DE4329317A1 - Method and system for transmitting data - Google Patents
Method and system for transmitting dataInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Übertragen von Nachrichten gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1, 4 und 5. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein System zum Übertragen von Nachrichten.The invention relates to a method for transmission of messages according to the preambles of the claims 1, 4 and 5. Furthermore, the invention relates to a System for the transmission of messages.
Es sind bereits digitale Nachrichtenübertragungssysteme mit Burstübertragung und Codemultiplex bekannt. Als Anwendungsbeispiel kommt beispielsweise der digitale Mobilfunk in Betracht. In Mobilfunksystemen greift eine Vielzahl von mobilen Teilnehmern auf das Übertragungsmedium Funkkanal zu. Das daraus resultierende Vielfachzugriffsproblem kann mit den elementaren Vielfachzugriffsverfahren Frequenzmultiplex (Frequency Division Multiple Access, FDMA), Zeitmultiplex (Time Division Multiple Access, TDMA) oder Codemultiplex (Code Division Multiple Access, CDMA) oder mit Kombinationen dieser Verfahren gelöst werden, wie es z. B. in Meinke, H. H.; Gundlach, F. W.; Lange, K.; Löcherer, K. H.: Taschenbuch der Hochfrequenztechnik, Bd. 3, Springer Verlag, Berlin 1986 beschrieben ist. In CDMA-Mobilfunksystemen senden mehrere Teilnehmer gleichzeitig im selben Frequenzband. Das gesamte Empfangssignal wird aus diesem Grund durch die Beiträge mehrerer Teilnehmer bestimmt. Durch das Anwenden optimaler Schätzalgorithmen können die verschiedenen Teilnehmersignale separiert werden und die von den einzelnen Teilnehmern gesendeten Daten ermittelt werden. Ein derartiger Schätzalgorithmus ist beispielsweise in Klein, A. und Baier, P. W.: Simultaneous cancellation of cross interference and ISI in CDMA mobile radio communications. 3rd IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC 92), Boston, S. 118-122, 1992 beschrieben.There are already digital messaging systems with Burst transmission and code division multiplex known. As an application example For example, digital mobile radio comes into consideration. A large number of mobile systems intervene in mobile radio systems Participants to the transmission medium radio channel. The resulting multiple access problem can with the elementary multiple access method frequency division multiplex (Frequency Division Multiple Access, FDMA), time division multiplex (Time Division Multiple Access, TDMA) or code division multiplex (Code Division Multiple Access, CDMA) or with combinations this method can be solved, as z. B. in Meinke, H. H .; Gundlach, F. W .; Lange, K .; Löcherer, K. H .: Taschenbuch der High Frequency Technology, Vol. 3, Springer Verlag, Berlin 1986 is. Several subscribers transmit in CDMA mobile radio systems simultaneously in the same frequency band. The entire received signal is therefore due to the contributions of several Participants determined. By applying optimal estimation algorithms can separate the different subscriber signals and those sent by the individual participants Data are determined. Such an estimation algorithm is for example in Klein, A. and Baier, P. W .: Simultaneous cancellation of cross interference and ISI in CDMA mobile radio communications. 3rd IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC 92), Boston, pp. 118-122, 1992.
Um die genannten Schätzalgorithmen anwenden zu können, müssen die Kanalimpulsantworten der Funkkanäle der einzelnen Teilnehmer bekannt sein. Das Gewinnen dieser Informationen wird dem Empfänger in der Regel dadurch ermöglicht, daß in die Sendesignale Signalabschnitte eingeblendet werden, die mit dem Empfänger vorher vereinbart wurden und somit im Empfänger bekannt sind, und daß der Empfänger aus der Antwort des Kanals auf diese bekannten Signalabschnitte die Kanalimpulsantworten ermittelt. Dies ist beispielsweise aus den Veröffentlichungen Steiner, B. und Baier, P. W.: Channel estimation in CDMA mobile radio systems using periodic test signals. COST 231 TD(92)104, Helsinki, 1992; Crozier, S. N.: Short-block data detection techniques employing channel estimation for fading time dispersive channels, Dissertation Carleton University, Ottawa, 1990, und Baier, A.; Heinrich, G.; Wellens, U.: Bit synchronization and timing sensitivity in adaptive Viterbi equalizers for narrowband-TDMA digital mobile radio systems. Proc. IEEE Vehicular Technology Conference, Philadelphia, S. 377-384, 1988 bekannt. Die eingeblendeten Signalabschnitte werden als Trainingssignale oder Mittambeln bezeichnet. Im folgenden wird die Bezeichnung Mittambel benutzt. Es wird davon ausgegangen, daß die Übertragung blockweise erfolgt. Ein gesendeter Block wird als Burst bezeichnet und besteht aus einer Mittambel zur Kanalschätzung und zwei Datenblöcken.To be able to use the estimation algorithms mentioned, the channel impulse responses of the radio channels of the individual participants be known. Obtaining this information will usually enables the recipient in that in the Transmit signals signal sections are faded in with the recipient has been agreed beforehand and therefore in the recipient are known and that the receiver from the response of the channel the channel impulse responses to these known signal sections determined. This is for example from the publications Steiner, B. and Baier, P. W .: Channel estimation in CDMA mobile radio systems using periodic test signals. COST 231 TD (92) 104, Helsinki, 1992; Crozier, S. N .: Short block data detection techniques employing channel estimation for fading time dispersive channels, dissertation Carleton University, Ottawa, 1990, and Baier, A .; Heinrich, G .; Wellens, U .: Bit synchronization and timing sensitivity in adaptive Viterbi equalizers for narrowband-TDMA digital mobile radio systems. Proc. IEEE Vehicular Technology Conference, Philadelphia, pp. 377-384, 1988. The Superimposed signal sections are called training signals or middle tambourine. The following is the designation Middle furniture used. It is assumed that the transfer done in blocks. A sent block is called Burst denotes and consists of a midamble for channel estimation and two data blocks.
