FI105514B

FI105514B - Vastaanottomenetelmä ja vastaanotin

Info

Publication number: FI105514B
Application number: FI944202A
Authority: FI
Inventors: Timo Laakso; Jorma Lilleberg
Original assignee: Nokia Mobile Phones Ltd; Nokia Networks Oy
Priority date: 1994-09-12
Filing date: 1994-09-12
Publication date: 2000-08-31
Also published as: JPH10508722A; CN1160462A; CN1086074C; EP0781474B1; WO1996008881A3; DE69531156T2; AU3388395A; EP0781474A2; NO971124L; ATE243898T1; FI944202A; WO1996008881A2; US5930289A; NO971124D0; DE69531156D1; AU698182B2; FI944202A0

Description

x 105514

Vastaanottomenetelmä ja vastaanotin

Keksinnön kohteena on vastaanottomenetelmä, jossa vastaanotetusta signaalista otetaan näytteitä, ja jossa 5 vastaanotetusta signaalista mitataan signaalin sisältämien lähetteiden keskinäiset viiveet ja lähetteiden voimakkuudet, jotka sanotut lähetteet ovat peräisin yhdeltä tai useammalta lähettimeltä.

Tiedonsiirtojärjestelmien suunnittelussa ja toteu-10 tuksessa eräs keskeinen ongelma on useiden samanaikaisten käyttäjien signaalien yhtäaikainen lähetys ja vastaanotto siten, että signaalit häiritsevät toisiaan mahdollisimman vähän. Tämän sekä käytettävän siirtokapasiteetin takia on kehitetty useita erilaisia siirtoprotokollia sekä moni-15 käyttömenetelmiä, joista erityisesti matkapuhelinliiken teessä yleisimmät ovat FDMA (Frequency Division Multiple Access)- ja TDMA (Time Division Multiple Access)-menetelmät sekä viime aikoina myös CDMA (Code Division Multiple Access)-menetelmä.

20 CDMA on hajaspektritekniikkaan perustuva monikäyttö- menetelmä, jota on viime aikoina ryhdytty soveltamaan so-lukkoradiojärjestelmissä aiempien FDMA:n ja TDMA:n ohella. CDMA:11a on useita etuja verrattuna aiempiin menetelmiin, « « ·,'·· kuten esimerkiksi taajuussuunnittelun yksinkertaisuus sekä : :25 spektritehokkuus.

CDMA-menetelmässä käyttäjän kapeakaistainen datasig- « •j. naali kerrotaan datasignaalia huomattavasti laajakaista!-

MH

semmalla hajotuskoodilla suhteellisen laajalle kaistalle.

tI|’t Tunnetuissa koejärjestelmissä käytettyjä kaistanleveyksiä • · · 30 on esimerkiksi 1,25 MHz, 10 MHz sekä 25 MHz. Kertomisen ... yhteydessä datasignaali leviää koko käytettävälle kaistal- • · le. Kaikki käyttäjät lähettävät samaa taajuuskaistaa käyt- * · ,,,* täen samanaikaisesti. Kullakin tukiaseman ja liikkuvan ; aseman välisellä yhteydellä käytetään omaa hajotuskoodia, fit .'".35 ja käyttäjien signaalit pystytään erottamaan toisistaan « « * • · · • · « • « « 105514 2 vastaanottimissa kunkin käyttäjän hajotuskoodin perusteella. Hajotuskoodit pyritään valitsemaan siten, että ne ovat keskenään ortogonaalisia, eli eivät korreloi toistensa kanssa.

5 Tavanomaisella tavalla toteutetussa CDMA-vastaanot- timissa olevat korrelaattorit tahdistuvat haluttuun signaaliin, joka tunnistetaan hajotuskoodin perusteella. Da-tasignaali palautetaan vastaanottimessa alkuperäiselle kaistalle kertomalle se uudestaan samalla hajotuskoodilla 10 kuin lähetysvaiheessa. Ne signaalit, jotka on kerrottu jollain toisella hajotuskoodilla, eivät ideaalisessa tapauksessa korreloi ja palaudu kapealle kaistalle. Täten ne näkyvät kohinana halutun signaalin kannalta. Tavoitteena on siis ilmaista halutun käyttäjän signaali usean häirit-15 sevän signaalin joukosta. Käytännössä hajotuskoodit eivät ole korreloimattomia ja toisten käyttäjien signaalit vaikeuttavat halutun signaalin ilmaisua vääristämällä vastaanotettua signaalia. Tätä käyttäjien toisilleen aiheuttaa häiriötä kutsutaan monikäyttöhäiriöksi.

20 Erityisen ongelmallinen tilanne esiintyy silloin, kun yhdellä tai useammalla käyttäjällä signaalivoimakkuus on huomattavasti suurempi kuin muilla käyttäjillä. Nämä voimakastehoiset käyttäjät häiritsevät merkittävästi • · ·.'· muiden käyttäjien yhteyksiä. Tällaista tilannetta kutsu- :^:25 taan lähi-kauko-ongelmaksi, ja sellainen saattaa esiintyä esimerkiksi solukkoradiojärjestelmissä silloin, kun yksi • · • j· tai useampi käyttäjä on lähellä tukiasemaa ja joukko • · · » käyttäjiä kauempana, jolloin lähellä olevat käyttäjät .···. peittävät muiden käyttäjien signaalit tukiasemavastaanot- • · · 30 timessa, mikäli järjestelmän tehonsäätöalgoritmit eivät ... ole erittäin nopeita ja tehokkaita.

