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Die
Erfindung betrifft einen Empfänger
für verbesserte
Leistung für
die CDMA-Übertragung,
wie in dem Gegenstand der unabhängigen
Ansprüche
beschrieben ist.
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In
der terrestrischen Kommunikation wird das gesendete Signal durch
eine Vielfalt von glattem oder unebenem Gelände reflektiert und gebrochen,
so daß es
an dem Empfänger
mit mehreren Zeitverzögerungen nachgebildet
wird. Jeder einzelne Weg kommt ebenfalls bei seiner eigenen Amplitude
und Trägerphase
an. Die Ausbreitungscharakteristika sind qualitativ für alle Strukturen
der Signale die gleichen, obwohl sie sich quantitativ mit der Trägerfrequenz
und den Geländecharakteristika ändern werden.
Die Strukturen der einzelnen Ausbreitungswege können identifiziert und möglicherweise
nur in dem Umfang genutzt werden, wie sie voneinander unterschieden
werden können.
Insbesondere Streuspektrumsignale verwenden Pseudozufallsfolgen
mit der Chipzeit Tc, die umgekehrt proportional zu der Spreizbandbreite
ist. In diesem Fall können
die einzelnen Wege unterschieden werden, wenn sie gegenseitig durch
Verzögerungen
größer als
Tc getrennt sind, und dann werden die verschiedenen verzögerten Versionen
des Signals gegenseitig unkorreliert sein.
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Die
Situation ist in 1 gezeigt. Die Wegamplituden α werden von
den relativen Ausbreitungsentfernungen und den Reflexions- oder
Brechungseigenschaften des Gebietes abhängig sein. Jedoch in vielen
Fällen,
insbesondere in begrenzten Gebieten, wird jede der unterscheidbaren
Mehrwegekomponenten tatsächlich selbst
die lineare Kombination von mehreren nicht unterscheidbaren Wegen
von sich ändernden
Amplituden sein. Um die Energie in den mehrfachen Komponenten der
Mehrwegeausbreitung zu nutzen, müssen
sie identifiziert und erfaßt
werden. Es ist besonders wichtig, die relativen Verzögerungen
zu bestimmen, und anschließend,
wenn möglich, ihre
Amplituden und Phasen. Das kann sogar mit durchmodulierten Signalen
durchgeführt
werden, aber die Einschätzung
ist viel genauer und die resultierende Leistung ist viel besser,
wenn die Wegeindentifizierung und die Parameterbewertung an einem
unmodulierten Signal durchgeführt
werden. Unmodulierte Segmente können
von Zeit zu Zeit in das modulierte Signal eingefügt werden, insbesondere mit dem
Zeitmultiplexverfahren. Jedoch in Streuspektrumsystemen ist es viel
effektiver und leichter, die unmodulierten Pilotsignale von dem
datenmodulierten Signal zu trennen, indem es einer einzelnen Pseudozufallsfolge zugewiesen
wird.
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Eine
Pilotfolge zum Bestimmen der Charakteristika der Mehrwegekomponente
ist für
Eins-zu-Viele-Übertragungskanäle wie zum
Beispiel die Vorwärts-Abwärtsstrecke
von einer Basisstation zu mehrfachen Benutzern gut begründet.
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Die
optimale Demodulatorstruktur für
einen L-Mehrwegeausbreitungskanal
ist als Rake-Receiver bekannt. Jeder Mehrwegekomponentendemodulator
wird als ein "Finger" des Rechens (Rake)
bezeichnet. Die Pilotfolgennachführung
eines speziellen Demodulators wird durch die Einschätzung der
Zeitverzögerung
eines gegebenen Weges begonnen, wie durch die Pilotfolgensucher
bestimmt ist. Der Demodulator bildet die gewichtete phasenabgeglichene
und verzögerungsabgeglichene
Summe der L-Komponenten.
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Im
Stand der Technik, z.B. EPO 749 215, wird das Profil der Leistungen
jedes der L-Wege durch Prüfen
der Pilotfolge eines Pilotkanals auf einer slotweisen Basis aufgenommen.
Dieses Leistungsprofil wird durch die nichtkohärente Mittelung von augenblicklichen
Kanalprofilen auf dieser slotweisen Basis durchgeführt. Daher
muß der
Demodulator auf die nächste
Pilotfolge in dem nächsten
Zeitschlitz warten, um mehr Informationen zu erhalten, um das Leistungsprofil
zu optimieren.
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Für den Abwärtsmodus
ist die Leistung dieser Lösung äußerst abhängig von
dem Signal-Rausch-Abstand der Pilotfolge. Das bedeutet, daß das Ergebnis
der Demodulation in dem Empfänger
von der Pilotfolgenlänge
selbst und den Verzerrungen in dem dedizierten Kanal abhängig ist.
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Überdies
ist für
eine hohe Bitrate die Korrelationslänge wegen des niedrigeren Spreizfaktors
des Signals kürzer.
Folglich können
für verschiedene
Bitraten die Leistungen des Wegesuchalgorithmus verschieden sein.