Aufgrund der nicht vermeidbaren Störungen, die bei der Funkübertragung auftreten, können im Empfänger nicht die exakten Kanalimpulsantworten, sondern nur mehr oder weniger exakte Schätzungen der Kanalimpulsantworten gewonnen werden. Diese nicht perfekte Kanalschätzung bewirkt eine Verschlechterung der Übertragungsqualität im Vergleich zum Fall perfekt bekannter Kanalimpulsantworten. In der Aufwärtsstrecke von CDMA-Mobilfunksystemen - das ist jene Funkstrecke, über die mehrere Teilnehmer über verschiedene Funkkanäle eine Basisstation ansprechen - wirkt sich die nicht perfekte Kanalschätzung schwerwiegender aus als in der Abwärtsstrecke.Due to the unavoidable interference in radio transmission the exact cannot occur in the receiver Channel impulse responses, but only more or less exact Estimates of the channel impulse responses are obtained. These imperfect channel estimation causes deterioration the transmission quality compared to the case perfectly known Channel impulse responses. In the upward stretch from CDMA mobile radio systems - that is the radio link over which several participants via different radio channels a base station address - affects the imperfect channel estimation more serious than in the downlink.
Die schädliche Auswirkung einer nicht perfekten Kanalschätzung kann man dadurch verringern, daß man die Sendeenergie der Mittambeln erhöht, indem man die Amplitude und/oder die Dauer der Mittambeln vergrößert. Diese Vorgehensweise wirft die folgenden neuen Probleme auf:The harmful impact of an imperfect channel estimate can be reduced by reducing the transmission energy of the midamble increased by changing the amplitude and / or the The length of the middle tambour increased. This approach throws up the following new problems:
- - Ein Erhöhen der Mittambelamplitude führt zu Sendesignalen mit nicht konstanter Einhüllender. Eine konstante Einhüllende ist jedoch im Hinblick auf optimale Auslegung der Sendeverstärker wünschenswert.- Increasing the midamble amplitude leads to transmission signals with a non-constant envelope. A constant envelope is, however, with a view to optimal design Transmitter amplifier desirable.
- - Eine Verlängerung der Mittambeln verkürzt die für die Datenübertragung verfügbaren Zeitabschnitte.- An extension of the midamble shortens that for data transmission available periods.
- - Ein Erhöhen der Mittambelenergie erhöht in unerwünschter Weise die Störleistung am Empfängereingang anderer Teilnehmer des Systems.- Increasing the midamble energy increases in undesirable Way the interference power at the receiver input of other participants of the system.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die schädliche Wirkung der nicht perfekten Kanalschätzung zu verringern, ohne die Sendeenergie der Mittambeln zu erhöhen.The invention has for its object the harmful effect reduce the imperfect channel estimate without to increase the transmission energy of the Middle Ambe.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Verfahren der eingangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil der Patentansprüche 1, 4 und 5 angegebenen Merkmale gelöst. Ein vorteilhaftes System zur Nachrichtenübertragung ist im Patentanspruch 19 angegeben.According to the invention the task in the method of the beginning mentioned type by the in the characterizing part of the claims 1, 4 and 5 specified features solved. A advantageous system for message transmission is in the claim 19 specified.
Das wesentliche der Erfindung wird insbesondere in der nichtlinearen Nachverarbeitung einer geschätzten Kanalimpulsantwort gesehen.The essence of the invention is particularly in the non-linear Postprocess an estimated channel impulse response seen.
Besonders vorteilhafte Möglichkeiten der Wahl der Gewichtsfunktionen g(x) sind in den Patentansprüchen 5 bis 7 angegeben.Particularly advantageous options for choosing the weight functions g (x) are given in claims 5 to 7.
Eine spezielle Wahl der Gewichtsfunktion g(x) ist in Anspruch 8 angegeben.A special choice of the weight function g (x) is in claim 8 specified.
Die Definition der Abweichung des Empfangssignals von dessen im Empfänger berechneter Nachbildung ist in den Ansprüchen 10 und 11 angegeben.The definition of the deviation of the received signal from its Replication calculated in the receiver is in claims 10 and 11 indicated.
Die Verwendung eines linearen Schätzalgorithmus, der zur Datenschätzung verwendet wird, ist in den Ansprüchen 12 bis 14 angegeben.The use of a linear estimation algorithm used for data estimation is used is in claims 12 to 14 specified.
