WO2000070835A1 - Method for blindly estimating channel parameters - Google Patents

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WO2000070835A1
WO2000070835A1 PCT/DE2000/001482 DE0001482W WO0070835A1 WO 2000070835 A1 WO2000070835 A1 WO 2000070835A1 DE 0001482 W DE0001482 W DE 0001482W WO 0070835 A1 WO0070835 A1 WO 0070835A1
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data
subscriber
data signal
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PCT/DE2000/001482
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Markus Doetsch
Peter Jung
Jörg PLECHINGER
Peter Schmidt
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Infineon Technologies Ag
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    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00Baseband systems
    • H04L25/02Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/0202Channel estimation
    • H04L25/0224Channel estimation using sounding signals
    • H04L25/0228Channel estimation using sounding signals with direct estimation from sounding signals
    • H04L25/023Channel estimation using sounding signals with direct estimation from sounding signals with extension to other symbols
    • H04L25/0236Channel estimation using sounding signals with direct estimation from sounding signals with extension to other symbols using estimation of the other symbols
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    • H04B1/00Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
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    • H04B1/707Spread spectrum techniques using direct sequence modulation
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    • H04B1/713Spread spectrum techniques using frequency hopping

Definitions

  • the invention relates to a method for estimating channel parameters of a radio channel of a mobile radio system used for the transmission of a message according to the preamble of claim 1.
  • the constant change in the transmission properties of the mobile radio channel makes it necessary for a receiver (in addition to receiving the transmitted data signals) to continuously determine the current transmission properties of the mobile radio channel in order to enable detection of the received data signals. This applies both to the transmission link from a mobile station to a base station (uplink) and to the transmission link from a base station to a mobile station (downlink).
  • the transmission properties of the mobile radio channel are determined using a channel estimator present in the receiver.
  • TDMA Time Division Multiple Access: time division multiplex
  • FDMA Frequency Division Multiple Access: frequency division multiplex
  • Frequency sub-bands have been referenced in recent years CDMA (Code Division Multiple Access: Code Division Multiplex) driving gained significantly in importance.
  • CDMA Code Division Multiple Access: Code Division Multiplex
  • a subscriber-specific code is embossed on each data symbol to be transmitted, which code makes the transmitted data symbol distinguishable (and thus detectable) from transmitted data symbols of other participants, as it were, in the manner of a fingerprint.
  • a first known method for channel estimation in CDMA transmission systems is in the book "Analysis and Design of Digital Mobile Radio Systems” by P. Jung, Stuttgart, B.G. Teubner, 1997 in chapter 6.3 and there described in particular on pages 253 (upward stretch) and 261 (downward stretch).
  • the channel estimation is based on so-called learning or training sequences, which are integrated in the CDMA radio data block in addition to the message-carrying sequences as middle messages (i.e. in the middle of a data block).
  • the symbol sequence of the training sequence is known to the channel estimator provided on the receiver side.
  • the channel estimator determines the channel parameters in the form of the channel impulse responses on the basis of a comparison with the transmitted ("undisturbed") training sequence known to it.
  • the determined channel impulse responses are then used to detect message-carrying data symbols adjacent to the training sequence.
  • a CDMA radio data block executes an alternating sequence of a channel measurement step and a message data detection step (based on the result of the channel measurement step).
  • a disadvantage of both known methods is that the use of training sequences or pilot signals reduces the maximum transmission rate of information (hereinafter referred to as the information rate) that can be achieved with CDMA data transmission.
  • information to be transmitted means all data symbols that are not specifically provided for the purpose of channel estimation in the transmitted signal. Accordingly, the information to be transmitted also includes in particular the message to be transmitted.
  • the invention has for its object to provide a method for estimating channel parameters of a radio channel, which enables a high information rate in CDMA multiple access systems.
  • An essential advantage of the method according to the invention is that by using data symbols of the data signal to be transmitted that are unknown a priori for the channel estimation, the amount of special data symbols that must be inserted into the data signal to be transmitted specifically for the purpose of channel estimation is used ( training sequences, pilot signal), can be reduced or that no such special data is required at all. be done. The transmission capacity thus freed up can be used to increase the information rate.
  • the estimated channel parameters can be determined solely from the data symbols of the data signal to be transmitted that are unknown a priori to the receiver. Another possibility is to continue to use special data symbols (training sequences, pilot signal) provided for this purpose for the estimation of the channel parameters.
  • special data symbols training sequences, pilot signal
  • an optimal compromise can be made between the inexpensive but inexpensive (conventional) channel estimation by means of special data symbols, and the channel estimation based on the invention, which is unknown to the receiver and may be more complex but allows a higher information rate Data symbols can be found.
  • a “hybrid" channel estimation according to the invention can be implemented in such a way that first a rough estimation of the channel parameters takes place in a conventional manner (using training sequences or a pilot signal) and the channel parameters are subsequently re-estimated to achieve higher accuracy using the channel estimation according to the invention.
  • a first embodiment of the method according to the invention is characterized in that the data symbols of the data signal to be transmitted which are unknown a priori to the receiver are data symbols carrying control information.
  • data symbols carrying control information are data symbols, the coding information (for example the code rate used in the channel coding for the channel coding or the spreading factor used in the spread coding), information relating to the cellular structure of the mobile radio network (for example the frequency ranges of the neighboring base stations), general Information about the available services or similar information intended to control or monitor the mobile radio system contain.
  • This control information is a priori unknown to the recipient (which is why it is communicated to him), but is usually constant (at least over a longer period of time) and is emitted in constant repetition, so that it is known to the recipient after an initial detection . They can then be used according to the usual procedure for a channel estimation, ie the channel estimator determines the estimated channel parameters by correlating these data symbols carrying the control information of the received, subscriber-specific, separated data signal with the data symbols of the receiver to be transmitted which have become known to the receiver Data signal.
  • a second embodiment of the method according to the invention is characterized in that the data symbols of the data signal to be transmitted which are unknown a priori to the receiver are data symbols carrying messages.
  • Sequences of message-bearing data symbols usually have no special regularities or repetitions.
  • a preferred procedure for channel estimation using message-bearing data symbols is characterized in that the channel estimator determines the estimated channel parameters by correlating message-bearing data symbols of the received, subscriber-specific, separated data signal with hypotheses of the corresponding message-bearing data symbols of the data signal to be transmitted, ascertained by data detection. In this embodiment, no knowledge of the data symbols to be transmitted is required on the receiver side.
  • the channel parameters can be estimated in an iterative manner by using channel parameters which were determined when the channel was estimated earlier in order to determine the hypotheses of the message-carrying data symbols of the data signal to be transmitted.
  • the channel estimation according to the invention takes place on the basis of subscriber-specific (ie CDMA) coded data symbols, the CDMA code used has a considerable influence on the effort required and the quality of the channel estimation.
  • a Frank Fadoff-Chu sequence a Frank sequence or a polyphase sequence is preferably used as the CDMA code sequence.
  • These sequences have an ideal pulse-shaped periodic autocorrelation function (PAKF) (and are therefore also referred to below as sequences with "perfect" PAKF).
  • Kasami sequences are characterized by a PAKF and PKKF (periodic cross-correlation function) with good (but not perfect) correlation properties.
  • the algorithm of the signal-matched filtering is preferably used for the channel estimation.
  • the MF channel estimation is extremely cost-effective and has the advantage that it has a maximum signal-to-noise ratio at its output. However, it is only free from systematic estimation errors if the sequences on which the estimation is based of message-carrying (CDMA-decoded) data symbols of the received data signal have ideal correlation properties. Since the above-mentioned complex CDMA code sequences have a perfect PAKF, they are particularly suitable for MF channel estimation.
  • a mean channel parameter can expediently be calculated from a plurality of (N) channel parameters. This is particularly favorable when the transmission properties of the mobile radio channel change only comparatively slowly, which is the case, for example, with a stationary mobile station in an obstacle-free (rural) radio wave propagation area.
  • interpolated M interpolated channel parameters are determined between two successive channel estimates.
  • the determination of interpolated channel parameters can be advantageous, for example, in the case of a rapidly moving mobile station in areas which are unfavorable for wave propagation (e.g. cities), since under these conditions the transmission properties of the mobile radio channel change quickly and additional channel parameter values are required which are cost-effective due to interpolation (without implementation) a channel estimate) can be generated.
  • Figure 1 is a schematic representation of the air interface of a mobile radio system.
  • FIG. 2 shows a block diagram of a transmission device
  • 3 shows a block diagram of a CDMA spreading code encoder and an example of a spread-coded data symbol generated therewith; 4 shows a schematic representation of the structure of a CDMA message data block;
  • Fig. 5 is a block diagram of a receiver device
  • FIG. 6 shows a structural representation of the channel estimator shown in FIG. 5.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the air interface of a cellular mobile radio system.
  • Bidirectional communication connections can be set up between three mobile stations MSI, MS2, MS3 assigned to individual subscribers and a common base station BS.
  • the respective transmission behavior of the air interface is described by the three radio channels K1, K2, K3.
  • the communication connections between the base station BS (connected to a long-distance communication network) and the mobile stations MSI, MS2, MS3 are subject to a multipath propagation, which is caused by reflections, for example, on buildings or
  • MS3 or BS overlap the signal components of the different propagation paths of a subscriber signal as a function of time. As a result, the transmission properties of the radio channels K1, K2, K3 change continuously.
  • the subscriber separation carried out in the receiver devices of the mobile stations MSI, MS2, MS3 or the base station BS is carried out by one of the known CDMA
  • FH Frequency Hopping: Frequency jump-
  • MC- multicarrier code: multi-carrier-
  • DS- direct sequencing-
  • the transmission device BSS contains control means SES with a storage device PLC, modulation means MOD and a high-frequency transmission stage HFS.
  • the modulation means MOD are supplied with data symbols x which are intended for a specific mobile station MSI or MS2 or MS3 of a specific subscriber.
  • the message-carrying data symbols x contain the voice message to be transmitted.
  • a first (optional) data processing device DATS of the modulation means MOD the message-carrying data symbols x are brought into a data structure suitable for radio transmission.
  • This step includes, for example, error protection by channel coding (i.e. adding redundancy) and interleaving (i.e. deliberately changing the data symbol sequence) of the message-carrying data symbols x.
  • data symbols s carrying control information can be generated and added to the data symbols carrying messages.
  • the data symbols x which may be channel-coded and interleaved are referred to as d below.
  • a data block is subsequently formed in a block former BS of the modulation means MOD.
  • Different types of data blocks are usually used.
  • the sequence of data symbols d is first divided into sequences with because NS divides data symbols d.
  • the number NS is communicated to the block builder BS by the control means SES.
  • a training sequence of data symbols z known a priori by the receiver and optionally further data symbols are added to the sequences of data symbols d carrying messages.
  • the resulting block structure will be explained later in connection with FIG. 4.
  • control information For the transmission of control information, other data blocks, possibly constructed in a similar manner, can be formed which contain the data symbols s carrying control information.
