DE69932929T2

DE69932929T2 - Verzögerungsnachführung mit Suchfenster in einem Kodemultiplexvielfachzugriffsübertragungssystem

Info

Publication number: DE69932929T2
Application number: DE69932929T
Authority: DE
Inventors: Branislav Popovic; Georg Frank; Matthias Schulist; Göran KLANG
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1998-05-01
Filing date: 1999-04-29
Publication date: 2007-04-19
Anticipated expiration: 2019-04-30
Also published as: KR100689993B1; CA2330926A1; CA2330926C; CN1135725C; DE69932929D1; WO1999057819A1; EP1082820A1; JP2002514032A; US6370397B1; EP1082820B1; AU4302699A; TW428375B; CN1308790A; KR20010043229A; AU755811B2; JP4242563B2; AR016244A1

Description

ERFINDUNGSGEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf CDMA (Codemultiplexzugriffs-Kommunikation in zellularen Funktelefonkommunikationssystemen, und insbesondere auf einen Mehrweg-Suchprozessor, der in einem CDMA RAKE-Empfänger zum Einsatz kommt, und vor allem auf ein Verfahren und eine Suchfenster-Nachführungseinheit (bzw. Suchfenster-Nachverfolgungseinheit) zum Einstellen der Position eines Suchfensters. Die Erfindung betrifft ferner eine Funkbasisstation, die die Suchfenster-Nachführungseinheit enthält.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
DS-CDMA (Direct Sequence Code Division Multiple Access – Direktsequenz-Codemultiplexszugriff) gestattet das Überlappen von Signalen, sowohl was Zeit als auch Frequenz anbelangt, so dass Signale von mehreren Benutzern gleichzeitig im gleichen Frequenzband oder Spektrum laufen können. Dabei wird im Prinzip ein zu übertragender digitaler Quelleninformationsdatenstrom auf einen Datenstrom mit einer sehr viel höheren Rate aufgedruckt, der von einem PN-Codegenerator (PN = Pseudo-Random Noise) erzeugt wird. Durch dieses Kombinieren eines Codesignals höherer Bitrate mit einem Dateninformationsstrom niedrigerer Bitrate wird die Bandbreite des Informationsdatenstroms "gespreizt". Folglich wird jedem Informationsdatenstrom ein eindeutiger PN-Code oder Spreizcode (oder ein PN-Code mit einem eindeutigen Zeitversatz) zugewiesen, um ein Signal zu erzeugen, welches separat an einer Empfangsstation empfangen werden kann. Aus einem empfangenen zusammengesetzten Signal, welches aus mehreren unterschiedlich codierten Signalen besteht, wird ein spezifisches PN-codiertes Informationssignal isoliert und durch Korrelieren des zusammengesetzten Signals mit einem spezifischen PN-Spreizcode, der mit diesem spezifischen Informationssignal verknüpft ist, demoduliert. Durch diese invertierte Entspreizungsoperation wird das empfangene Signal komprimiert, um die Wiederherstellung des ursprünglichen Datensignals zu gestatten, wobei gleichzeitig Störungen durch andere Benutzer unterdrückt werden.
Außer dem Empfangen von Signalen, die von mehreren verschiedenen Übertragungsinformationsquellen übertragen wurden, kann ein Empfänger auch mehrere Ausbreitungswege des gleichen, von einer einzelnen Sendequelle übertragenen Signals empfangen. Ein solcher Mehrwegkanal ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Zeitspreizung eingeführt wird. Wenn beispielsweise ein idealer Impuls über einen Mehrwegkanal übertragen wird, erscheint das empfangene entsprechende Signal als ein Strom von Impulsen, wobei jeder Impuls oder Weg eine entsprechende unterschiedliche Zeitverzögerung sowie eine unterschiedliche Amplitude und Phase aufweist. Ein derartiges komplexes empfangenes Signal wird gewöhnlich mit CIR (Channel Impulse Response – Kanalimpulsantwort) bezeichnet. In einem mobilen Funkkanal werden durch Zurückwerfen des Signals von Hindernissen in der Umgebung, wie Gebäuden, Bäumen, Kraftfahrzeugen, Menschen usw. Mehrwege erzeugt. Überdies ist der mobile Funkkanal dynamisch insofern, als er aufgrund von relativen Bewegungen zeitvariabel ist, die sich auf Strukturen auswirken, die die Mehrwege erzeugen. Für ein über einen zeitvariablen Mehrwegkanal übertragenes Signal variieren die empfangenen entsprechenden Mehrwege hinsichtlich Zeit, Ort, Dämpfung und Phase.
Das Vorhandensein von Mehrwegen kann jedoch vorteilhaft in einem CDMA-System eingesetzt werden, welches signaldiversität-kombinierende Techniken verwendet. Ein Vorteil bezieht sich auf Signal-Fading, was ein gut bekanntes Problem in Mobilkommunikationen ist. Obwohl Fading bei jedem Mehrwegsignal vorkommen kann, passiert dies gewöhnlich nicht in allen Wegen gleichzeitig. Folglich wird ein diversitäts-kombinierter Signalausgang von einem CDMA-Empfänger nicht nachteilig durch ein temporäres Fade eines Mehrwegs beeinflusst.
Ein CDMA-Empfänger gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet einen Mehrweg-Suchprozessor, welcher nach den stärsten Mehrwegen mit ihren entsprechenden Zeitverzögerungen sucht und diese identifiziert. Ein RAKE-Demodulator erfasst den größten Teil der Leistung des empfangenen Signals dadurch, dass er den stärksten Mehrwegkomponenten des vom Mehrweg-Suchprozessor bestimmten empfangenen Mehrwegsignals eine Anzahl von parallelen Demodulatoren (RAKE-Finger genannt) zuordnet. Die Ausgänge jedes RAKE-Fingers werden nach einer entsprechenden Verzögerungskompensation diversitäts-kombiniert, um ein optimales demoduliertes Signal zu erzeugen, welches die Qualität und Zuverlässigkeit der Kommunikationen in einem zellularen CDMA-Funkkommunikationssystem beträchtlich verbessert.
Dokument WO97/02414 bezieht sich auf ein CDMA-Kommunikationssystem. Offenbart ist ein Spreizcode-Nachführungssystem, gemäß welchem der Mittelwert der Codephase einer Gruppe von Mehrwegsignalen verfolgt wird und somit auch die Codephase eines optimierten LMS-gewichteten Durchschnitts von Mehrwegkomponenten ist. Zur Verfolgung der Codephase gehört nicht die Positionierung eines Suchfensters.
Dokument WO/9624988 bezieht sich auf einen CDMA-Empfänger und ein Verfahren zur Erzeugung von Spreizcodes. Im Empfänger wird die Kanalimpulsantwort innerhalb eines Suchfensters geschätzt und es werden die Ausbreitungsverzögerungen erhalten. Das Suchfenster wird für die Schätzung ausgewählt, und die Schätzung hat eine Länge, die alle signifikanten Mehrwegsignal-Komponenten umfasst. Das Suchfenster ist derart positioniert, dass eine berechnete Verzögerungsspreizung im Suchfenster zentriert ist. Die WO/9624988 beschreibt keine Situation bzw. bietet keine Lösung an für eine Situation, in der die Verzögerungen dazu neigen, sich in einer Richtung aus dem Suchfenster heraus zu bewegen.
Der Mehrweg-Suchprozessor (in dieser Spezifikation manchmal einfach als Suchmaschine bezeichnet), der in Verbindung mit einer beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform zum Einsatz kommt, identifiziert die Kanalimpulsantwort eines komplexen empfangenen Signals, um die relativen Verzögerungen verschiedener Mehrwegkomponenten zu extrahieren. Die Suchmaschine verfolgt ferner sich ändernde Ausbreitungsbedingungen, die aus der Bewegung der Mobilstation oder eines anderen mit einem der Mehrwege verbundenen Objekts resultieren, um die extrahierten Verzögerungen entsprechend anzupassen.