Die Realisierung des Datenschätzers als optimalen Folgenschätzer (MLSE), wie er in Proakis, J. G.: Digital communications, McGraw-Hill, New York, 1989 beschrieben ist, ist im Anspruch 15 angegeben.The realization of the data estimator as an optimal consequence estimator (MLSE) as described in Proakis, J.G .: Digital communications, McGraw-Hill, New York, 1989, is described in Claim 15 specified.
Die Ansprüche 16 bis 18 betreffen schließlich die Implementierung der nichtlinearen Schätzwertnachverarbeitung auf einem Mikroprozessor bzw. einem digitalen Signalprozessor.Finally, claims 16 to 18 relate to implementation the nonlinear estimate postprocessing a microprocessor or a digital signal processor.
Das Verfahren und die Funktion einer Einrichtung gemäß der Erfindung werden im folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. The method and the function of a device according to the In the following, the invention will be explained in more detail with reference to drawings explained.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 ein für das erfindungsgemäße Verfahren vorgesehenes Signalformat, Fig. 1 a valve provided for the inventive process signal format,
Fig. 2 ein Systemmodell der Übertragungsstrecke, Fig. 2 is a system model of the transmission path,
Fig. 3 die Struktur eines Empfängers und Fig. 3 shows the structure of a receiver and
Fig. 4 die Struktur eines Empfängers mit nichtlinearer Nachverarbeitung. Fig. 4 shows the structure of a receiver with non-linear post-processing.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Signalformat für das Verfahren zur Nachrichtenübertragung gemäß der Erfindung wird davon ausgegangen, daß die von einer Sendeeinrichtung zu einer Empfangseinrichtung zu übertragenden Signale blockweise übertragen werden und daß das Übertragungssystem ein Mobilfunksystem, z. B. ein CDMA-Mobilfunksystem, ist. In die zu übertragenden Datenblöcke sind Trainingssignale M eingeblendet, die auch als Mittambeln bezeichnet werden. Durch jede Mittambel M wird ein Datenblock in zwei Teilblöcke T1 und T2 zerlegt.In the signal format shown in Fig. 1 for the method for message transmission according to the invention it is assumed that the signals to be transmitted from a transmitter to a receiver are transmitted in blocks and that the transmission system is a mobile radio system, for. B. is a CDMA mobile radio system. Training signals M, which are also referred to as midambles, are shown in the data blocks to be transmitted. Each data block M divides a data block into two sub-blocks T1 and T2.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird ein von einem zeitdiskreten Systemmodell ausgegangen. Alle Berechnungen werden im äquivalenten Tiefpaßbereich durchgeführt. Komplexe Größen sind unterstrichen. Vektoren werden durch fette Kleinbuchstaben und Matrizen durch fette Großbuchstaben gekennzeichnet.In the method according to the invention one of a time-discrete System model assumed. All calculations are done in equivalent low-pass range performed. Complex sizes are underlined. Vectors are represented by bold lowercase letters and matrices identified by bold capital letters.
Bei dem in Fig. 2 gezeigten Systemmodell der Übertragungsstrecke senden K Teilnehmer über K im allgemeinen unterschiedliche Funkkanäle F mit den Kanalimpulsantworten h (k) = (h₁(k), h₂(k) . . . h W (k)), k=1 . . .K, Datenblöcke d (k) = (d₁(k), d₂(k) . . . d N (k)), k=1 . . .K. Vor der Übertragung wird jedem Datensymbol mit einem Modulator MO ein Code c (k) ≡ (c₁(k), c₂(k) . . . c Q (k)), k=1 . . .K, linear aufmoduliert. Mit der additiven Störung n = (n₁, n₂ . . .n QN+W-1) und den NQ × N-MatrizenIn the system model of the transmission link shown in FIG. 2, K subscribers transmit, via K, generally different radio channels F with the channel impulse responses h (k) = ( h ₁ (k) , h ₂ (k) .. H W (k) ), k = 1. . .K, data blocks d (k) = ( d ₁ (k) , d ₂ (k) .. D N (k) ), k = 1. . .K. Before transmission, each data symbol with a modulator MO is a code c (k) ≡ ( c ₁ (k) , c ₂ (k) ... C Q (k) ), k = 1. . .K, modulated linearly. With the additive disturbance n = ( n ₁, n ₂ ... N QN + W-1 ) and the NQ × N matrices
die den linearen Zusammenhang zwischen den Datensymbolen eines Datenblocks eines Teilnehmers und dem zeitdiskreten Sendesignal s i (K) dieses Teilnehmers angegeben, und den (NQ+W-1)×NQ-Matrizenwhich indicate the linear relationship between the data symbols of a data block of a subscriber and the time-discrete transmission signal s i (K) of this subscriber, and the (NQ + W-1) × NQ matrices
die den linearen Zusammenhang zwischen dem zeitdiskreten Sendesignal s i (K) eines Teilnehmers und dem nur durch diesen Teilnehmer hervorgerufenen e i (K) des Empfangssignals beschreiben, ist das gesamte Empfangssignalwhich describe the linear relationship between the time-discrete transmit signal s i (K) of a subscriber and the e i (K) of the receive signal caused only by this subscriber is the entire receive signal
Das Empfangssignal gelangt an den Eingang des Empfängers. The received signal arrives at the input of the receiver.
