FI97180B - Menetelmä kanavan estimoimiseksi ja vastaanotin - Google Patents

Description

97180

Menetelmä kanavan estimoimiseksi ja vastaanotin

Keksinnön kohteena on menetelmä kanavan estimoimiseksi solukkoradiojärjestelmän vastaanottimessa, jossa 5 vastaanotetulle signaalille suoritetaan monikäyttöhäiriön poistoa.

Keksinnön mukaista menetelmää voidaan yleisesti soveltaa missä tahansa solukkoradiojärjestelmässä, jossa sovelletaan monikäyttöhäiriönpoistoa, mutta erityisesti se 10 soveltuu käytettäväksi CDMA-monikäyttömenetelmää hyödyntävässä solukkoradiojärjestelmässä.

CDMA on hajaspektritekniikkaan perustuva monikäyttö-menetelmä, jota on viime aikoina ryhdytty soveltamaan solukkoradio järjestelmissä aiempien FDMAsn ja TDMA:n ohella. 15 CDMA:11a on useita etuja verrattuna aiempiin menetelmiin, kuten esimerkiksi taajuussuunnittelun yksinkertaisuus sekä spektritehokkuus.

CDMA-menetelmässä käyttäjän kapeakaistainen datasig-naali kerrotaan datasignaalia huomattavasti laajakaistai-20 semmalla hajotuskoodilla suhteellisen laajalle kaistalle. Tunnetuissa koejärjestelmissä käytettyjä kaistanleveyksiä ovat esimerkiksi 1,25 MHz, 10 MHz sekä 25 MHz. Kertomisen yhteydessä datasignaali leviää koko käytettävälle kaistalle. Kaikki käyttäjät lähettävät samaa taajuuskaistaa käyt-25 täen samanaikaisesti. Kullakin tukiaseman ja liikkuvan aseman välisellä yhteydellä käytetään omaa hajotuskoodia, ja käyttäjien signaalit pystytään erottamaan toisistaan vastaanottimissa kunkin käyttäjän hajotuskoodin perusteella. Hajotuskoodit pyritään valitsemaan siten, että ne ovat 30 keskenään ortogonaalisia, eli eivät korreloi toistensa kanssa.

Tavanomaisella tavalla toteutetussa CDMA-vastaanottimissa olevat korrelaattorit tahdistuvat haluttuun signaaliin, joka tunnistetaan hajotuskoodin perusteella. Da-35 tasignaali palautetaan vastaanottimessa alkuperäiselle 97180 2 kaistalle kertomalle se uudestaan samalla hajotuskoodilla kuin lähetysvaiheessa. Ne signaalit, jotka on kerrottu jollain toisella hajotuskoodilla, eivät ideaalisessa tapauksessa korreloi ja palaudu kapealle kaistalle. Täten ne 5 näkyvät kohinana halutun signaalin kannalta. Tavoitteena on siis ilmaista halutun käyttäjän signaali usean häiritsevän signaalin joukosta. Käytännössä hajotuskoodit eivät ole korreloimattomia ja toisten käyttäjien signaalit vaikeuttavat halutun signaalin ilmaisua vääristämällä vas-10 taanotettua signaalia. Tätä käyttäjien toisilleen aiheuttaa häiriötä kutsutaan monikäyttöhäiriöksi.

Mitä enemmän samanaikaisia käyttäjiä järjestelmässä on, sitä suurempi on monikäyttöhäiriö. Niinpä CDMA-soluk-koradiojärjestelmän kapasiteettia rajoittaa yllä kuvattu 15 käyttäjien toisilleen aiheuttama keskinäinen interferenssi. Interferenssiä voidaan pienentää pyrkimällä pitämään päätelaitteiden signaalien tehotasot tukiasemavastaanotti-messa mahdollisimman yhtäsuurina tarkan tehonsäädön avulla. Tällöin tukiasema tarkkailee vastaanotettujen signaa-20 lien tehoja, ja lähettää tehonsäätökomentoja päätelaitteille. Toinen tunnettu tapa pienentää interferenssin aiheuttamaa häiriötä on käyttää erilaisia aktiivisia monikäyttöhäiriönpoistomenetelmiä sekä monen käyttäjän samanaikaiseen ilmaisuun perustuvia menetelmiä.