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Die
Patentanmeldung
EP 0 836 288 offenbart
ein Streuspektrumverfahren und System für die Kommunikation zwischen
einer Basisstation und einer Mehrzahl von mobilen Einheiten. Gemäß diesem
Dokument empfängt
die Basisstation über
zwei Antennen A und B Signale von den verschiedenen mobilen Einheiten. Dann
werden die Signale an eine Leitungszustand-Vorhersageschaltung gesendet,
welche verantwortlich ist, um die Leitungszustände zwischen der Antenne A
und der verschiedenen mobilen Einheit und die Leitungszustände zwischen
der Antenne B und den mobilen Einheiten vorherzusagen. Das Ergebnis
dieser Einschätzung
ist die Auswahl der Antenne, über
welche die verschiedenen Signale von den mobilen Einheiten an der Basisstation
empfangen werden.
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Die
Erfindung, wie unten beschrieben ist, erhöht die Leistung eines Demodulators
in einem CDMA-Empfänger
aufgrund eines Verfahrens, das mehr als eine Pilotfolge verwendet,
um nützliche
Informationen über
die Wegeverzögerungen
zu extrahieren und so ein optimiertes Kanalprofil zu erhalten.
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Die
Verbesserungen erfolgten durch:
Einen Empfänger mit verbesserter Leistung
für die
CDMA-Übertragung
nach Anspruch 1.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung ist in den Figuren gezeigt und unten beschrieben.
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1 Mehrwegübertragung
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2 Kanalstruktur
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3 Pilotfolgen
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4 Empfänger
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5 Wegesucher
des Standes der Technik
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6 Erfinderischer
paralleler Empfänger
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7 Erfinderischer
serieller Empfänger
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Im
Stand der Technik werden der dedizierte physikalische Kanal (DPCH)
und seine Pilotfolge verwendet, um ein Leistungsprofil der Kanäle zu extrahieren.
In 2 sind zwei Beispiele des DPCH 20 mit
verschiedenen Spreizfaktoren SF aufgrund verschiedener Bitraten
gezeigt. Nach einer Pilotfolge 21 folgt ein Datenfeld 22.
In dem oberen Beispiel ist die Korrelationslänge höher als in dem Beispiel mit
einer höheren
Bitrate.
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Folglich
ist die Leistung eines Empfängers,
der nur die Pilotfolge des DPCH prüft, von der Übertragungsrate
abhängig.
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3 zeigt
verschiedene Kanäle,
die in unserer Erfindung verwendet werden können. In dem UTRA/FDD-Standardvorschlag
werden mehrere gemeinsame Kanäle 23 parallel
auf der Abwärtsstrecke übertragen.
Zum Beispiel werden der primäre
und der sekundäre
gemeinsame physikalische Steuerkanal (PCCPCH und SCCPCH) oder SCH
(Synchronisationskanal) rundgesendet. Diese Kanäle weisen eine ausreichende Leistung
auf, um überall
in der Zelle erkannt zu werden, und werden mit einer konstanten
Bitrate übertragen, mit
Ausnahme des SCCPCH. Der Spreizfaktor ist mit der Bitrate vorgegeben.
Folglich, um eine zuverlässigere Wegauswahl
in Ergänzung
zu dem Stand der Technik zu erhalten, können die Pilotfolgen für gemeinsame
Kanäle
verwendet werden, um neue zusätzliche
Leistungsprofile des Kanals zu haben. Diese neuen Profile sind zuverlässiger,
weil die gemeinsamen Kanäle
der Abwärtsstrecke
relativ hohe Leistung übertragen,
die von allen Benutzern in der Zelle gut zu erkennen ist. Zweitens
weisen die meisten dieser Kanäle
eine konstante und niedrige Bitrate auf, so daß die Pilotfolgen von einer
langen Dauer sind. Hinsichtlich der Korrelationseigenschaften ergeben
lange Pilotfolgen genauere Ergebnisse. Das ist ein Vorteil im Vergleich
mit einem Leistungsprofil, das aus Kanälen variabler Bitrate extrahiert
wurde. Eine Möglichkeit,
um die Leistung zu verbessern, ist einfach die augenblicklichen
Profile zu verwenden, die durch die gemeinsamen Kanäle erhalten
wurden, zusätzlich
zu denen, die von dem dedizierten Kanal im Prozeß der nichtkohärenten Mittelung
der Kanalprofile erhalten wurden. In 3 ist eine
Lösung
mit zwei gemeinsamen Kanäle 23 in
Kombination mit dem dedizierten Kanal 20 dargestellt. Diese
drei Profile werden erhalten, um ein zuverlässiges Profil zu bekommen und
um den Mittelungszeitraum durch Kombinieren der Ergebnisse zu verringern.
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4 zeigt
das Blockschema eines Rake-Receivers. Der Rake-Receiver 1 ist ein grundsätzliches
Element des Demodulators der Mobilstation. Ein typischer Rake-Receiver
umfaßt
drei Grundalgorithmen: einen Wegesucher 3, eine Kanalschätzfunktion 4 und
einen Kombinator 5. Erstens bewertet aus einer bekannten
Pilotfolge 21 der Wegesucher 3 die Anzahl und
die Orte (Zeitverzögerungen) 7 der
Wege in einem frequenzselektiven Kanal. Diese Verzögerungsschätzungen 7 werden
dann durch die Kanalschätzfunktion 4 verwendet, um
die komplexen Koeffizienten Ci des Ausbreitungskanals zu erhalten.