Der in Fig. 3 dargestellte Empfänger enthält einen Kanalschätzer KS, der beispielsweise dem in Steiner, B. und Baier, P. W.: Channel estimation in CAMA mobile radio systems using periodic test signals. COST 231 TD(92)104, Helsinki, 1992 beschriebenen Schätzer entspricht und auf dessen Funktion nicht näher eingegangen wird, einen linearen Datenschätzer DS und K Quantisierer Q. Mit der MatrixThe receiver shown in FIG. 3 contains a channel estimator KS, for example the one in Steiner, B. and Baier, PW: Channel estimation in CAMA mobile radio systems using periodic test signals. COST 231 TD (92) 104, Helsinki, 1992 corresponds to a linear data estimator DS and K quantizer Q. With the matrix
A = (H (1) C (1), H (2) C (2) . . . H (K) C (K)), (4) A = ( H (1) C (1) , H (2) C (2) ... H (K) C (K) ), (4)
in die die Kanalimpulsantworten h (k) und die Codes c (k) aller K Teilnehmer eingehen, und dem Vektorinto which the channel impulse responses h (k) and the codes c (k) of all K participants are included, and the vector
d = (d (1)T, d (2)T . . . d (K)T)T. (5) d = ( d (1) T , d (2) T... d (K) T ) T. (5)
der durch Aneinanderreihen der Elemente der Vektoren d (k), k=1 . . . K, entsteht, ist das Empfangssignalthat by lining up the elements of the vectors d (k) , k = 1. . . K, arises, is the received signal
e = Ad+n. (6) e = Ad + n . (6)
Zur Datenschätzung soll aus dem Empfangssignal e mit den dem Empfänger bekannten Codes c (k) und den geschätzten Kanalimpulsantworten (k) eine Schätzung des Vektors d ermittelt werden. Mit den Matrizen, (k), k=1 . . . K, die aus den geschätzten Kanalimpulsantworten (k) analog zu Gl. (2a) und Gl. (2b) gebildet werden, kann die MatrixFor the purpose of data estimation, the received signal should be usede with that Recipient known codesc (k) and the estimated channel impulse responses (k) an estimate of the vectord determined become. With the matrices, (k), k = 1. . . K, which from the estimated channel impulse responses(k) analogous to Eq. (2a) and Eq. (2b) can be formed, the matrix
 = ( (1) C (1), (2) C (2) . . . (K) C (K)), (7)  = ( (1) C. (1), (2) C. (2) . . . (K) C. (K)), (7)
gebildet werden. Aus  soll eine Schätzmatrixbe formed. An estimation matrix should be made from Â
M d = M d(Â) (8) M d = M d ( Â ) (8)
berechnet werden und mit der Schätzmatrix M d eine Schätzungare calculated and an estimate with the estimation matrix M d
= M d e (9) =M d e (9)
von d ermittelt werden.can be determined from d .
Zur Datenschätzung kann beispielsweise ein erwartungstreuer Schätzer minimaler Varianz verwendet werden. Sind die Elemente n i der Störung n unkorreliert, d. h. giltFor example, an estimate of minimal variance can be used to estimate the data. Are the elements n i of the disturbance n uncorrelated, that is, applies
so ist im Fall einer perfekten Kanalschätzungthis is the case with a perfect channel estimate
= (Â ·T Â)-1 Â ·T e (11) = (Â · T Â)-1 Â · T e (11)
eine erwartungstreue Schätzung minimaler Varianz des Vektors d. Ist die Varianz σ² der eingangsseitigen Störung n bekannt, kann zum Ermitteln einer Schätzung ein optimaler linearer Schätzer eingesetzt werden. Mit der Annahmean accurate estimate of the minimal variance of the vector d. Is the variance σ² of the input disturbancen known, can be used to get an estimate an optimal linear Estimators are used. With the assumption
E{|d n (k)|²}=1, k=1 . . . K, n=1 . . . N (12)E {| d n (k) | ²} = 1, k = 1. . . K, n = 1. . . N (12)
istis
= (Â ·T Â+σ²I)-1 Â ·T e (13) = (Â · T Â+ σ²I)-1 Â · T e (13)
im Fall einer perfekten Kanalschätzung eine optimale lineare Schätzung des Vektors d, wie es beispielsweise in Whalen, A. D.: Detection of signals in noise; Academic Press, San Deich, 1971 beschrieben ist.in the case of a perfect channel estimate, an optimal linear one estimate of the vectordlike in Whalen, A. D .: Detection of signals in noise; Academic Press, San Dike, 1971 is described.
