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Die
vorliegende Erfindung betrifft digitale Kommunikationssysteme, z.B.
Mobilfunktelefonsysteme.
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Bei
der Übertragung
in einem digitalen Kommunikationsnetz werden Zeichen im allgemeinen verschlechtert.
Beispielsweise bei einem GSM-System werden empfangene Signale durch
die Verzögerungen,
die auf die Mehrwegausbreitung zurückzuführen sind, durch die Interferenz
von den gleichen Kanal verwendenden Terminals und durch allgemeines
Rauschen verschlechtert.
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Die
räumliche
und/oder zeitliche Verarbeitung einer abgegriffenen Verzögerungsleitung
kann dazu verwendet werden, die Effekte der Mehrwegeausbreitung
und Interferenz von anderen Terminals zu reduzieren, wobei die räumliche
Verarbeitung ein Antennenarray so lenkt, daß Signalpegel von Interferenzen
reduziert werden, und die zeitliche Verarbeitung den Effekt der
Mehrwegeausbreitung reduziert. Die räumliche/zeitliche Verarbeitung
kann in einem Abgegriffene-Verzögerungsleitung-Prozessor mit
vielen Zweigen kombiniert werden, um ein Antennenarray zu adaptieren.
Um die Antenne zu adaptieren, enthält jeder Rahmen von von einem
mobilen Terminal übertragenen
Zeichen eine „Mittambel", die eine bekannte „Trainingssequenz" aus 26 Zeichen umfaßt. Das
mobile Terminal wird von der relevanten Basisstation dahingehend
angewiesen, eine einer Reihe vorbestimmter Trainingssequenzen zu
verwenden, damit störende
Terminals unterschieden werden können.
Jede der Antennen in dem Array weist einen jeweiligen Korrekturfilter
für die
jeweilige abgegriffene Verzögerungsleitung
auf, in dem die Abgriffsausgangssignale gewichtet und summiert werden.
Bei einem bekannten theoretischen Vorschlag werden die Gewichte
W wie folgt bestimmt: w = Rxx –1rxd wobei Rxx die
Autokorrelationsmatrix des Eingangssignals für das System und rxd der
Kreuzkorrelationsvektor des Eingangssignals und der bekannten Sequenz
ist. In der Praxis kann man Schätzwerte
durch Mittelung der momentanen Matrizen und Vektoren über die
Trainingssequenz erhalten. Die Genauigkeit der Schätzungen
wird durch die kurze Trainingssequenz aus 26 Zeichen begrenzt.
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Auf
die US-Patente US-A-3633107 und US-A-5331662, das britische Patent
GB-A-1503083 und die europäische
Patentanmeldung EP-A-0677952 wird als Hintergrund verwiesen.
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Vor
diesem Hintergrund stellt die Erfindung ein Verfahren bereit zum
Justieren von Abgriffsgewichten eines abgegriffenen-Verzögerungsleitung-Raums
und/oder Zeitprozessors durch aufeinanderfolgende Iterationen unter
Bezug auf bekannte und pseudobekannte Zeichen, wobei die gewichteten Abgriffsausgangssignale
summiert werden, wobei eine erste Iteration unter Bezugnahme auf
bekannte Zeichen einer Trainingssequenz durchgeführt wird, aufeinanderfolgende
Iterationen unter Bezugnahme sowohl auf bekannte als auch pseudobekannte
Zeichen durchgeführt
werden, wobei letztere ausgewählt
werden durch Vergleichen des realen Teils der summierten Abgriffsausgangssignale
mit einem Sollpegel, Zuweisen eines Zeichenwerts von logisch Null zu
diesen summierten Abgriffsausgangssignalen, die auf eine Seite des
Sollpegels fallen, und Zuweisen eines Zeichenwerts von logisch Eins
zu solchen summierten Abgriffsausgangssignalen, die auf die andere
Seite des Sollpegels fallen, und solche Zeichenwerte als pseudobekannt
auswählen,
für die
der Pegel eine Schwellwertentfernung vom Sollpegel übersteigt,
wobei der Schwellwert zwischen Iterationen variiert wird und aufeinanderfolgende
Iterationen ausgewertet werden durch:
Berechnen des Mittelwerts
der Pegel jener Signale, denen der Wert logisch Null zugewiesen
ist, und des Mittelwerts der Pegel jener Signale, denen der Wert logisch
Eins zugewiesen ist;
Berechnen des Abstands zwischen dem Pegel
jedes Signals, dem der Wert logisch Null zugewiesen ist, und dem
jeweiligen Mittelwert und dem Pegel jedes Signals, dem der Wert
logisch Eins zugewiesen ist, und dem jeweiligen Mittelwert;
Berechnen
der Summe der Abstände
von den Mittelwerten;
Berechnen der Abstände der Pegel aller Signale
vom Sollpegel;
Berechnen der Summe der Abstände der Pegel aller Signale
vom Sollpegel;
Berechnen des Verhältnisses der Summe der Abstände von
den Mittelwerten zu der Summe der Abstände der Pegel aller Zeichen
vom Sollpegel, Auswählen
der Rxx-Matrix, die das niedrigste Verhältnis ergibt,
wobei Rxx ein Schätzwert der Autokorrelationsmatrix
des Eingangssignals für
das System ist, und
Bestimmen der justierten Abgriffsgewichte
aus der ausgewählten
Rxx-Matrix.
