DE69930527T2

DE69930527T2 - Rake-Empfänger

Info

Publication number: DE69930527T2
Application number: DE69930527T
Authority: DE
Inventors: Juha Ylitalo; Peter Muszynski; Esa Tiirola; Toni Neffling
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 1998-09-14
Filing date: 1999-09-14
Publication date: 2007-03-08
Anticipated expiration: 2019-09-15
Also published as: EP1040591A1; EP1040591B1; NO20002221D0; ATE321379T1; WO2000016494A1; DE69930527D1; FI106897B; JP2002525905A; FI981977A; US6215814B1; FI981977A0; AU5749199A; CN1277759A; CN1131600C; NO20002221L; ES2258853T3

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft einen RAKE-Empfänger eines Funksystems, welches ein codegeteiltes Mehrfachzugriff (Code Division Multiple Access, CDMA)-Verfahren verwendet.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In Funksystemen werden Diversity-Verfahren verschiedener Art zur Vergrößerung des Abdeckungsbereichs und/oder der Kapazität des Systems verwendet. Soweit es diese Veröffentlichung betrifft, sind Raum-Diversity, d. h. Antennen-Diversity, Polarisations-Diversity und Mehrfachweg-Diversity von Interesse. Raum-Diversity bedeutet, dass Antennen ausreichend weit voneinander positioniert sind, um eine ausreichende Dekorrelation zwischen über die separaten Antennen empfangenen Signalen zu erreichen. Eine interessante Art von Polarisations-Diversity stellt implizite Polarisation dar, wenn ein Signal auf einer Polarisationsebene gesendet wird, aber durch kreuz-polarisierte Antennen empfangen wird. Mehrfachweg-Diverity bedeutet Diversity, welches mittels über Mehrfachwege ausgebreiteten Signalkomponenten erzeugt wird, wobei dieses Diversity in einem System verwendbar ist, wie beispielsweise einem CDMA-System, in dem die Bandbreite eines Signals viel breiter ist als die kohärente Bandbreite eines Kanals.
In einem CDMA-System wird ein RAKE-Empfänger zum Trennen von über Mehrfachwege ausgebreiteten Signalkomponenten beim Empfang verwendet. Im Allgemeinen müssen die Signalkomponenten dann wenigstens durch Verwenden eines Teiles eines Spreizcodes, d. h. durch einen Chip, voneinander getrennt werden. Der RAKE-Empfänger umfasst RAKE-Finger und in jedem dieser Finger findet Entspreizung und Diversity-Kombination statt. Zusätzlich umfasst der Empfänger einen Verzögerungsschätzer mit einem angepassten Filter (bzw. Matched Filter) für jeden Antennenzweig und einen Zuordnungsblock für die RAKE-Finger. In dem angepassten Filter wird ein Signal, welches durch einen Spreizcode, der zum Signalspreizen verwendet worden ist, empfangen wurde, durch verschiedene Verzögerungen korrigiert, wobei die Zeitsteuerung des Spreizcodes dann beispielsweise in Schritten von einem Chip verändert wird. Sobald die Korrelation groß ist, ist eine über Mehrfachwege ausgebreitete Signalkomponente gefunden, die dann mittels der aufgefundenen Verzögerung empfangen werden kann.
In „Space-Time Optimum Combining for CDMA Communications", X. Bernstein and A. M. Haimovich, Wireless Personal Communications 3: 73–89, 1996 wird ein Kombinieren räumlicher und zeitlicher Verarbeitung zur Erhöhung der Kapazität eines CDMA-basierenden kabellosen Kommunikationssystems besprochen. Insbesondere werden Raum-Zeit-Diversity (Space-Time Diversity), Kaskade aus optimal räumlichem Diversity (RAKE) mit zeitlicher Verarbeitung (bzw. Cascade Optimum Spatial-Diversity (RAKE) temporal), Kaskade aus optimal räumlicher und optimal zeitlicher Verarbeitung (bzw. Cascade Optimum Spatial-Optimum temporal) und Optimum-Verarbeitung im gemeinsamen Bereich (bzw. Joint Domain Optimum Processing) besprochen.
Auf dem Funkweg enthält das Signal neben dem Nutzsignal auch Rauschen und Störungen, die durch andere Anwender oder Systeme verursacht worden sind. In Systemen, die Diversity verwenden, kann der Einfluss von Rauschen und Störungen beispielsweise durch ein Kombinationsverfahren gem. dem maximalen Verhältnis (bzw. Maximum Ratio Combining, MRC) verringert werden, entsprechend diesem Verfahren werden über separate Antennen empfangene Signale im Verhältnis zu der Signalleistung in den separaten Antennenzweigen gewichtet. Jedoch setzt dieses Verfahren voraus, dass die Störung jeder Antenne unabhängig ist. Diese Voraussetzung ist in der Praxis in zellenförmigen Funknetzwerken nicht immer erfüllt, aber es kann angenommen werden, dass dieselbe Störung an jeder Antenne vorhanden ist.
Eine derartige Beschränkung gibt es nicht, beim Kombinationsverfahren mit Störungszurückweisung (bzw. Interference Rejection Combining, IRC). Jedoch wurde dieses Verfahren nur in Systemen, die ein zeitgeteiltes Mehrfachzugriff (bzw. Time Division Multiple Access, TDMA)-Verfahren verwendet, wobei diese Systeme oft nicht in der Lage sind, über Mehrfachwege ausgebreitete Signalkomponenten zu trennen.
Das IRC-Verfahren bedeutet hier adaptive Strahlformung (optimale Kombination von Signalen), durch die die Signalleistung im Verhältnis zur Leistung der Störung und Rauschen maximiert wird, d. h. ein Signal-zu-Störung-Rauschen-Verhältnis (bzw. Signal-to-Interference-and-Noise-Ratio, SINR) wird maximiert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der Erfindung besteht somit in einem RAKE-Empfänger, der IRC verwendet. Dies wird erreicht durch den RAKE-Empfänger der im Folgenden vorgestellt wird. Dieser RAKE-Empfänger umfasst wenigstens zwei Antennenzweige zum Empfangen eines Funksignals; wenigstens einen mit den Antennenzweigen verbundenen RAKE-Finger zum Verarbeiten einer über Mehrwege ausgebreiteten Signalkomponente des Funksignals; einer mit den Antennenzweigen verbundenen Verzögerungsschätzeinrichtung zum Suchen nach einer Verzögerung von wenigstens einer über Mehrwege ausgebreiteten Signalkomponente und zum Zuweisen eines RAKE-Fingers zum Verarbeiten der aufgefundenen, über Mehrwege ausgebreiteten Signalkomponente und zum Informieren des RAKE-Fingers über die aufgefundene Verzögerung; wobei der RAKE-Finger umfasst: eine Kanalschätzeinrichtung zum Erzeugen einer Impulsantwort des Kanals der aufgefundenen über Mehrwege ausgebreiteten Signalkomponente mittels eines in dem Funksignal eines jeden Antennenzweiges enthaltenen bekannten Pilotteils; einer Störungsschätzeinrichtung zum Erzeugen eines Störungssignals, das in dem Funksignal eines jeden Antennenzweigs enthalten ist und aus einer Störung und Rauschen besteht, durch Subtrahieren eines wiederhergestellten Nutz-Funksignals von dem empfangenen Funksignal, wobei das wiederhergestellte Nutz-Funksignal mittels des bekannten Pilotteils und der geschätzten Impulsantwort des Kanals erhalten wird; einer mit jedem Antennenzweig verbundenen Entspreizeinrichtung zum Entspreizen des in der über Mehrwege ausgebreiteten Signalkomponente enthaltenen Pilotteils unter Verwendung eines bekannten Spreizcodes mittels einer durch die Verzögerungsschätzeinrichtung mitgeteilten Verzögerung; einer mit jedem Antennenzweig verbundenen Entspreizeinrichtung zum Entspreizen des in der über Mehrwege ausgebreiteten Signalkomponente enthaltene Datenteils unter Verwendung des bekannten Spreizcodes mittels einer durch die Verzögerungsschätzeinrichtung mitgeteilten Verzögerungen. Der RAKE-Finger umfasst außerdem: einen Gewichtungskoeffiziententeil zum Versehen eines jeden Antennenzweigs mit Gewichtungskoeffizienten, die das Signal-zu-Störung-und-Rausch-Verhältnis (SINR) maximieren; eine Multipliziereinrichtung zum Multiplizieren des durch die Entspreizeinrichtung in jedem Antennenzweig entspreizten Pilotteils mit einem Gewichtungskoeffizienten; eine Multipliziereinrichtung zum Multiplizieren des durch die Entspreizeinrichtung in jedem Antennenzweig entspreizten Datenteils mit einem Gewichtungskoeffizienten; eine Antennenzweigsummiereinrichtung zum Kombinieren des über die getrennten Antennenzweige empfangene und mit dem Gewichtungskoeffizienten multiplizierten entspreizten Pilotteils zu einem Pilotsignal; eine zweite Antennenzweigsummiereinrichtung zum Kombinieren des über die getrennten Antennenzweige empfangenen und mit dem Gewichtungskoeffizienten multiplizierten entspreizten Datenteils zu einem Datensignal; und der RAKE-Empfänger des Weiteren eine RAKE-Fingersummiereinrichtung zum Kombinieren der Datensignale der mittels verschiedener Verzögerungen betriebenen RAKE-Finger zu einem die empfangenen Bits repräsentierenden Summendatensignal aufweist.