Aufgrund der nicht perfekten Kanalschätzung sind, wie bereits oben erwähnt, nur SchätzungenBecause of the imperfect channel estimation, as already mentioned above, only estimates
w (k) = h w (k)+n hw (k), w=1 . . . W, k=1 . . . K (14) w (k) =H w (k)+n hw (k), w = 1. . . W, k = 1. . . K (14)
der Kanalkoeffizienten w (k) mitthe channel coefficient w (k) With
E{|n hw (k)|²} = (σhw (k))² (15)E {| n hw (k) | ²} = (σ hw (k) ) ² (15)
bekannt, wie in Steiner, B. und Baier , P. W.: Channel estimation in CDMA mobile radio systems using periodic test signals. COST231 TD(92)104, Helsinki, 1992, und Crozier, S. N., Falconer, D. D.; Mahmound, S. A.: Least sum of squared errors (LSSE) channel estimation. IEE Proceedings, Pt. F, vol. 138, S. 371-378, 1991 angegeben ist, nehmen die Varianzen (σhw (k))² mit wachsender Energie der gesendeten Mittambeln ab. Aufgrund der nicht perfekten Kanalschätzung wird eine fehlerhafte Schätzmatrix M d berechnet. Eine fehlerhafte Schätzmatrix wirkt wie eine zusätzliche eingangsseitige Störung.known, as in Steiner, B. and Baier, PW: Channel estimation in CDMA mobile radio systems using periodic test signals. COST231 TD (92) 104, Helsinki, 1992, and Crozier, SN, Falconer, DD; Mahmound, SA: Least sum of squared errors (LSSE) channel estimation. IEE Proceedings, Pt. F, vol. 138, pp. 371-378, 1991, the variances (σ hw (k) ) ² decrease with increasing energy of the transmitted midambles. Due to the imperfect channel estimation, an incorrect estimation matrix M d is calculated. A faulty estimation matrix acts like an additional disturbance on the input side.
Die schädliche Wirkung einer nicht perfekten Kanalschätzung kann durch das Anwachsen des mittleren quadratischen Fehlers des Empfangssignals im Vergleich zum Fehler bei Fall perfekt bekannter Kanalimpulsantworten beschrieben werden. Der mittlere quadratische Fehler ist ein Maß für die Abweichung des Empfangssignals von dessen im Empfänger berechneter Nachbildung. Hierzu kann auf eine Dissertation Crozier, S. N.: Short-block data detection techniques employing channel estimation for fading time dispersive channels. Dissertat., Carleton University, Ottawa, 1990 verwiesen werden.The harmful effects of an imperfect channel estimate can by increasing the mean square error of the received signal compared to the error in case perfect known channel impulse responses are described. The middle one quadratic error is a measure of the deviation of the Received signal from its replica calculated in the receiver. For this, a dissertation Crozier, S. N .: Short-block data detection techniques employing channel estimation for fading time dispersive channels. Dissertation., Carleton University, Ottawa, 1990.
Mit dem zeitdiskreten Sendesignal S i (k), k=1 . . . K, des k-ten Teilnehmers ist das EmpfangssignalWith the discrete-time transmission signal S i (k) , k = 1. . . K, the k-th participant is the received signal
Die zeitdiskreten Sendesignale s i (k) sind im Empfänger im allgemeinen nicht bekannt. Zu Analysezwecken wird davon ausgegangen, daß im Empfänger sowohl die zeitdiskreten Sendesignale s i (k) als auch die Koeffizienten der Kanalimpulsantworten h w (k) bekannt sind. Bei der im Mobilfunk üblichen Übertragungsqualität werden jedoch die meisten Datensymbole richtig detektiert, so daß die Annahme, daß die Signale s i (k) im Empfänger bekannt sind, annähernd erfüllt ist. Mit dem Wissen über s i (k) und h w (k) wird im Empfänger das EmpfangssignalThe discrete-time transmission signals s i (k) are generally not known in the receiver. For analysis purposes, it is assumed that both the time-discrete transmit signals s i (k) and the coefficients of the channel impulse responses h w (k) are known in the receiver. With the transmission quality customary in mobile radio, however, most of the data symbols are correctly detected, so that the assumption that the signals s i (k) are known in the receiver is approximately fulfilled. With the knowledge of s i (k) and h w (k) the reception signal becomes in the receiver
nachgebildet. Der Erwartungswertreplicated. The expected value
E{|e i-ê i|²} = E{|n i|²} = σ² (18)E {| e i - ê i | ²} = E {| n i | ²} = σ² (18)
wird als mittlerer quadratischer Fehler des Empfangssignals bezeichnet und bestimmt wesentlich die Empfangsqualität. Im Fall nicht perfekt bekannter Kanalimpulsantworten h (k) wird die Nachbildung des Empfangssignals zuis referred to as the mean square error of the received signal and essentially determines the reception quality. In the case of channel impulse responses h (k) which are not perfectly known, the simulation of the received signal becomes
Im folgenden wird vonThe following is from
E{|s i (k)|²} = 1, (20a)E {| s i (k) | ²} = 1, (20a)
E{(s i (k))· s j (m)} = δÿδkm (20b)E {( s i (k) ) · s j (m) } = δ ÿ δ km (20b)
ausgegangen. Gl. (20a) bedeutet, daß die Einhüllende des zeitdiskreten Sendesignals eines jeden Teilnehmers konstant ist. Dies trifft dann zu, wenn Modulationsarten mit konstanter Einhüllender verwendet werden. Gl. (20b) bedeutet, daß die zeitdiskreten Sendesignale der K Teilnehmer untereinander unkorreliert sind und die unterschiedlichen Elemente des zeitdiskreten Sendesignals eines Teilnehmers unkorreliert sind. Die Annahme untereinander unkorrelierter Sendesignale der Teilnehmer ist sinnfällig. Die Annahme unkorrelierter unterschiedlicher Elemente des zeitdiskreten Sendesignals eines Teilnehmers trifft aufgrund der Codespreizung nur annähernd zu. Mit den obigen Annahmen giltwent out. Eq. (20a) means that the envelope of the time-discrete Transmission signal of each participant is constant. This applies when modulation types with constant Envelope can be used. Eq. (20b) means that the time-discrete transmission signals of the K participants among themselves are uncorrelated and the different elements of the time-discrete transmission signal of a subscriber uncorrelated are. The acceptance of uncorrelated transmission signals the participant is obvious. The assumption of uncorrelated different Elements of the discrete-time transmission signal Due to the code spread, the participant only approximates to. With the above assumptions