• ·

Erityisesti asynkronisissa järjestelmissä, eli ...1 järjestelmissä missä käyttäjien signaalit eivät ole tah- : distettuja toisiinsa, signaalien luotettava vastaanotto on .•";35 ongelmallista, koska käyttäjien symbolit häiriintyvät • · · • · · I · t • < i · « ·

« I

3 105514 muiden käyttäjien useista symboleista. Perinteisissä vastaanottimissa ilmaisimina käytetyt hajotuskoodeihin sovitetut suodattimet ja liukuvat korrelaattorit toimivat kuitenkin huonosti_____lähi-kauko-tilanteissa. Tunnetuista 5 menetelmistä paremmin toimii dekorreloiva ilmaisin, joka eliminoi monikäyttöhäiriötä vastaanotetusta signaalista kertomalla sen käytettyjen hajotuskoodien ristikorrelaa-tiomatriisilla. Dekorreloivaa ilmaisinta on selostettu tarkemmin julkaisuissa Lupas, Verdu: Linear multiuser 10 detectors for synchronous code-division multiple access channels, IEEE Transactions on Information Theory, vol 35, no.l, pp. 123-136, Jan 1989, sekä Lupas, Verdu: Near-far resistance of multiuser detectors in asynchronous channels, IEEE Transactions on Communications, vol 38, Apr 15 1990, jotka otetaan tähän viitteiksi. Näihin menetelmiin kuitenkin liittyy runsaasti laskentakapasiteettia vaativia operaatioita kuten esimerkiksi matriisinkääntöoperaatioi-ta, jotka ovat erityisen vaativia etenkin silloin, kun siirtokanavan laatu ja käyttäjien lukumäärä vaihtelevat 20 jatkuvasti, kuten on laita esimerkiksi solukkoradiojärjes-telmissä.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena onkin toteuttaa vastaanottomenetelmä, joka toimii hyvin sekä asyn-kronisissa että synkronisissa järjestelmissä myös silloin, • t · titJ25 kun vastaanotetussa signaalissa esiintyy voimakkaita :\! häiriösignaaleja, kuten lähi-kauko-tilanteissa. Tarkoituk- ··· sena on edelleen toteuttaa vastaanottomenetelmä, joka • · · · johtaa pienempiin bittivirhesuhteisiin kuin perinteiset • · · · menetelmät ja jonka toteutukseen ei liity vaativia lasken- • · · 30 taoperaatioita.

... Tämä saavutetaan johdannossa esitetyn tyyppisellä • i % —·— — _ .

*” menetelmällä, jolle on tunnusomaista että näytteistetty ·”* signaali viedään estimaättoriin, joka käsittelee näytteitä : siten, että näytteistä lasketaan kullekin halutulle sig- « « « _ ------ ----- 35 naalille estimaatti käyttäen hyväksi kaikkia tietyn tar- I I » I < ( 4 105514 kasteluaikavälin aikana saapuneita näytteitä, ja että aina uuden näytteen saapuessa estimaattoriin sanottuja aiemmin laskettuja estimaatteja päivitetään saapuneen näytteen perusteella lasketulla korjaustermillä.

5 Keksinnön kohteena on lisäksi vastaanotin, joka käsittää välineet, joissa vastaanotetusta signaalista otetaan näytteitä, ja välineet, joissa vastaanotetusta signaalista mitataan signaalin sisältämien lähetteiden keskinäiset viiveet ja lähetteiden voimakkuudet, jotka 10 sanotut lähetteet ovat peräisin yhdeltä tai useammalta lähettimeltä. Keksinnön mukaiselle vastaanottimelle on tunnusomaista, että vastaanotin käsittää välineet, joiden sisäänmenona on näytteistetty signaali, ja joissa välineissä näytteistä lasketaan kullekin halutulle lähetteelle 15 estimaatti kaikkien tietyn tarkasteluvälin aikana saapuneiden näytteiden perusteella, ja että aina uuden näytteen saapuessa välineiden sisäänmenoon välineet päivittävät laskettuja estimaatteja uuden näytteen perusteella.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä signaalista otetut 20 näytteet johdetaan siis optimaaliseen lineaariseen estimaattoriin (OLE), joka on harhaton minimivarianssin antava estimaattori käyttäjien signaalinäytteiden amplitudeille. OLE antaa hetkellisen, yleensä kompleksisen amplitudiesti-"· "· maatin, josta kvantisoimalla saadaan myös symboliestimaat-

• · I

:...:25 ti. Keksinnön mukaista menetelmää voidaan soveltaa ylei- 9 · V·· sesti kaikkien lineaaristen modulaatiomenetelmien, kuten t>*:· esimerkiksi MPSK ja M-QAM, yhteydessä.

;· Keksinnön mukaisessa menetelmässä käytetään hyväksi säädettävää tarkasteluväliä, joka ulottuu usean lähetetyn 30 datasymbolin yli ja mahdollistaa täten luotettavat esti- ..... maatit. Keksinnön mukainen menetelmä on luonteeltaan • · III asterekursiivinen, jolloin käyttäjien ja polkujen luku- *;'* määrää voidaan helposti vähentää ja lisätä. Tarkasteluai- kavälin pituus voidaan valita vastaanotettujen signaalien :'“;35 ominaisuuksien, kuten käyttäjien aaltomuotojen ristikorre- > « I « Ψ t · i · · · * « · < « * · · 105514 5 laatio-ominaisuuksien perusteella.