Schließlich
kombiniert der Kombinator kohärent
die Schätzwerte
des Kanalkoeffizienten, die für
jeden Weg erhalten wurden, um die Nutzdaten-Signalinformationen
vor dem Erkennen zu verbessern.
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Das
Prinzip des Rake-Receivers ist, die maximale Anzahl von verschiedenen
Wegen durch Einführen von
Verzögerungen
in dem Empfänger
zu kombinieren. Diese Wege und Verzögerungen (T1 ist
die Verzögerung
des i-ten Weges) werden entsprechend erkannt und durch den Funktionsblock
bewertet, der als Wegesucher 3 bezeichnet ist. Der zweite
Block des Rake-Receivers ist die Kanalschätzfunktion 4, welche
die Bewertung der Kanalimpulsantwort über alle durch den Wegesucher 3 erkannten
Wege durchführt.
Diese Bewertungen werden ebenfalls verwendet, um jeden empfangenen
Weg kohärent
zu kombinieren. Diese Kombination der Wege wird durch den Kombinator 5 durchgeführt.
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Der
Wegesucheralgorithmus ist ein wichtiger funktionaler Teil in einem
Rake-Receiver. Der Zweck dieses Algorithmus ist, die Anzahl und
den Ort der Wege in einem Mehrwegkanal zu bewerten. Diese Bewertungen
werden ebenfalls durch die Kanalschätzfunktion 4 und den
Kombinator verwendet. Diese sind mit dem Wegesucher 3 verbunden.
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Um
die Wege zu erkennen, verwendet der Wegesucher 3 die Pilotfolge 21 des
Dedizierten Physikalischen Kanals 20. Diese Pilotfolge
ist auf I&Q-Verzeigungen
geteilt, mit einem Hadamard-Code gespreizt und mit einem Gold-Code
verwürfelt,
gemäß der Spezifikation
ETSI.
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Der
Wegesucher benötigt
ein Leistungsprofil vor der Operation der Wegauswahl. Die Struktur
eines Wegesuchers 3 ist detailliert in 5 gezeigt.
Der Wegesucher umfaßt
einen Augenblicksprofilanalysator 8, der mit einem Mittelwertfilter 9 und
einem Wegeselektor 10 verbunden ist. Der Augenblicksprofilanalysator 8 extrahiert
die Energieverteilung des gemessenen Signals des Slots i der Pilotfolge 21.
Das Ergebnis ist ein Augenblicksleistungsprofil, das in 5 über eine
bestimmte Fenstergröße gezeigt
ist. Um ein zuverlässigeres Profil
zu erhalten, wird es durch nichtkohärente Mittelung der augenblicklichen
Kanalprofile berechnet, die auf einer slotweisen Basis durchgeführt wurde.
Die nichtkohärente
Mittelung wird über
Slots AVG_LENGTH durch ein Mittelwertfilter 9 durchgeführt. Die
augenblicklichen Profile Pi, p1+1... werden verwendet. Der letzte
Schritt ist der Wegeselektor, der die Wege mit Leistungsdichten über einem
vorgegebenen Schwellenwert auswählte. Das
Ergebnis ist ein Satz von Verzögerungen.
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Um
die Leistung dieses Wegesuchers zu verbessern, ist der Empfänger strukturiert,
wie in 7 gezeigt ist. 7 ist eine
parallele Konfiguration eines Empfängers. Es ist eine Mehrzahl
von Eingangssignalen 2 vorhanden, zum Beispiel der DPCH,
der PCCPCH oder der SCH. Die Pilotfolgen dieser Kanäle sind
mit einer Auswahlvorrichtung 12 verbunden, die eine Probe
jeder Pilotfolge für
die weitere Auswertung nimmt. Diese einzelnen Proben sind mit einem
Parallel-Seriell-Wandler 11 verbunden. Das Ergebnis ist
ein Datenstrom, der Kanalinformationen von mehr als einer einzelnen
Pilotfolge einschließt.
Dieser Datenstrom wird auf die oben beschriebene Weise analysiert.
Der P/S-Wandler 11 ist mit einem Augenblicksprofilanalysator 8,
einem Mittelwertfilter 9 und einem Wegeselektor 10 verbunden.
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Eine
zweite Realisierung der erfinderischen Idee ist in 6 erläutert. Die
ankommenden Pilotfolgen werden in parallele Augenblicksprofilanalysatoren 8 eingegeben.
Die Analysatoren 8 extrahieren die augenblicklichen Profile
PiN für
jede empfangene Pilotfolge. Dann werden die einzelnen Leistungsprofile
in einem Mittelwertfilter 9 gemittelt und das Ergebnis
wird durch einen Wegeselektor 10 ausgewählt.
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