HU215623B

HU215623B - Kódosztásos multiplex átviteli rendszer, a benne alkalmazott vevő és a vevőben alkalmazott detektor

Info

Publication number: HU215623B
Application number: HU9500161A
Authority: HU
Inventors: Jörn Thielecke
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics N.V.
Priority date: 1993-05-21
Filing date: 1994-05-20
Publication date: 1999-01-28
Also published as: TW241419B; JPH07509356A; HUT68377A; EP0656162A1; KR950702767A; WO1994028642A1; CN1110072A; CZ14895A3; AU6686994A; KR100336544B1; CN1063600C; DE4316939A1; AU682689B2; CZ286408B6

Abstract

A találmány tárgya kódősztásős műltiplex átviteli rendszer. Akódősztásős műltiplex átviteli rendszer tartalmaz legalább egy adót,amiben egy adatsőrőzatőt egy kódsőrőzat kiterjeszti, és l galább egyvevőt, amiben az adatsőrőzatőt egy detektőr helyreállítja. Arendszerben az átvitt adatsőrőzatőkhőz detektálás végettbecsléssőrőzatőkat számító csatőrnabecslő egység van. A rendszer tartamazza az adó vagy adók és egy vevő közötti átviteli csatőrnameghatárőzását is. A találmány szerint a csatőrnabecslő egység azátvitt adatsőrőzatőkhőz azők hőzzárendelt mőmentűmaiból együttesvalószí űségelőszlásőkat számító és az átvitt adatsőrőzatőkravőnatkőzó becsléssőrőzatőkat ezekből származtató kialakítású. Atalálmány tárgya tővábbá a kódősztásős műltiplex átviteli rendszerbenalkalmazőtt vevő és a vevőben alkalmazőtt detektőr. Ez az átvittadatsőrőzatőkhőz azők hőzzárendelt mőmentűmaiból együttes valózínűségelőszlásőkat számító és az átvitt adatsőrőzatőkhőz azőkhőzzárendelt mőmentűmaiból együttes valószínűségelőszlásőkat számító,és az átvitt adatsőrőzatőkra vőnatkőzó becsléssőrőzatőkat ezekbőlzármaztató csatőrnabecslő egységet tartalmazó vevő, illetve az átvittadatsőrőzatőkra vőnatkőzó becsléssőrőzatőkat ezekből származtatódetektőr. Az adatőkat tipikűsan valamely területi bázisállőmás (BS) ésjárműre szerelt egyedi rádióállőmásők (MSi) főrgalmazzák egymásközött. ŕ

Description

A találmány tárgya kódosztásos multiplex átviteli rendszer. Ez a kódosztásos multiplex átviteli rendszer tartalmaz legalább egy adatsorozatot valamely kódsorozattal kiterjesztő adót, és legalább egy, az adatsorozatot helyreállító detektorral ellátott vevőt; a rendszerben az átvitt adatsorozatok detektálásához azok becsléssorozatait számító csatomabecslő egység van; a rendszer tartalmazza az adó vagy adók és egy vevő közötti átviteli csatorna meghatározását is. A találmány tárgya továbbá a kódosztásos multiplex átviteli rendszerben alkalmazott vevő és különösen az ebben a vevőben alkalmazott detektor.

A kódosztásos multiplex vagy többszörös hozzáférésű (Code-Division Multiple Acces=CDMA) átviteli rendszerben a különböző felhasználók jeleit egyidejűleg, egy közös frekvenciasávban és közös vivőfrekvencián adják. A kódosztásos multiplex átviteli rendszerek a sávkiteijesztés módszerén alapulnak, ami szerint az átvivendő jelet a jel átviteléhez szükséges minimális frekvenciasávnál jóval szélesebb frekvenciasávba terjesztik szét. A sávkiteijesztés következtében a kódosztásos multiplex átviteli rendszerek általában nagyon érzéketlenek az interferenciára.

A digitális átviteli rendszerekben például a frekvenciasáv kiteij esztése végett minden átvivendő bitet megszoroznak egy kódszóval, amiben az adó és a vevő kölcsönösen megállapodott. Kölcsönösen ortogonális kódszavak használata esetén az egyedi felhasználóktól származó jelek által előidézett kölcsönös interferencia elvben ki van zárva. A föld felszíne feletti hullámterjedés tekintetében fennálló realista követelmények, így a többszörös hullámteijedés miatt azonban ezt az ortogonalitást már nem tartják be. Ha emellett az egyedi felhasználók hozzáféréseinek szinkronizálását a közös frekvenciasávhoz való nagyon egyszerű hozzáférés megvalósítása végett mellőzik vagy ha megengedettek a különböző bitátviteli sebességek, akkor a felhasználó jelét csak több áramkörrel és nagyobb költséggel vagy rosszabb minőségben lehet detektálni, mivel a jelek már nem kölcsönösen ortogonálisak.