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Effektiv
werden diese Zeichen, die Pegel aufweisen, von denen man am sichersten
weiß,
ob sie eine logische Null oder eine logische Eins darstellen, zusätzlich zu
der Trainingssequenz verwendet, um die Abgriffsgewichte zu setzen.
Verschiedene Schwellwerte werden ausprobiert und jene, die das niedrigste
Verhältnis
erzeugen, können
ausgewählt werden.
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Die
Gewichte w werden bevorzugt wie folgt bestimmt: w
= Rxx –1rxd wobei
Rxx ein Schätzwert der Kreuzkorrelationsmatrix des
Eingangssignals für
das System und rxd ein Schätzwert des
Kreuzkorrelationsvektors des Eingangssignals und der Sequenz bekannter
oder bekannter und pseudobekannter Zeichen ist.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
schematische Zeichnung eines Antennensystems und seines Abgegriffenen-Verzögerungsraum-/-zeitprozessors
und
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2 eine
veranschaulichende graphische Darstellung von in einer Trainingssequenz
empfangenen Signalpegeln.
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen ist jede Antenne 2 in einem
Array aus M Antennen an einen jeweiligen Empfänger 4 angeschlossen.
Die von dem Array empfangenen Signale werden über Gaußsche Mindestwertumtastung
(GMSK) modelliert. Die Signale werden in den Empfängern 4 entdreht,
um die differenzielle Phasencodierung der GMSK-Signale zu entfernen.
Das entdrehte Signal von jedem Empfänger wird einem Analog-Digital-Umsetzer 3 zugeführt, wo
es abgetastet und quantisiert wird, und die quantisierten Abtastwerte
werden in codierte digitale Signale umgewandelt.
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Die
digitalisierten entdrehten Signale werden in einem Speicher 5 gespeichert,
aus dem sie sequentiell gelesen werden können.
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Die
digitalisierten entdrehten Signale werden sequentiell einer jeweiligen
abgegriffenen Verzögerungsleitung 6 für jede Antenne
zugelesen. Die abgegriffene Verzögerungsleitung
kann physisch vorliegen oder durch einen oder mehrere Datenprozessoren
simuliert werden. Die Verarbeitung wird in jedem Fall schneller
als in Echtzeit durchgeführt,
so daß in einem
Rahmen mehrere Iterationen durchgeführt werden können.
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Ganz
gleich, ob die abgegriffene Verzögerungsleitung
physischer oder virtueller Natur ist, wird an jedem Abgriff das
Signal durch individuelle Gewichte 8 gewichtet und die
gewichteten Signale werden in einem Summierer 12 summiert.
Die Summen von jedem Raum-/Zeitprozessor werden in einem Summierer 14 summiert.
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In
jedem Rahmen des von einem mobilen Terminal 15 übertragenen
Signals existiert eine Mittambel, die eine bekannte Trainingssequenz
aus 26 Zeichen umfaßt.
Es gibt mehrere verschiedene Trainingssequenzen, und das mobile
Terminal wird von der Basisstation dahingehend angewiesen, welche Sequenz
es senden soll. Die Trainingssequenz wird von dem mobilen Terminal
nicht wiederverwendet, was das Terminal 15 stören könnte, so
daß sie
unterschieden werden können.
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Die
theoretische Grundlage für
das Gewichten der Raum-/Zeitprozessoren ist die Wiener-Hopf-Gleichung: w = Rxx –1rxd wobei Rxx die
Autokorrelationsmatrix des Eingangssignals für das System und rxd der
Kreuzkorrelationsvektor des Eingangssignals und der bekannten Sequenz
ist.