Aufgaben der abhängigen Ansprüche sind in den bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung dargestellt.
Die Erfindung basiert darauf, dass ein RAKE-Empfänger, der IRC verwendet, gebildet wurde.
Der erfindungsgemäße RAKE-Empfänger stellt das E_b/I₀-Verhältnis von einem Signal (Energie pro bit geteilt durch Leistungsdichte der Störung) mit einem Wert bis zu zwei Dezibel besser als ein herkömmlicher RAKE-Empfänger, der MRC verwendet, bereit.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Erfindung wird nun in größerem Detail mittels bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben, in denen
1A und 1B ein mobiles Telefonsystem veranschaulichen;
2A einen Sender und einen Empfänger eines mobilen Telefonsystems zeigt;
2B Spreizung und Modulation in einem Sender veranschaulicht;
2C die erfindungsgemäße Lösung zu einem kombinierten Endwürfler-, Decodier- und Demodulationsblock des Empfängers der 2A veranschaulicht;
3 Kanäle von einem mobilen Telefonsystem, die in einem Rahmen positioniert sind, veranschaulicht;
4 die Struktur einer Anwenderausstattung in einer vereinfachten Weise veranschaulicht.
DETEILIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung kann auch auf mobile Telefonsysteme verschiedenster Art angewendet werden, die das codegeteilte Mehrfachzugriff (bzw. Code Division Multiple Access, CDMA)-Verfahren verwenden. Die Beispiele veranschaulichen die Verwendung der Erfindung in einem universellen mobilen Telefonsystem, das ein breitbandiges codegeteiltes Mehrfachzugriff-Verfahren mit direkter Sequenz verwendet; jedoch ohne die Erfindung auf diese zu beschränken. So sind beispielsweise die mobilen Telefonsysteme IMT-2000, welches durch ARIB (Vereinigung der Funkindustrie und Wirtschaft (bzw. Association of Radio Industries and Businesses) in Japan entwickelt worden ist, und das universelle mobile Telefonsystem (bzw. Universal Mobile Telephone Systems, UMTS), welches in Europa entwickelt wird, Systeme gemäß der Erfindung. Die Beispiele basieren auf der Beschreibung des WCDMA-Systems, wobei zusätzliche Informationen in einer ETSI (European Telecommunications Standards Institute)-Spezifikation „The ETSI UMTS Terrestrial Radio Access (UTRA) ITU-R RTT Candidate Submission (Tdoc SMG2 260/98, May/June 1998)" verfügbar sind, auf die hierin Bezug genommen wird.
Die Struktur eines universellen mobilen Telefonsystems wird unter Bezugnahme auf die 1A und 1B erklärt. 1B umfasst nur die Blöcke, die für die Beschreibung der Erfindung wesentlich sind, aber es ist für den Fachmann offensichtlich, dass ein herkömmliches Telefonsystem außerdem andere Funktionen und Strukturen umfasst, die hier nicht im größeren Teil erklärt werden müssen. Die Hauptteile eine mobilen Telefonsystems bestehen in einem Kernnetzwerk (bzw. Core Network) CN, einem UMTS-landgestützten Funkzugriffsnetzwerk UTRAN und einer Anwenderausstattung (bzw. User Equipment) UE. Die Schnittstelle zwischen dem CN und UTRAN wird Iu genannt und die Luftschnittstelle zwischen dem UTRAN und der UE wird Uu genannt.
Das UTRAN umfasst Funknetzwerkuntersysteme (bzw. Radio Network Subsystems) RNS. Die Schnittstelle zwischen den RNSs wird Iur genannt. Ein RNS umfasst eine Funknetzwerksteuerung (bzw. Radio Network Controller) RNC und einen oder mehrere Knoten (bzw. Node) B. Die Schnittstelle zwischen der RNC und dem B wird Iub genannt. Der Abdeckungsbereich eines Knoten B, d. h. eine Zelle, ist in 1B mit C gekennzeichnet.
Die Beschreibung der 1A ist sehr abstrakt und daher wird sie in 1B durch die Darstellung, welcher Teil des GSM-Systems in etwa welchem Teil des UMTS entspricht, deutlicher gemacht. Es sei angemerkt, dass die dargestellte Abbildung in keiner Weise bindend, aber hinweisgebend ist, da sich die Verantwortlichkeiten und Funktionen der verschiedenen Teile des UMTS noch in der Entwicklung befinden.
Gemäß der 1B kann eine leitungsvermittelte Verbindung von einer Anwenderausstattung UE zu einem Telefon 100, das mit einem öffentlichen Fernsprechwählnetzwerk (bzw. Public Switched Telephone Network, PSTN) 102 verbunden ist, aufgebaut werden. Eine Anwenderausstattung UE kann beispielsweise ein festes Endgerät, ein in einem Fahrzeug angeordnetes Endgerät oder ein tragbares Endgerät sein. Die Funknetzwerkinfrastruktur UTRAN umfasst Funknetzwerkuntersysteme RNS, d. h. Basisstationssysteme. Ein Funknetzwerkuntersystem RNS umfasst eine Funknetzwerksteuerung RNC, d. h. eine Basisstationssteuerung und wenigstens einen Knoten B, d. h. eine Basisstation, die durch die Steuerung gesteuert wird.
Eine Basisstation B umfasst eine Multiplexeinrichtung 114 Sende-/Empfangseinrichtungen 116 und eine Steuereinheit 118, die den Betrieb der Sende-/Empfangseinrichtungen 114 und der Multiplexeinrichtung 116 steuert. Verkehrs- und Steuerkanäle, die durch eine Vielzahl von Sende-/Empfangseinrichtungen 114 verwendet werden, werden auf einer Übertragungsverbindung Iub durch die Multiplexeinrichtung 116 angeordnet.
Von den Sende-/Empfangseinrichtungen 114 der Basisstation B gibt es eine Verbindung zu einer Antenneneinheit 120, die eine bidirektionale Funkverbindung Uu mit de Anwenderausstattung UE umsetzt. Der Aufbau der Rahmen (bzw. Frames), die auf der bidirektionalen Funkverbindung Uu zu übertragen sind, ist genau festgelegt.
Die Basisstationssteuerung RNS umfasst ein Vermittlungsnetzwerk 110 und eine Steuereinheit 112. Das Vermittlungsnetzwerk 110 wird zum Verbinden von Sprache und Daten und zum Kombinieren von Signalisierungsschaltungen verwendet. Das Basisstationssystem, welches aus der Basisstation B und der Basisstationssteuerung RNC besteht, umfasst zusätzlich eine Transcodereinrichtung 108. Die Verteilung der Aufgaben zwischen der Basisstationssteuerung RNC und der Basisstation B und deren physikalischen Aufbau kann abhängig von der Implementierung variieren. Die Basisstation B gehört typischerweise zur Umsetzung des Funkwegs in der oben beschriebenen Weise. Die Basisstationssteuerung RNC steuert typischerweise Dinge wie folgt: Funkressourcen, Übergabe bzw. Handover zwischen Zellen, Leistungssteuerung, Zeitsteuerung und Synchronisierung, Rundrufen bzw. Paging einer Anwenderausstattung.