25 Monitiekanavassa on olennaista, että kustakin tehoin tasoltaan merkittävästä vastaanotetusta signaalikomponen- tista saadaan estimoitua kompleksinen amplitudi sekä viive, jotta vastaava häiriökomponentti voitaisiin poistaa halutusta signaalista. Tätä amplitudin ja viiveen mittaa-30 mistä kutsutaan kanavan estimoimiseksi.

Tekniikan tason mukaisissa ratkaisuissa suorittaa - kanavanestimointi ei ole huomioitu häiriönpoistoa, vaan niitä on tarkasteltu toisistaan riippumattomina erillisratkaisuina. Tämän johdosta estimointitulokset on tehty 35 siis signaalista, joka käsittää monen käyttäjän toisiaan il 97180 3 häiritseviä signaaleja, ja täten saadut estimointitulokset eivät ole parhaita mahdollisia.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena onkin toteuttaa menetelmä kanavan estimoimiseksi, jossa otetaan huomi-5 oon suoritettava monikäyttöhäiriön poisto.

Tämä saavutetaan johdannossa esitetyn tyyppisellä menetelmällä, jolle on tunnusomaista, että kanavan estimointi suoritetaan signaalista, jolle on suoritettu monikäyttöhäiriön poisto.

10 Keksinnön kohteena on lisäksi vastaanotin solukkora- diojärjestelmässä, jossa vastaanotin käsittää välineet suorittaa vastaanotetulle signaalille monikäyttöhäiriön poistoa. Keksinnön mukaiselle vastaanottimelle on tunnusomaista, että vastaanotin käsittää välineet laskea 15 kanavaestimaatit signaalista, jolle on suoritettu monikäyttöhäiriön poisto.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä kanavaestimaattori ottaa siis huomioon monikäyttöhäiriön poiston ja koska estimointi tehdään häiriöistä puhdistetusta signaalista 20 saatavat kanavaestimaatit ovat huomattavasti parempilaatuisia kuin mitä aiemmin on ollut mahdollista.

Keksinnön mukainen menetelmä soveltuu käytettäväksi minkä tahansa kanavan estimointialgoritmin kanssa. Vastaavasti monikäyttöhäiriönpoistomenetelmään ei keksinnön mu-25 kainen ratkaisu ota kantaa.

Keksinnön edullisessa toteutusmuodossa kanavapara-metrit estimoidaan sekä ennen että jälkeen häiriönpoistoa. Häiriöstä puhdistetusta signaalista lasketut kanavaestimaatit voidaan viedä takaisinkytkentänä ensimmäiseen esti-30 maattoriin, jossa niitä voidaan hyödyntää.

Keksintöä voidaan myös soveltaa moniastevastaanotti-missa, joissa toisessa ja sitä myöhemmissä asteissa voidaan kanavaparametrit estimoida varhaisemmissa asteissa suoritetun häiriönpoiston jälkeen.

35 Seuraavassa keksintöä selitetään tarkemmin viitaten 97180 4 oheisten piirustusten mukaisiin esimerkkeihin, joissa kuvio 1 esittää osaa solukkoradiojärjestelmästä, jossa keksinnön mukaista menetelmää voidaan soveltaa, kuvio 2 havainnollistaa erään keksinnön mukaisen 5 vastaanottimen rakennetta lohkokaavion avulla, kuvio 3 havainnollistaa keksinnön mukaisen vastaanottimen vaihtoehtoista rakennetta lohkokaavion avulla, kuvio 4 havainnollistaa keksinnön mukaisen monias-teisen vastaanottimen rakennetta lohkokaavion avulla, 10 kuvio 5 havainnollistaa yhden vastaanotinasteen ra kennetta ja kuvio 6 havaainnollistaa kehysrakenteiden limittäi-syyttä asynkronisessa liikenteessä.