Insbesondere wird die Kanalimpulsantwort eines empfangenen Mehrwegsignals innerhalb eines gewissen Bereichs von Wegankunftszeiten oder Wegankunftsverzögerungen, genannt ein Suchfenster, geschätzt. Alle innerhalb des Suchfensters erkannten Signale bilden das Verzögerungsprofil, aber nur diejenigen Signale, die vom Sender erzeugt wurden, gehören zur Kanalimpulsantwort. Die restlichen empfangenen Signale im Verzögerungsprofil sind Geräusche und Störungen. Wenn die Signale, die das Verzögerungsprofil bilden, durch ihre jeweiligen Leistungen und Verzögerungen dargestellt werden, wird das Verzögerungsprofil Leistungsverzögerungsprofil (PDP – Power Delay Profile) genannt.
Die Kanalimpulsantwort wird sehr häufig geschätzt, damit Verzögerungsschwankungen des Funkkanals verfolgt werden können. Insbesondere ändert sich häufig die Position der Kanalimpulsantwort innerhalb des Suchfensters, was auf die Bewegung der Mobilstation oder eine andere Objektbewegung sowie auf die Frequenzunstimmigkeit der PN-Sequenzgeneratoren zurückzuführen ist, die am Sender zum Spreizen und am Empfänger zum Entspreizen verwendet werden. Das Ergebnis ist, dass die Position des Suchfensters angepasst werden muss, um die Kanalimpulsantwort in der Mitte des Fensters zu halten.
Es ist somit ein Ziel der Erfindung, die Suchfensterposition so einzustellen, dass die korrekte Ausrichtung zwischen der geschätzten Kanalimpulsantwort und dem Suchfenster beibehalten werden kann.
Es ist ferner ein Ziel der Erfindung, eine Methodologie bereitzustellen, mit der die Mitte der Kanalimpulsantwort genau und wirksam bestimmt werden kann, um das Suchfenster genau auf die mittige Position einstellen zu können.
Es ist ferner ein Ziel der Erfindung, jede ausgewählte Mehrwegverzögerung in Übereinstimmung mit den Suchfenstereinstellungen anzupassen.
Es ist ferner ein Ziel der Erfindung, eine Methodologie zur wirksamen Filtrierung eines Suchfensterverzögerungs-Einstellsignals bereitzustellen, um den Einfluss von Geräuschen und Störungen auf ein Minimum zu reduzieren.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Suchfenster-Verzögerungsnachführung nach Anspruch 1 bereit. Ferner bezieht sie sich auf eine Suchfensternachführungseinheit nach Anspruch 16 und eine Funkbasisstation nach Anspruch 24, die die Suchfensternachführungseinheit nach Anspruch 16 enthält.
Ein nichtlinearer Filterprozess beinhaltet das Berechnen einer Verzögerungsspreizung aus der mittleren CIR-Verzögerung, welche für aufeinanderfolgende Iterationen berechnet wurde, wobei jede Iteration einem Verarbeitungszyklus des Fensterverzögerungs-Nachführungsverfahrens entsprechend jedes neuen Eingangs entspricht. Eine Differenz zwischen den aufeinanderfolgenden Verzögerungsspreizungen wird bestimmt. Ein Suchfenstereinstellsignal wird mit dem Fehlersignal gleichgesetzt, wenn die Differenz kleiner als oder gleich einer Schwelle ist. Es ist aber auch möglich, das Einstellsignal auf Null zu setzen, wenn die Differenz größer als die Schwelle ist. Wenn folglich ein signifikanter Unterschied zwischen der Verzögerungsspreizung in der aktuellen Iteration und der Verzögerungsspreizung in den vorhergehenden Iterationen besteht, wird die in der aktuellen Iteration berechnete neue Fehlerprobe als unzuverlässig betrachtet, und es wird keine Anpassung vorgenommen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die vorliegende Erfindung in einer Funkbasisstation eingesetzt, die mehrere Sektoren beinhaltet, wobei jeder der Sektoren eine oder mehrere Richtantennen aufweist, die ein Signal von einer Mobilstation mit Mehrwegen empfangen. Jeder Weg weist eine entsprechende Verzögerung auf. Ein Mehrweg-Suchprozessor in der Basisstation beinhaltet mehrere Kanalschätzer, die jeweils einem der mehreren Sektoren entsprechen. Jeder Kanalschätzer erzeugt ein Verzögerungsprofil innerhalb eines Suchfensters, welches die tatsächliche Kanalimpulsantwort sowie Geräusche und Störungen beinhaltet. Ein Wegselektor in einem Mehrweg-Suchprozessor wählt Wege mit den stärksten Signalen aus den von jedem Kanalschätzer erzeugten Verzögerungsprofilen aus, und gibt eine ausgewählte Kanalimpulsantwort aus, die sich aus der entsprechenden Verzögerung und der Leistung für jeden ausgewählten Weg zusammensetzt. Eine Fensternachführungseinheit sorgt dafür, dass die Ausrichtung zwischen der Mitte der ausgewählten Kanalimpulsantwort und der Mitte des Suchfensters beibehalten wird. Ein Demodulator demoduliert die ausgewählten Wege und kombiniert die demodulierten Wege zu einem kombinierten empfangenen Signal. Die Fensternachführungseinheit passt die Suchfenster in allen Kanalschätzern entsprechend jeder Suchfenstereinstellung an, um so die mittlere Ausrichtung sowie das Ausgleichen der Verzögerung des ausgewählten Weges aufrechtzuerhalten.
Die Fensternachführungseinheit berechnet insbesonders eine mittlere Verzögerung anhand der ausgewählten Wege, bestimmt einen Fehler zwischen der mittleren Verzögerung und der Mitte des Suchfensters und passt die Position jedes Suchfensters an, um den Fehler zu reduzieren. Ein Fensternachführungseinheit-Controller berechnet eine Verzögerungsspreizung für jede neue ausgewählte Kanalimpulsantwort, bestimmt die Differenz zwischen den aufeinanderfolgenden Verzögerungsspreizungen und stellt ein zum Fehlersignal proportionales Einstellsignal ein, wenn die Differenz kleiner als oder gleich einer Schwelle ist, bzw. stellt das Einstellsignal auf Null ein, wenn die Differenz größer als die Schwelle ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorerwähnten und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie aus den Darstellungen in den beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Teile in allen Ansichten mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Die Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgerecht dargestellt, sondern dienen vor allem dem Zweck, die Prinzipien der Erfindung möglichst klar zu veranschaulichen.
1 ist ein funktionelles Blockdiagramm eines zellularen Funkkommunikationssystems, in welchem die vorliegende Erfindung realisiert werden kann;
2 ist eine Zeichnung, die Mehrwegausbreitung zwischen einer Mobilstation und einer Basisstation veranschaulicht;
3 ist eine Kurve, die ein beispielhaftes Mehrweg-Kanalimpulsantwort-Verzögerungsprofil darstellt, welches nützlich für die Darstellung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung ist;
4 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform eines CDMA-Empfängers, in dem die vorliegende Erfindung realisiert werden kann;
5 veranschaulicht ein Format eines beispielhaften Informationssignals, wie es von dem Empfänger in 4 übertragen, verarbeitet und demoduliert würde;
6 ist ein funktionelles Blockdiagramm des Mehrweg-Suchprozessors von 4, in dem die vorliegende Erfindung vorteilhaft realisiert werden kann;
7 ist ein funktionelles Blockdiagramm eines Selektors aus dem Mehrweg-Suchprozessor von 6;
8 ist ein funktionelles Blockdiagramm eines der Kanalschätzer des Mehrweg-Suchprozessors von 6;
9 ist ein funktionelles Blockdiagramm des Entspreizers im Kanalschätzer von 8;
10 ist ein funktionelles Blockdiagramm einer Fensternachführungseinheit gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
11 ist ein funktionelles Blockdiagramm einer Fensternachführungseinheit gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
12 ist ein Ablaufdiagramm der Suchfensterverzögerung-Nachführungsverfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
13 ist ein Ablaufdiagramm weiterer Suchfensterverzögerung-Nachführungsverfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In der folgenden Beschreibung wurden zum Zwecke des besseren Verständnisses und nicht aus Gründen der Einschränkung spezifische Details, wie zum Beispiel bestimmte Ausführungsformen, Schaltkreise, Signalformate, Techniken usw. erklärt, um ein gründliches Verständnis der vorliegenden Erfindung zu vermitteln. Für einen Fachmann wird ohne weiteres erkenntlich sein, dass die vorliegende Erfindung auch in anderen Ausführungsformen praktiziert werden kann, die von diesen spezifischen Details abweichen. Zum Beispiel, obwohl die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit einem Basisstationsempfänger erklärt wurde, kann sie in jedem beliebigen Empfänger, wie zum Beispiel in einer Mobilstation, eingesetzt werden. In anderen Fällen wurden ausführliche Beschreibungen von gutbekannten Verfahren, Geräten und Schaltkreisen ausgelassen, um die Beschreibung der vorliegenden Erfindung nicht durch unnötige Details zu verschleiern.