Die Transcodereinrichtung 108 ist allgemein so nahe wie möglich an einer Mobiltelefonvermittlung 106 angeordnet, da Sprache dann in der Form des mobilen Telefonsystems zwischen der Transcoderinrichtung 108 und der Basisstationsteuerung RNC unter Einsparung von Übertragungskapazität übertragen werden kann. Die Transcodereinrichtung 108 wandelt die verschiedenen digitalen Sprachcodierungsformen zwischen dem öffentlichen Fernsprechwählnetz und dem Funktelefonnetzwerk in eine kompatible Form um, z.B. von einer 64 KBit/s Form eines Festnetzwerk in eine andere (beispielsweise 13 KBit/s) Form des zellenförmigen Funknetzwerks, und umgekehrt. Die erforderlichen Geräte werden hier nicht weiter beschrieben, es kann aber festgestellt werden, dass keine anderen Daten als Sprache durch die Transcodereinrichtung 108 umgewandelt werden. Die Steuereinheit 112 führt Anrufsteuerung und Mobilitätsverwaltung durch, sammelt statistische Daten und führt Signalisierungen durch.
Ein Kernnetzwerk CN besteht aus einer Infrastruktur, die zu einem mobilen Telefonsystem außerhalb des UTRAN gehört. Von den Geräten des Kernnetzwerks CN, veranschaulicht 1B die Mobiltelefonvermittlung 106 und eine Netzwerkübergang-Mobiltelefonvermittlung 104, die die Verbindungen des mobilen Telefonsystems zur Außenwelt bearbeitet, hier zum öffentlichen Fernsprechwählnetz 102.
4 zeigt ein Beispiel des Aufbaus einer Anwenderausstattung UE. Die wesentlichen Teile der Anwenderausstattung UE sind: eine Schnittstelle 404 für eine Antenne 402 der Anwenderausstattung, eine Sende-/Empfangseinrichtung 406, ein Steuerteil 410 für die Anwenderausstattung und eine Schnittstelle 412 für eine Batterie 414. Eine Anwenderschnittstelle umfasst allgemein eine Anzeige 400, eine Tastatur 408, ein Mikrofon 416 und einen Lautsprecher 418. Die Anwenderausstattung kann beispielsweise ein tragbares Mobiltelefon, ein Telefon, welches in einem Auto angeordnet werden soll, ein Endgerät einer kabellosen örtlichen Schleife oder Datenübertragungsausstattung, die in einem Computer integriert ist, sein.
2A veranschaulicht die Funktion von einem Paar von Funksende-/Empfangseinrichtungen. Ein Funksender kann in einem Knoten B oder in einer Anwenderausstattung UE und ein Funkempfänger in einer Anwenderausstattung UE oder in dem Knoten B angeordnet sein.
Der obere Teil der 2A zeigt die wesentlichen Funktionen eines Funksenders. Verschiedene Dienste, die auf einem physikalischen Kanal anzuordnen sind, sind beispielsweise Sprache, Daten, bewegte oder stehende Videobilder und Steuerkanäle des Systems. Die Figur veranschaulicht Steuerkanal- und Datenverarbeitung. Die verschiedenen Dienste erfordern verschiedene Quellcodierungsmittel; Sprache beispielsweise erfordert einen Sprach-Codec. Aus Gründen der Klarheit sind jedoch die Quellcodierungsmittel in 2A nicht gezeigt.
Durch den Empfänger zur Kanalschätzung verwendete Pilot-Bits sind außerdem auf dem Steuerkanal 214 angeordnet. Anwenderdaten 200 sind auf dem Datenkanal angeordnet.
Die verschiedenen Kanäle werden dann auf verschiedene Arten in den Blöcken 202A und 202B kanalcodiert. Kanalcodierung umfasst beispielsweise verschiedene Blockcodes, ein Beispiel davon ist die zyklische Redundanzüberprüfung (bzw. Cyclic Redundancy Check, CRC). Zusätzlich werden typischerweise Faltungscodierung und ihre verschiedenen Modifikationen wie beispielsweise punktweise Faltungscodierung oder Turbocodierung, verwendet. Die Pilot-Bits werden jedoch nicht kanalcodiert, da damit beabsichtigt ist, die Signalverzerrungen, die durch den Kanal verursacht wurden, herauszufinden.
Nachdem die verschiedenen Kanäle kanalcodiert worden sind, werden sie in einer Verschachtelungseinrichtung 204A und 204B verschachtelt. Das Ziel der Verschachtelung besteht darin, Fehlerkorrektur zu ermöglichen. Beim Verschachteln werden die Bits der verschiedenen Dienste zusammen in einer vorherbestimmten Weise verwürfelt, wodurch momentaner Schwund bzw. Fading auf dem Funkweg allein die übertragenen Informationen nicht notwendigerweise unbrauchbar für die Erkennung macht. Daran anschließend werden die verschachtelten Bits mittels eines Spreizcodes in Blöcken 206A und 206B gespreizt. Die erhaltenen Chips werden dann durch einen Verwürfelungscode verwürfelt und in Block 208 moduliert, dessen Funktionen in größerem Detail in 2B beschrieben wird. Auf diese Weise werden die separaten Signale in Bock 208 kombiniert, um über den gleichen Sender gesendet zu werden.
Schließlich wird das kombinierte Signal zu Funkfrequenzteilen 210 übertragen, die verschiedene Leistungsverstärker und Bandbreitenbeschränkungsfilter umfassen. Eine Regelung mit einer geschlossenen Schleife, die zur Steuerung der Übertragungsleistung verwendet wird, steuert allgemein einen Übertragungsleistungssteuerungsverstärker, der in diesem Block angeordnet ist. Ein analoges Funksignal wird dann über die Antennen 202 auf dem Funkweg Uu gesendet.
Der untere Teil der 2A veranschaulicht die wesentlichen Funktionen von einem Funkempfänger. Der Funkempfänger ist typischerweise ein RAKE-Empfänger. Ein analoges Funkfrequenzsignal wird vom Funkweg Uu über eine Antenne 203 empfangen. Das Signal wird zu Funkfrequenzteilen 230 übertragen, die einen Filter umfassen, der Frequenzen außerhalb des Nutzfrequenzbandes abhält.
Nachfolgend wird das Signal in Block 228 auf eine Zwischenfrequenz oder direkt ins Basisband konvertiert, wobei das Signal in dieser Form abgetastet bzw. gesampelt und quantisiert wird. Da das Signal ein über Mehrwege ausgebreitetes Signal ist, ist es beabsichtigt, die Signalkomponenten, die entlang verschiedener Wege ausgebreitet worden sind, in Block 228 zu kombinieren, wobei der Block die tatsächlichen RAKE-Finger des Empfängers gemäß dem Stand der Technik umfasst. Block 228 wird im größeren Detail in 2C beschrieben.
Der erhaltene physikalische Kanal wird dann in einer Entschachtelungseinrichtung 226 entschachtelt. Nachfolgend wird der entschachtelte physikalische Kanal in Datenströme verschiedener Kanälen in einer Demultiplexeinrichtung 224 aufgeteilt. Jeder Kanal wird zu separaten Kanaldecodierungsblöcken 222A, 222B übertragen, wo die Kanalcodierung, die für eine Übertragung verwendet worden ist, wie beispielsweise Blockcodierung und Faltungscodierung, decodiert wird. Faltungscodierung wird bevorzugt durch einen Viterbi-Decoder decodiert. Jeder übertragene Kanal 220A, 220B kann dann zur benötigten Weiterverarbeitung übertragen werden, beispielsweise werden Daten 220 zu einem Computer 122 übertragen, der mit der Anwenderausstattung UE verbunden ist. Die Steuerkanäle des Systems werden zu einem Steuerteil 236 des Funkempfängers übertragen.