Ruxandra Lupas-nak és Sergio Verdu-nak „Linear Multiuser Detectors fór Synchronous Code-Division Multiple-Access Channels” (Lineáris többfelhasználós detektorok szinkron kódosztásos multiplex átviteli csatornákhoz) című, az IEEE Transactions on Information Theory-ban (Vol. 35, no. 1, Janaury 1989, pp. 123-136) megjelent cikkéből már ismeretesek detektorok kódosztásos multiplex vevőhöz, amiben a különböző felhasználók detektálása egyidejűleg történik. A különböző felhasználókat egyidejűleg detektálva a detektálás minősége az áramkör növelése révén javítható úgy, hogy a különböző felhasználók jelrészei közötti keresztkorrelációt egy lineáris kép révén kiküszöbölik vagy csökkentik. Egyebekben az ilyen detektorok a bithibaarány tekintetében szuboptimálisak.

Sergio Verdu-nak „Minimum Probability of Error fór Asynchronous Gaussian Multiple-Access Channels” (Minimális hibavalószínűség aszinkron Gauss-féle multiplex csatornákhoz) című, az IEEE Transactions on Information Theory-ban (Vol. IT-32, no. 1, January

1986, pp. 85-96) megjelent cikke olyan nem lineáris detektorokat ír le, amik a bithibaarány tekintetében közel optimálisak. Az ilyen ideális nem lineáris detektorok megvalósítási költsége azonban a kódosztásos multiplex átviteli rendszer felhasználói számának növekedésével exponenciálisan növekszik.

Találmányunk célja olyan detektor-kialakítás kódosztásos multiplex átviteli rendszerekhez, aminek a teljesítőképessége jobb, mint a lineáris detektoroké, de aminek a megvalósítási költsége kisebb, mint egy korábbi optimális detektoré.

Ezt a feladatot a találmány értelmében azáltal oldjuk meg, hogy a csatomabecslő egység az átvitt adatsorozatokhoz azok hozzárendelt momentumaiból együttes valószínűségeloszlásokat számító és az átvitt adatsorozatokra vonatkozó becsléssorozatokat ezekből származtató kialakítású.

A megfelelő vevőben van egy detektor a kódsorozatok által szétszórt vevőadatok helyreállítására; egy, az átvitt adatsorozatok detektálásához azok becsléssorozatait számító csatomabecslő egység; és a vevő tartalmazza az adó vagy adók és egy vevő közötti átviteli csatorna meghatározását is. A találmány szerint a vevőben az átvitt adatsorozatokhoz azok hozzárendelt momentumaiból együttes valószínűségeloszlásokat számító és az átvitt adatsorozatokra vonatkozó becsléssorozatokat ezekből származtató csatomabecslő egység van.

A vevőben lévő detektor ezek szerint az adó vagy különböző adók és egy vevő közötti átviteli csatorna meghatározása alapján az átvitt adatsorozatokhoz becsléssorozatokat számító kialakítású, azzal jellemezve, hogy az átvitt adatsorozatokhoz azok hozzárendelt momentumaiból együttes valószínűségeloszlásokat számító és az átvitt adatsorozatokra vonatkozó becsléssorozatokat ezekből származtató detektor.

Az átvitel folyamán folytonosan visszük át az új adatokat, és a vevő döntéseket hoz az átvitt adatértékekről. Ennek következtében az együttes valószínűségeloszlás folytonosan változik, úgyhogy együttes valószínűségeloszlások sorozatát lehet kiszámítani. Emellett az együttes valószínűségeloszlást a beérkező vételi jellel állandóan javítani lehet. Az együttes valószínűségeloszlások számításakor az átviteli csatornára és a zaj tulajdonságaira vonatkozó információt teljes mértékben figyelembe lehet venni.

A valószínűségeloszlások emellett automatikusan minőségi információt szolgáltatnak a becslésekről. Ezt a minőségi információt előnyös módon az áramkörben utána elhelyezett dekódolóban lehet értékelni.

A momentumok alkalmazása a valószínűségeloszlások leírására előnyös, mivel a momentumokkal a valószínűségeloszlás nagyon egyszerű leírása állítható elő.

A találmány egy további előnyös kiviteli alakjában a rendszer az együttes valószínűségeloszlást csak korlátozott momentumcsoporttal állítja elő.

A korlátozott momentumcsoport az együttes valószínűségeloszlásoknak csak közelítő leírását nyújtja. A korlátozott momentumcsoport alkalmazása viszont a detektálás minőségének jelentős romlása nélkül csökkenti a detektor költségét.

HU 215 623 Β

A találmány egy ismét további előnyös kiviteli alakjában rendszer az együttes valószínűségeloszlásnak csak az elsőrendű és másodrendű momentumait számítja ki egy közelítő együttes valószínűségeloszlás kiszámítása végett.

Azt állapítottuk meg, hogy a lényegében optimális detektáláshoz elegendő az együttes valószínűségeloszlás első és második momentumainak kiszámítása, és így a középérték és a kovariancia kiszámítása.