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Einen
Schätzwert
der Autokorrelationsmatrix und des Kreuzkorrelationsvektors erhält man durch Mitteln
der augenblicklichen, d.h. Zeichen-für-Zeichen-Matrizen.
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Das
Ausgangssignal des Summierers 14 wird analysiert, um vorübergehend
Zeichenwerte zuzuschreiben, damit der Schätzwert von Rxx unter
Verwendung einer längeren
Sequenz von Zeichen verfeinert werden kann. Dazu werden von außerhalb
der Trainingssequenz pseudobekannte Zeichen gewählt, für die ein gewisser Grad an
Gewißheit
hinsichtlich ihrer Gültigkeit
vorliegt. Eine vorübergehende
Entscheidung, einem Zeichenwert eine logische Null oder eine logische
Eins zuzuschreiben, hängt
davon ab, ob der Pegel des realen Teils des Ausgangssignals des
Summierers 14 positiv oder negativ ist. Somit unterscheidet
ein Entscheidungssollpegel 16 von Null (siehe 2)
den Pegel von Zeichen 18 mit logischer Null von dem Pegel
von Zeichen 20 mit einer logischen Eins.
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Für eine zweite
Iteration wird ein Mittelwert der Entfernung aller Zeichen vom Entscheidungspegel 16 berechnet.
Dieser Mittelwert 28 wird auf beiden Seiten des Entscheidungspegels 16 in 2 gezeigt.
Ein etwaiger Zeichenpegel, der außerhalb der Pegel 28,28 fällt, wird
als bekannt behandelt, und die Rxx-Matrix
wird neu berechnet und ausgewertet, wie unten beschrieben.
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Für weitere
Iterationen wird der Pegel 28 in beiden Richtungen in Schritten
von beispielsweise 10% bis zu 50% größer als der Mittelwert und
50% kleiner als der Mittelwert variiert.
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Für jede Iteration
wird ein Gütemaß berechnet,
damit der Schätzwert
von Rxx ausgewertet werden kann.
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Das
Mittel 22 der Entfernungen d0 zwischen dem
Sollpegel 16 und den Pegeln der Null-Zeichen 18 wird
berechnet. Das Mittel 24 der Entfernungen d1 zwischen
dem Sollpegel 16 und den Pegeln der logisch Eins-Zeichen 20 wird
berechnet. Die Entfernung zwischen dem Pegel jedes Zeichens 18,
das als eine logische Null unterschieden worden ist, und dem jeweiligen
Mittel 22 wird berechnet. Die Entfernung zwischen dem Pegel
jedes Zeichens 24, das als eine logische Eins unterschieden
worden ist, und dem jeweiligen Mittel 24 wird berechnet.
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Die
Summe aller der Entfernungen von den Mitteln wird berechnet.
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Die
Entfernungen der Pegel aller Zeichen von dem Sollpegel wird berechnet.
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Die
Summe der Entfernungen der Pegel aller Zeichen von dem Sollpegel
wird berechnet.
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Das
Verhältnis
der Summe der Entfernungen von den Mitteln zu der Summe der Entfernungen
der Pegel aller Zeichen von dem Sollpegel wird berechnet. Je kleiner
dieses ist, umso besser ist die Wahl der Qualität des Ausgangssignals. Idealerweise
würden
die Pegel aller als logisch Null unterschiedenen Zeichen gleich
sein, die Pegel der als logisch Eins unterschiedenen Zeichen würden alle
gleich sein und die Pegel von Zeichen mit Null und Eins würden vom Entscheidungspegel 16 gleich
beabstandet sein.
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Um
zu berücksichtigen,
daß man
einen niedrigen Wert möglicherweise
selbst dann erhalten könnte,
wenn die Fehlerrate in der wiederhergestellten Sequenz hoch ist,
wird das Verhältnis
bevorzugt mit (1 + N) multpliziert, wobei N die Anzahl der Fehler zwischen
den Zeichen zugeschriebenen Werten unter Bezugnahme auf den Sollpegel
und die Zeichen in der bekannten Sequenz ist.
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Der
Wert des so erhaltenen Produkts ist ein Maß für die Güte, d.h. wie gut der Schätzwert von
Rxx ist. Je niedriger der Wert, umso besser
der Schätzwert.
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Nachdem
der volle Satz von Schwellwerten ausprobiert worden ist, wird die
das beste Gütemaß produzierende Rxx-Matrix ausgewählt und zum Bestimmen der Gewichte
W11 bis WML verwendet.