Die vorliegende Erfindung ist im Zusammenhang mit einem CDMA Mobilfunk-Telekommunikationssystem (vorzugsweise Breitband-CDMA) beschrieben, wie in 1 dargestellt. Ein repräsentatives verbindungsorientiertes externes Kernnetzwerk, dargestellt als Wolke 12, kann zum Beispiel das öffentliche Telefonnetz (PSTN) und/oder das ISDN-Netz sein. Ein repräsentatives verbindungsorientiertes externes Kernnetzwerk, dargestellt als Wolke 14, kann zum Beispiel das Internet sein. Beide Kernnetzwerke sind an einen oder mehrere Diensteknoten gekoppelt. Der Einfachheit halber ist nur ein einziger Diensteknoten als Mobilfunkvermittlungsstelle (MSC) 16 dargestellt, die Vermittlungsdienste bereitstellt. Die Mobilfunkvermittlungsstelle 16 ist an eine Mehrzahl von Funknetz-Controllern (RNCs) 18 angeschlossen. Jeder Funknetz-Controller 18 könnte einen bestimmten Kanal zwischen einer oder mehreren Basisstationen (BSs) 20 und Mobilstation (MS) 24 einschließlich der Auswahl und Zuordnung von Spreizcodes und Diversitäts-Handovers einrichten und freigeben. Die Basisstation 20 handhabt die Breitband-CDMA-Funkschnittstelle zu Mobilstation 24 und beinhaltet Funkgeräte wie Sendeempfänger, digitale Signalprozessoren und Antennen, die zur Verwaltung jeder Zelle und jedes Zellensektors im Netzwerk benötigt werden. Wie für eine Basisstation 20 dargestellt, könnte jede Basisstation mehrere Sektoren 22 und jeder Sektor vorzugsweise zwei Diversitätsantennen enthalten.
2 veranschaulicht ein vereinfachtes dynamisches Mehrweg-Ausbreitungsmodell. Obwohl Mehrwegausbreitung von sowohl den Mobilstationen als auch den Basisstationen adressiert werden muss, ist in diesem Mehrwegbeispiel ein Signal dargestellt, das von einer Mobilstation 24 zu einer Basisstation 20 übertragen wird. Das übertragene Signal wird an der Basisstation 20 von den Diversitätsantennen in den mehreren Sektoren 22 empfangen, wobei jedes empfangene Signal mehrere Wege P1, P2 und P3 aufweist. Weg 1 ist der direkte, als erstes empfangene Weg, und oft auch der stärkste Weg. Weg 2 wird von einem stationären Objekt wie zum Beispiel einem Gebäude reflektiert. Weg 3 wird von einem beweglichen Objekt wie einem Kraftfahrzeug reflektiert. Die Mobilstation 24 könnte sich ebenfalls bewegen. Das grundlegende Problem für den Empfänger in der Basisstation 20 besteht nun darin, jeden dieser Wege P1–P3 zu identifizieren, um ihre Größe und relative Verzögerung zu bestimmen, damit die drei Wege unter Berücksichtigung ihrer jeweiligen Verzögerungen diversitäts-kombiniert werden können.
3 veranschaulicht eine Kurve, anhand welcher die Prinzipien der vorliegenden Erfindung erklärt werden können. Die vertikale Achse dieser Kurve ist die empfangene Signalleistung. Die horizontale Achse zeigt die Verzögerungszeitintervalle, bezogen auf die Rate, mit der das empfangene Signal abgetastet wird. Die Wellenform ist die geschätzte Kanalimpulsantwort, die vier Spitzen aufweist, die so groß sind, dass sie eine Erkennungsschwelle überschreiten. Nur die drei den Wegen P1, P2 und P3 entsprechenden Spitzen sind gültige Mehrwege. Die vierte Spitze ist eine falsche Spitze, weil sie jedoch die Schwelle überschreitet, wird sie ebenfalls als Weg identifiziert. Weg 1 entspricht der Verzögerung τ1, Weg 2 der Verzögerung τ2 und Weg 3 der Verzögerung τ3.
Die Breite der horizontalen Achse entspricht einem Suchfenster. Die Länge des Suchfensters reicht aus, um die Kanalimpulsantwort (alle signifikanten Mehrwege des empfangenen Signals) plus einen zusätzlichen Versatz aufzunehmen, so dass das Fenster etwas breiter als der Abschnitt der Kanalimpulsantwort ist, der die gültigen Mehrwege enthält. Formeller ausgedrückt wird das Suchfenster durch die Anzahl der Verzögerungswerte definiert, die als Startpositionen zum Korrelieren des empfangenen Signals mit dem PN-Code verwendet werden, um die erwartete Maximalverzögerung der zuletzt angekommenen erkannten Mehrwegkomponente bezogen auf die zuerst angekommene erkannte Mehrwegkomponente abzudecken. In dieser beispielhaften Ausführungsform beträgt die Anzahl der komplexen Proben, die der erwarteten Mehrweg-Maximalverzögerung entsprechen, 160, und folglich ist N_window gleich 160 Verzögerungspositionen.
Erfindungsgemäß ist die Mitte des Suchfensters (N_window/2 = 80 Verzögerungspositionen) vorzugsweise auf die Mitte der Kanalimpulsantwort auszurichten. Dies gewährleistet, dass die Kanalimpulsantwort, die die stärksten gültigen Mehrwege enthält, im Suchfenster zur Verarbeitung, zum Beispiel zur Demodulation, enthalten sind. Andernfalls besteht das Risiko, dass eine oder mehrere Mehrwegkomponenten ausgelassen werden.
Wenn einfach der stärkste oder der zuerst angekommene Weg als Ausrichtungspunkt für das Suchfenster gewählt würde, wären die erhaltenen Ergebnisse nicht besonders genau, weil entweder einer dieser Ausrichtungspunkte je nach Fading oder Geräuschen schwanken würde und das Suchfenster folglich nicht auf die Kanalimpulsantwort zentriert wäre. Stattdessen wird erfindungsgemäß die Mitte des Suchfensters auf einen mittleren oder durchschnittlichen Verzögerungswert der Kanalimpulsantwort ausgerichtet. Die mittlere Verzögerung wird durch Berechnung des Durchschnitts der Verzögerungen jedes der Mehrwege der Kanalimpulsantwort bestimmt. Die Differenz oder der Fehler ε zwischen der Mitte des Suchfensters N_window/2 (an Verzögerungsposition 80 in 3) und dem mittleren Verzögerungsort (an einer Verzögerungsposition von etwas weniger als 80) wird erkannt und durch Anpassen des Ortes des Suchfensters (oder durch Vornahme einer anderen Anpassung) auf ein Minimum reduziert.
Unter Berücksichtigung der Mehrweg-Darstellung von 2 und der Kurve von 3 (einschließlich der in 3 definierten Parameter) wird jetzt auf einen Basisstationsempfänger 50 Bezug genommen. Auch hier, obwohl die bevorzugten beispielhaften Ausführungsformen beschrieben werden, wobei die vorliegende Erfindung in der Basisstation 20 zum Einsatz kommt, wird ein Fachmann erkennen, dass die vorliegende Erfindung in jedem Empfänger einschließlich eines Empfängers in der Mobilstation eingesetzt werden kann.