A találmány egy kiviteli alakjában detektorként Kálmán-féle szűrő szolgálhat.

Egy módosított Kálmán-féle szűrő alkalmazását az általában „puha döntési” visszacsatolt kiegyenlítőkörre vizsgálta hagyományos időosztásos multiplex (többszörös elérésű) átviteli rendszerekben a kódjelközi interferencia kiküszöböléséhez J. Tielecke a „ANewNonlinear Equalizer Fór Mobile Rádió Channels” (Nem lineáris kiegyenlítőkor mobil rádiócsatornákhoz) című, a Proceedings ICASSP 90-ben (International Conference On Acoustics, Speech And Signal Processing; april 3-6, 1990, p. 1667-1670) megjelent dolgozatában. Az időosztásos multiplex (TDMA) átviteli rendszerekben az időkiteijesztő átviteli csatornák túlnyomórészt kódjelközi interferencia fellépését idézik elő. (Kódjelközi interferencia esetén ugyanannak a felhasználónak az időben kölcsönösen eltolt bitjei szuperponálódnak egymásra.) A kódosztásos multiplex átviteli rendszerekben ez a kódjelközi interferencia a más felhasználók által okozott interferenciához képest csak csekély szerepet játszik. Az adott szakterületen járatos szakember számára ismert módon ez a vizsgálat nem eredményezett semmiféle olyan ismeretet, amit erre a Kálmán-féle szűrési módszerre és így kódosztásos multiplex átviteli rendszerekre, valamint ezek különböző típusú problémáira alkalmazni lehetne.

A Kálmán-féle szűrő alkalmazásakor a számított becslésvektort és az ehhez tartozó hibakovariancia-mátrixot általában rendszerint nem rendelik hozzá egy valószínűségeloszláshoz. Ismeretes azonban, hogy a becslésvektor az együttes valószínűségeloszlás középértékvektorának (az együttes valószínűségeloszlás első momentumának) tekinthető, és a hiba kovariancia-mátrixa az együttes valószínűségeloszlás kovariancia-mátrixának (az együttes valószínűségeloszlás második momentumának) tekinthető.

A találmány egy még további előnyös kiviteli alakjában a rendszer az adatsorozat értékeire vonatkozó döntéseket a becslések alapján hozza meg, és ezeket a döntéseket a detektoron belül visszacsatolja.

A visszacsatolt döntések eredményeként a detektálási folyamat általában nagyon nagy mértékben javítható, mivel figyelembe van véve az átvitt adatsorozatok diszkrét természete. Kálmán-féle szűrővel viszont nincs ilyen visszacsatolás.

„Kemény döntések” elkerülésével a detektálási folyamat minősége tovább javítható. Ha a detektor után az áramkörben egy dekódoló van, ami minőségosztályozással tud döntéseket feldolgozni („puha döntés”), akkor az átvitel megbízhatósága határozottan javul.

Találmányunkat annak példaképpeni kiviteli alakjai kapcsán ismertetjük részletesebben ábráink segítségével, amelyek közül az

1. ábra N számú járműre szerelt (mozgó) állomást és egy bázisállomást tartalmazó, kódosztásos multiplex átviteli rendszer, a

2. ábra az 1. ábra szerinti kódosztásos multiplex átviteli rendszerben alkalmazott vevő, a

3. ábra egy detektor funkcionális blokkjai, a

4. ábra egy kódosztásos multiplex átviteli rendszer több felhasználója által átvitt adatsorozatok idődiagramja, az

5. ábra átvitt adatjelek becslésére szolgáló Kálmán-féle szűrő állapotdiagramja, a

6. ábra az 5. ábra szerinti állapotdiagramban lévő visszacsatolási lépés áramköri tömbvázlata, a

7. ábra egy állapotdiagram a kovariancia-mátrix becsléséhez, végül a

8. ábra a 7. ábra szerinti állapotdiagramban lévő visszacsatolási lépés áramköri tömbvázlata.

Az 1. ábrán látható kódosztásos multiplex átviteli rendszerben az átviteli adatok bináris adatsorozatokként állnak rendelkezésre. Az ábrázolt kiviteli alakban a bj bináris adatsorozatokat alkalmas kódolás útján beszédjelekből nyeljük. Ezeket a bj bináris adatsorozatokat a járműre szerelt MSj egyedi rádióállomások és ezeknek az MS; egyedi rádióállomásoknak az a BS bázisállomása forgalmazza egymás között, amelyiknek a hatásterületén a járműre szerelt MSj egyedi rádióállomások éppen tartózkodnak. N számú bj bináris adatsorozat áll rendelkezésre mint adatforrás, ami megfelel N számú egyidejűleg adó, járműre szerelt MS; egyedi rádióállomásnak. Az ábrákon az i= 1...N alsó index különbözteti meg az egyedi adatforrásokat. Az adatsorozat kiteijesztése végett mindegyik bj bináris adatsorozatot megszorozzuk egy S; kódsorozattal. A következőkben az Sj kódsorozat egy bitjét az átvitt adatsorozat egy bitjétől való megkülönböztetés végett chipnek nevezzük.