Das VerhältnisThe relationship
gibt an, um welchen Faktor sich das Signal-Stör-Verhältnis der Schätzwerte n (k) aufgrund der Wirkung der nicht perfekten Kanalschätzung reduziert. In Mobilfunksystemen mit CDMA ist eine nicht zu große Dauer der Mittambeln der Teilnehmer anzustreben, damit der damit verbundene Verlust an Datenrate tolerierbar bleibt. Unter der Annahme, daß die Dauer der Mittambeln, die mit der gleichen Amplitude wie die Datensymbole gesendet werden, gerade ausreicht, um alle w (k) zu schätzen, gilt Crozier, S. N.: Short-block data detection techniques employing channel estimation for fading time dispersive channels. Dissertat., Carleton University, Ottawa, 1990 und Steiner, B.; Klein, A.: Kanal- und Datenschätzung in synchronen CDMA-Mobilfunksystemen mit Interferenzeliminierung, Kleinheubacher Berichte, 1992,specifies the factor by which the signal-to-interference ratio changes of the estimates n (k) due to the effect of the imperfect Channel estimate reduced. In mobile radio systems with CDMA is to strive for a not too long duration of the participants' middle ambitions, thus the associated loss of data rate can be tolerated remains. Assuming that the duration of the Middle Amambes, those with the same amplitude as the data symbols sent just enough to all w (k) appreciate, applies Crozier, S.N .: Short-block data detection techniques employing channel estimation for fading time dispersive channels. Dissertation., Carleton University, Ottawa, 1990 and Steiner, B .; Klein, A .: Channel and data estimation in synchronous CDMA mobile radio systems with interference elimination, Kleinheubacher reports, 1992,
so daß v nach Gl. (22) zuso that v according to Eq. (22) to
v2 (24)v2 (24)
wird, d. h. die SNR-Degradation der geschätzten Daten aufgrund der nicht perfekten Kanalschätzung ist größer oder gleich 3 dB. Die Gleichheit in Gl. (24) tritt dann ein, wenn die Codes der zum Kanalschätzen verwendeten Mittambeln ideale Auto- und Kreuzkorrelationseigenschaften haben.will, d. H. the SNR degradation based on the estimated data the imperfect channel estimate is greater or equal 3 dB. The equality in Eq. (24) occurs when the Codes of the midambles used for channel estimation ideal Have auto and cross correlation properties.
Eine nicht naheliegende Methode zum Verringern des schädlichen Effekts einer nicht perfekten Kanalschätzung besteht darin, die durch den Kanalschätzer ermittelten Schätzwerte w (k) unter Einbeziehung eines Qualitätsmaßes einer nichtlinearen Schätzwertnachverarbeitung zu unterziehen und die entstehenden modifizierten Schätzwerte w (k) zum Ermitteln der Schätzmatrix Md zu verwenden.A not obvious way to reduce the harmful There is an effect of an imperfect channel estimate therein, the estimates determined by the channel estimator w (k) including a quality measure of a non-linear To undergo estimated postprocessing and the resulting modified estimates w (k) to determine the Estimation matrix Md to use.
Die in Fig. 4 gezeigte resultierende Struktur des Empfängers umfaßt einen linearen Kanalschätzer US, eine Anordnung zur nichtlinearen Schätzwertnachverarbeitung NN und einen Datenschätzer DS mit K Quantisierern Q. Mit dem Qualitätsmaß zw (k) und der monoton wachsenden Gewichtsfunktion g(x) werden modifizierte SchätzwerteThe resulting structure of the receiver shown in FIG. 4 comprises a linear channel estimator US, an arrangement for non-linear estimation postprocessing NN and a data estimator DS with K quantizers Q. Modifications are made with the quality measure z w (k) and the monotonically increasing weight function g (x) Estimates
w (k) = w (k)g(| w (k)|zw (k) (25) w (k) = w (k)g (| w (k)| zw (k) (25)
gebildet. Eine nichtlineare Nachverarbeitung der Schätzwerte w (k) verringert dann den schädlichen Effekt der nicht perfekten Kanalschätzung, wenn sich der mittlere quadratische Fehlereducated. A non-linear post-processing of the estimates w (k) then reduces the harmful effect of the imperfect Channel estimate if the mean square error
im Vergleich zu Gl. (21) verringert. Ein geeignetes Qualitätsmaß zw (k) ist der Kehrwertcompared to Eq. (21) decreased. A suitable quality measure z w (k) is the reciprocal
der Standardabweichung eines Schätzwerts w (k). Mit zw (k) nach Gl. 27 wächst E{| w (k)|zw (k)} mit wachsender Qualität eines Schätzwerts w (k). Im allgemeinen liegt im Empfänger nicht die Standardabweichung σhw (k), sondern eine Schätzung der Standardabweichung σhw (k) vor, so daß auch nur eine Schätzung des Qualitätsmaßes vorliegt. the standard deviation of an estimate w (k). With zw (k) to Eq. 27 grows E {| w (k)| zw (k)with increasing quality one Estimate w (k). In general, the recipient does not Standard deviation σhw (k)but an estimate of the standard deviation σhw (k) before, so that even an estimate of the Quality measure is available.