Keksinnön edullisessa toteutusmuodossa käytetään moniasteista vastaanottomenetelmää, jossa optimaalisen lineaarisen estimaattorin tuottamat alustavat estimaatit 5 viedään sopivaan jälkikäsittelylohkoon, jossa estimaattien perusteella suoritetaan luotettava ilmaisu sopivalla ilmaisumenetelmällä, kuten esimerkiksi Viterbi-tyyppisellä ilmaisimella tai jollain muulla lineaarisella tai epälineaarisella ilmaisimella.

10 Seuraavassa keksintöä selitetään tarkemmin viitaten oheisten piirustusten mukaisiin esimerkkeihin, joissa kuviot 1-4 havainnollistavat keksinnön mukaisessa menetelmässä sovellettavia matriisioperaatioita, kuvio 5 esittää erään keksinnön mukaisen vastaanot-15 timen rakennetta lohkokaaviotasolla, kuvio 6 havainnollistaa tarkemmin erään keksinnön mukaisen vastaanottimen ilmaisinlohkon rakennetta lohko-kaavion avulla, kuviot 7a ja 7b havainnollistavat vastaanottimen 20 toisen ilmaisinasteen toteutusvaihtoehtoja lohkokaavioiden avulla ja kuvio 8 havainnollistaa kanavan estimointilohkon erästä mahdollista rakennetta.

• ' " Keksinnön mukaisessa ratkaisussa vastaanotetusta ja * · · ’...'25 mahdollisesti jollain tapaa käsitellystä signaalista

• I

otetaan näytteitä. Näytteitä ei syötetä sovitettuihin *:1 suodattimiin, kuten tavanomaisessa vastaanottimessa, vaan • · · · ' ·· kukin näyte johdetaan optimaaliseen lineaariseen estimaat- 9 m · · :1·1; toriin (OLE) . Estimaattorissa tarkastellaan vastaanotettua 30 näytteistettyä signaalia usean datasymbolin yli ulottuvan ,···. tarkasteluaikavälin ajan, jonka perusteella suoritetaan " · · _______- r I!! vastaanotettujen symbolien estimointi.

*” Keksinnön mukaista vastaanottomenetelmää voidaan ; ·,·/ soveltaa sekä synkronisessa että asynkronisessa järjestel- : 35 mässä. Menetelmä soveltuu käytettäväksi riippumatta käyt- • · i _ _ — - -* · 1 • I « t I i • · • t • · 6 105514 täjien lukumäärästä tai kunkin käyttäjän monitie-edennei-den signaalikomponenttien lukumäärästä.

Tarkastelujakso voi olla esimerkiksi kanavan kohe-renssiajan mittainen. Tarkastelujaksoa päivitetään jatku-5 vasti uusien näytteiden saapuessa estimaattoriin. Keksinnön mukaisessa menetelmässä uuden näytteen saapuessa estimaattoriin ei halutun signaalin estimaattia lasketa kokonaan uudelleen käytettävissä olevien näytteiden perusteella, vaan laskentaoperaatioiden vähentämiseksi uuden 10 näytteen perusteella lasketaan korjaustermi, jolla edellisten näytteiden perusteella laskettua estimaattia päivitetään. Keksinnön mukaisessa menetelmässä päivitys voi tapahtua sekventiaalisesti ns. Sequential Least Squares, SLS, laskentamenetelmää käyttäen. Menetelmää on tarkemmin 15 kuvattu kirjoissa [1] R.W. Farebrother, Linear Least-Squares Computations, Marcel Dekker, New York, 1988 sekä [2] S. M. Kay, Fundamentals of Statistical Signal Processing: Estimation Theory, Prentice-Hall, New Jersey, 1993, jotka otetaan tähän viitteenä mukaan keksinnön selityksek-20 si. Menetelmää selostetaan kuitenkin seuraavassa lyhyesti.

Vastaanotettu asynkroninen CDMA-signaali r(t) on yleisesti muotoa • ' K(t) M(k) Ht,k) r;.· r(t) = Σ Σ Σ aklmbkinsk{t-rnT-dklm) + w[t) . , k=l m=-M(k) 1=1 « · • · · • · • · · »1·« ··. jossa aklm on kompleksinen kanavavaimennus, ^ käyttäjän • Mf symboli, sk (t-nT-dklm) käyttäjän laajakaistainen aaltomuoto • · · 25 (hajotuskoodisekvenssi) , dklm asynkronisuudesta johtuva viive ja w(t) kohina. Käyttäjien lukumäärä K(t) on ajan mukana muuttuva funktio, M(k) on lähetettävien symbolien • · y’ lukumäärä sekä L(t,k) on vastaanotettujen signaalikom- : ponenttien lukumäärä, joka riippuu ajasta ja käyttäjästä.