Seuraavassa keksintöä selostetaan käyttäen esimerk-15 kinä CDMA-solukkoradiojärjestelmää siihen kuitenkaan rajoittumatta. Keksinnölle ei sinänsä ole oleellista, mitä monikäyttöjärjestelmää käytetään. Ainoa edellytys on jonkin monikäyttöhäiriönpoistomenetelmän käyttö. Monikäyttö-häiriönpoistomenetelmiä voidaan soveltaa CDMA-järjestel-20 mien ohella myös esimerkiksi TDMA-järjestelmissä saman- kanavan häiriön poistamiseen.

Kuviossa 1 esitetään osaa solukkoradiojärjestelmästä, jossa keksinnön mukaista menetelmää voidaan soveltaa. Kuviossa on esitetty tukiasema 10, joka on yhteydessä 25 kuuluvuusalueellaan oleviin tilaajapäätelaitteisiin 11 - . 14. Tilaajapäätelaitteet lähettävät CDMA-järjestelmässä omaa signaaliaan 15 - 18 tukiasemalle siis kaikki samalla taajuuskaistalla ja täten häiritsevät toisiaan jonkin verran käytettyjen hajotuskoodien ristikorrellaatio-omi-30 naisuuksista riippuen. Vastaavasti tukiasema lähettää kaikille päätelaitteille samaa taajuuskaistaa käyttäen. Lisäksi vastaanottimiin saattaa tulla naapurisolusta peräisin olevia signaaleja.

Kuviossa 2 havainnollistetaan keksinnön mukaisen 35 menetelmän edullisen toteutusmuodon toteuttavan vastaanot- n 97180 5 timen periaatteellista rakennetta keksinnön kannalta oleilisin osin lohkokaavion avulla. Vastaanotin käsittää ensimmäiset estimointivälineet 20, jonka sisäänmenona on vastaanotettu ja digitalisoitu signaali, ja joissa väli-5 neissä suoritetaan alustava kanavanestimointi jollain tunnetulla estimointimenetelmällä. Kanavasta estimoidaan yleensä kompleksinen amplitudi sekä viive. Vastaanotin käsittää edelleen ilmaisinvälineet 21, joissa lasketaan vastaanotetulle lähetteelle alustavat symboliestimaatit. 10 Keksinnön mukainen vastaanotin käsittää edelleen välineet 22 suorittaa vastaanotetulle signaalille häiriönpoisto jollain tunnetulla häiriönpoistomenetelmällä. Keksinnön mukainen vastaanotin käsittää edelleen toiset estimointi-välineet 23, joissa suoritetaan kanavaparametrien esti-15 mointi häiriöistä puhdistetusta signaalista, jolloin saadaan paremmat estimaatit kuin mitä alustavan estimoinnin suorittavissa ensimmäisissä estimointivälineissä. Myös toisissa estimointivälineissä estimointi voidaan suorittaa jollain tunnetulla estimointimenetelmällä.

20 Vastaanottimessa voidaan myös hyödyntää takaisinkyt- kentää 24 toisista estimointivälineistä 23 ensimmäisiin estimointivälineisiin 20. Tällöin toisista estimointivälineistä saatavia estimointituloksia voidaan hyödyntää alustavia estimointipäätöksiä laskettaessa esimerkiksi siten, 25 että toisista estimointivälineistä saadut näytettä bn kos-kevät kanavaparametrit viedään ensimmäisille estimointivä-lineille oletusarvoiksi laskettaessa alustavia kanavapara-metreja seuraavalle näytteelle bntl.