  • Data symbols d, s which carry messages and carry control information can also be present together in one data block.
  • At least the message-carrying data symbols d (usually also the control information-carrying data symbols s and other data symbols such as z) are subjected to a subscriber-specific spreading coding in a spreading code encoder SPRZCOD of the modulation means MOD.
  • the spreading code sequence C used for this purpose is also stored in the memory device SPS and is communicated by this to the spreading code encoder SPRZCOD.
  • FIG. 3 shows a block diagram of the CDMA spreading code encoder SPRZCOD, as can be used in the modulation means MOD in the case of DS-CDMA coding.
  • the elements c (i) are also referred to below as chips c (i) of the code sequence C and L is referred to as the length of the code sequence C. It is assumed that the duration of a chip c (i) is shorter than the duration of a data symbol d (or s or z).
  • the number Q of chips c (i) per data symbol d is 8.
  • the CDMA-coded message-carrying data symbol d c (i) is also referred to in the following in simplified form as d c .
  • s c or z c denotes a spread-coded data symbol carrying control information or a spread-coded data symbol of the training sequence.
  • the spread-coded data symbols available at the output of the modulation means MOD are fed to the high-frequency transmission stage HFS, where they are converted into an analog signal, modulated onto a carrier and emitted as a radio wave.
  • a message data block used in the method according to the invention can, but need not, be different from CDMA message data blocks, as are already used in conventional methods for channel estimation.
  • the structure of the message data block shown here as an example is practically identical to that of a conventional CDMA transmission used data block, ie it consists of a first sequence SI of NS message-carrying data symbols d c , a training sequence TR from the receiver known a priori data symbols z c , a second sequence S2 of NS message-carrying data symbols d c and one ending the data block Protection sequence GP.
  • the method according to the invention is based on the fact that the message-carrying data symbols d c of the sequences SI, S2 are at least partially used for the channel estimation on the receiver side.
  • message data blocks with a significantly smaller number of data symbols z c specially provided for the channel estimation can be used in the training sequence TR than in the case of conventionally used message data blocks.
  • the training sequence TR (or a pilot signal or the like) can even be dispensed with entirely.
  • the number 2NS of message-carrying data symbols d c can be increased and a comparatively high information rate can thus be achieved.
  • the total time period of a data block can be approximately 0.5 ms.
  • a data block can contain a total of approximately 150 data symbols, for example.
  • the receiver device MSE contains control means SEE with a storage device SPE, demodulation means DMOD with a spreading code decoder SPRZDECOD, a channel estimator KS, a data detector DD and a data processing device DATE as well as a high frequency reception stage HFE.
  • the high-frequency receiving stage HFE receives the radio wave emitted by the transmitting device BSS via an antenna and converts it into an analog received signal in the usual way by down-watching.
  • the analog received signal is digitized in a manner not shown by an analog / digital converter with a sufficiently high sampling rate, at least corresponding to the chip rate, and bandwidth-limited by means of a downstream digital filter.
  • the digital, spread-coded received signal obtained in this way is supplied to the spread-code decoder SPRZDECOD of the demodulator means DMOD.
  • the spreading code decoder SPRZDECOD separates the subscriber signals, which requires knowledge of the spreading code sequence C used on the transmitter side as well as synchronization with the spreading code encoder SPRZCOD on the transmitter side.
  • the spreading code sequence C used by the transmitter i.e. the subscriber-specific CDMA code
  • the spreading code sequence C used by the transmitter is stored in the storage device SPE on the receiving side. It is either predefined or is negotiated every time the call is started between the base station BS and the mobile station MSI, MS2, MS3, i.e. selected from a plurality of code sequences C stored in the storage device SPE.
  • the spreading code decoder SPRZDECOD can be identical to this in the case of the spreading code encoder SPRZCOD shown in FIG. it can also consist of a multiplier that multiplies the incoming digital, spread-coded received signal by the associated spread code sequence C.
  • the spread code sequence C used for the spread coding / decoding is discussed below.
  • Particularly suitable code sequences C have good correlation properties.
  • a subscriber-separated digital reception signal is available at the output of the spreading code decoder SPRZDECOD. This contains, among other things, the disturbed versions d, s and z of the data symbols d carrying messages, data symbols s carrying control information and data symbols z of the training sequence TR.
  • the subscriber-separated digital reception signal is fed to a data detector DD.
  • a data detector DD In the case of a channel estimation using message-carrying data symbols, at least some of the data symbols d are supplied, and in the case of a channel estimation using data symbols carrying control information, at least some of the data symbols s are supplied to the channel estimator KS. If available, the data symbols z of the training sequence TR, which are provided specifically for a channel estimation, are also supplied to the channel estimator KS.
  • the channel estimator KS accepts the data symbols d and / or s and, where appropriate, z provided for the channel estimation.
  • the channel estimator KS has a knowledge of the supplied part of the (“disturbed”) data symbols d and / or s and possibly z nis ready via the associated (“undisturbed") data symbols d, s, z.
  • the channel estimator uses a computing algorithm to calculate current channel parameters h1, h2, ... of the mobile radio channel K1 or K2 or K3. With each channel estimation, the determined current channel parameters h1, h2, ... are output at an output A of the channel estimator KS.
  • the knowledge at the input K about the data symbols d, s, z to be transmitted is of a different nature.
  • data symbols carrying control information s are to contribute to the channel estimation, they are initially not known to the channel estimator KS (ie a priori), but can be determined quickly (also due to a frequently small supply of values) and are then until they change sent out repeatedly, known at least for a while. Precise knowledge is therefore available after a short time with regard to the data symbols s. This is thus made up of the received data signal and possibly additional
  • the channel estimator KS is provided with hypothetical knowledge H (d) of the message-carrying data symbols d to be transmitted, which is essentially generated solely from the received data signal.
  • H (d) can be generated by an iterative channel estimation and data detection process.
  • hl previously estimated in the channel estimator KS, h2
  • ... is calculated by means of the data detector DD with regard to data symbols d that are currently running ⁇ and hypotheses of the data symbols d to be transmitted that are the basis of the data symbols d that are currently arriving, and then these hypotheses of d the channel estimator KS as (hypothetical)
  • the channel estimator KS can optionally have a priori knowledge, for example, of known properties E (h) of the channel impulse response h or of known properties E (n) of the interference n occurring in the mobile radio channel for the estimation of the channel parameters hl, h2,. .. to provide.
  • the received data signal for estimating the channel parameters according to the invention is subjected to a double correlation (once with the code sequence C for subscriber separation and once with the knowledge regarding d and / or s and possibly z).
  • the algorithms described in the book by P. Jung mentioned in chapter 5.2.3 on pages 201-206 can be used to estimate the channel parameters hl, h2, ... (ie the channel impulse response h). These algorithms are the subject of the present application by reference. These are the algorithms for signal-adapted filtering, the Gaussian estimate, the ML estimate and the MAP estimate.
  • the estimated channel parameters h1, h2, ... (channel impulse response h) are fed to the data detector DD. This determines by folding the received disturbed versions d (possibly s, z) with the current channel impulse response h (parameterized by the channel parameters hl, h2, ...)
  • Estimated data symbols d (possibly s, z) for the data symbols d to be transmitted (possibly s, z).
  • the block structure (see FIG. 4) must also be taken into account, i.e. A distinction must be made as to which of the estimated data symbols d relate to data symbols d carrying messages and which of the estimated data symbols relate to other information.
  • corresponding data about the block structure used (including the sequence length NS) are stored in the storage means SPE and are communicated to the demodulator DMOD.
  • the estimated data symbols d for the message-carrying data symbols d are fed to the (optional) data processing device DATE.
  • the processing steps carried out in the transmitting data processing device DATS are essentially reversed, i.e. deinterleaving and channel decoding take place.
  • the data symbols which have been deinterleaved and decoded in DATE are designated by x and are the estimates of the data symbols x in Fig. 2 (i.e. the detection result of the receiving device MSE).
  • the channel estimation can be carried out continuously (ie without a break) or at discrete times.
  • the time period between two successive channel estimates and also the time period of the individual channel estimates can be adapted to the current circumstances.
  • a comparatively long period of time (approximately 3 ms) can be set between two successive channel estimates, while in the case of a fast one variable mobile radio channel a short period of time (about 0.3 ms) between two successive channel estimates can be set.
  • the duration of a single channel estimate can be, for example, 50 to 80 times a chip duration (it does not have to be a multiple of the symbol duration).
  • the channel parameters hl, h2, ... can be calculated in each case.
  • the latter can be advantageous, for example, if instead of a long-lasting channel estimate with high accuracy, many short-term channel estimates are carried out with a correspondingly lower accuracy, then by choosing a suitable number of channel estimates for the averaging (for example 2 to 5), channel-optimized optimization is always carried out between the accuracy of the estimation result (ie the result of the averaging) and the repetition rate of the averaging can be realized.

Abstract

The invention relates to a method for estimating channel parameters of a mobile radio telephone channel in which a subscriber-specific code is impressed upon a data signal to be transmitted. The data signal coded in such a subscriber-specific manner is transmitted over a radio channel and is received by a receiver. The receiver, using knowledge of the code, obtains a subscriber-separated data signal and delivers said signal to a channel estimator. The channel estimator determines the channel parameters of the radio channel and uses data symbols therefore whose corresponding transmitted data symbols are unknown to said channel estimator.

Description

Beschreibung description
VERFAHREN ZUR BLINDEN SCHÄTZUNG VON KANALPARAMETERNMETHOD FOR THE BLIND ESTIMATION OF CHANNEL PARAMETERS
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schätzung von Kanalparametern eines zur Übertragung einer Nachricht genutzten Funkkanals eines Mobilfunksystems nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for estimating channel parameters of a radio channel of a mobile radio system used for the transmission of a message according to the preamble of claim 1.
Bei der Übertragung von Daten über einen Mobilfunkkanal treten besondere Schwierigkeiten auf, die zum einen damit zusammenhängen, daß sich die Übertragungseigenschaften des Mobilfunkkanals zeitlich ständig ändern und denen zum anderen zugrunde liegt, daß der Mobilfunkkanal für eine möglichst große Anzahl von Teilnehmern gleichzeitig nutzbar sein soll.In the transmission of data via a mobile radio channel, particular difficulties arise which, on the one hand, are related to the fact that the transmission properties of the mobile radio channel change continuously over time and, on the other hand, are based on the fact that the mobile radio channel should be usable simultaneously for as large a number of subscribers as possible.