30 L(t,k) muuttuu ajan funktiona, koska monitie-edenneiden signaalikomponenttien lukumäärä eri käyttäjillä vaihtelee «Il 1 « · 105514 7 ajan myötä. Sama yhtälö voidaan ilmaista myös vektorimuo-dossa R = Hu + w, jossa u:n komponentit käsittävät kanavavaimennuksen aklm ja 5 käyttäjän symbolien tulotermit, w kohinavektoria ja H käyttäjien aaltomuotoja H = [hirh2, . . .hK] . Tästä yhtälöstä voidaan haluttu suure u ratkaista suoraan kaavalla u = mutta operaatio on laskennallisesti vaativa matriisien 10 kääntöoperaatioiden vuoksi.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä uuden näytteen saapuessa estimaattoriin ei estimaattia lasketa kokonaan uudelleen, mikä vaatisi raskasta matriisilaskentaa, vaan aiempaa estimaattia u[n-l] päivitetään uuden näytteen 15 tuoman informaation perusteella laskettavalla korjauster- millä: ύ[η] = ύ[η-1 ] + G [n] (r[n] -hT u [n-1 ]), missä G [n] on painotuskerroin, joka riippuu näytteiden 20 lukumäärästä ja sulkujen sisällä oleva termi kuvaa uuden näytteen tuoman informaation mahdollisesti aiheuttamaa virhettä vanhassa estimaatissa. hT on uutta näytettä vastaava uusi vaakarivi H:ssa. Ylläolevaa kaavaa on yksityis-' kohtaisemmin selostettu jo mainitussa viitteessä [2] .

Iti « I

...· 25 Solukkoradiojärjestelmässä vastaanotetun signaalin V*: signaalikomponentit vaihtelevat jatkuvasti siten, että ..*·* käyttäjien lukumäärä vaihtelee jatkuvasti puheluiden alkaessa ja päättyessä, että myöskin monitie-edenneiden signaalikomponenttien lukumäärän vaihdellessa. Signaali- * 30 komponentit vaihtuvat.myös silloin kun jonkin käyttäjän .···, lähettämä symboli vaihtuu uudeksi symboliksi. Vastaanotet- • · tujen signaalikomponenttien lukumäärä on siis riippuvainen 7' yllä mainituista termeistä K, L ja M, jotka muuttuvat ajan funktiona. Tästä syystä edellä mainittua u:n ratkaisun : : 35 antavaa matriisikaavaä käytettäessä täytyy jatkuvasti t f < f « t · « (

• « I I I

f « « 8 105514 suorittaa raskaita matriisien kääntöoperaatioita.

Keksinnön mukaisessa vastaanottomenetelmässä hyödynnetään rekursiivisista laskentamenetelmää Order Recursive Least Squares, ORLS, joilla sanotut matriisienkääntöope-5 raatiot voidaan välttää, ja signaalikomponenttien lisäys ja poisto voidaan suorittaa ilman raskasta laskentaa. Menetelmän mukaisesti laskettua estimaattimatriisia ύκ päivitetään rekursiivisesti signaalikomponenttien lukumäärän muuttuessa K:sta, L:sta ja M:sta riippuen siten, että 10 uuden komponenttilukumäärän perusteella lasketaan korjaus-termi, jonka avulla aiemman estimaattimatriisin perusteella saadaan uusi matriisi uK.. Koko matriisia ΰ ei täten tarvitse laskea uudelleen.

Oletetaan, että tietyllä signaalikomponenttimäärällä 15 ratkaistava yhtälö on jo aiemmin esitettyä muotoa R = Hu + w. Oletetaan tässä esimerkissä, että komponenttilukumäärä kasvaa yhdellä. Tällöin muutetaan vastaavasti laskentamat-riisien dimensioita, jolloin saadaan yhtälö 20 R = [Hhn+1] / -nr .

n* X

Haluttu uusi u' voidaan menetelmän mukaisesti laskea aiemman u:n perusteella korjauskertoimen avulla, jota ’· ” havainnollistaa kaava

^25 u-G

• · « JK f * • ·· u - # G2 '

9 9 · L

• *- J

• · # · ··· missä kertoimet G, ja G2 lasketaan matriisiin H lisättävän ··»· ;*·*; uuden sarakkeen hn+1 kertoimien ja matriisin H aiempien 30 termien perusteella. Menetelmää on tarkemmin kuvattu jo .···, aiemmin mainitussa viitteessä [2] .

9 9

Yllä kuvatut operaatiot voidaan suorittaa ilman V* matriisien kääntöoperaatioita yksinkertaisilla muunnoslas- kuilla. Seuraavassa selostetaan erästä tapaa suorittaa : 35 tarvittavat muunnosoperaatiot yllämainittujen rekursiivis- i i < • I « • r « « r i i r i i ( 105514 9 ten menetelmien toteuttamiseksi. Perusteellisemmin esitettäviä laskentamenetelmiä on selostettu jo mainitussa viitteessä [1]. Huomattakoon, että on myös muita tunnettuja matriisilaskentamenetelmiä, joilla vastaavat operaatiot 5 voidaan suorittaa, eikä keksinnön mukainen menetelmä ole rajoittunut ainoastaan tässä esimerkinomaisesti esitettyihin operaatioihin.

Tarkasteltava yhtälö on siis matriisimuodossa R = Hu + w.

10 Laskentaoperaatioiden helpottamiseksi muokataan yhtälössä olevista matriiseista uusi matriisi, joka on muotoa [ff|R], eli matriisin H oikeanpuolimmaisemmaksi sarakkeeksi liitetään vektori R. Tämä uusi matriisi pyritään muokkaamaan kuvion 1 mukaiseen muotoon, jossa muodossa matriisi käsit-15 tää vasemmalla kolmiomatriisin 10 ja muissa termit nollia, lukuunottamatta oikean puolimmaista saraketta, joka voi olla nollasta poikkeava. Kuviossa kaikkia termejä, joiden arvo voi olla nollasta poikkeava, on merkitty kirjaimella X. Tähän haluttuun muotoon päästään käyttämällä esimerkik-20 si ns. Householderin operaatiota, jonka avulla matriisia voidaan muokata siten, että sarakkeen halutusta termistä alaspäin sarakkeen kukin termi on nolla, sekä Givensin rotaatiota, jonka avulla matriisin mikä tahansa termi • 4 saadaan nollaksi. Luonnollisesti matriisien muiden termien ’ ^:25 arvot vaihtuvat näiden operaatioiden aikana. Yllä mainitun :'·.· yhtälön ratkaisu, ei kuitenkaan muutu, sillä ylläkuvatut • · ......- operaatiot ovat unitaarisla, kuten on selostettu mainitus- • · · · sa viitteessä.