Kuviossa 3 havainnollistetaan keksinnön mukaisen me-30 netelmän toisen toteutusmuodon toteuttavan vastaanottimen periaatteellista rakennetta keksinnön kannalta oleellisin ‘ osin lohkokaavion avulla. Vastaanotin käsittää joukon so vitettuja suodattimia tai RAKE-vastaanottimia 31, 37, 44, jotka kukin on sovitettu vastaanottamaan ja demoduloimaan 35 yhden käyttäjän signaalia, jotka voidaan erottaa toisis- 97180 6 taan hajotuskoodin perusteella. Vastaanotettu lähete viedään ensimmäiselle estimointivälineelle 30, jossa suoritetaan alustavien kanavaparametrien estimointi. Estimointi-välineiltä signaali viedään ensimmäiselle sovitetulle suo-5 dattimelle 31, jossa haluttu signaali demoduloidaan, ja edelleen ensimmäiselle ilmaisimelle 32, jossa tehdään bittipäätös. Ilmaisimelta 32 saatava signaali 33, joka siis käsittää estimaatin ensimmäisen käyttäjän lähetteestä, viedään edelleen vastaanottimen muihin osiin, sekä 10 myös ensimmäiselle regenerointivälineelle 35, jossa ilmaistu signaali regeneroidaan uudelleen, eli kerrotaan hajotuskoodilla. Saatu regeneroitu signaali viedään edelleen ensimmäiselle summainvälineelle 36, jossa se vähennetään vastaanotetusta lähetteestä, joka on tuotu summainvä-15 lineelle 36 ensimmäisen viive-elimen 34 kautta.

Ensimmäiseltä summaimelta 36 tuleva signaali käsittää siis vastaanotetun lähetteen, josta on vähennetty ensimmäisen sovitetun suodattimen 31 demoduloiman signaalin, eli tyypillisesti voimakkaimman signaalin vaikutus. 20 Sanottu signaali viedään toiselle estimointivälineelle 38 ja toiselle sovitetulle suodattimelle 37. Toisessa esti-mointivälineessä 38 suoritetaan siis kanavaparametrien uu-delleenestimointi signaalista, jolle on suoritettu häiriönpoisto, eli siitä on poistettu voimakkaimman sig-25 naalin vaikutus. Täten saadut estimaatit ovat luonnolli-·: sesti laadukkaampia kuin häiriöllisestä signaalista saadut estimaatit. Uudelleen estimoitu signaali demoduloidaan toisessa sovitetussa suodattimessa 37, joka tyypillisesti on sovitettu toiseksi vahvimmalle signaalille. Kuten 30 edellä, saatu signaali ilmaistaan toisessa ilmaisimessa 39 ja ilmaistu signaali 40 viedään edelleen vastaanottimen muihin asteisiin. Signaali 40 viedään myös toiselle regenerointivälineelle 42, jossa ilmaistu signaali regeneroidaan uudelleen, eli kerrotaan hajotuskoodilla. 35 Regeneroinnissa käytetään hyväksi toisessa estimointiväli- I! 97180 7 neessä 38 saatuja estimointituloksia. Saatu regeneroitu signaali viedään edelleen toiselle summainvälineelle 43, jossa se vähennetään vastaanotetusta lähetteestä, joka on tuotu summainvälineelle 43 toisen viive-elimen 41 kautta.

5 Vastaavasti vastaanottimessa estimoidaan, demoduloi daan, ilmaistaan ja regeneroidaan kaikki signaalit, kunnes kaikki signaalit on käsitelty. Tyypillisesti operaatiot suoritetaan signaaleille voimakkuusjärjestyksessä siten, että viimeisessä sovitetussa suodattimessa 44 ja ilmai-10 simessa 45 käsitellään voimakkuudeltaan heikoin signaali, mutta käsittelyjärjestys voi myös olla jokin muu. Keksinnön mukaisessa vastaanottimessa on kuitenkin oleellista, että signaalien kanavaparametrien estimointi tapahtuu signaalista, jolle on suoritettu häiriönpoisto, eli josta 15 yllä kuvatussa esimerkissä kyseistä käyttäjää voimakkaampien käyttäjien signaalien vaikutus on poistettu.