Empfänger 50 beinhaltet einen RAKE-Demodulator 54 mit einer Mehrzahl von RAKE-Finger-Demodulatoren (nicht dargestellt), der Eingänge von einem PN-Sequenzgenerator 58 (zum Beispiel eine PN Entspreizungscodesequenz) und von einer Tuning-Steuereinheit 56 empfängt. Die Timing-Steuereinheit 56 erzeugt Synchronisierungssignale (SYNC), die am RAKE-Demodulator 54 und an einem Mehrweg-Suchprozessor, der ebenfalls an den RAKE-Demodulator angeschlossen ist, bereitgestellt werden. Signale von zwei Diversitätsantennen 0 und 1 für jede sechs Basisstationssektoren (0–5) werden entsprechenden AGC-Schaltkreisen 52 (AGC = Automatic Gain Control) zugeführt. Jeder AGC-Schaltkreis ist an beide Diversitätsantennensignale angeschlossen, um den langfristigen dynamischen Bereich des empfangenen Signals zu reduzieren, wodurch die erforderliche Anzahl von Bits zur Signalrepräsentation reduziert wird, der Informationsgehalt des Signals jedoch beibehalten wird. Die Analog-zu-Digital-Umwandlung kann vor oder nach AGC vorgenommen werden und ist deshalb in der Figur nicht ausdrücklich dargestellt. Der Mehrweg-Suchprozessor 60 berechnet Verzögerungsprofile für jeden der Sektoren, wobei die unten näher beschriebenen Ausgangsproben zum Einsatz kommen. Die Signalproben werden ferner am RAKE-Demodulator zum Entspreizen und Kombinieren bereitgestellt. Das kombinierte Ausgangssignal wird unter Einsatz einer Anzahl von Antennensignalen von verschiedenen Sektoren erzeugt, die vom Mehrweg-Suchprozessor entsprechend den von allen Basisstationssektoren empfangenen stärksten Mehrwegen ausgewählt wurden.
Obwohl sich die vorliegende Erfindung insbesondere auf den Mehrweg-Suchprozessor 60 bezieht, ist ein allgemeines Verständnis des Vorgangs, wie der Basisstationsempfänger die empfangenen Signale verarbeitet, nützlich zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung. Pilotsymbole oder andere von der Mobilstation übertragene bekannte Signale werden von der Basisstation dazu verwendet, die Kanalimpulsantwort zu schätzen. Die Basisstation muss Synchronisierungssignale ableiten, die zur Extraktion periodisch eingefügter Pilotsymbole aus den empfangenen Signalproben erforderlich sind. Eine derartige anfängliche Synchronisierung kann nach einem von Mobilradios verwendeten Direktzugriffsverfahren über einen bekannten Zugriffskanal eingesetzt werden, mit dem ein Verkehrskanal von der Basisstation erhalten wird. Nach erfolgreichem Abschluss des Direktzugriffsverfahrens wird die Basisstation mit der zuerst angekommenen erkannten Mehrweg-Signalkomponente synchronisiert, die von der Mobilstation kommt. Das anfänglich empfangene Synchronisierungssignal dient zur Extraktion der Pilotsymbole, die anschließend auf dem Verkehrskanal übertragen werden. Die weitere Anpassung des Synchronisierungssignals ist Aufgabe der Fensterverzögerungs-Nachführungseinheit in der Suchmaschine.
Um die Rolle und den Einsatz von Pilotsymbolen besser verstehen zu können, wird jetzt auf 5 Bezug genommen, in der ein beispielhaftes Datenformat dargestellt ist, in dem Information von der Mobilstation übertragen wird. Informationssymbole werden auf der höchsten Ebene als aufeinanderfolgende Superframes formatiert, die an entsprechenden Spreizschaltkreisen im Mobilstationssender bereitgestellt werden. Die Superframe-Information wird mit Hilfe eines PN-Codes gespreizt, der der Mobilstation von der Basisstation zugewiesen und über die Funkschnittstelle übertragen wird. Jedes Superframe (welches zum Beispiel 840 Millisekunden lang sein kann) kann zum Beispiel 64 aufeinanderfolgende Funkframes enthalten, wobei jedes Funkframe 10 Millisekunden lang sein kann.
Desgleichen könnte jedes 10 Millisekunden Funkframe 16 Zeitfenster und jedes Zeitfenster Pilotsymbole oder bekannte Symbole, die zur Synchronisierung benutzt werden, sowie Kanalsymbole mit unbekannten Informationssymbolen enthalten, die zu demodulieren und der Basisstation mitzuteilen sind.
Vorausgesetzt, dass die anfängliche Synchronisierung erhalten wurde, soll jetzt auf den Mehrweg-Suchprozessor 60 Bezug genommen werden, der in zusätzlichem Detail in 6 dargestellt ist. Das von jeder AGC-Einheit empfangene Signal entspricht dem Signal, das von der Mobilstation übertragen wurde. Jeder der AGC-Schaltkreise 52 ist an den Basisstations-Selektor 62 angeschlossen, der Blöcke von Signalproben aus beiden Antennensignalen von jedem Basisstationssektor auswählt. Obwohl Sektoren und Antennendiversität in dieser beispielhaften Ausführungsform eingesetzt werden, versteht sich auch hier, dass die vorliegende Erfindung nicht auf Antennendiversität oder auf Basisstationen mit Sektoren beschränkt ist.
Jeder Basisstationssektor weist einen entsprechenden Schätzer von M Kanalschätzern 64 auf, wobei M gleich der Anzahl von Basisstationssektoren ist. Der Selektor 62 extrahiert Blöcke von Signalproben, die auf bekannte Symbole, zum Beispiel Pilotsymbole, zu untersuchen sind, und stellt diese Blöcke am entsprechenden Kanalschätzer 64 bereit. Die Kanalschätzer 64 führen code-abgestimmte Filtrierung mit kohärenter und nicht kohärenter Integration der code-abgestimmten Filterantworten durch. Bei kohärenter Integration werden komplexe Korrelationswerte zusammenaddiert, die in einer Anzahl von aufeinanderfolgenden Zeitfenstern für die gleiche Verzögerung des Blocks von empfangenen Signalproben erhalten wurden. Bei nicht kohärenter Integration werden die Leistungen von kohärent integrierten Korrelationswerten summiert. Für jede Antenne liefert der entsprechende Kanalschätzer ein durchschnittliches Leistungsverzögerungsprofil, das der geschätzten Kanalimpulsantwort entspricht, an die Wegauswahleinheit 66. Die Wegauswahleinheit 66 unterscheidet zwischen Signal- und Geräuschproben in den M Verzögerungsprofilen und wählt dann eine Anzahl der stärksten Wegsignale zur Demodulation im RAKE-Demodulator 54 aus.
Die entsprechenden Wegverzögerungen und Leistungen der N Wege, die von der Wegauswahleinheit 66 ausgewählt wurden, werden einer Fensternachführungseinheit 70 zugeführt. Die Anzahl N der ausgewählten Wege müsste gleich der Anzahl der RAKE-Finger sein, N kann jedoch auch kleiner sein, wenn nicht genügend Wege vorhanden sind, die über der Erkennungsschwelle liegende Leistungen aufweisen. Diese ausgewählten Wege bilden eine ausgewählte Kanalimpulsantwort, wie oben definiert. Die Hauptfunktion der Fensternachführungseinheit 70 besteht darin, die Mehrweg-Kanalimpulsantwort in der Mitte des Suchfensters zu halten. Die Suchfensterposition wird mit Hilfe eines Suchfensterpositions-Korrektursignals, welches am Timing-Steuerblock 56 bereitgestellt wird, von der Fensternachführungseinheit 70 korrigiert. Durch Einstellen der Phase, das heißt des Zustands der PN-Generatoren, der an den Kanalschätzer 64 angelegt wird, wird das Suchfenster effektiv eingestellt. Eine weitere Funktion der Fensternachführungseinheit 70 besteht darin, die ausgewählten Wegverzögerungen τ₁', ..., τ_N' in Übereinstimmung mit den Suchfenstereinstellungen anzupassen. Eine Chip-Synchronisierungseinheit 68 bestimmt, ob ein anfänglicher Synchronisierungsprozess abgeschlossen wurde und setzt, falls dies der Fall ist, ein Chipsynchronisierungsflag. Die Chip-Synchronisierungseinheit 68 erkennt, dass Chip-Synchronisierung erzielt wurde, wenn mindestens ein ausgewählter Weg, mit einer arbiträren Leistung P_k, vorhanden ist, der eine Erkennungsschwelle in der Wegauswahleinheit 66 überschreitet.
Der Selektor 62 umfasst einen Sektor-Selektor 72 und einen Pilot-Selektor 74, wie in 7 dargestellt. Der Sektor-Selektor 72 wählt aus, welcher der Basisstations-Selektoren zu untersuchen ist. Für jeden ausgewählten Basisstations-Selektor werden gleichzeitig beide Sektorantennen untersucht. Es könnte daher vorteilhaft sein, die Hardware-Komplexität durch Verwendung von nur M = 2 Kanalschätzern 64 zu reduzieren, und jeweils nur einen Basisstations-Selektor zu untersuchen. Dies bewirkt, dass der Sektor-Selektor die Ausgänge der verschiedenen Sektorantennen zeitmultiplext. Der Pilot-Selektor 74 besteht aus M Pilot-Demultiplexern 76, die den entsprechenden M Kanalschätzern 64 ausgewählte Ausgänge zuführen.