2B veranschaulicht im größeren Detail, wie ein Kanal durch einen Spreizcode gespreizt und moduliert wird. Linker Hand in der Figur kommt ein Bit-Strom vom Kanal zu Block S/P, wo jede Zwei-Bit-Sequenz von der seriellen Form in die parallele Form konvertiert wird, was bedeutet, dass ein Bit in den Zweig I des Signals und das andere in den Zweig Q des Signals übertragen wird. Anschließend werden die Signalzweige I und Q durch einen Spreizcode c_ch multipliziert, wodurch eine relativ schmalbandige Information auf ein breites Frequenzband gespreizt wird. Jeder Zweig kann denselben oder einen verschiedenen Spreizcode besitzen. Jede Verbindung Uu besitzt einen separaten Spreizcode oder separate Spreizcodes, anhand der der Empfänger die für ihn bestimmte Übertragungen erkennt. Dann wird das Signal durch Multiplizieren mit einem Verwürfelungscode c_Iscramb + jc_Qscramb, der für jeden Sender gesondert ist, verwürfelt. Die Pulsform des erhaltenen Signals wird durch Filter p(t) gefiltert. Schließlich wird das Signal auf einen HF-Träger durch Multiplizieren seiner separaten Zweige, die zueinander um 90° verschoben sind, moduliert, wobei die so erhaltenen Zweige zu einem Träger kombiniert werden, der bereit ist, um auf dem Punktweg Uu gesendet zu werden, unter Auslassung möglicher Filterungen und Leistungsverstärkungen. Der beschriebene Modulationsmodus ist Quadratur-Phasenumtastung (bzw. Quadratur Phase Shift Keying, QPSK).
An Stelle des Beschriebenen I/Q-Multiplexens kann auch Zeitmultiplexen verwendet werden, wo Daten- und Steuerkanäle aufeinander folgend auf der Zeitachse angeordnet werden. Jedoch ist der Zeitunterschied zwischen den Kanälen so klein, dass von einer von dem Steuerkanal geschätzten Störung, angenommen werden kann, dass sie auch dieselbe auf dem Datenkanal ist.
Maximal können 256 verschiedene gegenseitig orthogonale Spreizcodes typischerweise gleichzeitig verwendet werden. Beispielsweise, falls das UMTS einen 5 Megahertz Träger mit der Geschwindigkeit von 4096 Megachips pro Sekunde in der Abwärtsverbindungsrichtung verwendet, entspricht der Spreizungsfaktor 256 der Übertragungsgeschwindigkeit von 32 KBit/s und entsprechend wird die höchste praktische Übertragungsgeschwindigkeit durch den Spreizfaktor 4 erreicht, wobei die Datenübertragungsgeschwindigkeit 2048 KBit/s beträgt. Dementsprechend variiert die Übertragungsgeschwindigkeit auf dem Kanal abgestuft mit 32, 64, 128, 156, 512, 1024 und 2048 KBit/s, während die Spreizfaktoren mit 256, 128, 64, 32, 16, 8 bzw. 4 variieren. Die Datenübertragungsgeschwindigkeit, die dem Anwender zur Verfügung steht, hängt von der verwendeten Kanalcodierung ab. Beispielsweise, falls 1/3-Faltungscodierung verwendet wird, beträgt die Datenübertragungsgeschwindigkeit des Anwenders ungefähr ein Drittel der Datenübertragungsgeschwindigkeit des Kanals. Der Spreizfaktor teilt die Länge des Spreizcodes mit. Beispielsweise ist der dem Spreizfaktor 1 entsprechende Spreizcode (1). Der Spreizfaktor 2 besitzt zwei gegenseitig orthogonale Spreizcodes (1, 1) und (1, –1). Weiter besitzt der Spreizfaktor 4 vier gegenseitig orthogonale Spreizcodes: unter einem Spreizcode (1, 1) der oberen Ebene gibt es Spreizcodes (1, 1, 1, 1) und (1, 1, –1, –1) und unter einem Spreizcode (1, –1) einer anderen oberen Ebene gibt es Spreizcodes (1, –1, 1, –1) und (1, –1. –1, 1). Die Bildung der Spreizcodes setzt sich auf diese Weise fort, wenn man sie zu niedrigeren Ebenen eines Codebaums fortsetzt. Die Spreizcodes einer bestimmten Ebene sind alle gegenseitig orthogonal. Ähnlich ist ein Spreizcode einer bestimmten Ebene orthogonal zu allen Spreizcodes eines anderen Spreizcodes derselben Ebene, die von diesem anderen Spreizcode zur nächsten Ebene abgeleitet wurden.
Bei der Übertragung wird ein Symbol mit einem Spreizcode multipliziert, wodurch die Daten über das zu verwendete Frequenzband gespreizt werden. Beispielsweise wenn der Spreizcode 256 verwendet wird, wird ein Symbol durch 256 Chips dargestellt. Entsprechend, wenn der Spreizcode 16 verwendet wird, wird ein Symbol durch 16 Chips dargestellt.
3 zeigt ein Beispiel welche Art von Rahmen (bzw. Frame)-Aufbau auf einem physikalischen Kanal verwendet werden kann. Rahmen 340A, 340B, 340C, 340D sind aufeinander folgend nummeriert von 1 bis 72 und bilden einen 720 ms langen Superrahmen (bzw. Super Frame). Die Länge von einem Rahmen 340C beträgt 10 ms. Der Rahmen 340C ist unterteilt in 16 Schlitze (bzw. Slots) 330A, 330B, 330C, 330D. Die Länge von einem Schlitz 330C beträgt 0,625 ms. Ein Schlitz 330C korrespondiert typischerweise einer Leistungssteuerungsperiode, während der die Leistung beispielsweise um ein Dezibel aufwärts oder abwärts gesteuert wird.
Die physikalischen Kanäle werden in zwei verschiedene Typen unterteilt: fest zugeordnete physikalische Datenkanäle (bzw. Dedicated Physical Data Channels, DPDCH) 310 und fest zugeordnete physikalische Steuerkanäle (bzw. Dedicated Physical Control Channels, DPCCH) 312. Die fest zugeordneten physikalischen Datenkanäle 310 werden zum Transport von Daten 306 verwendet, die in Schicht zwei des offenen Systems für Verbindungen (bzw. Open Systems Interconnections, OSI) und darüber erzeugt worden sind, d. h. hauptsächlich für fest zugeordnete Verkehrskanäle. Die fest zugeordneten physikalischen Steuerkanäle 312 transportieren Steuerinformationen, die in der Schicht 1 des OSI erzeugt worden sind. Die Steuerinformationen umfassen: einen Pilotteil, d. h. Pilot-Bits 300, die zur Kanalschätzung zu verwenden sind, Übertragungsleistungssteuerung (bzw. Transmit Power Control, TPC)-Befehle 302 und optional eine Transportformatkennung (bzw. Transport Former Indicator, TFI) 304. Die Transportformatkennung 304 teilt dem Empfänger die verwendete Transportgeschwindigkeit zu diesem Zeitpunkt durch jeden fest zugeordneten physikalischen Datenkanal in der Aufwärtsverbindungsrichtung mit.
Wie von 3 zu erkennen, sind die fest zugeordneten physikalischen Datenkanäle 310 und die fest zugeordneten physikalischen Steuerkanäle 312 zeitgemultiplexd in den gleichen Schlitz 330C in der Abwärtsverbindungsrichtung. In der Aufwärtsverbindungsrichtung wiederum werden die Kanäle parallel übertragen in solch einer Weise, dass sie IQ-gemultiplext (I = Inphase, Q = Quadratur) in jedem Rahmen 340C und unter Verwendung von Dualkanal-Quadratur-Phasentastung (QPSK)-Modulation übertragen werden. Sobald die Absicht besteht, zusätzliche fest zugeordnete physikalische Datenkanäle 310 zu übertragen, werden sie codegemultiplext entweder in Zweig I oder Q des ersten Paars der Kanäle.