Keksinnön mukaista menetelmää voidaan myös soveltaa moniasteisessa vastaanottimessa, jossa kaikkia vastaanotettavia käyttäjiä käsitellään rinnakkaisesta ja symboli-20 estimaatteja tarkennetaan peräkkäisissä vastaanotinasteis-sa toistamalla vastaanottoproseduuri häiriönpoiston jälkeen haluttuja kertoja. Samoin myös kanavaestimaatteja voidaan tarkentaa iteratiivisesti kussakin asteessa. Kuviossa 4 havainnollistetaan moniasteisen vastaanottimen 25 periaatteellista rakennetta. Kuvion vastaanotin käsittää kolme peräkkäistä vastaanotinastetta 47 - 49, joissa kussakin asteessa estimoidaan sisäänmenevän signaalin symboliestimaatit. Jälkimmäisissä asteissa saadaan aina tarkempi tulos verrattuna aiempiin asteisiin. Keksinnön 30 mukaisessa vastaanottimessa kussakin asteessa voidaan suorittaa monikäyttöhäiriön poisto ja estimoida sisään-«· menevän signaalin kanavaparamerit. Jälkimmäisissä asteissa parametrien estimointi suoritetaan täten parempilaatuisesta signaalista kuin aiemmissa asteissa ja saadut estimaa-35 tit ovat tarkempia.

97180 8

Kuviossa 5 havainnollistetaan tarkemmin yhden vas-taanotinasteen mahdollista rakennetta lohkokaaviotasolla. Kukin aste voi periaatteessa olla rakenteeltaan samanlainen. Vastaanotinaste käsittää joukon sovitettuja suodatti-5 mia 51a - 51c ja estimointivälineitä 52a - 52c, joiden si-säänmenona 50 on joko vastaanotettu signaali tai edelliseltä asteelta tuleva signaali. Kussakin estimointi-välineessä ja sovitetussa suodattimessa käsitellään yhden vastaanotetun käyttäjän signaalia. Mikäli kyseessä on 10 toinen tai myöhempi aste, kanavanestimointi suoritetaan siis aiemmassa asteessa suoritetun häiriönpoiston jälkeen. Kultakin sovitetulta suodattimelta 51a - 51c signaali viedään vastaavalle ilmaisimelle 53a - 53c, joissa lasketaan symboliestimaatti vastaanotetulle signaalille. 15 Ilmaistu signaali viedään edelleen regenerointivälineille 54a - 54c, joissa ilmaistu signaali regeneroidaan, ja joissa välineissä käytetään hyväksi estimointivälineiltä saatavaa tietoa signaalien kompleksisesta amplitudeista ja vaiheista. Regeneroidut signaalit viedään edelleen häi-20 riönpoistovälineille 55a - 55c, jotka voidaan toteuttaa esimerkiksi summaimilla, joihin viedään viive-elimen 56 kautta vastaanotettu lähete, ja joissa sanotusta lähetteestä vähennetään muiden käyttäjien signaalien aiheuttamat häiriöt kustakin halutusta signaalista. Saatu signaali 25 viedään edelleen vastaanottimen muihin asteisiin.

» Keksinnön mukainen ratkaisu soveltuu käytettäväksi minkä tahansa tunnettun kanavanestimointialgoritmin yhteydessä. Kanavanestimointi voidaan toteuttaa esimerkiksi yksinkertaisen kanavan impulssivasteen piikkejä seuraavan 30 korrelaattorin tai jo saatuja bittiestimaatteja hyödyntävän päätöstakaisinkytketyn estimaattorin avulla.

* Kanavaestimaattoriin voi myös liittyä suodatusta, jolloin peräkkäisiä kanavaestimaatteja esimerkiksi keski-arvoistetaan, jolloin kanavaestimaattien stokastista vaih-35 telua voidaan tasoittaa. Suodatus voi käsittää signaalin li 97180 9 käsittelyn esimerkiksi lineaarisilla, epälineaarisilla, adaptiivisilla tai aikavarianteilla käsittelymenetelmillä.

Kanavaestimaattorissa voidaan myös hyödyntää ennus-tusmenettelyä, jolloin estimaattori pyrkii seuraamaan ja 5 ennakoimaan kanavaan liittyviä muutoksia. Ennustusmenette-ly voidaan toteuttaa esimerkiksi signaaliprosessorilla, joka laskee saatujen estimaattien perusteella oletusarvoja tuleville parametreille.