Die ständige Änderung der Übertragungseigenschaften des Mo- bilfunkkanals macht es erforderlich, daß ein Empfänger (zusätzlich zum Empfang der gesendeten Datensignale) fortwährend die aktuellen Übertragungseigenschaften des Mobilfunkkanals ermitteln muß, um eine Detektion der empfangenen Datensignale zu ermöglichen. Dies gilt sowohl für die Übertragungsstrecke von einer Mobilstation zu einer Basisstation (Aufwärtsstrek- ke) als auch für die Übertragungsstrecke von einer Basissta- tion zu einer Mobilstation (Abwärtsstrecke) . Die Ermittlung der Übertragungseigenschaften des Mobilfunkkanals erfolgt über einen im Empfänger vorhandenen sogenannten Kanalschätzer.The constant change in the transmission properties of the mobile radio channel makes it necessary for a receiver (in addition to receiving the transmitted data signals) to continuously determine the current transmission properties of the mobile radio channel in order to enable detection of the received data signals. This applies both to the transmission link from a mobile station to a base station (uplink) and to the transmission link from a base station to a mobile station (downlink). The transmission properties of the mobile radio channel are determined using a channel estimator present in the receiver.
Die gemeinsame Nutzung eines Mobilfunkkanals durch eine Mehrzahl von Teilnehmern wird durch Vielfachzugriffsverfahren geregelt. Neben den bekannten TDMA- (Time Division Multiple Access: Zeitmultiplex-) und FDMA- (Frequency Division Multiple Access: Frequenzmultiplex- ) Verfahren, bei denen die Teilneh- mer in getrennte, teilnehmerspezifische Zeitintervalle bzw.The shared use of a mobile radio channel by a plurality of subscribers is regulated by multiple access methods. In addition to the well-known TDMA (Time Division Multiple Access: time division multiplex) and FDMA (Frequency Division Multiple Access: frequency division multiplex) methods, in which the participants are separated into separate, participant-specific time intervals or
Frequenzsubbänder verwiesen werden, haben in den letzten Jahren CDMA- (Code Division Multiple Access: Codemultiplex- ) Ver- fahren wesentlich an Bedeutung gewonnen. Bei CDMA-Verfahren wird jedem zu übertragenden Datensymbol ein teilnehmerspezi- fischer Code aufgeprägt, der das ausgesendete Datensymbol gleichsam in Art eines Fingerabdrucks von ausgesendeten Da- tensymbolen anderer Teilnehmer unterscheidbar (und damit de- tektierbar) macht.Frequency sub-bands have been referenced in recent years CDMA (Code Division Multiple Access: Code Division Multiplex) driving gained significantly in importance. In the CDMA method, a subscriber-specific code is embossed on each data symbol to be transmitted, which code makes the transmitted data symbol distinguishable (and thus detectable) from transmitted data symbols of other participants, as it were, in the manner of a fingerprint.
Ein erstes bekanntes Verfahren zur Kanalschätzung bei CDMA- Übertragungssystemen ist in dem Buch "Analyse und Entwurf di- gitaler Mobilfunksysteme" von P. Jung, Stuttgart, B.G. Teub- ner, 1997 im Kapitel 6.3 und dort insbesondere auf den Seiten 253 (Aufwärtsstrecke) und 261 (Abwärtsstrecke) beschrieben. Die Kanalschätzung erfolgt anhand sogenannter Lern- oder Trainingssequenzen, die senderseitig zusätzlich zu den nach- richtentragenden Sequenzen als Mittambeln (d.h. in der Mitte eines Datenblocks) in einem CDMA-Funkdatenblock integriert werden. Die Symbolabfolge der Trainingssequenz ist dem emp- fängerseitig vorgesehenen Kanalschätzer bekannt. Der Kanal- schätzer ermittelt bei jedem Empfang einer ("gestörten") Trainingssequenz anhand des Vergleichs mit der ihm bekannten gesendeten ("ungestörten") Trainingssequenz die Kanalparameter in Form der Kanalimpulsantworten . Die ermittelten Kanalimpulsantworten werden dann verwendet, um nachrichtentragende Datensymbole benachbart der Trainingssequenz zu detek- tieren. Im Ergebnis wird durch einen derartigen Aufbau eines CDMA-Funkdatenblocks eine alternierende Abfolge aus einem Kanalmeßschritt und einem (auf dem Ergebnis des Kanalmeßschrittes beruhenden) Nachrichtendaten-Detektionsschritt ausgeführt .A first known method for channel estimation in CDMA transmission systems is in the book "Analysis and Design of Digital Mobile Radio Systems" by P. Jung, Stuttgart, B.G. Teubner, 1997 in chapter 6.3 and there described in particular on pages 253 (upward stretch) and 261 (downward stretch). The channel estimation is based on so-called learning or training sequences, which are integrated in the CDMA radio data block in addition to the message-carrying sequences as middle messages (i.e. in the middle of a data block). The symbol sequence of the training sequence is known to the channel estimator provided on the receiver side. Each time a ("disturbed") training sequence is received, the channel estimator determines the channel parameters in the form of the channel impulse responses on the basis of a comparison with the transmitted ("undisturbed") training sequence known to it. The determined channel impulse responses are then used to detect message-carrying data symbols adjacent to the training sequence. As a result, such an arrangement of a CDMA radio data block executes an alternating sequence of a channel measurement step and a message data detection step (based on the result of the channel measurement step).
Eine andere bekannte Möglichkeit der Kanalschätzung bei einem CDMA-ÜbertragungsSystem ist in dem Buch "CDMA" von A.J. Vi- terbi , Edison- esley Publishing Company, 1995 auf den Seiten 87-92 (für die Abwärtsstrecke) beschrieben. Hier überlagert die sendende Basisstation den teilnehmerspezifisch CDMA-co- dierten Teilnehmersignalen ein kontinuierliches und für alle Mobilstationen (d.h. Teilnehmer) gemeinsames Pilotsignal. Das gemeinsame Pilotsignal weist den konstanten Datensymbol- wert 1 auf. Dem Pilotsignal ist ein spezieller Pilotcode aufgeprägt, der jedem Teilnehmer bekannt ist. Jeder Teilnehmer empfängt fortlaufend das ihm zugeordnete, teilnehmerspezifisch codierte Teilnehmersignal sowie das gemeinsame Pilotsignal und ermittelt anhand des Pilotsignals die aktuellen Werte der Kanalparameter (in der angegebenen Textstelle sind dies die relativen Werte für die Amplitude oti und die Phase φi der Mobilfunkkanal-Übertragung) .Another known way of channel estimation in a CDMA transmission system is described in the book "CDMA" by AJ Viterbi, Edisonley Publishing Company, 1995 on pages 87-92 (for the downlink). Here the sending base station superimposes a subscriber-specific CDMA-encoded subscriber signals on a continuous pilot signal that is common to all mobile stations (ie subscribers). The common pilot signal has the constant data symbol value 1. A special pilot code, which is known to every participant, is stamped on the pilot signal. Each subscriber continuously receives the subscriber-specific coded subscriber signal as well as the common pilot signal and uses the pilot signal to determine the current values of the channel parameters (in the text given these are the relative values for the amplitude oti and the phase φi of the mobile radio channel transmission).
Bei beiden bekannten Verfahren ist nachteilig, daß die Verwendung von Trainingssequenzen bzw. Pilotsignalen die maximale Übertragungsrate von Information (im folgenden als Informationsrate bezeichnet), die bei einer CDMA-Datenübertragung erzielbar ist, reduziert.A disadvantage of both known methods is that the use of training sequences or pilot signals reduces the maximum transmission rate of information (hereinafter referred to as the information rate) that can be achieved with CDMA data transmission.
Mit zu übertragende "Information" sind in diesem Zusammenhang alle Datensymbole gemeint, die nicht eigens zum Zwecke der Kanalschätzung in dem gesendeten Signal vorgesehen sind. Demzufolge umfaßt die zu übertragende Information insbesondere auch die zu übertragende Nachricht.In this context, “information” to be transmitted means all data symbols that are not specifically provided for the purpose of channel estimation in the transmitted signal. Accordingly, the information to be transmitted also includes in particular the message to be transmitted.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Schätzung von Kanalparametern eines Funkkanals anzugeben, das bei CDMA-Vielfachzugriffssystemen eine hohe Informationsrate ermöglicht .The invention has for its object to provide a method for estimating channel parameters of a radio channel, which enables a high information rate in CDMA multiple access systems.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.The object is solved by the features of claim 1.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß durch die Heranziehung von dem Empfänger a- priori unbekannten Datensymbolen des zu übertragenden Daten- signals zur Kanalschätzung die Menge an speziellen Datensymbolen, die eigens zum Zwecke der Kanalschätzung in das zu übertragende Datensignal eingefügt werden müssen (d.h. Trai- ningssequenzen, Pilotsignal) , reduziert werden kann oder daß sogar überhaupt keine derartigen speziellen Daten mehr benö- tigt werden. Die dadurch frei gewordene Übertragungskapazität kann zur Erhöhung der Informationsrate genutzt werden.An essential advantage of the method according to the invention is that by using data symbols of the data signal to be transmitted that are unknown a priori for the channel estimation, the amount of special data symbols that must be inserted into the data signal to be transmitted specifically for the purpose of channel estimation is used ( training sequences, pilot signal), can be reduced or that no such special data is required at all. be done. The transmission capacity thus freed up can be used to increase the information rate.
Grundsätzlich können die geschätzten Kanalparameter allein aus den dem Empfänger a-priori unbekannten Datensymbolen des zu übertragenden Datensignals ermittelt werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, für die Schätzung der Kanalparameter auch weiterhin zu diesem Zweck vorgesehene spezielle Datensymbole (Trainingssequenzen, Pilotsignal) heranzuziehen. Bei einer derartigen "hybriden" Kanalschätzung kann ein optimaler Kompromiß zwischen der aufwandsgünstigen aber Informa- tionsraten-vermindernden (herkömmlichen) KanalSchätzung mittels spezieller Datensymbole und der gegebenenfalls aufwendigeren aber eine höhere Informationsrate erlaubenden (erfin- dungsgemäßen) Kanalschätzung anhand der dem Empfänger a- priori unbekannten Datensymbole gefunden werden. Beispielsweise kann eine erfindungsgemäße "hybride" Kanalschätzung derart realisiert sein, daß zunächst eine Grobschätzung der Kanalparameter in herkömmlicher Weise (anhand von Trainings- Sequenzen oder eines Pilotsignals) erfolgt und die Kanalparameter nachfolgend zur Erzielung einer höheren Genauigkeit mittels der erfindungsgemäßen Kanalschätzung nachgeschätzt werden .In principle, the estimated channel parameters can be determined solely from the data symbols of the data signal to be transmitted that are unknown a priori to the receiver. Another possibility is to continue to use special data symbols (training sequences, pilot signal) provided for this purpose for the estimation of the channel parameters. In the case of such a “hybrid” channel estimation, an optimal compromise can be made between the inexpensive but inexpensive (conventional) channel estimation by means of special data symbols, and the channel estimation based on the invention, which is unknown to the receiver and may be more complex but allows a higher information rate Data symbols can be found. For example, a "hybrid" channel estimation according to the invention can be implemented in such a way that first a rough estimation of the channel parameters takes place in a conventional manner (using training sequences or a pilot signal) and the channel parameters are subsequently re-estimated to achieve higher accuracy using the channel estimation according to the invention.
Eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kennzeichnet sich dadurch, daß es sich bei den dem Empfänger a-priori unbekannten Datensymbolen des zu übertragenden Datensignals um Steuerinformation-tragende Datensymbole handelt. Als Beispiel für Steuerinformation-tragende Datensym- bole seien Datensymbole genannt, die Codierinformation (beispielsweise die senderseitig bei der Kanalcodierung verwendete Coderate oder den bei der Spreizcodierung verwendeten Spreizfaktor) , Informationen betreffend des zellularen Aufbaus des Mobilfunknetzes (beispielsweise die Frequenzbereiche der benachbarten Basisstationen) , allgemeine Informationen über die verfügbaren Dienste oder ähnliche zur Steuerung oder Überwachung des Mobilfunksystems vorgesehene Informationen enthalten. Diese Steuerinformationen sind dem Empfänger zwar a-priori unbekannt (weswegen sie ihm mitgeteilt werden) , sind jedoch in der Regel (zumindest über einen längeren Zeitraum) konstant und werden in ständiger Wiederholung ausgesendet, so daß sie nach einer Erstdetektion in dem Empfänger diesem bekannt sind. Sie können dann gemäß der üblichen Vorgehensweise bei einer Kanalschätzung verwendet werden, d.h. der Kanal- Schätzer ermittelt die geschätzten Kanalparameter durch Korrelation dieser Steuerinformation-tragenden Datensymbole des empfangenen, teilnehmerspezifisch separierten Datensignals mit den dem Empfänger "bekannt gewordenen" Steuerinformation- tragenden Datensymbolen des zu übertragenden Datensignals .A first embodiment of the method according to the invention is characterized in that the data symbols of the data signal to be transmitted which are unknown a priori to the receiver are data symbols carrying control information. An example of data symbols carrying control information are data symbols, the coding information (for example the code rate used in the channel coding for the channel coding or the spreading factor used in the spread coding), information relating to the cellular structure of the mobile radio network (for example the frequency ranges of the neighboring base stations), general Information about the available services or similar information intended to control or monitor the mobile radio system contain. This control information is a priori unknown to the recipient (which is why it is communicated to him), but is usually constant (at least over a longer period of time) and is emitted in constant repetition, so that it is known to the recipient after an initial detection . They can then be used according to the usual procedure for a channel estimation, ie the channel estimator determines the estimated channel parameters by correlating these data symbols carrying the control information of the received, subscriber-specific, separated data signal with the data symbols of the receiver to be transmitted which have become known to the receiver Data signal.
Eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kennzeichnet sich dadurch, daß es sich bei den dem Empfänger a-priori unbekannten Datensymbolen des zu übertragenden Datensignals um nachrichtentragende Datensymbole handelt.A second embodiment of the method according to the invention is characterized in that the data symbols of the data signal to be transmitted which are unknown a priori to the receiver are data symbols carrying messages.
Folgen von nachrichtentragenden Datensymbolen weisen übli- cherweise keine besonderen Regelmäßigkeiten oder Wiederholungen auf. Eine bevorzugte Vorgehensweise der Kanalschätzung unter Verwendung nachrichtentragender Datensymbole kennzeichnet sich dadurch, daß der Kanalschätzer die geschätzten Kanalparameter durch Korrelation von nachrichtentragenden Da- tensymbolen des empfangenen, teilnehmerspezifisch separierten Datensignals mit durch Datendetektion ermittelten Hypothesen der entsprechenden nachrichtentragenden Datensymbole des zu übertragenden Datensignals ermittelt. Bei dieser Ausführungsform ist keine empfängerseitige Kenntnis der zu übertra- genden Datensymbole erforderlich. Die Schätzung der Kanalparameter kann auf iterativer Weise erfolgen, indem zur Ermittlung der Hypothesen der nachrichtentragenden Datensymbole des zu übertragenden Datensignals Kanalparameter herangezogen werden, die bei einer früher erfolgten Kanalschätzung ermit- telt wurden. Da die erfindungsgemäße Kanalschätzung anhand von teilnehmerspezifisch (d.h. CDMA-) codierten Datensymbolen erfolgt, hat der verwendete CDMA-Code einen erheblichen Einfluß auf den erforderlichen Aufwand und die Qualität der Kanalschätzung. Im Falle eines komplexwertigen CDMA-Codes wird vorzugsweise als CDMA-Codefolge eine Frank-Fadoff-Chu-Folge, eine Frank- Folge oder eine Polyphasen-Folge eingesetzt. Diese Folgen weisen eine ideal impulsförmige periodische Autokorrelationsfunktion (PAKF) auf (und werden im folgenden daher auch als Folgen mit "perfekter" PAKF bezeichnet) .Sequences of message-bearing data symbols usually have no special regularities or repetitions. A preferred procedure for channel estimation using message-bearing data symbols is characterized in that the channel estimator determines the estimated channel parameters by correlating message-bearing data symbols of the received, subscriber-specific, separated data signal with hypotheses of the corresponding message-bearing data symbols of the data signal to be transmitted, ascertained by data detection. In this embodiment, no knowledge of the data symbols to be transmitted is required on the receiver side. The channel parameters can be estimated in an iterative manner by using channel parameters which were determined when the channel was estimated earlier in order to determine the hypotheses of the message-carrying data symbols of the data signal to be transmitted. Since the channel estimation according to the invention takes place on the basis of subscriber-specific (ie CDMA) coded data symbols, the CDMA code used has a considerable influence on the effort required and the quality of the channel estimation. In the case of a complex-value CDMA code, a Frank Fadoff-Chu sequence, a Frank sequence or a polyphase sequence is preferably used as the CDMA code sequence. These sequences have an ideal pulse-shaped periodic autocorrelation function (PAKF) (and are therefore also referred to below as sequences with "perfect" PAKF).
Bei Verwendung eines binären teilnehmerspezifischen CDMA- Codes ist der Einsatz einer Kasami-Folge als CDMA-Codefolge vorteilhaft. Kasami-Folgen zeichnen sich durch eine PAKF und PKKF (periodische Kreuzkorrelationsfunktion) mit guten (aber nicht perfekten) Korrelationseigenschaften aus.When using a binary subscriber-specific CDMA code, it is advantageous to use a Kasami sequence as a CDMA code sequence. Kasami sequences are characterized by a PAKF and PKKF (periodic cross-correlation function) with good (but not perfect) correlation properties.
Vorzugsweise wird für die Kanalschätzung der Algorithmus der signalangepaßten Filterung (sog. Matched Filter: MF) verwen- det . Die MF-Kanalschätzung ist ausgesprochen aufwandsgünstig durchführbar und hat den Vorteil, daß sie ein maximales Signal-Stör-Verhältnis an ihrem Ausgang aufweist. Sie ist allerdings nur dann frei von systematischen Schätzfehlem, wenn die der Schätzung zugrundeliegenden Folgen nachrichtentragen- der (CDMA-decodierter) Datensymbole des empfangenen Datensignals ideale Korrelationseigenschaften aufweisen. Da die vorstehend genannten komplexwertigen CDMA-Codefolgen eine perfekte PAKF aufweisen, sind sie für eine MF-Kanalschätzung besonders geeignet.The algorithm of the signal-matched filtering (so-called matched filter: MF) is preferably used for the channel estimation. The MF channel estimation is extremely cost-effective and has the advantage that it has a maximum signal-to-noise ratio at its output. However, it is only free from systematic estimation errors if the sequences on which the estimation is based of message-carrying (CDMA-decoded) data symbols of the received data signal have ideal correlation properties. Since the above-mentioned complex CDMA code sequences have a perfect PAKF, they are particularly suitable for MF channel estimation.
Bei Verwendung einer Gauß-Schätzung, einer ML-Schätzung oder einer MAP-Schätzung als Algorithmus für die Kanalschätzung werden systematische Schätzfehler selbst dann vermieden, wenn nicht ideal korrelierte Folgen von CDMA-decodierten Datensym- bolen (wie sie beispielsweise durch eine Spreizcodierung des zu übertragenden Datensignals mit einer Kasami -CDMA-Codefolge erzeugt werden) der Kanalschätzung zugrunde liegen. Zweckmäßigerweise kann aus mehreren (N) Kanalparametern ein gemittelter Kanalparameter berechnet werden. Dies ist besonders dann günstig, wenn sich die Übertragungseigenschaften des Mobilfunkkanals nur vergleichsweise langsam ändern, was z.B. bei einer stationären Mobilstation in einem hindernisfreien (ländlichen) Funkwellen-Ausbreitungsgebiet der Fall ist .When using a Gaussian estimate, an ML estimate or a MAP estimate as the algorithm for the channel estimate, systematic estimation errors are avoided even if not ideally correlated sequences of CDMA-decoded data symbols (such as, for example, by spreading coding the data to be transmitted Data signal are generated with a Kasami CDMA code sequence) on which the channel estimation is based. A mean channel parameter can expediently be calculated from a plurality of (N) channel parameters. This is particularly favorable when the transmission properties of the mobile radio channel change only comparatively slowly, which is the case, for example, with a stationary mobile station in an obstacle-free (rural) radio wave propagation area.
Eine andere bevorzugte Möglichkeit besteht darin, daß zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kanalschätzungen durch Interpolation M interpolierte Kanalparameter ermittelt werden. Die Ermittlung von interpolierten Kanalparametern kann beispielsweise bei einer schnell bewegten Mobilstation in für die Wellenausbreitung ungünstigen Gebieten (z.B. Städten) vorteilhaft sein, da sich bei diesen Bedingungen die Übertragungseigenschaften des Mobilfunkkanals schnell ändern und somit zusätzliche Kanalparameterwerte benötigt werden, die durch Interpolation aufwandsgünstig (ohne Durchführung einer Kanalschätzung) generiert werden können.Another preferred possibility is that interpolated M interpolated channel parameters are determined between two successive channel estimates. The determination of interpolated channel parameters can be advantageous, for example, in the case of a rapidly moving mobile station in areas which are unfavorable for wave propagation (e.g. cities), since under these conditions the transmission properties of the mobile radio channel change quickly and additional channel parameter values are required which are cost-effective due to interpolation (without implementation) a channel estimate) can be generated.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Further preferred embodiments of the invention are specified in the subclaims.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei- spiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert; in dieser zeigt:The invention is explained below using an exemplary embodiment with reference to the drawing; in this shows:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Luftschnittstelle eines Mobilfunksystems ;Figure 1 is a schematic representation of the air interface of a mobile radio system.