Az átvitt jeleknek a vevőoldalon történő elkülönítése végett az egyedi Sj kódsorozatokat szelektív módon kell szétválasztani. Ebből a célból például a járműre szerelt MS; egyedi rádióállomás véletlenszerűen kiválasztott egy Sj kódsorozatot, és a kiválasztást leadja a BS bázisállomásra, amikor a járműre szerelt MSj egyedi rádióállomás és a BS bázisállomás között összeköttetés létesül.

Minthogy a járműre szerelt MSj egyedi rádióállomások különböző helyeken tartózkodnak, ezért az átvitt jelek különböző rádiócsatornákon érkeznek a BS bázisállomásra. Ezekben a rádiócsatornákban az átvitt jelek torzulásoknak vannak kitéve, amiket például visszaverődések és a többszörös hullámterjedés okoznak. Ezek a torzított jelek a BS bázisállomás antennáján szuperponálódnak egymásra, és folytonos y(t) vételi jelet képeznek. Ez az y(t) vételi jel n(t) zavaqelrészeket tartalmaz.

A BS bázisállomás vevőjében az y(t) vételi jelben lévő minden átvitt bj bináris adatsorozathoz létrejön egy b; vételi bináris adatsorozat becslése. Itt a továbbiakban nem mutatjuk be a beszédjelek helyreállítását ezekből a

HU 215 623 Β bemeneti adatokból és a kapott adatok elosztását az egyedi vevőcsonkokra, például egy távközlési hálózatra való átvitel útján.

A 2. ábrán a találmány szerinti vevő alapfelépítése látható. Az y(t) vételi jelet először előerősíti a 21 nagyfrekvenciás előerősítő fokozat. Ezután sávszűrés következik. A sávszűrt vett jelet a 23a, 23b keverőfokozatban a 22 nagyfrekvenciás oszcillátorról kapott nagyfrekvenciás jel révén - ami az adóban használt vivőfrekvenciának felel meg - keverjük magával a nagyfrekvenciás jellel és egy, a nagyfrekvenciás jelhez képest 90°-kal elforgatott fázisú jellel. Ennek eredményeként a valós y(t) bemenőjelet közvetlenül az alapsávba alakítjuk át, és ez alatt a művelet alatt komplex alapsávjelet állítunk elő, aminek van egy valós része és egy képzetes része. Ezt a két jelet a 2. ábrán nem ábrázolt aluláteresztő szűrés után a 24a, 24b impulzusmodulációs berendezés kT ekvidisztáns lépésközökben impulzusmodulálja. Itt figyelembe kell venni az impulzusmodulációs tételt, vagyis az impulzusmodulációs frekvenciának kétszer akkorának kell lennie, mint az alapsávjel határfrekvenciája. Ebben a kiviteli alakban ezt úgy valósítjuk meg, hogy az impulzusmodulációt a chipsebesség kétszeresével végezzük.

Az impulzussorozatokat ezután a 25a és 25b analóg/digitális átalakító y(k) digitális értéksorozattá alakítja át. Ezt az y(k) digitális értéksorozatot a 26 digitális jelfeldolgozóra adjuk, ami - például egy 27 csak olvasható tárban (ROM) - tartalmaz egy programot az átvitt bináris adatsorozatok becslésére. A becslés során kapott közbenső eredményeket a 26 digitális jelfeldolgozó átmenetileg egy 28 írható-olvasható tárban (RWM) tárolja. A detektálandó felhasználók számától függően speciális körülmények között előfordulhat, hogy egyetlen jelfeldolgozó kapacitása már nem elegendő. Ebben az esetben több jelfeldolgozót alkalmazunk, amik között a számítási kapacitást elosztjuk.

A 3. ábrán egy áramköri ábrán láthatók a fentebb említett jelfeldolgozó(k) által megvalósított funkciók, amennyiben ezek a jelbecsléshez szükségesek. A jelbecslés elvégzéséhez a 30 detektorban meg kell lennie a távközlési csatorna leírásának mindegyik felhasználóhoz. Ezt a leírást a 31 csatomabecslő egység állítja elő. Ezzel kapcsolatban megjegyzendő, hogy a járműre szerelt MSj egyedi rádióállomások különböző helyei miatt a járműre szerelt MS_s egyedi rádióállomás és a BS bázisállomás közötti mindegyik rádiócsatorna különböző. A csatorna leírására gyakran alkalmazzák az úgynevezett csatomaimpulzusválaszt. A csatomaleírás meghatározásához például egy gyakorló adatsorozatot lehet az átvitt jelbe beiktatni, amiből a vevőben korrelátorok kiszámíthatják a csatoma-impulzusválaszt. Szükség van továbbá egy 32 kódsorozat-generátorra, ami a k impulzusmodulációs időpontban előállítja egy chip értékét mindegyik felhasználó számára. Ahogyan ezt lentebb leíquk, a csatoma-impulzusválaszt, amit egy rádiócsatoma-impulzusválasz képez és a kódsorozatokat előnyös módon hozzáférhetővé tesszük a 30 detektor számára.