Edellä keksinnön mukaista menetelmää ja vastaanotin-10 ta on kuvattu yksinkertaisuuden vuoksi lähinnä synkronista liikennettä esimerkkinä käyttäen. Keksinnön mukainen ratkaisu soveltuu kuitenkin käytettäväksi aivan vastaavasti myös asynkronisessa liikenteessä. Tällöin on huomioitava asynkronisuuden aiheuttamat vaatimukset. Asynkronista 15 liikennettä havainnollistetaan kuviossa 6, jossa on esitetty osia kahdesta samanaikaisesti vastaanotetusta signaalista, jotka käsittävät aikavälit 60 - 63 ja vastaavasti 64 - 67. Koska eri lähetykset eivät ole synkronisoitu toisiinsa, ovat aikavälit eri tahdissa, mikä poikkeaa 20 synkronisesta lähetyksestä, jossa aikavälit ovat samanaikaisia. Täten, laskettaessa ja poistettaessa häiriötä esimerkiksi aikavälin 61 osalta, on otettava huomioon aikavälien 65 ja 66 ne osat, jotka osuvat aikavälin 61 kanssa päällekkäin.

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

Claims (11)

97180

1. Menetelmä kanavan estimoimiseksi solukkoradio-järjestelmän vastaanottimessa, jossa vastaanotetulle sig- 5 naalille suoritetaan monikäyttöhäiriön poistoa, tunnettu siitä, että kanavan estimointi suoritetaan signaalista, jolle on suoritettu monikäyttöhäiriön poisto.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kanavaestimaatit lasketaan sekä en- 10 nen että jälkeen monikäyttöhäiriön poiston suorittamista.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kanavaestimaatit saadaan yhdistämällä ennen ja jälkeen monikäyttöhäiriön poistoa saadut estimaattitulokset.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että laskettujen kanavaestimaattien perusteella ennustetaan kanavan muutoksia.

5. Patenttivaatimuksen l mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että estimaattituloksia suodatetaan li- 20 neaarisesti tai epälineaarisest luotettavampien kanava- estimaattinen saamiseksi.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vastaanotin on moniasteinen vastaanotin, ja että vastaanottimen jälkimmäisissä asteis- 25 sa (48, 49) suoritetaan kanavan estimointi edellisissä asteissa (47, 48) suoritetun monikäyttöhäiriön poiston jälkeen.

7. Vastaanotin solukkoradiojärjestelmässä, jossa vastaanotin käsittää välineet (22) suorittaa 30 vastaanotetulle signaalille monikäyttöhäiriön poistoa, tunnettu siitä, että vastaanotin käsittää välineet (23) laskea kanavaestimaatit signaalista, jolle on suoritettu monikäyttöhäiriön poisto.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen vastaanotin, 35 tunnettu siitä, että vastaanotin käsittää välineet 11 97180 (20, 23) laskea kanavaestimaatit sekä ennen että jälkeen monikäyttöhäiriön poiston suorittamista.

9. Patenttivaatimuksen 7 mukainen vastaanotin, tunnettu siitä, että vastaanotin käsittää välineet 5 (23) ennustaa kanavan muutoksia laskettujen kanavaesti- maattien perusteella.

10. Patenttivaatimuksen 7 mukainen vastaanotin, tunnettu siitä, että vastaanotin käsittää välineet (23) suodattaa saatuja estimointituloksia lineaarisesti 10 tai epälineaarisesti parempien kanavaestimaattien saamiseksi .

11. Patenttivaatimuksen 7 mukainen vastaanotin, tunnettu siitä, että vastaanotin käsittää useita vastaanotinasteita (47 - 49), ja että vastaanottimen jäl- 15 kimmäiset asteet (48, 49) käsittävät välineet (52a - 52c) suorittaa kanavan estimointi edellisissä asteissa (47, 48) suoritetun monikäyttöhäiriön poiston jälkeen. 97180