Jeder Pilot-Demultiplexer 76 extrahiert und puffert L_buffer komplexe Proben. Angenommen, die Chip-Oversampling-Rate im Empfänger ist vier (das heißt vier Proben pro Chip), dann ergibt sich die Länge des Puffers in jedem Pilot-Multiplexer aus folgender Gleichung: Lbuffer = N pilot symbol·spreading factor·oversampling factor + Nwindow-1 (1)wobei N_{pilot symbol} die Anzahl der bekannten Pilotsymbole in jedem Zeitfenster ist und der Spreizfaktor der Anzahl der Chips pro Symbol entspricht. Wie in 3 dargestellt, ist ein beispielhaftes Suchfenster N_window gleich 160 komplexen Proben (Vezögerungszeitintervalle), was einer maximalen erwarteten Verzögerung der Mehrweg-Kanalimpulsantwort entspricht. Da die genaue Position der Kanalimpulsantwort unbestimmt ist, werden zusätzliche N_window-1 Proben zusammen mit der Anzahl von Proben, die den bekannten Pilotproben entsprechen, gespeichert.
Die Struktur jedes M parallelen Kanalschätzers 64 ist in 8 dargestellt. Das demultiplexte und gepufferte Signal des entsprechenden Pilot-Demultiplexer-Puffers 76 wird in einem Entspreizer 80 mit dem bekannten komplexen Entspreizungscode (der Pilotsequenz) korreliert, um einen komplexen PN_I/PN_Q Korrelierungsvektor zu erzeugen, der anschließend mit einem Skalierungsfaktor, der von der AGC-Menge abhängig ist, im Multiplizierer 82 multipliziert wird. In 9 ist der Entspreizer 80 im Detail dargestellt. Das komplexe Eingangssignal wird mit einem Faktor R = 4 in den parallelen I/Q Dezimierern 91 dezimiert (down-sampled), um eine Probe pro Chip zu erhalten. Das dezimierte Signal wird Chip für Chip im komplexen Multiplizierer 94 mit einem Segment der konjugierten und remodulierten Spreizsequenz multipliziert, die vom PN-Puffer und Pilot-Remodulator 93 bereitgestellt wird. Die komplexen Multiplikationsergebnisse werden in den parallelen I/Q-Integratoren 95 über L Chips integriert, um einen komplexen Korrelationswert zu erzeugen. Die Remodulation der Spreizsequenz wird durchgeführt, um den Einfluss des Pilotsymbolmusters (das heißt seinen Informationsinhalt) auf den Korrelationswert zu entfernen.
Die gleiche komplexe PN-Sequenz, (das heißt einschließlich der beiden realen PN_I und imaginären PN_Q Sequenzen) wird mit Hilfe des komplexen Entspreizers 80 mit aufeinanderfolgenden Probeversätzen des empfangenen Signals in einem entsprechenden Puffer des Pilot-Demultiplexers 76 gespeichert. Die Korrelationsprozedur wird N_window = 160 mal für ein gegebenes Segment der PN Entspreizungssequenz wiederholt, um 160 komplexe Korrelationswerte im Korrelationsvektor zu erzeugen. Die komplexen Korrelationsvektoren aus aufeinanderfolgenden Zeitfenstern werden kohärent in einem kohärenten Akkumulator 84 integriert (das heißt entsprechende komplexe Korrelationswerte aus aufeinanderfolgenden Zeitfenstern werden in Phase addiert). Der absolute Wert des Ausgangs des kohärenten Integrators 84 wird erhalten und ins Quadrat erhoben (Block 86), um ein Verzögerungsleistungsspektrum (DPS) zu erhalten. Die Verzögerungsleistungsspektren werden nicht kohärent in einem nicht kohärenten Akkumulator 88 integriert, um ein Leistungsverzögerungsprofil (PDP) für jedes Funkframe zu erzeugen. Vorzugsweise wird eine weitere Durchschnittsberechnung der Leistungsverzögerungsprofile im Schiebe-Durchschnittsberechner 90 durchgeführt, um ein Durchschnitts-PDP über eine Anzahl von Frames zu erhalten, nachdem Geräusch-/Störungsspitzen reduziert wurden.
In diesem Beispiel wird in jedem Basisstationssektor Zwei-Antennen-Diversität implementiert. Die durchschnittlichen Leistungsverzögerungsprofile der beiden Antennen im gleichen Sektor werden addiert und zusammen mit einem entsprechenden Verzögerungswert gespeichert. Die Leistungswerte der Wege in den Durchschnitts-PDPs werden mit einer Erkennungsschwelle, wie der horizontalen gestrichelten Linie in 3, verglichen, und nur diejenigen Weg-Leistungswerte, die die Schwelle überschreiten, werden als gültige Wege identifiziert. Die gültigen Wege aller Suchsektoren werden verglichen und die N stärksten Wege unter ihnen werden in aufsteigender Reihenfolge ihrer Leistung sortiert und ausgewählt. Die Verzögerungen τ₁', ..., τ_N' und Leistungen P₁, ..., P_N der ausgewählten Wege bilden die Eingangssignale für die Fensternachführungseinheit 70. Die Auswahlinformation S₁, ..., S_N zeigt an, welche Basisstationssektoren und Diversitäts-Antennensignale ausgewählt wurden. Die Auswahlinformation wird im RAKE-Empfänger zur Auswahl entsprechender Eingangssignale verwendet. Des Weiteren wird die durchschnittliche Störungsleistung für jeden Sektor als Eingangssignal zur Schätzung des zur Leistungssteuerung verwendeten Signal-zu-Störung-Verhältnisses (SIR) bereitgestellt. Anschließend werden die N stärksten Wege entsprechenden Demodulationsfingern im RAKE-Demodulator zur Demodulation und Diversitätskombination zugewiesen.
Bezugnehmend auf 10 empfängt die Fensternachführungseinheit 70 Verzögerungen τ₁', ..., τ_N' und Leistungen P₁, ..., P_N für die ausgewählten Wege von der Wegauswahleinheit 66. Die Fensternachführungseinheit 70 umfasst einen Fehlerdetektor 100, der einen Kalkulator 102 zur Berechnung der mittleren Position der Kanalimpulsantwort (CIR) umfasst, wobei der Kalkulator an einen Summierer 104 angeschlossen ist, der ebenfalls als Eingang an einer Subtrahierungsklemme den zentralen Ort des Suchfensters N_window/2, gemessen in Verzögerungsintervallen, empfängt. Der Ausgang des Summierer 104 entspricht einem Fehlersignal ε(m) in einem Verarbeitungszyklus m, welches von Controller 108 analysiert wird. Der vom Kalkulator 102 zur Berechnung der mittleren Position der Kanalimpulsantwort ausgegebene mittlere Verzögerungswert wird als Eingang an einem Kalkulator 106 zur Berechnung der Verzögerungsspreizung des Kanalimpulsantwort zusammen mit den entsprechenden Verzögerungen τ₁', ..., τ_N und Leistungen P₁, ..., P_N der ausgewählten Wege bereitgestellt. Beispiele des Suchfensters, der mittleren Verzögerung, der Verzögerungsspreizung, der Wege P₁–P₃ und der Verzögerungen τ₁, ..., τ₃ sind in 3 markiert.
Controller 108 verarbeitet den Fehler ε(m) zusammen mit der vom Kalkulator 106 zur Berechnung der CIR-Verzögerung bereitgestellten Verzögerungsspreizung, um ein Einstellsignal A(m) zu erzeugen, welches einem Summierer 110 und einem Integrator 112 zugeführt wird. Das Einstellsignal A(m) wird zur Einstellung der ausgewählten Wegverzögerungen τ₁', ..., τ_N' verwendet, die am RAKE-Demodulator bereitgestellt werden, damit entsprechende Verzögerungen an die RAKE-Fingerausgänge für kohärente Addition zur Erzeugung des kombinierten Ausgangssignals angelegt werden können. Integrator 112 umfasst einen Summierer 114 und eine Verzögerung 116 zur Kumulierung der Ausgänge von Controller 108 und zur Ausgabe eines Suchfensterposition-Korrektursignals W(m), welches der Timing- und Steuereinheit 56 zugeführt wird. Die Timing- und Steuereinheit 56 steuert die Phase des PH-Sequenzgenerators 58, um sie entsprechend des Wertes von W(m) zu verzögern oder vorzudrücken.