”··. Matriisin muodostama yhtälö voidaan yllämainitusta 1 • · · 30 muodosta haluttaessa ratkaista helposti lähtien kolmiomat- ... riisin alakulmasta ja edeten rivi kerrallaan ylöspäin.

* · *···* Tätä menetelmää kutsutaan kirjallisuudessa takaisinsijoi- i ··· ............ * ».. * tuskeinoksi. ------------ : Esimerkiksi yllämainittuja operaatiota käyttäen on .’••.35 mahdollista muuntaa yhtälöä tarkasteluaikavälin muuttami- • · • * # .....

« « « « • * « • · « I 4 « « · • · · 10 105514 seksi tai signaalikomponenttien lukumäärän muuttuessa ilman, että laskennallisesti raskaita matriisinkääntöope-raatiota tarvitsee suorittaa.

Tarkastellaan keksinnön mukaisen menetelmän havain-5 nollistamiseksi seuraavassa muutamaa esimerkkitapausta.

Muita vastaavantyyppisiä matriisinkäsittelyesimerkkejä on esitetty jo mainitussa viitteessä [1] . Oletetaan, että vastaanotetussa signaalissa havaitaan uusi signaalikom-ponentti. Tällöin kuvion 1 matriisiin lisätään uutta 10 signaalikomponenttia vastaava sarake 20 kolmiomatriisin oikealle puolelle, jolloin matriisi on kuvion 2 kaltainen. Matriisi täytyy nyt muokata takaisin kuvion 1 kaltaiseen haluttuun muotoon, joka käsittää kolmiomatriisin ja yhden sarakkeen. Tämä tapahtuu nollaamalla lisätyn sarakkeen 15 kaksi alinta termiä esimerkiksi Givensin rotaation avulla. Givensin rotaatiossa matriisi kerrotaan tietyllä laskettavalla unitaarimatriisilla, jolloin haluttu termi saadaan nollattua. Vastaavasti, jos tarkasteluaikavälistä halutaan poistaa signaalikomponentti, se tapahtuu poistamasta 20 matriisista vasemmanpuoleisin sarake. Tällöin päädytään kuvion 2 tilanteesta lähdettäessä kuvion 3 mukaiseen matriisiin. Jotta saavutettaisiin haluttu muoto uudelleen, . , täytyy vinorivi 30 nollata Householderin tai Givensin • * *;_’·* operaatioita käyttäen.

··’ 25 Edelleen, jos kuvion 1 mukaisessa tilanteessa tar- :.’·ί kasteluaikaväliä päivitetään uudellä näytteellä, matrii- 9 siin lisätään uutta näytettä vastaava uusi rivi 40 kuvion *:· 4 mukaisesti. Jotta päästäisiin takaisin haluttuun koi- ·*·*; miomatriisin käsittävään muotoon, josta yhtälö voidaan 30 haluttaessa helposti ratkaista, täytyy alarivi nollata .···, esimerkiksi Givensin matriisioperaatiota käyttäen.

• «

Yllämainittuja operaatioita voidaan luonnollisesti suorittaa myös silloin, kun näytteitä ja signaalikom-.:/ ponentteja ei käsitellä yksitellen vaan ryhmittäin, esi- I I ( !(ii: 35 merkiksi viisi näytettä tai signaalikomponenttia kerral- II'.

I I I

105514 laan. Tarvittavat laskutoimitukset ovat joka tapauksessa suhteellisen yksinkertaisia.

OLE:n avulla saatavat estimaatit viedään vastaanottimen seuraavaan asteeseen, joka käsittää sopivan il-5 maisualgoritmin, (EDA, enhanced detection algorithm), jossa estimaatteja jälkiprosessoimalla saadaan luotettavat estimaatit vastaanotetuista symboleista. Jälkiprosessoin-tina voidaan käyttää lineaarisia tai epälineaarisia signaalinkäsittelymenetelmiä .

10 Vastaanottimen toinen aste voi olla sekventiaalinen peräkkäisiä kanavaestimointituloksia hyödyntävä Viterbi-tyyppinen ilmaisin.

Toisen asteen ilmaisin voi myös perustua lohkottai-seen prosessointiin, jossa käyttäjät jaetaan sopivalla 15 kriteerillä ryhmiin, ja joissa kussakin ryhmässä signaaleille suoritetaan samanaikainen ilmaisu. Ryhmät voidaan ilmaista joko rinnakkain tai peräkkäin häiriönpoisto-menetelmiä hyödyntäen. Kuvatun kaltaista menetelmää on tarkemmin selostettu kotimaisessa patenttihakemuksessa 20 943196, joka otetaan tähän viitteeksi.

