DE4420421C2

DE4420421C2 - Auslöscheinrichtung mit Schwellwert zur Verwendung in digitalen Mobilfunk-Netzwerken

Info

Publication number: DE4420421C2
Application number: DE4420421A
Authority: DE
Inventors: Anthony Peter Hulbert
Original assignee: Roke Manor Research Ltd
Current assignee: Roke Manor Research Ltd
Priority date: 1993-07-01
Filing date: 1994-06-10
Publication date: 1995-06-01
Anticipated expiration: 2014-06-11
Also published as: GB2279851A; GB9313609D0; GB2279851B; US5418814A; DE4420421A1; JPH0758726A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Auslöscheinrichtung mit Schwellwert zur Verwendung in digitalen Mobilfunk-Netzwerken jener Art, bei welcher eine Anzahl von Basisstationen mit einer Anzahl mobiler Funkeinheiten in Verkehr steht, von welchen jede vorübergehend mit einer bestimmten Basisstation in Verbindung steht.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich unmittelbar auf eine Störsignalauslöschung bei einem Direct-Sequence-Spread-Spectrum (DSSS) Codemultiplex (CDMA)-Verfahren. Sämtliche unerwünschten Signals werden demoduliert und die wiederhergestellten Daten werden zusammen mit der Kanalinformation von einem Pilotsignal abgeleitet und dazu verwendet, eine ziemlich genaue Nachbildung des unerwünschten Signals zum Zwecke der Auslöschung zu erzeugen. Die Auslöschung kann sehr wirkungsvoll sein, falls die Codephase, die Trägerphase und die Amplitude der signifikanten Mehrwegekomponenten des störenden Signals bekannt sind, und vorausgesetzt, daß richtig Entscheidungen bezüglich der das unerwünschte Signal modulierenden Daten getroffen werden. Falls jedoch unrichtige Entscheidungen getroffen werden, wird die Schaltung die Störung - weit davon entfernt, sie auszulöschen - verstärken. Beträgt beispielsweise die Effektivspannung der Störung A Volt, so wäre die optimale Auslöschung gegeben, falls das rekonstruierte Signal gleich und gegenpolig ist und ebenfalls A Volt beträgt. Wird jedoch ein Fehler gemacht, so wird der Ausgang der Auslöscheinrichtung nicht Null sondern 2 A Volt sein, d. h. das vierfache jener Leistung, die ohne Verwendung der Auslöschung empfangen worden wäre. In diesem Fall wäre es besser gewesen, man hätte nicht versucht, die Störung zu löschen.

Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Auslöscheinrichtung zu schaffen, welche teilweise abgeschaltet werden kann, falls nichtkorrekte Entscheidungen wahrscheinlich werden.

Erfindungsgemäß ist eine Auslöscheinrichtung vorgesehen, mit einem Mittel zum Empfangen eines Ausgangssignals von einem Rakekombinator, mit einem Mittel zum Empfangen und Skalieren eines Pilotsignales, mit einem ersten Multiplikatormittel zum Erzeugen eines Signals, welches aus einem Produkt des skalierten Pilotsignals und eines modifizierten Ausgangssignals besteht, mit einer Mittelungs- und Halteeinrichtung, welche das von dem ersten Multiplikatormittel erzeugte Ausgangssignal empfängt, mit einem zweiten Multiplikatormittel zur Vereinigung eines von der Mittelungs- und Halteeinrichtung erzeugten Signals mit einem verzögerten Ausgangssignal, mit einem Schwellwertmittel, das dazu vorgesehen ist, die Auslöscheinrichtung ein- oder auszuschalten, so daß ein Anlegen des Ausgangssignals des zweiten Multiplikatormittels an ein Bewertungsmittel und an ein Störungsspreizmittel erlaubt oder verhindert wird.

RAKE-Correlatoren, RAKE-Demodulatoren und RAKE-Matched-Filter werden beispielsweise in der Druckschrift "Digital Communications" von John G. Proakis, 2. Auflage, New York, McGraw-Hill Book Company, 1989, Seiten 728 bis 739 beschrieben. Ferner sind aus der Druckschrift "Introduction to Communication Systems" von Ferrel G. Stremler, 3. Auflage, Reading, Massachusetts, Addison-Wesley Publishing Company, Inc., 1990, Seiten 627 bis 634, Spread-Spectrum-Verfahren (Bandspreiztechnik) bekannt.

Ausführungsformen der gegenständlichen Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Auslöscheinrichtung mit optimaler Schwellwertfunktion, und

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Auslöscheinrichtung mit einer optimalen Nichtlinearität.

