Tap entfernt werden muss,
sollten der erste Tap und der letzte Tap verglichen und der kleinste
entfernt werden. Wo zwei Taps entfernt werden sollen, gibt es drei
verschiedene Paare von Taps, die entfernt werden könnten, die
ersten beiden Taps, die letzten beiden Taps oder der erste und der
letzte Tap (d. h. einer an jedem Ende); diese verschiedenen Paare
müssen
zusammen addiert und verglichen werden, wobei das kleinste Paar
entfernt wird. Ein geeigneter Algorithmus um sicherzustellen, dass
dieser Prozess korrekt ausgeführt
wird, liegt klar innerhalb des Bereichs des Fachmanns.
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Sobald irgendeine weitere Modifikation
dieser Art an. den Modified_Taps durchgeführt wurde, erzeugen die Längenbeschränkungs-Einstellmittel 40 endgültige Taps
(Final_Taps) zusammen mit einem oder mehreren Parametern, die Informationen über die
Final_Taps angeben. Solche Informationen spezifizieren beispielsweise,
welche Taps von den ursprünglichen
5 entfernt wurden. Als eine Alternative zu der Bereitstellung eines
zusätzlichen
Parameters, welcher Informationen darüber angibt, welche Taps entfernt
wurden, könnten
in diesem Stadium noch alle 5 Taps beibehalten werden, wobei diejenigen,
die im folgenden ignoriert werden sollen, auf Null gesetzt wurden.
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Außerdem können die Längenbeschränkungs-Einstellmittel versuchen,
eine Quasi-Reduzierung der beschränkten Länge durchzuführen, wo
es möglich
ist, beispielsweise alternierende Taps (z. B. Taps 1 und 3) oder
alle bis auf 2 Taps außer
acht zu lassen. Unter diesen Umständen ist es möglich, eine Quasi-Vergrößerung in
der zeitlichen Länge
zwischen Bits in einem Rahmen lediglich zum Zwecke des Equalizeralgorithmus
durchzuführen;
dies führt dann
zu einer beschränkten
Länge,
die um denselben Betrag wie die Quasi-Vergrößerung reduziert erscheint.
wenn beispielsweise Taps 1 und 3 entfernt werden, können Taps
0, 2 und 4 als ein System repräsentierend
angesehen werden, in welchem Bits lediglich als 7,38 μs mit einer
beschränkten
Länge von
2 gesendet werden. Um die Daten für alle Samples wiederherzustellen,
ist es dann erforderlich, den Algorithmus 2-fach durchzuführen, einmal
unter Verwendung der „geraden" Samples und das
nächste Mal
unter Verwendung der „ungeraden" Samples („gerade" bezieht sich hier
auf die Samples 0, 2, 4 ..., während
sich „ungerade" auf die Samples
1, 3, 5, ... im Hinblick auf ihre zeitliche Reihenfolge bezieht).
Als ein zweites Beispiel, indem Taps 1, 2, und 3 entfernt wurden,
wobei lediglich Taps 0 und 4 übrig
blieben, kann dies als ein System mit einer beschränkten Länge von
1 und mit einer Zeitspanne zwischen benachbarten Bits von 14,76 μs angesehen
werden; um die Daten für
alle Samples wiederherzustellen, wird es erforderlich sein, den
Algorithmus 4-fach
auf den folgenden 4 Teilmengen der Samples 4m, 4m + 1, 4m + 2, 4m
+ 3, wobei m eine ganze Zahl ist, die zwischen 0 und der Gesamtzahl
der Samples, geteilt durch 4 ist.
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Die Ausgabe aus den Längenbeschränkungs-Einstellmitteln 40 bildet
die Ausgabe aus den Einschätzungsmitteln 2 als
ein ganzes und wird dann an die Equalizeralgorithmus-Verarbeitungseinheit 5 kommuniziert,
wo der Equalizeralgorithmus ausgewählt und durchgeführt wird.