Keksinnön mukainen menetelmä soveltuu käytettäväksi AWGN-kanavassa, monitiekanavassa ja häipyvässä moni-tiekanavassa sekä synkronisissa että asynkronisissa tie- * * ’· donsiirtojärjestelmissä. Ainoa edellytys menetelmälle on, t · '...'25 että signaalikomponenttien keskinäiset viiveet pystytään «.’· estimoimaan ennen vastaanottimen ensimmäistä ilmaisinas- •j* tetta (OLE) . Viiveiden estimointiin voidaan käyttää tun- : ··· nettuja menetelmiä, kuten esimerkiksi sovitettua suodatin- • · · « ta, mutta keksinnön mukaisessa menetelmässä voidaan myös 30 soveltaa iteratiivista laskentamenetelmää, joka vaiheit- ... tain useilla iteraatiokierroksilla tarkentaa saatavia • « • · .....- viive-estimaatteja halutun tarkkuuden saavuttamiseksi.

• i ···* Iteratiivisessa menetelmässä vastaanotettu signaali : suodatetetaan ensin sovitetulla suodattimena, josta 35 saadaan kunkin käyttäjän voimakkaimmalle signaalikomponen- f I f

• I I

• r i < I I < « « « « · * 12 105514 tille estimaatti, ja ensimmäisellä iteraatiokierroksella vastaanotetusta signaalista vähennetään sanottu kunkin käyttäjän voimakkain estimoitu signaalikomponentti. Jäljelle jäävästä signaalista estimoidaan ja vähennetään 5 kunkin käyttäjän seuraavaksi voimakkain havaittu signaali-komponentti ja näin jatketaan estimoimalla ja vähentämällä signaalista aina seuraavaksi voimakkain signaalikomponentti, kunnes kaikki komponentit on estimoitu.

Toisella iteraatiokierroksella vastaanotetusta 10 signaalista vähennetään kunkin käyttäjän vahvinta signaa-likomponenttia eniten häiritsevät signaalit, jonka jälkeen vahvin signaalikomponentti estimoidaan uudelleen ja vähennetään signaalista. Tämän jälkeen estimoidaan ja vähennetään toiseksi vahvin signaalikomponentti. Vastaava vähen-15 nys- ja estimointioperaatio suoritetaan suuruusjärjestyksessä muille signaalikomponenteille. Tällä menetelmällä saadaan viiveet estimoitua tarkasti, mutta se ei silti ole laskennallisesti raskasta suorittaa. Kuvattua kanavanesti-mointimenetelmää on tarkemmin selostettu rinnakkaisessa 20 kotimaisessa patenttihakemuksessa 944203, joka otetaan tähän viitteeksi.

Kuviossa 5 havainnollistetaan erään keksinnön mukai- , , sen vastaanottimen rakennetta lohkokaaviotasolla. Ku- « « ’· '· viossa on esitetty tilaajapäätelaitteen vastaanotin, mutta • · ‘••25 keksinnön mukainen vastaanotin voi luonnollisesti sijaita « myös tukiasemassa ja on olennaisilta osiltaan eli erityi-..ΙΓ sesti ilmaisinlohkojen toteutuksen osalta samanlainen kuin ·;· päätelaitteessa. Keksinnön mukainen vastaanotin käsittää IMI 1 2 3 ·*·*: antennin 50, jolla vastaanotettu signaali viedään ra- « 30 diotaajuusosille 51, jossa signaali muunnetaan välitaajuu- ,·*·. delle. Radiotaajuusosilta signaali viedään analogia-digi- • · taalimuuntimelle 52, jossa signaali muunnetaan digitaali-seen muotoon. Muunnettu signaali viedään ilmaisinlohkoon 53, jossa suoritetaan signaalin sisältämien haluttujen

I l I

:^35 symbolien ilmaisu. Kuvion 5 esittämässä päätelaitteen vas- ( i * i r f rt • « I f 1 2

« I

3 105514 13 taanottimessa ilmaistu signaali viedään kanavadekooderille 54 ja puhedekooderille 55, jonka jälkeen dekoodattu puhe-signaali viedään kaiuttimelle 56. Mikäli kyseessä on tukiasemavastaanotin, viedään signaali ilmaisinlohkon jäl-5 keen vastaanottimen muihin osiin. Keksinnön mukainen vastaanotin käsittää edelleen ohjausvälineet 57, jotka ohjaavat muiden osien toimintaa.

Kuviossa 6 havainnollistetaan tarkemmin keksinnön mukaisen vastaanottimen ilmaisimen toteutusta lohkokaavion 10 avulla. Vastaanotin käsittää välineet 60, jotka ottavat vastaanotetusta signaalista näytteitä. Vastaanotin käsittää edelleen estimointivälineet 61, joissa estimoidaan vastaanotetun signaalin sisältämien signaalikomponenttien viiveet. Näytteistetty signaali sekä tiedot signaalikom-15 ponenteista ja niiden viiveistä viedään ensimmäiselle ilmaisinvälineelle 62, jossa suoritetaan lähetettyjen symbolien estimointi käyttäen aiemmin kuvattuja menetelmiä siten, että estimaatit lasketaan rekursiivisesti päivittäen estimaatteja aina uuden näytteen saapuessa käyttäen 20 hyväksi aiemmin selostettuja matriisilaskentamenetelmiä, jotka voidaan toteuttaa yhtä tai useampaa signaaliprosessoria hyväksi käyttäen. Estimointivälineet 61 voivat myös hyödyntää päätöstakaisinkytkentää vastaanottimen myöhem-.···. miltä ilmaisinasteilta. Tällöin estimointivälineille I · • Il .·££ viedään ilmaisimilta saatavat symboliestimaatit ja komp- leksiset vaimennuskertoimet 65, 66, joita voidaan käyte- * ____________ tään estimaattorissa 61 hyväksi viiveitä laskettaessa.