Anschließend wird 2C untersucht, wobei die Figur in größerem Detail den kombinierten Entwürfelungs-, Decodierungs- und Demodulationsblock 228 des Empfängers, der in 2A gezeigt ist, veranschaulicht. Die Entwürfelung wird jedoch nicht beschrieben, da sie nicht für die Erfindung relevant ist. Ein Nutz-Funksignal, welches auf dem Funkweg Uu gesendet worden ist, breitet sich über Mehrwege auf einem zufällig schwindenden Kanal 252 aus. Weiter wird mit dem Signal additives normalverteiltes Rauschen 254 mit einem Mittelwert von 0 kombiniert. Darüber hinaus werden störende Signale, die sich außerdem auf einem zufällig schwindenden Kanal 252 über Mehrwege ausbreiten, mit dem Signal kombiniert.
Folglich enthält ein Signal, das von dem Funkweg Uu empfangen werden soll, neben dem Nutzsignal außerdem sowohl Rauschen als auch Störung. Das Signal wird unter Verwendung von wenigstens zwei separaten Antennenzweigen 232A, 232B empfangen. Die Zweige 232A, 232B können eine Antennenreihe bilden, um Antennenverstärkung bereit zu stellen, wobei die separaten Antennen relativ nahe zu einander stehen, mit beispielsweise einem Abstand von einer halben Wellenlänge. Das Diversity kann als Raum- oder Polarisations-Deversity umgesetzt werden.
Das Beispiel der 2C veranschaulicht die Verwendung von Raum-Diversity, wobei die Zweige 232A, 232B als eine adaptive Antenne umgesetzt sind. Die adaptive Antenne wird durch Antennen 232A, 232B umgesetzt, die weit genug von einander angeordnet sind, wobei über diese Antennen das über Mehrwege ausgebreitete Signal empfangen wird.
Die Anzahl der Antennen kann L sein. Die Figur veranschaulicht nur zwei Antennen, die erste Antenne 232A und die L-te Antennen 232B. Die zwei Punkte zwischen den Antennen stellen die existierenden Antennen dar, die aus Klarheitsgründen jedoch nicht beschrieben werden. Allgemein variiert die Anzahl der Antennen zwischen 2 und 8.
Gemäß der Erfindung werden Signale, die über die separaten Antennenzweige 232A, 232B empfangen worden sind, derart gewichtet, dass der Einfluss von Rauschen und Störung minimiert werden kann.
Sobald Diversity verwendet wird, ist beabsichtigt, die Korrelation zwischen den Zweigen so gering wie möglich zu machen. Ein anderer Weg Diverstiy umzusetzen, besteht darin, Polarisations-Diverity zu verwenden, wodurch ein Signal durch kreuzporalisierte Antennen empfangen wird. Theoretisch sind auch Hydride möglich, was bedeutet, dass sowohl Raum- als auch Polarisations-Diversity verwendet werden können. Als ein Beispiel für eine Lösung, die in einer Anwenderausstattung eingebaut werden kann, kann eine so genannte Patch-Antenne erwähnt werden, die eine Platte von ungefähr einem Quadratzoll (2,54 cm²) in der Größe, wobei die Platte Kreuzpolarisationsebene besitzt. Ein anderes Beispiel ist eine Anwenderausstattung, die in einem Fahrzeug angeordnet ist, bei dem eine Umsetzung von Raum-Diversity auch relativ leicht ist.
Ein von allen L Antennenzweigen 232A, 232B empfangenes Signal wird über Funkfrequenzteile (in 2C nicht gezeigt) zu einer Verzögerungsschätzeinrichtung 260 übertragen, die mit dem Antennenzweig 232A, 232B verbunden sind. In der Verzögerungsschätzeinrichtung 260 wird nach der Verzögerung für die am besten hörbare über Mehrwege ausgebreitete Signalkomponenten gesucht. Ein RAKE-Finger 270A, 270B wird zum Verarbeiten der gefundenen über Mehrwege ausgebreiteten Signalkomponenten zugeordnet. Die Verzögerungsschätzeinrichtung 260 informiert jeden RAKE-Zweig 270A, 270B über die gefundene Verzögerung.
Die Verzögerungsschätzeinrichtung 260 umfasst ein angepassten Filter 262A, 262B für jeden Antennenzweig 232A, 232B. So beträgt die Anzahl der angepasste Filter 262A, 262B auch L. In den angepasste Filter 262A, 262B wird eine vorherbestimmte Anzahl von parallelen Korrelationsberechnungen für die empfangenen Funksignale mit verschiedenen Verzögerungen durchgeführt, um die Verzögerungen der über Mehrwege ausgebreiteten Signalkomponenten zu schätzen. An der Korrelationsberechnung wird der gespreizte Pilotteil der in dem empfangenen Funksignal enthalten ist, durch einen bekannten Spreizcode entspreizt, wobei eine vorherbestimmte Verzögerung verwendet wird.
Auf den berechneten Korrelationen wählt eine Zuordnungseinrichtung 264, die in der Verzögerungsschätzeinrichtung angeordnet ist, wenigstens eine Verzögerung aus, durch die eine über Mehrwege ausgebreitete Signalkomponente empfangen wird. Die Zuordnungseinrichtung ordnet einen RAKE-Finger 270A, 270B zum Verarbeiten der gefundenen Signalkomponente durch Informieren des RAKE-Finger über die gefundene Verzögerung zu. Zum Durchführen der Auswahl werden die Korrelationsergebnisse von jeden angepassten Filter 262A, 262B typischerweise in der Zuordnungseinrichtung 264 kombiniert. Falls die Korrelation hoch ist, wurde eine Verzögerung gefunden, die die Verzögerung der über Mehrwege ausgebreiteten Signalkomponente des Funksignals das von dem fraglichen Signal, das von den fraglichen Antennenzweigen 232A, 232B kommt, darstellt. Allgemein besitzen die stärksten Mehrwegekomponenten dieselbe Codephase an allen Antennen, was auf die Nachbarschaft der Antennen zurückzuführen ist und auf die Tatsache, dass sich Funksignale mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten.
Praktisch wird eine vorherbestimmte Anzahl von RAKE-Finger 270A, 270B und/oder eine erforderliche Anzahl für die Verzögerungen, die einen vorherbestimmten Schwellwelt bei der Korrelationsberechnung überschreiten zugeordnet. Allgemein wird ein begrenzender Faktor die maximale Anzahl der verwendeten RAKE-Finger 270A, 270B sein. In diesem Beispiel wird die Anzahl der zugeordneten RAKE-Finger 270A, 270B durch den Buchstaben N angezeigt. Die Anzahl von Signalkomponenten hängt von Funkbedingungen und beispielsweise von der Form des Terrains und Gebäuden, die Reflexionen verursachen, ab. In den meisten Fällen beträgt die kleinste Verzögerung, nach der bei über Mehrwege ausgebreiteten Signalkomponenten gesucht wird, einen Chip.
Ein RAKE-Finger 270A, 270B verarbeitet eine über Mehrwege ausgebreitete Signalkomponente mit einer bestimmten Codeverzögerung. Der RAKE-Finger 270A, 270B umfasst eine Kanalschätzeinrichtung 272, durch die eine Kanalimpulsantwort von einer über Mehrwege ausgebreiteten Signalkomponente, die in einem Funksignal enthalten ist und mittels eines bekannten Pilotteils aufgefunden worden ist, d. h. praktisch die komplexe Impulsantwort-Taps des Kanals, erzeugt wird.
Zusätzlich umfasst der RAKE-Finger 270A, 270B eine Störungsschätzeinrichtung 272, durch die ein Störungssignal, welches in einem Funksignal von jedem Antennenzweig 232A, 232B enthalten ist und aus Störung und Rauschen besteht, erzeugt wird, durch Subtraktion eines wiederhergestellten Nutz-Funksignals von dem empfangenen Funksignal. Das wiederhergestellte, Nutz-Funksignal wird mittels des bekannten Pilot teils, der in dem Funksignal enthalten ist, und mittels der geschätzten Impulsantwort des Kanals erhalten.
Die Bereiche, die in der 2C mit gestrichelten Linien gezeichnet worden sind, veranschaulichen die Verarbeitung des in dem Funksignal enthaltenen Pilotteils 274A und die Verarbeitung des in dem Funksignal enthaltenen Datenteils 274B.