Az együttes valószínűségeloszlások momentumsorozatainak számításához előnyös módon a távközlési csatorna állapottérben lévő leírását használjuk. Ebből a célból az egyedi felhasználóknak azokat az adatait, amiknek hatásuk van a diszkrét idő y(k) vett jelre a k impulzusmodulációs időpontban, egy b(k) vektorba kombináljuk. Minthogy nemcsak különböző felhasználóktól származó bitek, hanem egy felhasználótól származó, egymást követő bitek is okozhatnak kölcsönös interferenciát az időszóródásos távközlési csatornákban, ezért a b(k) vektor felhasználóként nemcsak egy bitet, hanem az időszóródástól függően felhasználónként különböző számú bitet tartalmaz. Azzal az egyszerűsítéssel élve, hogy additív zaj által torzított lineáris távközlési csatornát veszünk alapul, a következő észlelési egyenletet lehet használni a vevőben a k impulzusmodulációs időpontban észlelt y(k) bemenőjelre:

y(k)=h^T(k)b(k) + n(k) (I)

A h(k) vektor azt íqa le, hogyan okoznak interferenciát egymásnak az átvitt bitek. A vektor figyelembe veszi az adott rádiócsatornát, a távközlési áramkörben lévő szűrőt és a szórási sorozatokat.

A 4. ábrán egy nagyon egyszerű kiviteli alak látható, ami a kódsorozatok által a h(k) vektorra kifejtett hatást mutatja. Ebben a kiviteli alakban a kódosztásos multiplex átviteli rendszernek három felhasználója van. A modulációhoz fáziseltolásos módszert (PSK) alkalmazunk, és mindegyik felhasználó rádiócsatornája közvetlen reléállomást tartalmaz (nincs többszörös hullámterjedés, nincs fading, nincs csillapítás). Ezt a reléállomást csak additív Gauss-eloszlású fehér zaj (AWGN) zavarja. A ko időpontra a következőt kapjuk az egymásnak interferenciát okozó átvitt biteket tartalmazó b(ko) vektorra:

b(ko)=[+l, +1,-1]τ (II)

A h(k0) impulzusválasz vektort ebben az egyszerű esetben csak a kiterjesztéshez használt kódsorozatok határozzák meg. A 4. ábrából következik, hogy:

h(ko)=[+l,-l,+l]T (III)

Mivel a chipek értékei folyamatosan változnak, ezért gyakorlatilag minden új impulzusmodulációs időpontra új h(k) impulzusválasz-vektort kell számítani, ami figyelembe veszi a chipek éppen fennálló értékeit.

A kódsorozatok beépítése a h(k) impulzusválaszvektorba előnyös, mivel ennek eredményeként a detektor felépítése nagyon flexibilis lehet. Megengedhetők például olyan kódsorozatok, amiknek a periódusa nem egyezik meg az alkalmazott adatperiódussal. Ezenkívül a felhasználók különböző és változtatható adatsebességekkel dolgozhatnak. A 4. ábra szerinti kiviteli alakban látható, hogy a bináris kódsorozatok beépítése a h(kQ) impulzusválasz-vektorba nagyon egyszerű, mivel a h(ko) impulzusválasz-vektorban az előjeleket csak a chipektől függően lehet változtatni.

Az észlelési egyenletet ki lehet egészíteni egy állapotátmenet-egyenlettel, ami azt írja le, hogy a b(k) vektor összegezése hogyan változik az impulzusmodulációs k időpontból az impulzusmodulációs k+1 időpontba való átmenetkor:

b(k+ l)=A(k)*b(k) + L. (k+1) (IV)

Az A(k) mátrix segítségével formálisan le van írva, hogy mely adatok maradnak ki a b(k) vagy b(k+1)

HU 215 623 Β vektorból, mivel a k+1 időpontban már nem vesznek részt a vett y(k+1) jelben. A bú(k+1) vektorral a b(k), illetőleg a b(k+1) vektorhoz hozzáadjuk azokat az adatokat, amiket a k-ι-1 időpontban éppen leadtak, és így az első alkalommal befolyásolják a vett jelet.