• · · ···· Vastaanotin käsittää edullisessa toteutusmuodossaan • · ·

III

’·’ * edelleen toiset ilmaisinvälineet 63, joiden sisäänmenona 30 on ensimmäisen ilmaisinvälineen 62 ulostulosignaali 65, ja *...· joissa välineissä lasketaan ensimmäisen ilmaisinvälineiden 62 laskemille estimaateille tarkempi ilmaisu. Toinen ilmaisinaste voi käsittää Viterbi-tyyppisen ilmaisimen, k, lineaarisen tai epälineaarisen signaalikäsittelylohkon tai ';35 se voi käsittää lohkottaisen ilmaisimen.

»il «14 III « f ·

I I

14 105514

Kuviossa 7a havainnollistetaan toisen ilmaisinlohkon erästä mahdollista rakennetta. Ilmaisinlohko käsittää välineet 70, joissa signaali jaetaan useaan ryhmään, jotka käsittävät kukin vähintään kahden käyttäjän signaalit, ja 5 välineet 71, 76, 81 ilmaista kukin ryhmä peräkkäin, ja välineet 72, 77 regeneroida ja välineet 75, 80 vähentää jo ilmaistujen ryhmien signaalit käsiteltävästä signaalista ennen seuraavan lohkon ilmaisua. Ilmaisinlohko käsittää edelleen viive-elimet 74,79, joissa käsiteltävää signaa-10 lia talletetaan ilmaisun ja regeneroinnin ajan. Kuviossa 7b havainnollistetaan toisen ilmaisinlohkon vaihtoehtoista toteutusta, jossa vastaanotin käsittää välineet 71, 76, 81 ilmaista kukin ryhmä rinnakkaisesti. Kuvattua toisen ilmaisinlohkon rakennetta ςη tarkemmin selostettu jo 15 mainitussa kotimaisessa patenttihakemuksessa 943196.

Estimointivälineet 61, joissa estimoidaan vastaanotetun signaalin sisältämien signaalikomponenttien viiveet, voidaan toteuttaa tunnetulla tekniikalla sovitetun suodattimen avulla, mutta parempiin tuloksiin päästään 20 iteroivaa menetelmää soveltavilla välineillä, joiden erästä mahdollista rakennetta havainnollistetaan kuviossa 8. Estimointivälineet käsittävät välineet 83 suodattaa vastaanotettu signaali kanavaan sovitetulla suodattimena, !ifi: ja välineet 83 estimoida suodatetusta signaalista vahvim- •25 pien vastaanotettujen signaalikomponenttien viiveet ja amplitudit. Estimaattori käsittää edelleen välineet 85, t · · joissa vähennetään vastaanotetusta signaalista kunkin #·»♦ käyttäjän voimakkain estimoitu signaalikomponentti, ja • · · estimoidaan jäljelle jäävästä signaalista kunkin käyttäjän ...30 seuraavaksi voimakkain havaittu signaalikomponentti.

• · *···* Estimaattori käsittää välineet 85 etsimoida ja vähentää • · ···* signaalista aina seuraavaksi voimakkain signaalikomponent- r ?’r ti, kunnes kaikki komponentit on estimoitu.

Toisen iteraatiokierroksen toteuttamiseksi estimaat-,;,35 tori käsittää välineet 86 vähentää vastaanotetusta signaa- » t l

I I I

< ( I f i „ . 105514 lista kunkin käyttäjän vahvinta signaalikomponenttia eniten häiritsevät signaalit ja välineet 86 estimoida ja vähentää vahvin signaalikomponentti uudelleen, ja välineet 86 estimoida ja vähentää suuruusjärjestyksessä muut sig-5 naalikomponentit ja että vastaanotin käsittää välineet 87 suorittaa tarvittava määrä iteraatiokierroksia vastaanotetulle signaalille. Estimaattori käsittää myös muistivälineet 84, joihin vastaanotettu signaali on talletettu iteraatiokierrosten ajaksi. Kuvattuja kanavanestimointivä-10 lineitä 61 on tarkemmin selostettu rinnakkaisessa kotimaisessa patenttihakemuksessa 944203, joka otetaan tähän viitteeksi.

Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten oheisten piirustusten mukaiseen esimerkkiin, on selvää, 15 ettei keksintö ole rajoittunut siihen, vaan sitä voidaan muunnella monin tavoin oheisten patenttivaatimusten esittämän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

· · · * « «I 1 * • · · · 14 --- ----- • ------ — - - - • · · · • · · * · · • · « - • · · · - 7 • « 1

IM

• · · • · • · · * • · ♦ ___1_ _ f » f - — -.