Der RAKE-Finger 270A, 270B umfasst eine Entspreizeinrichtung 276A, 276B, die mit jedem Antennenzweig 232A, 232B verbunden ist, und den Spreiz-Pilotteil 274A, der in der über Mehrwege ausgebreiteten Signalkomponente enthalten ist, durch Verwendung eines bekannten Spreizcodes mit einer Verzögerung, die durch die Verzögerungsschätzeinrichtung 260 mitgeteilt wurde, entspreizt.
Entsprechend umfasst der RAKE-Finger 270A, 270B eine Entspreizeinrichtung 276C, 276D, die mit jedem Antennenzweig 232A, 232B verbunden ist und den Spreizdatenteil 274B, der in dem über Mehrwege ausgebreiteten Signalkomponente enthalten ist, durch Verwendung eines bekannten Spreizcodes mit einer Verzögerung, die durch die Verzögerungsschätzeinrichtung 260 mitgeteilt worden ist, entspreizt. Es gibt L Entspreizeinrichtungen für die Verarbeitung von sowohl dem Datenteil und dem Pilotteil, d. h. zwei für jeden Antennenzweig 232A, 232B in jedem RAKE-Finger 270A, 270B. Praktisch wird beim Entspreizen der Datenteil oder der Pilotteil der Signalkomponente mit einer komplex Konjugierten des Spreizcodes in der richtigen Phasenlage multipliziert.
Insgesamt ist die Situation derart, dass die Verzögerungsschätzeinrichtung 260 N RAKE-Finger 270A, 270B den am besten hörbaren Signalkomponenten zuordnet. In jedem RAKE-Finger 270A, 270B werden L Antennenzweige 232A, 232B verarbeitet. Sowohl der Pilotteil des Funksignals als auch der Datenteil des Funksignals werden separat verarbeitet. Die Anzahl N kann abhängig von den Umständen variieren oder ein Schwellwert kann für den Pegel von den über Mehrwege ausgebreiteten Signalkomponenten eingestellt werden. Falls dieser Schwellwert überschritten wird, wird der RAKE-Finger 270A, 270B informiert und der Empfang fortgesetzt. Folglich ist die Suche nach dem Timing ein dynamischer Prozess und ebenso die Zuordnung der zu kombinierenden RAKE-Finger 270A, 270B.
Ein Gewichtungskoeffiziententeil 272 in dem RAKE-Finger 270A, 270B bildet Gewichtungskoeffizienten, die das Signal-zu-Störung-und-Rauschen-Verhälnis (bzw. Signal-to-Interference-and-Noise-Ratio, SINR) für jeden Antennenzweig 232A, 232B maximiert. Dies kann beispielsweise, durch Multiplizieren einer inversen Matrix einer Kovarianzmatrix eines Störungssignals, die aus Störung und Rauschen der Antennenzweige 232A, 232B besteht, mit einer geschätzten Impulsantwort des Kanals durchgeführt werden. Die Gewichtungskoeffizienten sind komplex.
Der Pilotteil 274A, der durch die Entspreizeinrichtung 276A, 276B in jedem Antennenzweig 232A, 232B entspreizt worden ist, wird mit den enthaltenen Gewichtungskoeffizienten durch Verwendung einer Multipliziereinrichtung 284A, 284B, die in dem RAKE-Finger 270A, 270B angeordnet ist, multipliziert. Entsprechend wird der Datenteil 274B, der durch die Entspreizeinrichtung 276C, 276D in jedem Antennenzweig 232A, 232B entspreizt worden ist, mit dem erhaltenen Gewichtungskoeffizienten durch Verwendung einer Multipliziereinrichtung 284C, 284D multipliziert. Demgemäß werden die Signalkomponenten, einschließlich des Pilotteils, und die Signalkomponenten, einschließlich des Datenteils, mit denselben Gewichtungskoeffizienten getrennt multipliziert.
Eine Antennenzweigsummiereinrichtung 278A, die als Letzte in dem RAKE-Finger 270A, 270B angeordnet ist, kombiniert die entspreizten Pilotteile 274A, die über die separaten Antennenzweige 232A, 232B empfangen wurden und mit einem Gewichtungskoeffizienten multipliziert worden sind, zu einen Pilotsignal.
Entsprechend kombiniert eine Antennenzweigsummiereinrichtung 278B die entspreizten Datenteile 274B, die über die separaten Antennenzweige 232A, 232B empfangen und mit einem Gewichtungskoeffizienten multipliziert worden sind, zu einem Datensignal.
Der RAKE-Empfänger umfasst zusätzlich eine RAKE-Fingersummiereinrichtung 280B, die die Datensignale der RAKE-Finger 270A, 270B, die mit verschiedenen Verzögerungen arbeiten, zu einem Summendatensignal kombiniert, das die empfangen Bits darstellt. Die Daten-Bits werden dann entsprechend 2A von Block 228 zu Block 226 übertragen, um entschachtelt zu werden.
Der dargestellte Empfänger ist zur Verwendung sowohl an einer Basisstation als auch an einer Anwenderausstattung geeignet. Dies bedeutet, dass sowohl I/Q-Multiplexen als auch Zeit-Multiplexen von einem Datenkanal und einem Steuerkanal möglich sind.
Zwischen der Antennenzweigsummiereinrichtung 278A, 278B und der RAKE-Fingersummiereinrichtung 280A, 280B kann es einen Realteil 278A, 278B geben, der den Imaginärteil des kombinierten Signals jedes Antennenzweigs entfernt, da der Imaginärteil einen Fehlerterm darstellt, der bei der Kanalschätzung erzeugt worden ist.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst der RAKE-Empfänger eine RAKE-Fingersummiereinrichtung 280A, die die Pilotsignale der RAKE-Finger 270A, 270B, die mit verschiedenen Verzögerungen arbeiten, kombiniert, um ein Summenpilotsignal, welches die empfangenen Pilot-Bits darstellt, zu summieren. Dieses Summen-Pilotsignal kann zu einer Schätzeinrichtung 282 für das Signal-zu-Störungs-Verhältnis übertragen werden, die das Signal-zu-Störungs-Verhältnis des Kanals schätzt. Die Leistungssteuerung mit einer geschlossenen Schleife kann mittels des erhaltenen Signals-zu-Störungs-Verhältnis des Kanals gesteuert werden. Dies ist in Block 282 der 2C mittels des Textes TPC (Übertragungsleistungssteuerung bzw. Transmission Power Controll) veranschaulicht.
Die Erfindung wird bevorzugt mittels Software implementiert, wobei wenigstens ein Teil der Funktionen, die in Block 228 enthalten sind, durch eine Software ausgetauscht werden, die durch einen Prozessor auszuführen ist. Jedoch wird die Verzögerungsschätzeinrichtung 260, die eine hohe Rechenkapazität benötigt, bevorzugt als anwenderspezifischer integrierter Schaltkreis (bzw. Application Specific Integrated Circuit, ASIC) implementiert. Die anderen in Block 228 enthaltenen Funktionen können auch mittels Gerätelösungen implementiert werden, welche die benötigte Funktionalität bieten, wie beispielsweise ein ASIC oder eine diskrete Logikeinrichtung.
Ein Verfahren zum Berechnen der Gewichtungskoeffizienten, die das SINR maximieren, wird als nächstes dargestellt, wobei angenommen wird, dass die Impulsantwort h und die Kovarianzmatrix R_uu der Störung und des Rauschens bekannt sind. Folglich wird ein Verfahren zum Schätzen von h und R_uu mittels bekannter Pilot-Bits, die in einem Signal enthalten sind, dargestellt. Die Darstellung ist ein komplexes Basisbandsignalmodell auf der Symbolschicht zum Verarbeiten des Signals. In der Darstellung veranschaulichen die fettgedruckten Terme einen vertikalen Vektor oder eine Matrix. Es sei angenommen, dass N über Mehrwege ausgebreitete Signale von Interesse (bzw. Signal of Interest, SOI) auf der Zeitachse mittels angepasster Filter gefunden worden sind und jede Signalkomponente über L separate Antennen empfangen wurde. Die L komplexen Kanal-Taps der N-ten über Mehrwege ausgebreiteten Signalkomponente werden durch Vektoren h_n, die eine Länge L besitzen, angezeigt. Die additive Mehrfachzugriffsstörung (bzw. Multi Access Interference, MAI), die von anderen Anwendern verursacht worden ist, eine Mehrfachwegeigenstörung und Rauschen werden durch einen Vektor u_n angezeigt, der als ein L-varianter komplexer normalverteilter Prozess mit räumlicher, möglicherweise farbiger Kovarianz R_uu,n = E [u_nu_n ^H] modelliert ist. Das von den L Antennen empfangene Signal wird mittels eines Vektors r_n angezeigt. Ein Informationssymbol des M-ten Anwenders aus einem Alphabet der Größe M wird mittels des Terms s_m angezeigt.