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Sendeeinrichtung;2 shows a block diagram of a transmission device;
Fig. 3 ein Blockschaltbild eines CDMA-Spreizcode-Codierers und ein Beispiel eines mit diesem erzeugten spreizcodierten Datensymbols ; Fig. 4 eine schematische Darstellung der Struktur eines CDMA-Nachrichtendatenblocks ;3 shows a block diagram of a CDMA spreading code encoder and an example of a spread-coded data symbol generated therewith; 4 shows a schematic representation of the structure of a CDMA message data block;
Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Empf ngereinrichtung; undFig. 5 is a block diagram of a receiver device; and
Fig. 6 eine strukturelle Darstellung des in Fig. 5 dargestellten Kanalschätzers .FIG. 6 shows a structural representation of the channel estimator shown in FIG. 5.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung die Luftschnitt- stelle eines zellularen Mobilfunksystems . Zwischen drei jeweils einzelnen Teilnehmern zugeordneten Mobilstationen MSI, MS2 , MS3 und einer gemeinsamen Basisstation BS können bidirektionale Kommunikationsverbindungen aufgebaut werden. Das jeweilige Übertragungsverhalten der Luftschnittstelle wird durch die drei Funkkanäle Kl, K2 , K3 beschrieben.1 shows a schematic representation of the air interface of a cellular mobile radio system. Bidirectional communication connections can be set up between three mobile stations MSI, MS2, MS3 assigned to individual subscribers and a common base station BS. The respective transmission behavior of the air interface is described by the three radio channels K1, K2, K3.
Die Kommunikationsverbindungen zwischen der (mit einem Fernkommunikationsnetz verbundenen) Basisstation BS und den Mobilstationen MSI, MS2 , MS3 unterliegen einer Mehrwegeausbrei- tung, die durch Reflexionen beispielsweise an Gebäuden oderThe communication connections between the base station BS (connected to a long-distance communication network) and the mobile stations MSI, MS2, MS3 are subject to a multipath propagation, which is caused by reflections, for example, on buildings or
Bepflanzungen zusätzlich zum direkten Ausbreitungsweg hervorgerufen wird. Geht man von einer Bewegung der Mobilstationen MSI, MS2, MS3 (relativ zu der ortsfesten Basisstation BS) aus, dann führt die Mehrwegeausbreitung zusammen mit weiteren Störungen dazu, daß bei der empfangenden Station MSI, MS2 ,Plantings in addition to the direct path of propagation. If one assumes a movement of the mobile stations MSI, MS2, MS3 (relative to the fixed base station BS), the multipath propagation together with further disturbances leads to the fact that the receiving station MSI, MS2,
MS3 bzw. BS sich die Signalkomponenten der verschiedenen Ausbreitungswege eines Teilnehmersignals zeitabhängig überlagern. Dies hat zur Folge, daß sich die Übertragungseigenschaften der Funkkanäle Kl, K2 , K3 fortwährend ändern.MS3 or BS overlap the signal components of the different propagation paths of a subscriber signal as a function of time. As a result, the transmission properties of the radio channels K1, K2, K3 change continuously.
Weiterhin tritt sowohl in der Aufwärts- als auch in der Abwärtsstrecke eine Überlagerung von mehreren Teilnehmersigna- len ein. Die in den Empfängereinrichtungen der Mobilstationen MSI, MS2 , MS3 bzw. der Basisstation BS vorgenommene Teil- nehmerseparierung erfolgt durch eines der bekannten CDMA-Furthermore, a superposition of several subscriber signals occurs both in the uplink and in the downlink. The subscriber separation carried out in the receiver devices of the mobile stations MSI, MS2, MS3 or the base station BS is carried out by one of the known CDMA
Verfahren, beispielsweise FH- (Frequency Hopping: Frequenz- sprung-) CDMA, MC- (Multicarrier Code: Mulriträger- ) CDMA oder DS-(Direct Sequencing- ) CDMA.Methods, for example FH (Frequency Hopping: Frequency jump-) CDMA, MC- (multicarrier code: multi-carrier-) CDMA or DS- (direct sequencing-) CDMA.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer beispielsweise in der Basisstation BS angeordneten Sendeeinrichtung BSS zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Sendeeinrichtung BSS enthält Steuermittel SES mit einer Speichereinrichtung SPS, Modulationsmittel MOD und eine Hochfrequenz- Sendestufe HFS .2 shows a block diagram of a transmission device BSS, for example arranged in the base station BS, for carrying out the method according to the invention. The transmission device BSS contains control means SES with a storage device PLC, modulation means MOD and a high-frequency transmission stage HFS.
Dem Modulationsmittel MOD werden nachrichtentragende Datensymbole x zugeführt, die für eine bestimmte Mobilstation MSI oder MS2 oder MS3 eines bestimmten Teilnehmers bestimmt sind. Die nachrichtentragenden Datensymbole x enthalten die zu übertragende Sprachnachricht.The modulation means MOD are supplied with data symbols x which are intended for a specific mobile station MSI or MS2 or MS3 of a specific subscriber. The message-carrying data symbols x contain the voice message to be transmitted.
In einer ersten (optionalen) Datenverarbeitungseinrichtung DATS des Modulationsmittels MOD werden die nachrichtentragenden Datensymbole x in eine für die Funkübertragung geeignete Datenstruktur gebracht. Dieser Schritt umfaßt beispielsweise eine Fehlersicherung durch eine Kanalcodierung (d.h. Hinzufügung von Redundanz) und eine Verschachtelung (d.h. gezieltes Verändern der Datensymbolreihenfolge) der nachrichtentragenden Datensymbole x. Ferner können Steuerinformation-tragende Datensymbole s erzeugt und den nachrichtentragenden Datensymbolen hinzugefügt werden.In a first (optional) data processing device DATS of the modulation means MOD, the message-carrying data symbols x are brought into a data structure suitable for radio transmission. This step includes, for example, error protection by channel coding (i.e. adding redundancy) and interleaving (i.e. deliberately changing the data symbol sequence) of the message-carrying data symbols x. Furthermore, data symbols s carrying control information can be generated and added to the data symbols carrying messages.
Die gegebenenfalls kanalcodierten und verschachtelten nachrichtentragenden Datensymbole x werden im folgenden mit d be- zeichnet.The data symbols x which may be channel-coded and interleaved are referred to as d below.
Nachfolgend wird in einem Blockbildner BS des Modulationsmittels MOD eine Datenblockbildung durchgeführt. Üblicherweise werden unterschiedliche Typen von Datenblöcken verwendet.A data block is subsequently formed in a block former BS of the modulation means MOD. Different types of data blocks are usually used.
Zur Bildung eines Nachrichtendatenblocks wird beispielsweise die Abfolge der Datensymbole d zunächst in Sequenzen mit je- weils NS Datensymbolen d unterteilt. Die Anzahl NS wird dem Blockbildner BS von dem Steuermittel SES mitgeteilt. Dann werden den Sequenzen nachrichtentragender Datensymbole d eine Trainingssequenz von dem Empfänger a-priori bekannten Daten- Symbolen z und gegebenenfalls weitere Datensymbole hinzugefügt. Die sich ergebende Blockstruktur wird später im Zusammenhang mit Fig. 4 erläutert.To form a message data block, for example, the sequence of data symbols d is first divided into sequences with because NS divides data symbols d. The number NS is communicated to the block builder BS by the control means SES. Then a training sequence of data symbols z known a priori by the receiver and optionally further data symbols are added to the sequences of data symbols d carrying messages. The resulting block structure will be explained later in connection with FIG. 4.
Zur Übertragung von Steuerinformationen können andere, ggf. in ähnlicher Weise aufgebaute Datenblöcke gebildet werden, die die Steuerinformation-tragenden Datensymbole s enthalten.For the transmission of control information, other data blocks, possibly constructed in a similar manner, can be formed which contain the data symbols s carrying control information.
Nachrichtentragende und Steuerinformation-tragende Datensymbole d, s können auch gemeinsam in einem Datenbiock vorlie- gen.Data symbols d, s which carry messages and carry control information can also be present together in one data block.
Zumindest die nachrichtentragenden Datensymbole d (üblicherweise auch die Steuerinformation-tragenden Datensymbole s und andere Datensymbole wie beispielsweise z) werden in einem Spreizcode-Codierer SPRZCOD des Modulationsmittels MOD einer teilnehmerspezifischen Spreizcodierung unterzogen. Die hierfür verwendete Spreizcodefolge C ist ebenfalls in der Speichereinrichtung SPS abgelegt und wird von dieser dem Spreizcode-Codierer SPRZCOD mitgeteilt.At least the message-carrying data symbols d (usually also the control information-carrying data symbols s and other data symbols such as z) are subjected to a subscriber-specific spreading coding in a spreading code encoder SPRZCOD of the modulation means MOD. The spreading code sequence C used for this purpose is also stored in the memory device SPS and is communicated by this to the spreading code encoder SPRZCOD.
Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild des CDMA-Spreizcode-Codierers SPRZCOD, wie er bei einer DS-CDMA-Codierung in dem Modulationsmittel MOD verwendet werden kann. Die Spreizcodierung wird hier am Beispiel eines nachrichtentragenden Datensymbols d erläutert. Dieses wird durch Multiplikation mit der den Spreizcode repräsentierenden periodischen Codefolge C der Elemente c(i), i = 1, 2, ... , L bewirkt. Die Elemente c(i) werden im folgenden auch als Chips c(i) der Codefolge C bezeichnet und L wird als die Länge der Codefolge C bezeichnet. Es wird vorausgesetzt, daß die Zeitdauer eines Chips c(i) kürzer als die Zeitdauer eines Datensymbols d (bzw. s oder z) ist . Ein von binären, bipolaren, nachrichtentragenden Datensymbolen d der Werte d = {-1, 1} und binären, bipolaren Chips c(i) der Werte c(i) - {-1, 1} ausgehendes Beispiel für die teilnehmerspezifische DS-CDMA-Codierung ist im unteren Teil der Fig. 3 anhand eines Datensymbols d mit dem Wert d = 1 und eines zur gleichen Zeit auftretenden Abschnitts der Codefolge C (mit den Chipwerten 1, 1, -1, 1, -1, -1, -1, 1) dargestellt. Die Anzahl Q der Chips c(i) pro Datensymbol d beträgt 8.FIG. 3 shows a block diagram of the CDMA spreading code encoder SPRZCOD, as can be used in the modulation means MOD in the case of DS-CDMA coding. The spreading coding is explained here using the example of a data symbol d carrying messages. This is effected by multiplication by the periodic code sequence C of the elements c (i), i = 1, 2, ..., L representing the spreading code. The elements c (i) are also referred to below as chips c (i) of the code sequence C and L is referred to as the length of the code sequence C. It is assumed that the duration of a chip c (i) is shorter than the duration of a data symbol d (or s or z). An example of the subscriber-specific DS-CDMA- based on binary, bipolar, message-carrying data symbols d of the values d = {-1, 1} and binary, bipolar chips c (i) of the values c (i) - {-1, 1} Coding is in the lower part of FIG. 3 on the basis of a data symbol d with the value d = 1 and a section of the code sequence C occurring at the same time (with the chip values 1, 1, -1, 1, -1, -1, -1 , 1). The number Q of chips c (i) per data symbol d is 8.