In einer ersten beispielhaften Ausführungsform könnte der Controller einfach ein lineares Tiefpassfilter sein, welches als Steuerschleifenfilter fungiert. Eine bevorzugte Wahl der Bandbreite des Schleifenfilters kompromittiert die Ausgangsgeräuschschwankungen und die Schleifennachführungsgeschwindigkeit. In einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird Controller 108 mittels eines mit „Fehler-Verifizierung" bezeichneten, nicht linearen, Tiefpass-, Fehlerfilterprozesses implementiert, der im Folgenden beschrieben ist. Eine dritte beispielhafte Ausführungsform der Fensternachführungseinheit 70, die in Verbindung mit der Fehlerverifizierungs-Ausführungsform verwendet wird, ist in 11 dargestellt. Ein Tiefpassfilter 120 filtert den Ausgang von Controller 108, bevor dieser dem Summierer 110 und dem Integrator 112 zugeführt wird. Das Tiefpassfilter 120 glättet den Steuersignalausgang von Controller 108 und reduziert die restlichen Geräusche im Steuersignal.
Im Folgenden wird die allgemeine Vorgehensweise zum Einstellen des Suchfensters anhand des in 12 dargestellten Ablaufdiagramms beschrieben, welches die Routine zum Einstellen des Suchfensters darstellt (Block 130). Wegverzögerungen und Leistungen entsprechend den zur RAKE-Demodulation ausgewählten stärksten Wegen werden verarbeitet, um die mittlere Position oder Verzögerung der Kanalimpulsantwort (CIR) zu bestimmen (Block 132). In anderen Worten, die Wegverzögerungen und Leistungen der ausgewählten Wege bilden die Kanalimpulsantwort, die dem empfangenen Signal entspricht. Die mittlere Position der CIR wird mit der Mitte eines Suchfensters verglichen, um einen Fehler zu bestimmen (Block 134). Der Fehler wird dazu verwendet, die Suchfensterposition relativ zur mittleren Position der CIR anzupassen sowie jede vom RAKE-Demodulator benutzte Wegverzögerung zu korrigieren (Block 136).
Ein spezifischer und dennoch beispielhafter Satz von Prozeduren zur Verarbeitung des in Block 134 bestimmten Fehlers soll im Folgenden in Verbindung mit der Fehlerverarbeitungsroutine (Block 140) beschrieben werden, die im Ablaufdiagramm in 13 dargestellt ist. Eine Verzögerungsspreizung wird auf Basis einer Differenz zwischen der Verzögerung jedes ausgewählten Weges und der mittleren Verzögerung bestimmt (Block 142). Dann werden die Verzögerungsspreizungen für aufeinanderfolgende Iterationen verglichen (Block 144). Bei Block 146 wird eine Entscheidung getroffen, ob die Differenz zwischen aufeinanderfolgenden Verzögerungsspreizungen größer als oder geringer als eine Schwelle T₀ ist. Falls ja, wird das Einstellsignal auf Null gesetzt (Block 148). Falls nein, wird bei Block 146 eine Entscheidung getroffen, ob die aktuelle Verzögerungsspreizung gleich Null ist. Falls nein, wird das Einstellsignal mit dem Fehler gleichgesetzt (Block 158). Das dem Fehler entsprechende Einstellsignal wird dazu verwendet, die vom RAKE-Demodulator bereitgestellten Wegverzögerungen anzupassen (Block 150). Wenn die aktuelle Verzögerungsspreizung gleich Null ist, wird der absolute Einstellsignalwert mit einem durchschnittlichen Einstellsignal verglichen, und wenn die Differenz größer als T₁ ist (Block 159), wird das Einstellsignal auf einen Grenzwert T₁ eingestellt (Block 160). Das Einstellsignal wird integriert (Block 152), um ein Fenstersteuersignal zu erzeugen. Nun wird der Ort des Suchfensters entsprechend des Fenstersteuersignals eingestellt (Block 154).
Jetzt sollen spezifische Parameter und Gleichungen beschrieben werden, die in der Fensternachführungseinheit 70 eingesetzt werden können, um verschiedene Funktionen auszuführen. Die mittlere Verzögerung wird mit Hilfe folgender Gleichung berechnet:
wobei τ'_k ∈(0, 1, ..., N_window-1) Wegverzögerungen sind, N die Anzahl der ausgewählten Wege ist und P_k die entsprechenden Signalleistungen sind. Jede Wegverzögerung wird als eine Ganzzahl von Positionen (Proben von Zeitintervallen) ab der Startposition des Suchfensters ausgedrückt. Die Gesamtanzahl der untersuchten Positionen innerhalb des Suchfensters ist gleich N_window.
Des Fehlersignal ε(m) wird als Differenz zwischen der mittleren_Verzögerung und der mittleren Position im Suchfenster erhalten, das heißt: ε(m) = mittlere_Verzögerung – Nwindow/2 (3)
Der Controller 108 verarbeitet das Fehlersignal ε(m), um den Einfluss von Geräuschen zu reduzieren, das heißt um die Bewegung des Suchfensters aufgrund eines fehlerhaften Einstellsignals, welches durch Geräusche oder Störungen erzeugt wird, zu verhindern oder zu reduzieren.
Die Ausführung mit der Fehlerverifizierung basiert auf der Überwachung der Differenz zwischen aufeinanderfolgenden Werten der Verzögerungsspreizung. Für jede neue von der Suchwegauswahleinheit erhaltene Kanalimpulsantwort wird ein Verzögerungsspreizungswert anhand der folgenden Gleichung berechnet:
Wenn sich die Verzögerungsspreizung in der aktuellen Iteration „m" signifikant von der Verzögerungsspreizung in der vorhergehenden Iteration unterscheidet, wird die in der aktuellen Iteration berechnete neue Fehlerprobe als unzuverlässig betrachtet. Diese Situation kann eintreten, wenn durch Geräusche (Störungen) verursachte falsche Wege erkannt werden, oder wenn einer oder mehrere gültigen Wege vorübergehend unter dem Einfluss von Rayleigh Fading verschwinden.
Wenn die Differenz in der Verzögerungsspreizung eine bestimmte Schwelle überschreitet, wird für den Einstellprobenwert A(m) eine Einstellung von Null erzwungen. Folglich wird die PN-Generatorphase nicht angepasst und die Suchfensterposition bleibt die gleiche. Somit kann der Algorithmus für die Anpassungsberechnung anhand folgender Gleichung berechnet werden:
für Verzögerungsspreizung(m) ≠ 0,
wobei Bedingung C₀(m) gegeben ist durch C0(m) = Verzögerungsspreizung(m) – Verzögerungsspreizung(m – 1), (6)und T₀ die Schwelle der Verzögerungsspreizungsdifferenz ist.
Aufgrund der Filterung der Impulsformung und des Betriebs der Wegauswahleinheit kann jede bestimmte Wegposition innerhalb weniger Proben unter dem Einfluss von Geräuschen schwanken, deshalb kann folglich auch die Verzögerungsspreizung schwanken, selbst wenn kein neuer Weg erscheint. Folglich wird die Schwelle T₀ nicht auf den idealen Wert, der gleich Null ist, sondern auf einen anderen Wert als Null, zum Beispiel auf einen Wert von T₀ = 4 eingestellt. In der Praxis, wenn eine Mobilstation in Bewegung ist und sich die Verzögerungsspreizung von Zeit zu Zeit dramatisch ändern kann, ist das Steuersignal A(m) nur in einer einzelnen Iteration, wenn die große Änderung der Verzögerungsspreizung zuerst entdeckt wird, gleich Null. Danach verringert sich die Differenz der Verzögerungsspreizung auf kleinere Werte, die die Einstellung des Suchfensters gestatten.