Die Annahme einer Normalverteilung (bzw. Gaussverteilung) für das entspreizte MAI ist gültig für eine große Anzahl von Spreizfaktoren, die verschiedene Längen besitzen.
Folglich wird jede Symbolperiode in K Abtastwerte (bzw. Samples) diskretisiert, wobei der Vektor r_n in der folgenden Form dargestellt werden kann: rn[k] = hnsm[k] + un[k], k = 1, ..., K (1)
Durch Stapeln jedes der N Vektoren zu Vektoren, die eine Länge LN besitzen, wird eine kompaktere Notation erhalten: r[k] = hsm[k] + u[k], k = 1, ..., K (2)
Die normalverteilten Störungsvariablen u_n[k] und u[k] sind über die Abtastaugenblickswerte gegenseitig und auch über die verschiedenen über Mehrwege ausgebreiteten Signalkomponenten des SOI unkorreliert: Ruu[k] = E[u[k]u''[k]] = diag(Ruu,I[k], ..., Ruu,N[k]) (3)
Angenommen, dass die Symbole s_m gleichwahrscheinlich sind und die Kanalparameter h und die Kovarianzmatrix R_uu[k] der Störung und des Rauschens beide bekannt sind, schließt die optimale Demodulation die Maximierung der logarithmischen Wahrscheinlichkeitsfunktion (I·I zeigt eine Determinante an):
Unter der Annahme, dass die Symbole die gleiche Energie besitzen, kann die Formel 4 in die Form entwickelt werden:
wobei die N Gewichtungskoeffizienten, die die Störung minimieren,
sind, und die Vektoren s_m und t eine Länge K mit Elementen s_m[k] besitzen, jeweils
Dementsprechend kann der vorstehend dargestellte IRC RAKE-Empfänger in N zeitliche RAKE-Finger zerlegt werden, von denen jeder eine räumliche IRC auf den L Antennen-Eingaben unter Verwendung von Gewichtungskoeffizienten
durchführt. Die Ausgaben der RAKE-Finger werden summiert, d. h. kombiniert, und eine Korrelationserfassungseinrichtung wird angewendet, um für die Symbole s_m einen Wert zu bestimmen, der die größte Symbolkorrelationsmetrik ermöglicht.
Falls die Mehrwegeigenstörung des SOI vernachlässigt werden kann, beispielsweise wenn die Verarbeitungsverstärkung groß genug ist, ist das R_uu,n im Wesentlichen in allen N-Fingern gleich, was bedeutet, dass es nur einmal geschätzt und invertiert werden muss. Wenn die Störungskovarianzmatrix räumlich weiß ist, d. h. R_uu,n = Id, wird IRC zu MRC, da w_n[k] = h_n. Eine direkte Matrixinvertierung (bzw. Direct Matrix Inversion, DMI) der Matrix R_uu,n kann vermieden werden, falls rekursive Algorithmen, wie beispielsweise der Least Mean Square (LMS) oder der Recursive Least Square (RLS) verwendet werden. Entsprechend kann der Empfänger derart aufgebaut werden, dass das Störungsbeseitigungsverfahren gemäß den Umständen zwischen der MRC und IRC gewechselt werden kann. Wenn die Datenübertragungsgeschwindigkeiten hoch sind, ist die Störung farbig und daher wird IRC verwendet und entsprechend wird bei niedrigen Datenübertragungsgeschwindigkeiten MRC verwendet. Im Prinzip ist MRC nur ein Spezialfall von IRC, was bedeutet, dass das zu verwendete Verfahren immer IRC sein kann.
Unter der Annahme, dass h und R_uu bekannt sind, werden als Nächstes eine Kanalschätzung des Vektors h mit einer umstrukturierten maximalen Wahrscheinlichkeit (bzw. Maximum Likelihood, ML) und eine Schätzung der Kovarianzmatrix R_uu, welche die durchgeführte Kanalschätzung verwendet, dargestellt. Wie vorstehend festgestellt, wird I/Q-Multiplexen in der Aufwärtsverbindungsrichtung verwendet, wobei der Datenkanal auf den Zweig I und der Steuerkanal auf den Zweig Q gemultiplext werden. Der Steuerkanal umfasst außerdem einen vorher bekannten Pilotteil. Beide Kanäle können voneinander durch Entspreizen mit orthogonalen Spreizcodes getrennt werden. Das Symbolschichtsignalmodell wird aus Gleichung 1 erhalten, in dem sie getrennt für jeden Teil, I und Q, geschrieben wird, wobei BPSK-Symbole s_m E{–1, 1} verwendet werden. Es wird weiter angenommen, dass der Index k sich nun auf den Bit-Index der Symbolsequenz bezieht. K Bits des DPCCH werden nun in einem Schlitz gesammelt.
Vorher wurde angenommen dass die Kanalparameter h und die Störungskovarianz R_uu bekannt sind. Nun wird angenommen, dass außerdem keine a priori Informationen über die räumliche Struktur verfügbar sind, was bedeutet, dass die optimalen Kanalschätzeinrichtungen nach dem Prinzip maximaler Wahrscheinlichkeit erzeugt werden. Der Vektor r[k], k = 1, ...K und die Pilot-Bits s_p[k] des DPCCH innerhalb eines Schlitzes werden verwendet, durch die ML Schätzungen [h ^, R ^_uu] erzeugt werden, welche die gemeinsamen Minimierer der logarhythmischen Wahrscheinlichkeitsfunktion sind:
Dieses ML Schätzungsproblem ist separierbar. Wenn ML gegeben ist, wird die Schätzung h ^, der Vektor wird R ^_uu sein:
und die ML Schätzung h ^ wird als Minimierer der Kostenfunktion erhalten (I·I kennzeichnet die Derterminante):
F wird minimiert für die Auswahl: h = r ^Hsr (9)
Eine lineare Kanalschätzeinrichtung basierend auf Pilot-Bits ist vorstehend beschrieben worden. Es ist für den Fachmann nahe liegend, das bekannte weiterentwickelte Kanalschätzverfahren, wie beispielsweise Verfahren, die den Datenkanal verwenden, genauso gut auf das Verfahren der Erfindung angewendet werden können.
Im beschriebenen Funksystem kann Störung auftreten, die durch das zum Nutzkanal benachbarte Frequenzband in bestimmten Situationen verursacht werden, wobei diese Störung, als benachbarte Kanalleistung (bzw. Adjacent Channel Power, ACP) bekannt ist. Das benachbarte Frequenzband kann das WCDMA-Frequenzband benachbart zum Betreiber sein, das WCDMA-Frequenzband von einem anderen Betreiber oder ein Frequenzband von einem anderen System, zum Beispiel dem GSM-System, sein. Das Problem kann ein Blockieren in der Zelle in der Aufwärtsverbindungsrichtung verursachen. Zum Beispiel sei angenommen, dass ein hocheffizienter GSM-Sender ACP in einem RAKE-Empfänger verursacht, der mit einer hohen Datengeschwindigkeit betrieben wird, d. h. mit einem niedrigen Spreizverhältnis, auf einem 5 MHz Frequenzband. Die ACP (wie Störungen im Allgemeinen) muss über dem Störpegel liegen, sodass sie beseitigt werden kann. Erfindungsgemäß umfasst ein Störungssignal, dass durch die Störungsschätzeinrichtung 272 erzeugt worden ist, dann eine Störung, die durch das benachbarte Frequenzband des Nutzkanals, d. h. benachbarte Kanalleistung, verursacht worden ist, deren diametrale Wirkung so beseitigt werden kann. Ein Schrumpfen der Zelle auf Grund von ACP kann damit verhindert werden.