Mit der Heavyside′schen Sprungfunktion h(x) und der Konstanten ζ wird eine spezielle Gewichtsfunktion g(x)With the Heavyside step function h (x) and the constant ζ becomes a special weight function g (x)
g(x) = h(ζx-1) (28)g (x) = h (ζx-1) (28)
gewählt, d. h. alle Schätzwerte w (k), deren Betrag kleiner ist als ζzw (k), werden zu Null gesetzt und die nicht zu Null gesetzten Schätzwerte w (k) werden unverändert als w (k) übernommen. Die Konstante ζ aus Gl. (28) ist eine normierte Schwelle, mit der die Schätzwerte w (k) verglichen werden. Durch nichtlineare Schätzwertnachverarbeitung kann dann ein Gewinn im Vergleich zur Verwendung unverarbeiteter Schätzwerte erreicht werden, wenn nur wenige, a priori nicht bekannte Koeffizienten einer geschätzten Kanalimpulsantwort einen wesentlichen Beitrag zur Gesamtenergie der Kanalimpulsantwort leisten. Typischerweise muß die Anzahl W der zu schätzenden Kanalkoeffizienten h w (k) eines Teilnehmers so groß sein, daß Kanalimpulsantworten großer Dauer, wie sie z. B. in hügeligem Gelände auftreten, erwartungstreu geschätzt werden können. Hierzu wird auf die GSM Recommendation 05.05: Transmission and Reception hingewiesen. In ländlichen Gebieten sind die Ausbreitungsbedingungen wesentlich günstiger und die Dauer einer Kanalimpulsantwort aus diesem Grunde wesentlich geringer als in hügeligem Gelände. Durch das Anwenden einer nichtlinearen Nachverarbeitung geschätzter Kanalimpulsantworten kann ein einfacher, nicht parametrischer Kanalschätzer in einem CDMA- Mobilfunksystem verwendet werden, der durch die Wahl der Gewichtsfunktion und unter Berücksichtigung der Störung flexibel auf die effektive Dauer einer Kanalimpulsantwort eingestellt werden kann.chosen, d. H. all estimates w (k)whose amount is smaller as ζzw (k), are set to zero and those that are not set to zero Estimates w (k) are unchanged as w (k) accepted. The constant ζ from Eq. (28) is a normalized threshold, with of the estimates w (k) be compared. Through non-linear Estimation postprocessing can then be a profit in comparison achieved using unprocessed estimates, if only a few, a priori unknown coefficients of a estimated channel impulse response Achieve total energy of the channel impulse response. Typically must be the number W of the channel coefficients to be estimatedH w (k) of a subscriber be so large that channel impulse responses long duration, as z. B. occur in hilly terrain, can be estimated in line with expectations. For this purpose, the GSM Recommendation 05.05: Transmission and Reception pointed out. The spreading conditions are in rural areas much cheaper and the duration of a channel impulse response for this reason much less than in hilly terrain. By applying a non-linear Postprocessing of estimated channel impulse responses can be a simple, non-parametric channel estimator in a CDMA Mobile radio system can be used by the choice of Weight function and taking into account the disorder flexible to the effective duration of a channel impulse response can be adjusted.
Claims (21)
- - jedem der Datenblöcke d (k) vor der Übertragung ein ihm zugeordneter Code c (k) ≡ (c₁(k), c₂(k) . . . c Q (k)), k=1 . . .K, linear aufmoduliert wird, so daß das Empfangssignal e = (e₁, e₂ . . . e NQ+W-1) unter Berücksichtigung eines additiven Störsignals n = (n₁, n₂ . . . n NQ+W-1) mit den NQ×N-Matrizen C (k) = (C ÿ (k)), k=1 . . . K, und mit den (NQ+W-1)×NQ-MatrizenH (k) = (H ÿ (k)), k=1 . . .K, die Form annimmt,
- - im Empfänger Schätzungen (k) = ( ₁(k), ₂(k) . . . W (k)), k=1 . . . K, der Kanal Impulsantworten h (k) vorliegen,
- - im Empfänger für jede Komponente w (k), w=1 . . . W, ein Qualitätsmaß
zw (k), k=1 . . . K, das mit wachsender Qualität des
Schätzwertes w (k) monoton zunimmt, oder eine Schätzung des
Qualitätsmaßes zw (k) vorliegt,
dadurch gekennzeichnet, daß - - im Empfänger mit einer Gewichtsfunktion g(x) modifizierte Kanalimpulsantworten (k), k=1 . . . K, mit den Komponenten w (k) = w (k)g(| w (k)|zw (k))gebildet werden
- - und als Schätzungen (k) = ( ₁(k), ₂(k) . . . N (k)), k=1 . . . K, der Datenblöcke (k) jene Blöcke (k) dienen, die mit den (NQ+W-1)×NQ Matrizen (k) = ( ÿ (k)), k=1 . . . K, die Abweichung des Signals von Empfangssignal e minimieren.