In der Equalizeralgorithmus-Verarbeitungseinheit 5 erhalten
Algorithmusauswahlmittel 50 als eine Eingabe die von den
Längenbeschränkungs-Einstellmitteln 40 erzeugten
Parameter. Aufgrund dieser Parameter sind die Algorithmusauswahlmittel 50 in
der Lage exakt festzusetzen, wie der Equalizeralgorithmus ausgeführt werden sollte,
um die Komplexität
und daher die Anzahl von durch den Prozessor bei der Ausführung des
Algorithmus verbrauchten MIPS zu minimieren. Sie berücksichtigen
auch alle kleineren Anpassungen, die für andere Teile der Equalizeralgorithmus-Verarbeitungseinheit
erforderlich sind, um sicherzustellen, dass der Equalizeralgorithmus
korrekt ausgeführt wird.
Der Betrieb der Algorithmus-Auswahlmittel wird weiter unten in größerem Detail
beschrieben.
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Die Ausgabe der Längenbeschränkungs-Einstellmittel wird
zusätzlich
an jedes der Viterbi-Sequenzabschätzungsmittel 51,
der Anpassungsfiltermittel 52 und Look-Up-Tabelle 53 geleitet. Die
grundlegende Operation dieser 3 Elemente ist im Stand der Technik
wohlbekannt und soll nicht detailliert beschrieben werden, außer in Bezug
auf wie sie sich gemäß der vorliegenden
Erfindung von den entsprechenden Elementen in einem herkömmlichen
Viterbi-Sequenzabschätzer unterscheiden.
Man beachte, dass der Equalizer 100 einen Viterbi-Sequenzalgorithmus
als seinen Equalizeralgorithmus verwendet; der Fachmann wird jedoch
verstehen, dass anstelle dessen auch alternative Algorithmen, wie
etwa Entscheidungs-Feedback-Algorithmus etc. eingesetzt werden können. Man
beachte auch, dass die Look-Up-Tabelle 53 zu
der Verwendung eines Viterbi-Algorithmus gehört und weggelassen werden kann,
falls statt dessen ein alternativer Equalizeralgorithmus eingesetzt
würde.
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Der grundlegende Betrieb der Elemente 51, 52 und 53 ist
wie folgt. Die Anpassungsfiltermittel 52 empfangen die
Samples 101 und führen
eine digitale Filterung der empfan genen Samples 101 durch,
um teilweise dem Effekt der CIR des Kanals zwischen dem Sender BTS
und dem Empfänger
der MS Rechnung zu tragen. Die digitale Filterung wird durch Faltung
der empfangenen Samples 101 mit einer zeitinvertierten
komplex Konjugierten der CIR durchgeführt, wie sie von den Final_Taps
repräsentiert
wird. Sobald die empfangenen Samples 101 gefiltert sind, werden
sie an die Viterbi-Sequenzabschätzungsmittel 51 weitergeleitet.
Die Look-Up-Tabelle 53 erhält die Ausgabeparameter
von den Längenbeschränkungs-Einstellmitteln 40 und
verwendet die darin enthaltende CIR-Information, um Autokorrelationskoeffizienten
zu erzeugen, die dann ihrerseits verwendet werden, um, basierend
auf diesen Autokorrelationskoeffizienten, eine Mehrzahl von Werten
zu erzeugen, die in der Look-Up-Tabelle 53 zur effizienten
Benutzung durch die Viterbi-Sequenzabschätzungsmittel 51 gespeichert
werden sollen. Die Weise in der diese Werte für eine gegebene beschränkte Länge berechnet
werden, ist wohlbekannt und soll hier nicht weiter im Detail beschrieben
werden.