Az állapotegyenletet ebben az alakjában csak arra használjuk, hogy általánosságban, képletszerűen leírjuk, hogy az adatok a b(k+1) vektorhoz hogyan adódnak hozzá vagy ebből a vektorból hogyan kerülnek kiolvasásra. Ha b(k+l) számítása egy jelfeldolgozóban történik, akkor ezeket a műveleteket előnyös módon nem mátrix szorzásokkal vagy mátrix összeadásokkal, hanem speciális tárolási műveletekkel végezzük. Abban az esetben, ha k+1 időpontban nincs új adatok átvitele, akkor a b(k) vektor az átmenet során b(k+1) vektorrá változik.

Az állapottér leírásakor bevezetett mennyiségek és leírások segítségével most leírjuk, hogy a detektorban az adatok becslése végett milyen műveletek kerülnek elvégzésre. Az egyszerűség kedvéért az előnyös kiviteli alakban feltételezzük, hogy adatokként bináris értékek kerülnek átvitelre, és hogy az alapsávbeli vett jel egy valós értékű jel. Komplex értékű alapsávbeli jel esetén az előnyös kiviteli alakban a komplex y(k) impulzusmodulációs érték valós és képzetes részét két különálló, egymás után vett valós értékű jelnek tekintjük. A Kálmán-féle szűrőkkel még a minőség kis javulása is elérhető az áramkör és a költségek növelése nélkül.

Az előnyös kiviteli alakban az első- és másodrendű momentumokat rekurzív módon számítjuk, vagyis b(k) és í>+(k) középérték vektorokat, valamint ezekhez hozzárendelt P(k) és P-l-(k) kovariancia-mátrixokat számítunk. Ezeket a momentumokat hozzá lehet rendelni a valóságos valószínűségeloszlásokat közelítő együttes valószínűségeloszlásokhoz. Az 5. ábrán látható egy állapotdiagram egy szakasza, ami a 26 digitális jelfeldolgozó által elvégzendő számítási lépéseket diagram alakjában ábrázolja. Maga a detektor lehet egy módosított Kálmán-féle szűrő, ami a minőséggel kapcsolatos információkat tartalmazó döntések („puha döntés”) visszacsatolásával van módosítva. Az adatsorozatok becsléséhez szükséges kovariancia-mátrix számítását a 7. ábrán látható állapotdiagramban diagram alakjában ábrázoltuk. A 26 digitális jelfeldolgozó által a visszacsatoláshoz elvégzendő számításokat a 6. és 8. ábrán megfelelő állapotdiagramokban mutatjuk be. A jobb megértés érdekében a visszacsatolási lépést tartalmazó egység az 5. és 6. ábrán a 10 egység, a 7. és 8. ábrán a 11 egység.

A találmány értelmében alkalmazott Kálmán-féle szűrő visszacsatolási döntések nélkül is jelentősen javítja a detektor tulajdonságait az ismert szuboptimális detektorokhoz képest. Ez különösen a flexibilitásra vonatkozik.

Adatátvitel indításakor rendszerint gyakorló adatok kerülnek átvitelre az összeköttetés létrejöttekor. Ezért a detektor indulási állapotát egy további felhasználó számára egyszerűen lehet beállítani, mivel csak a megfelelő adatokat kell bevinni a középérték-vektorba. A kovariancia-mátrixban az ehhez kapcsolódó kovariancia-értékeket nullára kell állítani. Ily módon a k időpontban ismert a t>j+(k) középérték-vektor az ehhez hozzárendelt P+(k) kovariancia-mátrixszal vagy momentummal együtt. A k időpontban vett y(k) jelérték még nincs értékelve.

Ezután következik egy javított becslés vagy %(k) középérték-vektor (vagy momentum) számítása a b(k) állapotvektorhoz. Ez úgy történik, hogy az előző b+(k) becslésvektort a kapott y(k) érték alapján helyesbítjük. Ez egy Kálmán-féle szűrő szűrőegyenletével történik, ami az állapottér leírásának észlelési egyenletén alapszik. A helyesbített középérték-vektorra fennáll, hogy t>(k)=fc+(k) + g(k)e(k) (V)

A helyesbítési tényezőt a Kálmán-féle erősítésvektorból lehet kapni:

P₊(k)h(k) g(k)=- (VI) h^T(k)P₊(k) + σ_η2 és az e(k) becsült hibából az y(k) vett jelre: e(k)=y(k) - hT(k)t+(k) (VII)

A Kálmán-féle erősítésvektorban az n(k) vételi zaj ση² teljesítményét kell figyelembe venni. A teljesítmény a vevőben könnyen becsülhető, például a csatornaazonosítás keretén belül. Pontos becslésre nincs szükség, mivel a Kálmán-féle szűrők, mint ismeretes, a zajteljesítmény szempontjából robusztusak.

Ugyanúgy, ahogyan a középérték-vektort helyesbítettük, a hozzárendelt kovariancia-mátrixot is helyesbíteni kell. A megfelelő Kálmán-féle szűrő egyenlet a következő :

P(k)=P₊(k) - g(k) h^T(k)P₊(k) (VIII), ahol ismét a Kálmán-féle g(k) erősítésvektort használtuk. A %(k) és P(k) momentumok első- és másodrendű momentumok, amiken az éppen vett y(k) impulzusmodulációs értéket vesszük figyelembe.