Obwohl die Erfindung vorstehend unter Bezugnahme auf das Beispiel der beigefügten Zeichnungen beschrieben worden ist, ist es klar, dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, sondern in vielen Weisen innerhalb des Bereichs der erfinderischen Idee der beigefügten Ansprüche variiert werden kann.

Claims

Ein RAKE-Empfänger, mit: zumindest zwei Antennenzweigen (232A, 232B) zum Empfangen eines Funksignals; zumindest ein mit den Antennenzweigen (232A, 232B) verbundener RAKE-Finger (270A, 270B) zum Verarbeiten einer über Mehrwege ausgebreiteten Signalkomponente des Funksignals; einer mit den Antennenzweigen (232A, 232B) verbundenen Verzögerungsschätzeinrichtung (270) zum Suchen nach einer Verzögerung von zumindest einer über Mehrwege ausgebreiteten Signalkomponente und zum Zuweisen eines RAKE-Fingers (270A, 270B) zum Verarbeiten der aufgefundenen, über Mehrwege ausgebreiteten Signalkomponente und zum Informieren des RAKE-Fingers (270A, 270B) über die aufgefundene Verzögerung; wobei der RAKE-Finger umfasst: eine Kanalschätzeinrichtung (272) zum Erzeugen einer Impulsantwort des Kanals der aufgefundenen über Mehrwege ausgebreiteten Signalkomponente mittels eines jeden in dem Funksignal eines Antennenzweiges (232A, 232B) enthaltenen bekannten Pilotteils; eine Störungsschätzeinrichtung (272) zum Erzeugen eines Störsignals, das in dem Funksignals eines jeden Antennenzweigs (232A, 232B) enthalten ist und aus einer Störung und Rauschen besteht, durch Subtrahieren eines wiederhergestellten gewünschten Funksignals von dem empfangenen Funksignal, wobei das wiederhergestellte gewünschte Funksignal mittels des bekannten Pilotteils und der geschätzten Impulsantwort des Kanals erhalten wird; eine mit jedem Antennenzweig (232A, 232B) verbundene erste Entspreizeinrichtung (276A, 276B) zum Entspreizen des in der über Mehrwege ausgebreiteten Signalkomponente enthaltenen Pilotteils (274A) unter Verwendung eines bekannten Spreizcodes mittels einer durch die Verzögerungsschätzeinrichtung (260) mitgeteilten Verzögerung; eine mit jedem Antennenzweig (232A, 232B) verbundene zweite Entspreizeinrichtung (276C, 276D) zum Entspreizen des in der über Mehrwege ausgebreiteten Signalkomponente enthaltenen Datenteils (274B) unter Verwendung des bekannten Spreizcodes mittels einer durch die Verzögerungsschätzeinrichtung (260) mitgeteilten Verzögerung, einen Gewichtungskoeffiziententeil (272) zum Versehen eines jeden Antennenzweigs (232A, 232B) mit Gewichtungskoeffizienten, die das Signal-zu-Störung-und Rausch-Verhältnis (SINR) maximieren; dadurch gekennzeichnet, dass der RAKE-Finger (270A, 270B) auch umfasst: eine Multipliziereinrichtung (284A, 284B) zum Multiplizieren des durch die Entspreizeinrichtung (276A, 276B) in jedem Antennenzweig (232A, 232B) entspreizten Pilotteils (274A) mit einem Gewichtungskoeffizienten; eine Multipliziereinrichtung (284C, 284D) zum Multiplizieren des durch die Entspreizeinrichtung (276C, 276D) in jedem Antennenzweig (232A, 232B) entspreizten Datenteils (274B) mit einem Gewichtungskoeffizienten; eine erste Antennenzweigsummiereinrichtung (278A) zum Kombinieren des über die getrennten Antennenzweige (232A, 232B) empfangen und mit dem Gewichtungskoeffizienten multiplizierten entspreizten Pilotteils (274A) zu einem Pilotsignal; eine zweite Antennenzweigsummiereinrichtung (278B) zum Kombinieren des über die getrennten Antennenzweige (232A, 232B) empfangenen und mit dem Gewichtungskoeffizienten multiplizierten entspreizten Datenteils (274B) zu einem Datensignal; und der RAKE-Empfänger des Weiteren eine RAKE-Fingersummiereinrichtung (280B) aufweist zum Kombinieren der Datensignale der mittels verschiedener Verzögerungen betriebenen RAKE-Finger (270A, 270B) zu einem die empfangenen Bits repräsentierenden Summendatensignal.
RAKE-Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er eine RAKE-Fingersummiereinrichtung (280A), zum Kombinieren der Pilotsignale der durch verschiedene Verzögerungen betriebenen RAKE-Finger (270A, 270B) mit einem die empfangenen Pilot-Bits repräsentierenden Summenpilotsignalumfasst.
RAKE-Empfänger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Schätzeinrichtung (282), zum Schätzen des Signal-zu-Störung-Verhältnisses des Kanals, der zum Empfangen des Summenpilotsignal (280A) konfiguriert ist, umfasst.
RAKE-Empfänger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schätzeinrichtung (282) zum Durchführen der Leistungsteuerung in einem geschlossenen Kreis mittels des erhaltenen Signal-zu-Störung-Verhältnisses des Kanals konfiguriert ist.
RAKE-Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungsschätzeinrichtung (260) umfasst: ein angepasstes Filter (262A, 262B) für jeden Antennenzweig (232A, 232B) zum Durchführen einer vorbestimmten Anzahl von parallelen Korrelationsberechnungen für das empfangene Funksignal durch verschiedene Verzögerungen, wodurch der in dem empfangenen Funksignal enthaltene Pilotteil bei der Korrelationsberechnung durch einen bekannten Spreizcode unter Verwendung einer vorbestimmten Verzögerung entspreizt wird; einen Zuordnungseinrichtung (264) zum Auswählen von zumindest einer Verzögerung für jeden Antennenzweig (232A, 232B) auf Grundlage der berechneten Korrelationen, mittels der die über Mehrwege ausgebreitete Signal-komponente empfangen wird, und zum Zuordnen des RAKE-Fingers (270A, 270B) durch Informieren desselben über die aufgefundene Verzögerung.
RAKE-Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenzweige (232A, 232B) zum Bereitstellen eines Antennengewinns eine Antennengruppe bilden.
RAKE-Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenzweige (232A, 232B) Diversity-Zweige sind.
RAKE-Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenzweige (232A, 232B) durch Raum-Diversity implementierte Antennen sind.
RAKE-Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenzweige (232A, 232B) durch Polarisierungs-Diversity implementierte Antennen sind.
RAKE-Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalschätzeinrichtung (272) konfiguriert ist, die Kanalschätzung nach dem Prinzip optimaler größter Wahrscheinlichkeit durchzuführen.
RAKE-Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtungskoeffiziententeil (272) konfiguriert ist zum Bilden von das Signal-zu-Störung-und-Rausch-Verhältnisses für jeden Antennenzweig (232A, 232B) maximierenden Gewichtungskoeffizienten durch Multiplizieren einer Umkehrmatrix einer Kovarianzmatrix, die aus einem Störsignal der Antennenzweige (232A, 232B) erzeugt wird, mit einer geschätzten Impulsantwort des Kanals.
RAKE-Empfänger nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtungskoeffiziententeil (272) konfiguriert ist zum Verwenden einer durch das Verfahren optimaler größter Wahrscheinlichkeit in einer Kanalschätzeinrichtung (272) erzeugten Kanalschätzung zum Schätzen der aus Störung und Rauschen erzeugten Kovarianzmatrix.
RAKE-Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Störschätzeinrichtung (272) ausgestaltet ist zum Erzeugen eines Störsignals mit einer durch das Nachbarfrequenzband des gewünschten Kanals, d. h. Nachbarkanalleistung, verursachten Störung.