Bezüglich des dargestellten nachrichtentragenden Datensymbols d = 1 ergeben sich für das codierte ("gespreizte") Datensymbol die Werte dc ( i ) = d-c(i) = c(i). Bezüglich d = -1 (nicht dargestellt) ergeben sich die Werte dc ( i ) = d-c(i) = - c(i). Entsprechendes gilt für ein Steuerinformation-tragendes Datensymbol s oder ein Datensymbol z der Trainingssequenz . Das CDMA-codierte nachrichtentragende Datensymbol dc ( i ) wird im folgenden in vereinfachter Schreibweise auch mit dc bezeichnet. Analog wird mit sc bzw. zc ein spreizcodiertes Steue- rinformation-tragendes Datensymbol bzw. ein spreizcodiertes Datensymbol der Trainingssequenz bezeichnet.With regard to the message-carrying data symbol d = 1 shown, the values d c (i) = dc (i) = c (i) result for the coded (“spread”) data symbol. With respect to d = -1 (not shown), the values d c (i) = dc (i) = - c (i) result. The same applies to a data symbol s carrying control information or a data symbol z of the training sequence. The CDMA-coded message-carrying data symbol d c (i) is also referred to in the following in simplified form as d c . Analogously, s c or z c denotes a spread-coded data symbol carrying control information or a spread-coded data symbol of the training sequence.
Die am Ausgang des Modulationsmittels MOD bereitstehenden spreizcodierten Datensymbole (unter anderem dc, sc und ggf. zc) werden der Hochfrequenz-Sendestufe HFS zugeführt, dort in ein Analogsignal gewandelt, einem Träger aufmoduliert und als Funkwelle abgestrahlt.The spread-coded data symbols available at the output of the modulation means MOD (including d c , s c and possibly z c ) are fed to the high-frequency transmission stage HFS, where they are converted into an analog signal, modulated onto a carrier and emitted as a radio wave.
Fig. 4 veranschaulicht am Beispiel eines Nachrichtendaten- blocks die Struktur eines am Ausgang des Modulationsmittels MOD auftretenden Datenblocks. Ein im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeter Nachrichtendatenblock kann, muß aber nicht unterschiedlich zu CDMA-Nachrichtendatenblöcken sein, wie sie bereits bei herkömmlichen Verfahren zur Kanalschätzung verwendet werden. Der hier beispielhaft dargestellte Nachrichtendatenblock ist vom Aufbau praktisch identisch mit einem bei einer herkömmlichen CDMA-Übertragung verwendeten Datenblock, d.h. er besteht aus einer ersten Sequenz SI von NS nachrichtentragenden Datensymbolen dc, einer Trainingssequenz TR aus dem Empfänger a-priori bekannten Datensymbolen zc, einer zweiten Sequenz S2 von NS nachrichten- tragenden Datensy bolen dc und einer den Datenblock beendenden Schutzsequenz GP.4 uses the example of a message data block to illustrate the structure of a data block occurring at the output of the modulation means MOD. A message data block used in the method according to the invention can, but need not, be different from CDMA message data blocks, as are already used in conventional methods for channel estimation. The structure of the message data block shown here as an example is practically identical to that of a conventional CDMA transmission used data block, ie it consists of a first sequence SI of NS message-carrying data symbols d c , a training sequence TR from the receiver known a priori data symbols z c , a second sequence S2 of NS message-carrying data symbols d c and one ending the data block Protection sequence GP.
Die erläuterte Spreizung der einzelnen nachrichtentragenden Datensymbole dc mit jeweils Q Chips c(i) der Spreizcodefolge C ist im unteren linken Teil der Fig. 4 veranschaulicht.The explained spreading of the individual message-carrying data symbols d c , each with Q chips c (i) of the spreading code sequence C, is illustrated in the lower left part of FIG. 4.
Bei Verwendung eines derartigen Nachrichtendatenblocks zur Kanalschätzung beruht das erfindungsgemäße Verfahren darauf, daß die nachrichtentragenden Datensymbole dc der Sequenzen SI, S2 zumindest teilweise für die empfängerseitige Kanalschätzung herangezogen werden. Dadurch können im erfindungsgemäßen Verfahren Nachrichtendatenblöcke mit einer signifikant kleineren Anzahl von eigens für die Kanalschätzung vorgesehenen Datensymbolen zc in der Trainingssequenz TR als bei herkömmlich verwendeten Nachrichtendatenblöcken eingesetzt werden. Es kann sogar gänzlich auf die Trainingssequenz TR (bzw. auf ein Pilotsignal oder ähnliches) verzichtet werden. Dadurch kann die Anzahl 2NS von nachrichtentragenden Datensymbolen dc erhöht und damit eine vergleichsweise hohe Infor- mationsrate erreicht werden.When using such a message data block for channel estimation, the method according to the invention is based on the fact that the message-carrying data symbols d c of the sequences SI, S2 are at least partially used for the channel estimation on the receiver side. As a result, in the method according to the invention, message data blocks with a significantly smaller number of data symbols z c specially provided for the channel estimation can be used in the training sequence TR than in the case of conventionally used message data blocks. The training sequence TR (or a pilot signal or the like) can even be dispensed with entirely. As a result, the number 2NS of message-carrying data symbols d c can be increased and a comparatively high information rate can thus be achieved.
Die Gesamtzeitdauer eines Datenblocks kann etwa 0 , 5 ms betragen. Ein Datenblock kann insgesamt beispielsweise etwa 150 Datensymbole beinhalten.The total time period of a data block can be approximately 0.5 ms. A data block can contain a total of approximately 150 data symbols, for example.
Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild einer (beispielsweise in einer Mobilstation verwendeten) Empfängereinrichtung MSE . Die Empfängereinrichtung MSE enthält Steuermittel SEE mit einer Speichereinrichtung SPE, Demodulationsmittel DMOD mit einem Spreizcode-Decodierer SPRZDECOD, einem Kanalschätzer KS, einem Datendetektor DD und einer Datenverarbeitungseinrichtung DATE sowie eine Hochfrequenz-Empfangsstufe HFE . Die Hochfrequenz-Empfangsstufe HFE nimmt die von der Sendeeinrichtung BSS abgestrahlte Funkwelle über eine Antenne entgegen und wandelt diese in üblicher Weise durch Heruntermi- sehen in ein analoges Empfangssignal um.5 shows a block diagram of a receiver device MSE (used for example in a mobile station). The receiver device MSE contains control means SEE with a storage device SPE, demodulation means DMOD with a spreading code decoder SPRZDECOD, a channel estimator KS, a data detector DD and a data processing device DATE as well as a high frequency reception stage HFE. The high-frequency receiving stage HFE receives the radio wave emitted by the transmitting device BSS via an antenna and converts it into an analog received signal in the usual way by down-watching.
Das analoge Empfangssignal wird in nicht dargestellter Weise von einem Analog/Digital-Umsetzer mit einer ausreichend hohen, mindestens der Chiprate entsprechenden Abtastrate digi- talisiert und mittels eines nachgeschalteten, digitalen Filters Bandbreiten-begrenzt .The analog received signal is digitized in a manner not shown by an analog / digital converter with a sufficiently high sampling rate, at least corresponding to the chip rate, and bandwidth-limited by means of a downstream digital filter.
Das auf diese Weise erhaltene digitale, spreizcodierte Empfangssignal wird dem Spreizcode-Decodierer SPRZDECOD des De- modulatormittels DMOD zugeführt. Der Spreizcode-Decodierer SPRZDECOD separiert die Teilnehmersignale, was sowohl die Kenntnis der senderseitig verwendeten Spreizcodefolge C als auch eine Synchronisierung mit dem senderseitigen Spreizcode- Codierer SPRZCOD voraussetzt. Die senderseitig verwendete Spreizcodefolge C (d.h. der teilnehmerspezifische CDMA-Code) ist in der empfangsseitigen Speichereinrichtung SPE abgelegt. Sie ist entweder fest vorgegeben oder wird bei jeder Gesprächsaufnahme zwischen der Basisstation BS und der Mobilstation MSI, MS2 , MS3 ausgehandelt, d.h. aus mehreren in der Speichereinrichtung SPE gespeicherten Codefolgen C ausgewählt .The digital, spread-coded received signal obtained in this way is supplied to the spread-code decoder SPRZDECOD of the demodulator means DMOD. The spreading code decoder SPRZDECOD separates the subscriber signals, which requires knowledge of the spreading code sequence C used on the transmitter side as well as synchronization with the spreading code encoder SPRZCOD on the transmitter side. The spreading code sequence C used by the transmitter (i.e. the subscriber-specific CDMA code) is stored in the storage device SPE on the receiving side. It is either predefined or is negotiated every time the call is started between the base station BS and the mobile station MSI, MS2, MS3, i.e. selected from a plurality of code sequences C stored in the storage device SPE.
Der Spreizcode-Decodierer SPRZDECOD kann im Falle des in Fig. 4 gezeigten Spreizcode-Codierer SPRZCOD identisch mit diesem sein, d.h. er kann ebenfalls aus einem Multiplizierer bestehen, der das einlaufende digitale, spreizcodierte Empfangssignal mit der zugehörigen Spreizcodefolge C multipliziert.The spreading code decoder SPRZDECOD can be identical to this in the case of the spreading code encoder SPRZCOD shown in FIG. it can also consist of a multiplier that multiplies the incoming digital, spread-coded received signal by the associated spread code sequence C.
Im folgenden wird auf die für die Spreizcodierung/decodierung verwendete Spreizcodefolge C eingegangen. Grundsätzlich können alle möglichen Spreizcodefolgen C, insbesondere binäre (c(i) = {0, 1} oder c(i) = {-1, 1}) und kom- plexwertige (c(i) = komplexe Zahl) Codefolgen C verwendet werden. Besonders geeignete Codefolgen C weisen gute Korre- lationseigenschaften auf. Solche Codefolgen C sind in Buch "Korrelationssignale" von H. D. Luke, Springer-Verlag, 1992 in den Kapiteln 4 (Folgen mit gutem periodischen Korrelationsverhalten) und 5 (Familien periodischer Korrelationsfol- gen) auf den Seiten 69-111 beschrieben (siehe insbesondere: Kap. 5.3.3: Kasami -Folgen; Kap. 4.7.1: Frank- und Frank- Fadoff-Chu-Folgen; Kap. 4.7.2-5: Polyphasen-Folgen) und werden durch Bezugnahme zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht .The spread code sequence C used for the spread coding / decoding is discussed below. In principle, all possible spread code sequences C, in particular binary (c (i) = {0, 1} or c (i) = {-1, 1}) and complex-value (c (i) = complex number) code sequences C can be used . Particularly suitable code sequences C have good correlation properties. Such code sequences C are described in book "Correlation Signals" by HD Luke, Springer-Verlag, 1992 in chapters 4 (sequences with good periodic correlation behavior) and 5 (families of periodic correlation sequences) on pages 69-111 (see in particular: Chap 5.3.3: Kasami sequences; Chapter 4.7.1: Frank and Frank Fadoff-Chu sequences; Chapter 4.7.2-5: polyphase sequences) and are made the subject of the present application by reference.