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Die Viterbi-Sequenzabschätzungsmittel 51 verwenden
die in der Look-Up-Tabelle 53 gespeicherten Werte zusammen
mit den gefilterten Samples aus den Anpassungsfiltermitteln 52 als
Eingaben in einen geeigneten Viterbi-Algorithmus, welcher einen
wiederhergestellten Bitstrom erzeugt, der dem Bitstrom wie von der
sendenden BTS gesendet, entsprechen sollte. Geeignete Algorithmen
für diesen Zweck
für eine
gegebene beschränkte
Länge sind wohlbekannt
und sollen hier nicht weiter diskutiert werden. Um die Komplexität des Viterbi-Algorithmus zu
minimieren, analysieren Algorithmusauswahlmittel 50 die
Final_Taps, die endgültige
beschränkte Länge (Final_constraint_length)
und einen oder mehrer Para meter, welche Informationen darüber angeben,
welche Taps entfernt wurden (falls überhaupt), und entscheiden
dann, wie der Viterbi-Algorithmus am besten ausgeführt werden
sollte. Wenn beispielsweise der letzte Tap entfernt oder Null gesetzt
wurde, kann ein Viterbi-Algorithmus verwendet werden, der lediglich
4 Taps berücksichtigt
(wobei eine reduzierte beschränkte
Länge von
3 besteht). Klarerweise wird auch die Look-Up-Tabelle 53 unter
diesen Umständen
auch nicht so viele Werte berechnen müssen. Daher kommunizieren die
Algorithmusauswahlmittel mit den Viterbi-Sequenzabschätzungsmitteln 51 und der
Look-Up-Tabelle 53, so dass diese lediglich erwarten, 4
Tabs (oder die ersten 4 Tabs) zu empfangen (oder verarbeiten zu
müssen).
Es ist klar, dass solch ein Algorithmus im Wesentlichen derselbe
ist, wie derjenige der zur Behandlung von 5 Taps verwendet wird,
mit der Ausnahme, dass eine signifikante Anzahl von Schritten ausgelassen
werden kann. Dies führt
zu einer signifikanten Reduzierung der Anzahl von MITS, die zur
Ausführung
des Algorithmus erforderlich sind.
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Als ein zweites Beispiel informieren,
falls der erste Tap entfernt werden kann, die Algorithmusauswahlmittel
die Viterbi-Sequenzabschätzungsmittel 51 und
die Look-Up-Tabelle 53 darüber, dass
diese lediglich erwarten sollten, 4 Taps (oder die ersten 4 Taps)
zu empfangen (oder verarbeiten zu müssen). Um jedoch sicherzustellen,
dass die angenommene Entsprechung zwischen den Samples und den Taps nicht
falsch ist, veranlassen die Algorithmusauswahlmittel; dass die Samples
bei den Anpassungsfiltermitteln 52 geschiftet werden, so
dass eine Anpassung an das erfolgt, was einer zusätzlichen
Verzögerung
in dem Kanal im Vergleich zu dem Fall mit 5 Taps entspricht. Aus
diesem Grund stehen die Algorithmusauswahlmittel 50 auch
in Kommunikation mit den Anpassungsfiltermitteln 52.
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Als ein drittes Beispiel informieren
im Fall, dass die Taps 1 und 3 entfernt oder auf Null gesetzt wurden,
die Algorithmusauswahlmittel 50 die Viterbi-Sequenzabschätzungsmittel 51 und
die Look-Up-Tabelle 53 darüber, dass diese lediglich erwarten
sollten, 3 Taps (oder die ersten, dritten und fünften Taps) zu empfangen (oder
verarbeiten zu müssen).
Die Algorithmusauswahlmittel müssen
in diesem Fall jedoch dafür
sorgen, dass die Samples in zwei Gruppen von Samples (gerade und
ungerade) aufgeteilt werden, dass der Algorithmus zweifach durchgeführt wird
und zwar einmal mit jeder Gruppe von Samples, und dass der wiederhergestellte
Bitstrom wieder zusammengesetzt wird (durch Verschachtelung der
zwei Ausgangsströme),
bevor der wiederhergestellte Bitstrom ausgegeben wird. Wo lediglich
2 Taps übrigbleiben,
werden von den Algorithmusauswahlmitteln ähnliche Handlungen unternommen,
um sicherzustellen, dass der am wenigstens MIPS-intensive Algorithmus
ausgeführt
wird.
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Die Implementation des obenbeschriebenen Equalizers
wird vorzugsweise mittels eines geeignet programmierten digitalen
Signalprozessors (DSP) durchgeführt.