- - Before the transmission, each of the data blocks d (k) is assigned a code c (k) ≡ ( c ₁ (k) , c ₂ (k) ... c Q (k) ), k = 1. . .K, is modulated linearly so that the received signal e = ( e ₁, e ₂... E NQ + W-1 ), taking into account an additive interference signal n = ( n ₁, n ₂ ... N NQ + W- 1 ) with the NQ × N matrices C (k) = ( C ÿ (k) ), k = 1. . . K, and with the (NQ + W-1) × NQ matrices H (k) = ( H ÿ (k) ), k = 1. . .K, form assumes
- - Estimates in the recipient (k) = ( ₁(k), ₂(k) . . . W (k)), k = 1. . . K, the Channel impulse responsesH (k) are present
- - in the receiver for each component w (k), w = 1. . . W, a measure of quality
e.g.w (k), k = 1. . . K, which with increasing quality of the
Estimate w (k) increases monotonously, or an estimate of
Quality measure zw (k) is present
characterized in that - - Modified in the receiver with a weight function g (x) Channel impulse responses (k), k = 1. . . K, with the components w (k) = w (k)g (| w (k)| zw (k)) are formed
- - and as estimates (k) = ( ₁(k), ₂(k) . . . N (k)), k = 1. . . K, the data blocks (k) those blocks (k) serve with the (NQ + W-1) × NQ Matrices (k) = ( ÿ (k)), k = 1. . . K, the deviation of the signal of received signale minimize.
- - jedem der Datenblöcke d (k) vor der Übertragung ein ihm zugeordneter Code c (k) = (c₁(k), c₂(k) . . . c Q (k)), k=1 . . . K, linear aufmoduliert wird, so daß das Empfangssignal e = (e₁, e₂ . . . c NQ+W-1) unter Berücksichtigung eines additiven Störsignals n = (n₁, n₂ . . . n NQ+W-1) mit den NQ×N-Matrizen C (k) = (C ÿ (k), k=1 . . . K, und mit den (NQ+W-1)×NQ-MatrizenH (k) = (H ÿ (k), k=1 . . . K, die Form annimmt,
- - im Empfänger Schätzungen (k) = ( ₁(k), ₂(k) . . . W (k)), k=1 . . . K, der Kanalimpulsantworten h (k) vorliegen,
- - im Empfänger für jede Komponente w (k), w=1 . . . W, ein Qualitätsmaß
zw (k), k=1 . . . K, das mit wachsender Qualität des Schätzwertes
w (k) monoton zunimmt, oder eine Schätzung des Qualitätsmaßes
zw (k) vorliegt,
dadurch gekennzeichnet, daß - - im Empfänger mit einer Gewichtsfunktion g(x) modifizierte Kanalimpulsantworten , k=1 . . . K, mit den Komponenten w (k) = w (k)g(| w (k)|w (k))gebildet werden
- - und als Schätzungen (k) = ( ₁(k), ₂(k) . . . N (k)), k=1 . . . K, der Datenblöcke d (k) jene Blöcke d (k) dienen, die mit den (NQ+W-1)×NQ Matrizen (k) = ( ÿ (k)), k=1 . . . K, die Abweichung des Signals von Empfangssignal e minimieren.
- - Before the transmission, each of the data blocks d (k) is assigned a code c (k) = ( c ₁ (k) , c ₂ (k) ... c Q (k) ), k = 1. . . K, is modulated linearly, so that the received signal e = ( e ₁, e ₂ ... C NQ + W-1 ), taking into account an additive interference signal n = ( n ₁, n ₂ ... N NQ + W-1 ) with the NQ × N matrices C (k) = ( C ÿ (k) , k = 1 ... K, and with the (NQ + W-1) × NQ matrices H (k) = ( H ÿ (k) , k = 1 ... K, form assumes
- - Estimates in the recipient (k) = ( ₁(k), ₂(k) . . . W (k)), k = 1. . . K, the Channel impulse responsesH (k) are present
- - in the receiver for each component w (k), w = 1. . . W, a measure of quality
e.g.w (k), k = 1. . . K, the higher the quality of the estimate
w (k) increases monotonously, or an estimate of the quality measure
e.g.w (k) is present
characterized in that - - Modified in the receiver with a weight function g (x) Channel impulse responses , k = 1. . . K, with the components w (k) = w (k)g (| w (k)|w (k)) are formed
- - and as estimates (k) = ( ₁(k), ₂(k) . . . N (k)), k = 1. . . K, the data blocks d (k) those blocksd (k) serve with the (NQ + W-1) × NQ Matrices (k) = ( ÿ (k)), k = 1. . . K, the deviation of the signal of received signale minimize.
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---|---|---|---|
8141 | Disposal/no request for examination |