Diese nicht lineare Filterung des Fehlersignals wird nicht in dem Fall angelegt, in dem die aktuelle Verzögerungsspreizung gleich Null ist, während die Differenz der vorhergehenden Verzögerungsspreizung unterhalb der Schwelle liegt. Diese Situation tritt dann ein, wenn das in der Suchmaschine geschätzte Leistungsverzögerungsprofil nur momentane Geräusche enthält, so dass die Wegauswahleinheit nur einen einzelnen falschen Weg mit einer Zufallsverzögerung und einer Verzögerungsspreizung von Null findet. Wenn dies für zwei aufeinanderfolgende Iterationen eintritt, ist die Differenz zwischen zwei Verzögerungsspreizungen gleich Null, die obige Bedingung der Fehlerverifizierung in Gleichung (5) ist erfüllt, und es wird ein fehlerhafter Wert für das Einstellsignal durchgelassen.
Demnach wird, wenn die aktuelle Verzögerungsspreizung gleich Null ist, das Einstellsignal wie folgt erzeugt:
und T₁ = 4 die Schwelle der Einstellgröße ist. |A(x)| ist ein Durchschnitt der Einstellgrößen, welcher periodisch innerhalb eines gewählten Zeitintervalls berechnet wird, zum Beispiel:
wobei x = Ganzzahl (m/N_αν) ist. Mit Bezug auf die obige Analyse ist die gleiche Performance zu erwarten, wenn die Verzögerungsspreizung durch ihren ins Quadrat erhobenen Wert ersetzt wird (Gleiches gilt für die Schwelle T₀), der zur Implementierung in einem digitalen Signalprozessor zweckmäßiger ist.
Anschließend wird das Einstellsignal A(m) integriert, um das Steuersignal W(m) für die Suchfensterposition gemäß folgender Gleichung zu erzeugen, W(m) = W(m – 1) + A(m), (11)welche mit Bezug auf das Eingangssignal die relative Phase eines PN-Sequenzgenerators 58, das heißt eine positive oder negative Zeitverschiebung der erzeugten PN-Sequenz, über die Timing-Steuereinheit 56 bestimmt. Wenn der PN-Sequenzgenerator 58 durch ein Schieberegister mit einer Rückkopplungsschleife und eine steuerbaren Taktfrequenz implementiert wird, wird Integrator 112 nicht verwendet, und das Einstellsignal A(m) wird zum PN-Generator 58 zurückgeführt, der seinerseits als Integrator fungiert. In jedem Fall verursacht ein positiver Wert des Steuersignals eine zusätzliche Verzögerung der erzeugten PN-Sequenz, während ein negativer Wert ein Vorrücken der erzeugten PN-Sequenz verursacht. Für die praktische Implementierung könnte es wünschenswert sein, das Nachführungssteuersignal zu quantisieren, damit es einer Ganzzahl von PN Chips entspricht. Da eine feste Beziehung zwischen dem Datensymbol und dem PN-Sequenz-Timing besteht, beeinflusst das Verzögern oder Vorrücken der PN-Sequenzphase Frame-, Fenster- und Datensynchronisierung in gleicher Weise. Somit ist die korrekte Funktionsweise der Pilot-Demultiplexer 76 abhängig von der Zeitfenstersynchronisierung gewährleistet.
Abgesehen davon, dass die Kanalimpulsantwort in der Mitte des Suchfensters gehalten wird, passt die Fensternachführungseinheit 70 die ausgewählten Wegverzögerungen τ₁', ..., τ_N' entsprechend den Einstellungen des Suchfensters an. Das heißt, es verstreicht eine Verzögerung von einer Frame-Periode, bevor die Suchmaschine 60 die neuen Wegverzögerungen entsprechend der geänderten Fensterpostion bestimmt. Während dieser Zeit erfolgte bereits eine Anpassung der Phase der vom PN-Generator 58 erzeugten Entspreizungssequenz, so dass es zur korrekten Wegkombinierung im RAKE-Demodulator notwendig ist, die bereits gefundenen Wegverzögerungen vorübergehend anzupassen, bis die neu bestimmten Wegverzögerungen von der Wegauswahleinheit ankommen.
Während die vorliegende Erfindung mit Bezug auf eine bestimmte Ausführungsform beschrieben wurde, wird ein Fachmann erkennen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die hier beschriebenen und veranschaulichten Ausführungsformen beschränkt ist. Es können verschiedene Formate, Ausführungsformen und Anpassungen außer den hier dargestellten und beschriebenen sowie viele Modifikationen, Variationen und äquivalente Anordnungen zur Implementierung der Erfindung verwendet werden. Folglich, auch wenn die vorliegende Erfindung mit Bezug auf ihre bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht es sich, dass diese Offenbarung nur eine beispielhafte Darstellung der vorliegenden Erfindung ist und lediglich dem Zweck dient, eine vollständige und nützliche Beschreibung der Erfindung bereitzustellen.

Claims

Verfahren für einen Funkempfänger, das folgende Schritte umfasst: Schätzen einer Zeitbereichs-Kanalimpulsantwort CIR innerhalb eines Suchfensters auf der Grundlage eines Empfangssignals, wobei das Signal über eine Vielzahl von Wegen empfangen wird, wobei jeder der Wege eine entsprechende Wegverzögerung hat; Berechnen (132) einer mittleren Verzögerung für die geschätzte CIR, gewichtet mit der über die Vielzahl von Wegen empfangenen Leistung; Bestimmen (134) eines Verzögerungsfehlers zwischen der Suchfenstermitte und der gewichteten mittleren Verzögerung; und Einstellen (136) der Suchfensterposition, um den Verzögerungsfehler zu verringern.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Suchfenster ein Verzögerungsprofil definiert, das die Vielzahl von Wegen des Empfangssignals enthält.
Verfahren nach Anspruch 2, das ferner folgende Schritte umfasst: Auswählen eines oder mehrerer Wege aus der Vielzahl von Wegen auf der Grundlage der geschätzten Kanalimpulsantwort; Demodulieren jedes der ausgewählten Wege auf der Grundlage seiner entsprechenden Verzögerung; und Kombinieren der demodulierten Wege, um ein demoduliertes Empfangssignal zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Berechnungsschritt ferner das Auswählen von Wegen aus der CIR und das Verarbeiten der Verzögerungen und Leistungen der ausgewählten Wege umfasst, um die mittlere Verzögerung gemäß der folgenden Gleichung zu bestimmen:
wobei N die Anzahl der ausgewählten Wege ist, τ'_k ∈(0, 1, ..., N_window-1) Wegverzögerungen sind und P_k die entsprechenden Wegleistungen sind.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den folgenden Schritt umfasst: Verarbeiten (142, 144, 146) des Verzögerungsfehlers und Verwenden (148, 158, 160) des verarbeiteten Verzögerungsfehlers im Einstellschritt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Verarbeitung unter Verwendung eines linearen Tiefpassfilters durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Verarbeitung unter Verwendung eines nichtlinearen Filterprozesses durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 7 und 4, umfassend: Berechnen (142) einer Verzögerungsspreizung aus der berechneten gewichteten mittleren Verzögerung gemäß der folgenden Gleichung:
wobei N die Anzahl der ausgewählten Wege ist, τ'_k ∈(0, 1, ..., N_window-1) Wegverzögerungen sind und P_k die entsprechenden Wegleistungen sind; Wiederholen der Schätzung der Zeitbereichs-CIR auf der Grundlage des in einem späteren Zeitabschnitt empfangenen Signals; Wiederholen der Berechnung der Verzögerungsspreizung auf der Grundlage der späteren CIR; Bestimmen (144, 146) einer Differenz zwischen der früheren und der späteren berechneten Verzögerungsspreizung; Setzen eines Einstellsignals auf den Verzögerungsfehler, wenn die Differenz kleiner oder gleich einem Schwellwert ist; und Setzen eines Einstellsignals auf Null, wenn die Differenz größer als der Schwellwert ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei, wenn eine aktuelle Verzögerungsspreizung Null ist und die Differenz kleiner oder gleich dem Schwellwert ist, das Verfahren ferner umfasst: Setzen eines Einstellsignals auf einen Einstellgrößen-Schwellwert, dessen Vorzeichen von der Polarität des Verzögerungsfehlers unter einer ersten Bedingung abhängt; und Setzen des Einstellsignals auf den Verzögerungsfehler unter einer zweiten Bedingung.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend: Integrieren des Einstellsignals; und Anwenden des integrierten Einstellsignals, um die Position des Suchfensters einzustellen.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend: Tiefpass-Filtern des Einstellsignals vor dem Integrierschritt.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend: Einstellen von Verzögerungen für die ausgewählten Wege unter Verwendung des Einstellsignals.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder nach Anspruch 7, wobei: das Signal von mehreren Sektoren kommend empfangen wird; in dem Schätzschritt die CIR für jeden Sektor unter Verwendung eines entsprechenden Kanalschätzers (64) geschätzt wird; und ferner die folgenden Schritte umfassend: Definieren eines zugeordneten Suchfensters für jeden Kanalschätzer, wobei jedes Suchfenster ein Verzögerungsprofil definiert, das einige aus der Vielzahl von Wegen des empfangenen Signals enthält; Auswählen von Wegen aus der Vielzahl von Wegen aus den Verzögerungsprofilen, die durch jeweilige der Kanalschätzer erzeugt werden; und wobei im Berechnungsschritt die gewichtete mittlere Verzögerung auf den ausgewählten Wegen beruht.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Suchfenster die gleiche Länge haben und die Suchfenster synchronisiert sind, wobei der Einstellschritt ferner den folgenden Schritt umfasst: Erzeugen eines Einstellsignals, das verwendet wird, um die Position der Suchfenster zu korrigieren, um den Verzögerungsfehler zu verringern.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend: Demodulieren jedes der ausgewählten Wege unter Verwendung seiner entsprechenden Verzögerung; und Kombinieren der demodulierten Wege, um ein demoduliertes Empfangssignal zu erzeugen.