Az impulzusmodulációs k időpontnak (k+1) időpontra való változása előtt bevezetjük az említett visszacsatolást („puha döntés”), feltéve, hogy egy bitről kell dönteni. Döntést hozunk akkor, ha a bit a k+1 időpontban már nem szerepel a csatomamodell b(k+1) állapotvektorában. A visszacsatolás révén a becslések javulnak, mivel a Kálmán-féle szűrő (visszacsatolás nélkül) nem veszi figyelembe, hogy bináris jelek kerülnek átvitelre. A Kálmán-féle szűrő implicit módon inkább Gauss-féle valószínűségeloszlásokat, vagyis Gauss-görbe szerint elosztott átvitt adatokat tételez fel. A visszacsatolással a í>(k) középérték-vektorhoz és P(k) kovariancia-mátrixhoz tartozó (Gauss-féle) valószínűségeloszlásba bekerül, hogy a b(k) állapotvektomak a k időpontból (k+1) időpontba való átmenetkor elhagyott i-edik eleme bináris. Az eredő valószínűségeloszlásnak b*(k) és P*(k) momentuma van. Különösen előnyös, hogy ebben a kiviteli alakban a javított momentumokat a Kálmán-féle szűrő szűrőegyenleteihez hasonló egyenletekkel számítjuk. Ennek következtében a számításhoz lényegében ugyanazt az algoritmust lehet használni.

A b.(k) középérték-vektorra kapjuk, hogy: b*(k)=É(k) + g.(k)e»(k) (Dí) a módosított Kálmán-féle erősítésvektorral

HU 215 623 Β és az e*(k) becslési hibatényezővel.

a(k)-ra e»(k)=a(k) - u,^(k) (XI) és

Ui^TÉ(k) a(k)=tanh- (XII)

UjTMU;

Az ui vektor egy egységvektor, amiben csak az iedik elem különbözik nullától, vagyis eggyel egyenlő. Feltételeztük, hogy a b(k) állapotvektor i-edik eleméről kell dönteni és impulzusmodulációval kivenni a vektorból.

Egy másik kiviteli alakot, amiben az átvitt adatokról „kemény döntést” kell hozni, úgy kapunk, hogy a(k)-ra vonatkozó függvényben a tangens hyperbolicust (tanh) az előjelfüggvénnyel (sign) helyettesítjük.

A kovariancia-mátrixra a módosított Kálmán-féle szűrőegyenlet vonatkozik

P.(k)=P(k) - .(k)u;TP(kMk) (ΧΙΠ) a következő helyesbítési tényezői:

- a²(k) UiTP(k)Ui ftk)=l (XIV)

Ily módon t>*(k) és P*(k) momentumok fordulnak elő, amik figyelembe veszik, hogy a b(k) állapotvektor i-edik eleme egy bit. A k+1 időpontra való váltás és a bitnek a b(k) állapotvektorból történő elhagyása előtt a bitdöntést a b*(k) becslésvektor vagy középérték-vektor kapcsolódó eleme alapján hozzuk meg. Továbbá a bithiba valószínűsége közelíthető, mivel b*(k) és P*(k) momentumok egy valószínűségeloszláshoz vannak hozzárendelve. A bithiba valószínűségére kapjuk, hogy i - [Uj4*(k)] 2

P(bithiba)= (xv)

Ez a minőségkritérium előnyös módon az áramkörben utána elhelyezett dekódolóval értékelhető, hogy az átviteli információ megbízhatóbb legyen.

Ha k időpontból (k+1) időpontba történő átmenetkor több bitet hagyunk el, akkor a módosított szűrőegyenleteket megfelelően gyakran lehet értékelni, továbbá b(k) és P(k) momentumok helyett a már javított t>*(k) és P*(k) momentumokat lehet beiktatni. Ha bitelhagyás nincs, akkor a módosított szűrőegyenleteket töröljük, és ebben az esetben t>*(k)=É(k) és P*(k)=P(k). Ez akkor is így van, ha a visszacsatolás általánosan elmarad.

Az átmenet a k impulzusmodulációs időpontból a (k+1) impulzusmodulációs időpontba az állapottér leírásának átmeneti egyenletével összhangban megy végbe. A vonatkozó Kálmán-féle predikciós egyenlet a középérték-vektorra a következő:

K(k+l)=A(k)Í2*(k) (XVI)

A kovariancia-mátrixból kapjuk, hogy

P+(k+ l)=A(k)P*(k)A^T(k) + Q^k) (XVII),

Az Obű(k) mátrix átlós mátrix, ami tartalmazza a k+1 időpontban éppen átvitt bitek varianciáit, vagyis egy 1 értéket (egyébként 0) abban a sorban, amelyikben a kapcsolódó bit megjelenik az ismeretlen b(k+1) vektorban. A b*(k) becslésvektor vagy középérték-vektor megfelelő sorában egy nulla jelenik meg, mivel feltételezzük a bitek egyenletes, vagyis középérték nélküli eloszlását. Ezzel le van írva az állapotátmeneti egyenlethez kapcsolódó predikciós lépés, és a ciklus lezáródik. A jelen kiviteli alakban a predikciós lépés alatt a jelfeldolgozóban nem folynak mátrix-szorzások, hanem csak tárolási műveletek, amiket az állapotátmeneti egyenlet kapcsán már taglaltunk.