Am Ausgang des Spreizcode-Decodierers SPRZDECOD steht ein teilnehmersepariertes digitales Empfangssignal bereit. Dieses enthält unter anderem die gestörten Versionen d , s und z der nachrichtentragenden Datensymbole d, Steuerinformation-tragenden Datensymbole s und Datensymbole z der Trainings- sequenz TR.A subscriber-separated digital reception signal is available at the output of the spreading code decoder SPRZDECOD. This contains, among other things, the disturbed versions d, s and z of the data symbols d carrying messages, data symbols s carrying control information and data symbols z of the training sequence TR.
Das teilnehmerseparierte digitale Empfangssignal wird einem Datendetektor DD zugeführt. Im Falle einer Kanalschätzung anhand von nachrichtentragenden Datensymbolen wird zumindest ein Teil der Datensymbole d und im Falle einer Kanalschätzung anhand von Steuerinformation-tragenden Datensymbolen wird zumindest ein Teil der Datensymbole s dem Kanalschätzer KS zugeführt. Falls vorhanden, werden die speziell für eine Kanalschätzung vorgesehenen Datensymbole z der Trainingsse- quenz TR ebenfalls dem Kanalschätzer KS zugeführt.The subscriber-separated digital reception signal is fed to a data detector DD. In the case of a channel estimation using message-carrying data symbols, at least some of the data symbols d are supplied, and in the case of a channel estimation using data symbols carrying control information, at least some of the data symbols s are supplied to the channel estimator KS. If available, the data symbols z of the training sequence TR, which are provided specifically for a channel estimation, are also supplied to the channel estimator KS.
Fig. 6 zeigt die prinzipielle Struktur des Kanalschätzers KS . An einem Eingang E nimmt der Kanalschätzer KS die zur Kanalschätzung vorgesehenen Datensymbole d und/oder s und gegebe- nenfalls z entgegen. An einem weiteren Eingang K steht dem Kanalschätzer KS bezüglich des zugeleiteten Teils der ("gestörten") Datensymbole d und/oder s und ggf. z eine Kennt- nis über die zugehörigen ("ungestörten") Datensymbole d, s, z bereit. Durch Korrelation dieser Kenntnis über d, s, z mit den empfangenen Datensymbolen d , s , z berechnet der Kanal- Schätzer mittels eines Rechenalgorithmus aktuelle Kanalpara- meter hl , h2 , ... des Mobilfunkkanals Kl oder K2 oder K3. Bei jeder Kanalschätzung werden die ermittelten aktuellen Kanalparameter hl , h2 , ... an einem Ausgang A des Kanalschät- zers KS ausgegeben.6 shows the basic structure of the channel estimator KS. At an input E, the channel estimator KS accepts the data symbols d and / or s and, where appropriate, z provided for the channel estimation. At another input K, the channel estimator KS has a knowledge of the supplied part of the (“disturbed”) data symbols d and / or s and possibly z nis ready via the associated ("undisturbed") data symbols d, s, z. By correlating this knowledge of d, s, z with the received data symbols d, s, z, the channel estimator uses a computing algorithm to calculate current channel parameters h1, h2, ... of the mobile radio channel K1 or K2 or K3. With each channel estimation, the determined current channel parameters h1, h2, ... are output at an output A of the channel estimator KS.
Die an dem Eingang K bereitstehende Kenntnis über die zu übertragenden Datensymbole d, s, z ist unterschiedlicher Natur .The knowledge at the input K about the data symbols d, s, z to be transmitted is of a different nature.
Sofern Datensymbole z zur Kanalschätzung vorhanden sind, sind diese dem Kanalschätzer a-priori bekannt.If data symbols z for channel estimation are available, they are known a priori to the channel estimator.
Sofern Steuerinformation-tragende Datensymbole s zur Kanalschätzung beitragen sollen, sind diese dem Kanalschätzer KS zwar zunächst (d.h. a-priori) nicht bekannt, können jedoch (auch aufgrund eines häufig geringen Wertevorrats) rasch ermittelt werden und sind dann, da sie bis zu einer Änderung ständig wiederholt ausgesendet werden, zumindest eine Zeitlang bekannt. Somit steht auch bezüglich der Datensymbole s nach kurzer Zeit eine exakte Kenntnis bereit. Diese wird so- mit aus dem empfangenen Datensignal und ggf. zusätzlicherIf data symbols carrying control information s are to contribute to the channel estimation, they are initially not known to the channel estimator KS (ie a priori), but can be determined quickly (also due to a frequently small supply of values) and are then until they change sent out repeatedly, known at least for a while. Precise knowledge is therefore available after a short time with regard to the data symbols s. This is thus made up of the received data signal and possibly additional
Kenntnis bezüglich der Steuerinformation (beispielsweise deren Wertevorrat) gewonnen.Knowledge of the tax information (for example, its stock of values) gained.
Sofern (ebenfalls a-priori unbekannte) nachrichtentragende Datensymbole d zur Kanalschätzung herangezogen werden sollen, wird dem Kanalschätzer KS eine hypothetische Kenntnis H(d) der zu übertragenden nachrichtentragenden Datensymbole d zur Verfügung gestellt, die im wesentlichen allein aus dem empfangenen Datensignal erzeugt wird. Die Erzeugung von H(d) kann durch einen iterativen Kanalschätz- und Datendetektions- prozeß erfolgen. Dabei wird zunächst auf der Grundlage von früher im Kanalschätzer KS geschätzten Kanalparametern hl, h2, ... mittels des Datendetektors DD bezüglich aktuell ein¬ laufender nachrichtentragender Datensymbole d Hypothesen der den aktuell einlaufenden Datensymbolen d zugrundeliegenden zu übertragenden Datensymbole d berechnet, und dann diese Hy- pothesen von d dem Kanalschätzer KS als (hypothetische)If (also a priori unknown) message-carrying data symbols d are to be used for channel estimation, the channel estimator KS is provided with hypothetical knowledge H (d) of the message-carrying data symbols d to be transmitted, which is essentially generated solely from the received data signal. H (d) can be generated by an iterative channel estimation and data detection process. First, on the basis of channel parameters hl previously estimated in the channel estimator KS, h2, ... is calculated by means of the data detector DD with regard to data symbols d that are currently running ¬ and hypotheses of the data symbols d to be transmitted that are the basis of the data symbols d that are currently arriving, and then these hypotheses of d the channel estimator KS as (hypothetical)
Kenntnis H(d) von d zugeführt. Dabei ist zu beachten, daß zur Berechnung einer guten Hypothese H(d) von d die verwendeten Kanalparameter hl , h2 , ... nicht zu "alt" sein dürfen (genauer: bezüglich des Zeitpunkts des Datendetektionsschrit- tes innerhalb der Kohärenzzeit des Mobilfunkkanals gewonnen worden sein müssen) , da ansonsten aufgrund der Zeitvarianz des Mobilfunkkanals die iterativen Teilschritte Kanalschätzung und Datendetektion entkoppelt sind.Knowledge H (d) of d supplied. It should be noted that to calculate a good hypothesis H (d) of d, the channel parameters hl, h2, ... used must not be too "old" (more precisely: obtained with respect to the time of the data detection step within the coherence time of the mobile radio channel) must have been), because otherwise the iterative sub-steps channel estimation and data detection are decoupled due to the time variance of the mobile radio channel.
An Eingängen KOI, K02 kann dem Kanalschätzer KS optional a- priori-Kenntnis beispielsweise über bekannte Eigenschaften E(h) der Kanalimpulsantwort h oder über bekannte Eigenschaften E(n) der im Mobilfunkkanal auftretenden Störungen n für die Schätzung der Kanalparameter hl, h2 , ... zur Verfügung gestellt werden.At inputs KOI, K02, the channel estimator KS can optionally have a priori knowledge, for example, of known properties E (h) of the channel impulse response h or of known properties E (n) of the interference n occurring in the mobile radio channel for the estimation of the channel parameters hl, h2,. .. to provide.
Zusammenfassend kann gesagt werden, daß das empfangene Datensignal zur erfindungsgemäßen Schätzung der Kanalparameter einer zweifachen Korrelation (einmal mit der Codefolge C zur Teilnehmerseparierung und einmal mit der Kenntnis bzgl. d und/oder s und ggf. z) unterzogen wird.In summary, it can be said that the received data signal for estimating the channel parameters according to the invention is subjected to a double correlation (once with the code sequence C for subscriber separation and once with the knowledge regarding d and / or s and possibly z).
Zur Schätzung der Kanalparameter hl, h2 , ... (d.h. der Kanalimpulsantwort h) können die in dem eingangs genannten Buch von P. Jung im Kapitel 5.2.3 auf den Seiten 201-206 beschriebenen Algorithmen eingesetzt werden. Diese Algorithmen werden durch Bezugnahme Gegenstand der vorliegenden Anmeldung. Es handelt sich dabei um die Algorithmen für die signalange- paßte Filterung, die Gauß-Schätzung, die ML-Schätzung und die MAP-Schätzung. Die geschätzten Kanalparameter hl, h2 , ... (Kanalimpulsant- wort h) werden dem Datendetektor DD zugeleitet. Dieser ermittelt durch eine Faltung der empfangenen gestörten Versionen d (ggf. s, z) mit der aktuellen Kanalimpulsantwort h (parametrisiert durch die Kanalparameter hl, h2 , ... )The algorithms described in the book by P. Jung mentioned in chapter 5.2.3 on pages 201-206 can be used to estimate the channel parameters hl, h2, ... (ie the channel impulse response h). These algorithms are the subject of the present application by reference. These are the algorithms for signal-adapted filtering, the Gaussian estimate, the ML estimate and the MAP estimate. The estimated channel parameters h1, h2, ... (channel impulse response h) are fed to the data detector DD. This determines by folding the received disturbed versions d (possibly s, z) with the current channel impulse response h (parameterized by the channel parameters hl, h2, ...)
Schätzdatensymbole d (ggf. s, z) für die zu übertragenden Datensymbole d (ggf. s, z) .Estimated data symbols d (possibly s, z) for the data symbols d to be transmitted (possibly s, z).
Spätestens bei der Datendetektion ist ferner die Blockstruk- tur (siehe Fig. 4) zu berücksichtigen, d.h. es ist zu unterscheiden, welche der Schätzdatensymbole d nachrichtentragende Datensymbole d betreffen und welche der Schätzdatensymbole andere Informationen betreffen. Zu diesem Zweck sind in dem Speichermittel SPE entsprechende Daten über die verwendete Blockstruktur (unter anderem die Sequenzlänge NS) gespeichert und werden dem Demodulator DMOD mitgeteilt.At the latest during data detection, the block structure (see FIG. 4) must also be taken into account, i.e. A distinction must be made as to which of the estimated data symbols d relate to data symbols d carrying messages and which of the estimated data symbols relate to other information. For this purpose, corresponding data about the block structure used (including the sequence length NS) are stored in the storage means SPE and are communicated to the demodulator DMOD.