Suchfenster-Nachverfolgungseinheit (70) zur Verwendung in einem Funkempfänger, der einen Sucher mit einem Fenster umfasst zum Schätzen einer Zeitbereichs-Kanalimpulsantwort CIR für ein über mehrere Wege empfangenes Signal, umfassend: einen Prozessor (102) mit einem Eingang zum Empfang der Verzögerungen und Größenwerte der mehreren Wege des Empfangssignals und eingerichtet für die Bestimmung einer mittleren Verzögerung der CIR, gewichtet mit der über die Wege empfangenen Leistung; einen Fehlerdetektor (100) mit einem Eingang von dem Prozessor zum Empfang der gewichteten mittleren Verzögerung und einem Eingang zum Empfang von Information über die Suchfensterposition und eingerichtet für die Bestimmung eines Fehlers zwischen der gewichteten mittleren Verzögerung und der Suchfensterposition; und einen Controller (108), der dafür eingerichtet ist, auf der Grundlage des durch den Fehlerdetektor (100) erzeugten Fehlers ein Einstellsignal an einem Ausgang zu erzeugen, das dafür bestimmt ist, die Suchfensterposition einzustellen, um den Fehler zu verringern.
Suchfenster-Nachverfolgungseinheit nach Anspruch 16, wobei der Controller ein lineares Tiefpassfilter umfasst.
Suchfenster-Nachverfolgungseinheit nach Anspruch 16, wobei der Prozessor dafür eingerichtet ist, eine Mittelposition des Suchfensters zu bestimmen, und der Fehler zwischen der gewichteten mittleren Verzögerung und der Mittelposition besteht.
Suchfenster-Nachverfolgungseinheit nach Anspruch 18, wobei der Controller einen Eingang zum Empfang der CIR hat und dafür eingerichtet ist, unter Verwendung der CIR ein Einstellsignal zur Verringerung des Fehlers zu erzeugen.
Suchfenster-Nachverfolgungseinheit nach Anspruch 19, wobei der Controller dafür eingerichtet ist, mehrere CIRs zeitlich nacheinander zu empfangen und eine Differenz zwischen den nacheinander empfangenen CIRs zu bestimmen und ein Einstellsignal auf das Fehlersignal zu setzen, wenn die Differenz kleiner oder gleich einem Schwellwert ist, oder das Einstellsignal auf Null zu setzen, wenn die Differenz größer als der Schwellwert ist.
Suchfenster-Nachverfolgungseinheit nach Anspruch 20, ferner umfassend: einen Integrator mit einem Eingang vom Controllerausgang zum Integrieren des Einstellsignals; wobei das integrierte Einstellsignal zur Änderung der Position des Suchfensters bestimmt ist.
Suchfenster-Nachverfolgungseinheit nach Anspruch 21, ferner umfassend: ein Tiefpassfilter mit einem Eingang vom Controller, um das Einstellsignal zu empfangen und um es zu filtern, bevor das gefilterte Einstellsignal an den Integrator übergeben wird.
Funk-Basisstation, umfassend: einen Sucher zur Erzeugung einer Zeitbereichs-Kanalimpulsantwort CIR innerhalb eines Fensters; eine Suchfenster-Nachverfolgungseinheit nach Anspruch 16 mit einem Eingang vom Sucher zum Empfang von Verzögerungen und Größenwerten von mehreren Wegen der CIR und zum Empfang von Information über die Suchfensterposition und mit einem Ausgang, der mit dem Sucher verbunden ist, zum Steuern der Position des Fensters.
Funk-Basisstation, umfassend: mehrere Sektoren, wobei jeder der mehreren Sektoren eine oder mehrere Antennen hat, die ein Signal von einer Mobilstation empfangen, das mehrere Wege enthält, wobei jeder Weg eine entsprechende Verzögerung hat; einen Mehrweg-Suchprozessor (60) mit: einem Kanalschätzer (64) für jeden der mehreren Sektoren, wobei jeder Kanalschätzer eine Zeitbereichs-Kanalimpulsantwort, CIR, für das Empfangssignal schätzt und ein Verzögerungsprofil innerhalb eines Suchfensters erzeugt, dessen Breite durch N Verzögerungsintervalle entsprechend einer Anzahl von Abtastintervallen definiert ist; und einem Weg-Selektor (66) zum Auswählen von Wegen aus den durch jeden Kanalschätzer erzeugten Verzögerungsprofilen und zum Erzeugen einer Verzögerung und einer Stärke für jeden ausgewählten Weg; einer Suchfenster-Nachverfolgungseinheit (70) zur Berechnung einer mittleren Verzögerung der CIR, gewichtet mit der über die ausgewählten Wege empfangenen Leistung, und dafür eingerichtet, die Position der Suchfenster so zu steuern, dass die Differenz zwischen der Suchfenster-Mittelposition und der gewichteten mittleren Verzögerung verringert wird; und einen Demodulator (54) zum Demodulieren der ausgewählten Wege und zum Kombinieren der demodulierten Wege in ein kombiniertes Empfangssignal.
Funk-Basisstation nach Anspruch 24, umfassend zwei Diversity-Antennen für jeden Sektor und ferner umfassend einen Sektor-Selektor zum Auswählen einer der Diversity-Antennen.
Funk-Basisstation nach Anspruch 24, wobei die Suchfenster-Nachverfolgungseinheit (70) dafür eingerichtet ist, einen Fehler zwischen der gewichteten mittleren Verzögerung und N/2 Verzögerungsintervallen zu bestimmen, und ferner dafür eingerichtet ist, die Position jedes Suchfensters einzustellen, um den Fehler zu verringern.
Funk-Basisstation nach Anspruch 26, wobei die Suchfenster-Nachverfolgungseinheit (70) dafür eingerichtet ist, ein Einstellsignal zu erzeugen, das dafür verwendet wird, jedes der Suchfenster zu verschieben, um den Fehler zu verringern.
Funk-Basisstation nach Anspruch 27, wobei die Suchfenster-Nachverfolgungseinheit (70) einen Controller einschließt, der dafür eingerichtet ist, eine Verzögerungsspreizung aus der mittleren Verzögerung für mehrere Iterationen zu berechnen, um eine Differenz zwischen den aufeinanderfolgenden Verzögerungsspreizungen zu bestimmen, und ein Einstellsignal auf das Fehlersignal zu setzen, wenn die Differenz kleiner oder gleich einem Schwellwert ist, oder das Einstellsignal auf Null zu setzen, wenn die Differenz größer als der Schwellwert ist.
Funk-Basisstation nach Anspruch 28, wobei die Suchfenster-Nachverfolgungseinheit (70) einschließt: einen Integrator zum Integrieren des Einstellsignals und zum Übergeben des integrierten Einstellsignals an die Kanalschätzer zur Änderung der Position der Suchfenster.