Összefoglalva megállapítható, hogy a leírt detektornál a számítási költség a bithibaarány észrevehető csök10 kenése nélkül nagyon nagy mértékben csökken. Emellett a detektor becsléseket szolgáltat a bithiba-valószínűségekre. Ez egy dekódolóban felhasználható az átvitel megbízhatóságának fokozására. A detektor előnyös módon többszörös teijedést alkalmaz. A kódsorozatoknál az alkalmazott periódustartamok tekintetében nem kell korlátokat figyelembe venni. A felhasználók különböző és változó adatsebességeket használhatnak. A felhasználókat nem kell szinkronizálni. Mindezek az előnyök általában nincsenek meg a szuboptimális detektorokban.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Kódosztásos multiplex átviteli rendszer, ami tar25 talmaz legalább egy adatsorozatot valamely kódsorozattal kiterjesztő adót, és legalább egy, az adatsorozatot helyreállító detektorral ellátott vevőt; a rendszerben az átvitt adatsorozatok detektálásához azok becsléssorozatait számító csatomabecslő egység van; a rendszer tar30 talmazza az adó vagy adók és egy vevő közötti átviteli csatorna meghatározását is, azzal jellemezve, hogy a csatomabecslő egység (31) az átvitt adatsorozatokhoz azok hozzárendelt momentumaiból együttes valószínűségeloszlásokat számító és az átvitt adatsorozatokra vo35 natkozó becsléssorozatokat ezekből származtató kialakítású.
2. Az 1. igénypont szerinti kódosztásos multiplex átviteli rendszer, azzal jellemezve, hogy csatomabecslő egysége (31) az együttes valószínűségeloszlást csak kor40 látozott momentumcsoportból származtató kialakítású.
3. A 2. igénypont szerinti kódosztásos multiplex átviteli rendszer, azzal jellemezve, hogy csatomabecslő egysége (31) az együttes valószínűségeloszlást csak az elsőrendű és másodrendű momentumból származtató

45 kialakítású.
4. A 3. igénypont szerinti kódosztásos multiplex átviteli rendszer, azzal jellemezve, hogy az adatsorozatot helyreállító detektorként (30) Kálmán-féle szűrője van.
5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti kódosz50 tásos multiplex átviteli rendszer, azzal jellemezve, hogy az adatsorozat értékeire vonatkozó döntéseket a becslések alapján hozó kialakítású, és az eldöntött értékek kimenetei az adatsorozatot helyreállító detektoron (30) belül vissza vannak csatolva.

55
6. Az 5. igénypont szerinti kódosztásos multiplex átviteli rendszer, azzal jellemezve, hogy a becslés minőségét figyelembe vevő visszacsatolással van ellátva.
7. Vevő kódosztásos multiplex átviteli rendszerhez, amiben van egy detektor a kódsorozatok által szétszórt

60 vevőadatok helyreállítására; egy, az átvitt adatsorozatok

HU 215 623 Β detektálásához azok becsléssorozatait számító csatomabecslő egység; és a vevő tartalmazza az adó vagy adók és egy vevő közötti átviteli csatorna meghatározását is, azzal jellemezve, hogy a vevőben az átvitt adatsorozatokhoz azok hozzárendelt momentumaiból együttes valószínűségeloszlásokat számító és az átvitt adatsorozatokra vonatkozó becsléssorozatokat ezekből származtató csatomabecslő egység (31) van.
8. Detektor kódosztásos multiplex átviteli rendszer vevőjéhez, amely detektor az adó vagy különböző adók és egy vevő közötti átviteli csatorna meghatározása alapján az átvitt adatsorozatokhoz becsléssorozatokat számító kialakítású, azzal jellemezve, hogy az átvitt adatsorozatokhoz azok hozzárendelt momentumaiból együttes valószínűségeloszlásokat számító és az átvitt adatsorozatokra vonatkozó becsléssorozatokat ezekből származtató

5 detektor (30).
9. A 8. igénypont szerinti detektor, azzal jellemezve, hogy kiterjesztésre alkalmazott kódsorozatok vannak beépítve a detektor (30) csatorna meghatározásába.
10. A 9. igénypont szerinti detektor, azzal jellemezve ve, hogy előjel-műveletek végzésére van kialakítva a kódsorozatoknak a csatorna meghatározásába való beépítése végett.