( I ( i ( « « 4

Claims

1. Vastaanottomenetelmä, jossa vastaanotetusta sig-5 naalista otetaan näytteitä, ja jossa vastaanotetusta signaalista mitataan signaalin sisältämien lähetteiden keskinäiset viiveet ja lähetteiden voimakkuudet, jotka sanotut lähetteet ovat peräisin yhdeltä tai useammalta lähet-timeltä, tunnettu siitä, että 10 näytteistetty signaali viedään estimaattoriin, joka käsittelee näytteitä siten, että näytteistä lasketaan kullekin halutulle signaalille estimaatti käyttäen hyväksi kaikkia tietyn tarkasteluaikavälin aikana saapuneita näytteitä, ja että 15 aina uuden näytteen saapuessa estimaattoriin sanot tuja aiemmin laskettuja estimaatteja päivitetään saapuneen näytteen perusteella lasketulla korjaustermillä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että laskettuja estimaatteja päivi- 20 tetään käyttämällä tunnettuja matriisioperaatioita.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n - . . n e t t u siitä, että tarkasteluaikavälin pituus riippuu « « ; '· vastaanotettujen signaalikomponenttien ominaisuuksista. • f

'·«' 4. Patenttivaatimuksen 1 tai 3 mukainen menetelmä, I « 25 tunnettu siitä, että estimaatteja päivitetään aina ..v kun signaalikomponenttien lukumäärää halutaan muuttaa.

·;· 5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n - · » ·”’· n e t t u siitä, että estimaattoriin otetaan sisäänmenona • · · ’ kaksi tai useampi peräkkäistä näytettä kerrallaan, ennen- ,···€ 30 kuin estimaatteja päivitetään.

• · .*!! 6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n - • · "· n e t t u siitä, että saaduille estimaateille suoritetaan jälkiprosessointi, jossa estimaateista lasketaan luotettavat kanava- ja symboliestimaatit.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, t u n - < * < I I I I · I < lii 17 105514 n e t t u siitä, että jälkiprosessointi käsittää estimaattien muokkaamisen lineaarisilla tai epälineaarisilla suodatusmenetelmillä.

8. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, t u n -5 n e t t u siitä, että jälkiprosessoinnissa eri käyttäjien signaalit jaetaan pienempiin ryhmiin, jotka ryhmät kukin käsittävät kahden tai useamman käyttäjän signaalit, ja että kussakin ryhmässä signaaleille suoritetaan samanaikainen ilmaisu.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että jälkiprosessoinnissa kukin ryhmä ilmaistaan peräkkäin ja että jo ilmaistujen ryhmien signaalit regeneroidaan ja poistetaan vastaanotetusta lähetteestä ennen seuraavan ryhmän ilmaisua.

10. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jälkiprosessoinnissa kukin ryhmä ilmaistaan rinnakkain.

11. Vastaanotin, joka käsittää välineet (60), joissa vastaanotetusta signaalista otetaan näytteitä, ja välineet 20 (61), joissa vastaanotetusta signaalista mitataan signaalin sisältämien lähetteiden keskinäiset viiveet ja lähetteiden . . voimakkuudet, jotka sanotut lähetteet ovat peräisin yhdeltä • · *; ”· tai useammalta lähettimeltä, tunnettu siitä, että vastaanotin käsittää välineet (62) , joiden sisäänmenona on < « 25 näytteistetty signaali (64), ja joissa välineissä (62) näytteistä lasketaan kullekin halutulle lähetteelle esti- ··· maatti kaikkien tietyn tarkasteluvälin aikana saapuneiden • · · · näytteiden perusteella, ja että aina uuden näytteen saapuessa välineiden (62) si-30 säänmenoon välineet (62) päivittävät laskettuja estimaat- • « te ja uuden näytteen perusteella lasketulla korjaustermillä.

*;** 12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen vastaanotin, tunnettu siitä, että vastaanotin käsittää välineet (62) valita tarkasteluaikavälin pituus vastaanotetun sig-35 naalin ominaisuuksien perusteella. « < ( 18 Ί 05514

13. Patenttivaatimuksen 11 mukainen vastaanotin, tunnettu siitä, että vastaanotin käsittää jälki-prosessointivälineet(63), jotka on kytketty sanottujen estimointivälineiden (62) ulostuloon, ja jotka jälki- 5 prosessointivälineissä (63) lasketaan vastaanotetuille lähetteille luotettavat kanava- ja symboliestimaatit si-säänmenona olevien alustavien estimaattien perusteella.

14. Patenttivaatimuksen 11 mukainen vastaanotin, tunnettu siitä, että estimointivälineet (62) kelo räävät sisäänmenoon tulevasta näytejonosta kaksi tai useampi näytettä, ennenkuin näytteiden perusteella lasketaan korjauskerroin estimaateille.

15. Patenttivaatimuksen 13 mukainen vastaanotin, tunnettu siitä, että jälkiprosessointivälineet (63) 15 käsittävät välineet (70), jotka jakavat signaalin (65) useaan ryhmään, jotka ryhmät käsittävät kukin vähintään kahden käyttäjän signaalit, ja välineet (71,76,81), jotka suorittavat kussakin ryhmässä signaaleille samanaikaisen ilmaisun.

16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen vastaanotin, tunnettu siitä, että vastaanottimessa on välineet . . (71,76,81) ilmaista kukin ryhmä peräkkäin, ja • « välineet (72,77) regeneroida ja välineet (75,80) vä-hentää jo ilmaistujen ryhmien signaalit vastaanotetusta < I •Λ: 25 lähetteestä ennen seuraavan ryhmän ilmaisua.

16 105514

17. Patenttivaatimuksen 15 mukainen vastaanotin, ;· tunnettu siitä, että vastaanottimessa on välineet • · · · (71,76,81) ilmaista kukin ryhmä rinnakkaisesti. • « « • · • · • · · • · · • · • · · • · · l < I I I f · • * • « « 19 105514