Die Schätzdatensymbole d für die nachrichtentragenden Datensymbole d werden der (optionalen) Datenverarbeitungseinrich- tung DATE zugeführt. In der Datenverarbeitungseinrichtung DATE werden im wesentlichen die in der sendeseitigen Datenverarbeitungseinrichtung DATS durchgeführten Verarbeitungs- schritte rückgängig gemacht, d.h. es findet eine Entschachte- lung und eine Kanaldecodierung statt. Die in DATE entschach- telten und kanaldecodierten Datensymbole werden mit x bezeichnet und sind die Schätzungen der nachrichtentragenden Datensymbole x in Fig. 2 (d.h. das Detektionsergebnis der Empfangseinrichtung MSE) .The estimated data symbols d for the message-carrying data symbols d are fed to the (optional) data processing device DATE. In the data processing device DATE, the processing steps carried out in the transmitting data processing device DATS are essentially reversed, i.e. deinterleaving and channel decoding take place. The data symbols which have been deinterleaved and decoded in DATE are designated by x and are the estimates of the data symbols x in Fig. 2 (i.e. the detection result of the receiving device MSE).
Die Kanalschätzung kann kontinuierlich (d.h. ohne Pause) oder zu diskreten Zeiten durchgeführt werden. Die Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kanalschätzungen sowie auch die Zeitdauer der einzelnen Kanalschätzung können an die aktuellen Gegebenheiten angepaßt werden. Bei einem langsam veränderlichen Mobilfunkkanal kann eine vergleichsweise lange Zeitdauer (etwa 3 ms) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kanalschätzungen eingestellt werden, während bei einem schnell veränderlichen Mobilfunkkanal eine kurze Zeitdauer (etwa 0,3 ms) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kanalschätzungen eingestellt werden kann. Die Zeitdauer einer einzelnen Kanalschätzung kann beispielsweise das 50- bis 80- fache einer Chipzeitdauer betragen (sie muß nicht ein Vielfaches der Symbolzeitdauer sein) . Ferner können Zwischenwerte für die Kanalparameter hl, h2 , ... durch Interpolation gewonnen werden und/oder es können jeweils Mittelwerte der Kanalparameter hl, h2 , ... berechnet werden. Letzteres kann beispielsweise günstig sein, wenn anstelle einer lang andauernden Kanalschätzung mit hoher Genauigkeit viele Kurzzeit-Kanalschätzungen mit entsprechend geringerer Genauigkeit durchgeführt werden, wobei dann durch Wahl einer geeigneten Anzahl von Kanal- Schätzungen für die Mittelung (beispielsweise 2 bis 5) stets eine kanalangepaßte Optimierung zwischen der Genauigkeit des Schätzergebnisses (d.h. des Ergebnisses der Mittelung) und der Wiederholungsrate der Mittelung realisiert werden kann. The channel estimation can be carried out continuously (ie without a break) or at discrete times. The time period between two successive channel estimates and also the time period of the individual channel estimates can be adapted to the current circumstances. In the case of a slowly changing mobile radio channel, a comparatively long period of time (approximately 3 ms) can be set between two successive channel estimates, while in the case of a fast one variable mobile radio channel a short period of time (about 0.3 ms) between two successive channel estimates can be set. The duration of a single channel estimate can be, for example, 50 to 80 times a chip duration (it does not have to be a multiple of the symbol duration). Furthermore, intermediate values for the channel parameters hl, h2, ... can be obtained by interpolation and / or mean values of the channel parameters hl, h2, ... can be calculated in each case. The latter can be advantageous, for example, if instead of a long-lasting channel estimate with high accuracy, many short-term channel estimates are carried out with a correspondingly lower accuracy, then by choosing a suitable number of channel estimates for the averaging (for example 2 to 5), channel-optimized optimization is always carried out between the accuracy of the estimation result (ie the result of the averaging) and the repetition rate of the averaging can be realized.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Schätzung von Kanalparametern eines zur Übertragung einer Nachricht genutzten Funkkanals (Kl, K2 , K3 ) in einem Empfänger eines Mobilfunksystems (MSI, MS2 , MS3 ; BS) , wobei1. A method for estimating channel parameters of a radio channel (Kl, K2, K3) used for transmitting a message in a receiver of a mobile radio system (MSI, MS2, MS3; BS), wherein
- in einem Sender (BBS) des Mobilfunksystems (MSI, MS2 , MS3 ; BS) ein zu übertragendes, Datensymbole (d, s, z) enthaltendes Datensignal vorliegt, - dem zu übertragenden Datensignal ein teilnehmerspezifischer Code (c(i), ..., c(Q)) aufgeprägt wird,- there is a data signal to be transmitted containing data symbols (d, s, z) in a transmitter (BBS) of the mobile radio system (MSI, MS2, MS3; BS), - the data signal to be transmitted has a subscriber-specific code (c (i), .. ., c (Q)) is impressed,
- das derart teilnehmerspezifisch codierte Datensignal über den Funkkanal (Kl, K2 , K3 ) gesendet wird,the data signal coded in such a subscriber-specific manner is transmitted via the radio channel (K1, K2, K3),
- in dem Empfänger (MSE) aus einem am Ausgang des Funkkanalε (Kl, K2 , K3 ) empfangenen Datensignal mit Kenntnis des teilnehmerspezifischen Codes (c(i), ..., c(Q)) ein von empfangenen Datensignalen anderer Teilnehmer separiertes empfangenes Datensignal gewonnen wird, und- In the receiver (MSE) from a data signal received at the output of the radio channel (K1, K2, K3) with knowledge of the subscriber-specific code (c (i), ..., c (Q)), a received separate from received data signals from other subscribers Data signal is obtained, and
- dieses empfangene, teilnehmerseparierte Datensignal einem Kanalschätzer (KS) zugeführt wird, welcher wiederholt geschätzte Kanalparameter (hl, h2 , ...) des Funkkanals (Kl, K2 , K3 ) ermittelt und an seinem Ausgang bereitstellt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Kanalschätzer (KS) die geschätzten Kanalparameter (hl, h2 , ...) unter Verwendung von Datensymbolen (d, s) des empfangenen, teilnehmerseparierten Datensignals ermittelt, deren entsprechende Datensymbole (d, s) des zu übertragenden Datensignals dem Empfänger a-priori unbekannt sind.- This received, subscriber-separated data signal is fed to a channel estimator (KS), which repeatedly determines estimated channel parameters (hl, h2, ...) of the radio channel (Kl, K2, K3) and provides them at its output, characterized in that the channel estimator (KS ) the estimated channel parameters (hl, h2, ...) are determined using data symbols (d, s) of the received, subscriber-separated data signal, the corresponding data symbols (d, s) of the data signal to be transmitted are unknown a priori to the receiver.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß es sich bei den dem Empfänger a-priori unbekannten Datensymbolen des zu übertragenden Datensignals um Steuerinformation-tragende Datensymbole (s) handelt.2. The method of claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that it is the a priori unknown data symbols of the data signal to be transmitted to control information-carrying data symbols (s).
3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß es sich bei den dem Empfänger a-priori unbekannten Daten- symbolen des zu übertragenden Datensignals um nachrichtentragende Datensymbole (d) handelt.3. The method according to claim 1, characterized in that the a priori unknown data symbols of the data signal to be transmitted are message-carrying data symbols (d).
4. Verfahren nach Anspruch 3 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Kanalschätzer (KS) die geschätzten Kanalparameter (hl, h2 , ...) durch Korrelation der nachrichtentragenden Datensymbolen ( d ) des empfangenen, teilnehmerseparierten Da- tensignals mit durch Datendetektion ermittelten Hypothesen (H(d)) der entsprechenden nachrichtentragenden Datensymbole (d) des zu übertragenden Datensignals ermittelt.4. The method according to claim 3, characterized in that the channel estimator (KS) the estimated channel parameters (hl, h2, ...) by correlating the message-carrying data symbols (d) of the received, subscriber-separated data signal with hypotheses determined by data detection (H ( d)) the corresponding message-carrying data symbols (d) of the data signal to be transmitted are determined.
5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zur Ermittlung der Hypothesen (H(d)) des zu übertragenden Datensignals Kanalparameter (hl, h.2 , ...) herangezogen werden, die bei einer früher erfolgten Kanalschätzung ermittelt wurden .5. The method of claim 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that channel parameters (hl, h.2, ...) are used to determine the hypotheses (H (d)) of the data signal to be transmitted, which were determined in a channel estimate made earlier.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der teilnehmerspezifische Code (c(i), ..., c(Q)) durch eine komplexwertige Frank-Fadoff-Chu-Folge, Frank-Folge oder Polyphasen-Folge erzeugt wird.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the subscriber-specific code (c (i), ..., c (Q)) is generated by a complex-valued Frank Fadoff-Chu sequence, Frank sequence or polyphase sequence .
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der teilnehmerspezifische Code (c(i), ..., c (Q) ) durch eine binäre Kasami-Folge erzeugt wird.7. The method according to any one of claims 1 to 5, so that the subscriber-specific code (c (i), ..., c (Q)) is generated by a binary Kasami sequence.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als Algorithmus für die Kanalschätzung eine signalange- paßte Filterung verwendet wird.8. The method according to any one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that a signal-adapted filtering is used as the algorithm for the channel estimation.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als Algorithmus für die Kanalschätzung eine Gauß- Schätzung, eine ML-Schätzung oder eine MAP-Schätzung verwendet wird.9. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that a Gaussian estimate, an ML estimate or a MAP estimate is used as the algorithm for the channel estimate.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Zeitdauer einer einzelnen Kanalschätzung das 50- bis 80-fache der Zeitdauer eines Elements (c(i)) einer den teil- nehmerspezifischen Code (c(i), ..., c(Q)) erzeugenden Codefolge (C) beträgt.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the time duration of an individual channel estimate is 50 to 80 times the time duration of an element (c (i)) of a subscriber-specific code (c (i), ..., c (Q)) generating code sequence (C).
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß aus N Kanalparametern, die bei N Kanalschätzungen geschätzt wurden, jeweils ein gemittelter Kanalparameter berechnet wird.11. The method according to any one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that an average channel parameter is calculated from N channel parameters, which were estimated in N channel estimates.
12. Verfahren nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß N gleich 2 oder 3 ist.12. The method of claim 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that N is 2 or 3.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kanalschätzungen durch Interpolation M interpolierte Kanalparameter ermittelt werden.13. The method according to any one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that between two successive channel estimates by interpolation M interpolated channel parameters are determined.
14. Verfahren nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß M zwischen 10 und 30 liegt.14. The method of claim 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that M is between 10 and 30.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Zeitdauern zwischen aufeinanderfolgenden Kanalschätzungen in Abhängigkeit von einer Relativgeschwindigkeit zwi- sehen dem Sender (BBS) und dem Empfänger (MSE) gewählt werden. 15. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the time periods between successive channel estimates depending on a relative speed between see the transmitter (BBS) and the receiver (MSE) can be selected.
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