Betrachten wir eine bekannte Kurzzeit-Signaleffektivspannung A mit einer Modulation für das k-te Zeichen m_k, die entweder +1 (für eine ausgesendete "1") oder -1 (für eine ausgesendete "0") ist. Das Signal werde in Gegenwart von Rauschen mit einer Varianz σ empfangen. Der Demodulator trifft Entscheidungen d_k, welche m_k entsprechen, falls sie richtig sind. Die Signal-Energiekompoente am Ausgang des Auslöscher (falls dieser aktiv ist) für das k-te Zeichen ist gegeben durch:

C_out(aktiv)_k = A²(m_k-d_k)²

Die Wahrscheinlichkeitsverteilung der empfangenen Spannung R ist gegeben durch:

Für einen gegebenen bestimmten Wert r von R möchte man wissen, ob es besser ist auszulöschen oder nicht. Das Problem liegt darin, daß man nicht weiß, ob eine "1" oder eine "0" ausgesendet wurde. Die Verläßlichkeit der Entscheiduung wird daher von dem Betrag von r abhängen. Mit:

und

ergibt sich unter Verwendung der Bayeschen Regel und Auflösung nach |r| ergibt sich

Dies impliziert einen Schwellwert der an die mittleren Pegel von Rauschen und Signal angepaßt ist. Eine einfache Lösung besteht darin, das Signal zu wichten, bevor man es an einen festen Schwellwert anlegt, somit:

Dies erfordert ein Normieren des Signals. Die Rauschleistung aus dem Rake-Kombinator ist der Pilotenergie proportional, somit:

Hierbei ist σ_c die ungewichtete Rauschspannung aus irgendeinem der Korrelatoren. Der Multiplikator ist genau die Summe der Quadrate der Pilotsignale, wie sie an die Skalierungsschaltung in Fig. 4 der parallelen Patentanmeldung 93 13 078.9 angelegt werden. Somit erfordert die Normierung von r mit 1/σ² ein Dividieren durch dieses Skalierungssignal, wie bereits in Fig. 4 der obgenannten Patentanmeldung durchgeführt. In Fig. 4 wird das Skalieren an einem Entscheidungs-korrigierten Signal durchgeführt, um einen mittleren Signalpegel zu erhalten. Demnach ist der Ausgang der Mittelungs- und Halteschaltung in Fig. 1 proportional zu und stellt die korrekte Skalierung für r dar.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird ein Blockschaltbild einer Auslöscheinrichtung mit Schwellwert gezeigt.

Die Einrichtung zur Schwellwertbildung und Auslöschung besitzt eine steile Begrenzereinheit 2, die an ihrem Eingang ein Ausgangssignal eines Rake-Kombinators empfängt, bei dem eine Auslöschung vorgenommen werden soll. Die steile Begrenzereinheit 2 führt Entscheidungen bezüglich der Daten des Störers durch, welche dazu verwendet werden, den Störer zum Zwecke der Subtraktion, d. h. der Auslöschung, zu rekonstruieren. Der Ausgang des Rake- Kombinators ist auch mit einem Eingang einer Verzögerungsschaltung 4 und mit einem Eingang einer Kombinatorschaltung 6 verbunden. Eine Skaliereinheit 8 empfängt von dem Rake-Kombinator ein summiertes und quadriertes Pilotsignal und ist mit einem Ausgang an den Eingang einer Multiplikationsschaltung 10 angeschlossen. Ein Ausgang der Kombinatorschaltung 6 ist mit einem weiteren Eingang der Multiplikatorschaltung 10 verbunden. Ein Ausgang der Multiplikatorschaltung 10 ist an einen Eingang einer Mittelungs- und Halteschaltung 12 angeschlossen, deren Ausgang an einen Eingang von zwei weiteren Multiplikatorschaltungen 14 und 16 gelegt ist. Ein Ausgang der Verzögerungsschaltung 4 ist an einen weiteren Eingang der Multiplikatorschaltung 14 geschaltet, deren Ausgang an den Eingang einer Schwellwertschaltung 18 gelegt ist. Ein Ausgang der Schwellwertschaltung 18 ist mit einem weiteren Eingang der Multiplikatorschaltung 16 verbunden, die mit einem Ausgang an einen Eingang eines komplexen Interferer-A-Spreaders 20. Der Spreader 20 ist mit zwei Ausgängen versehen, die an weitere Schaltungsteile angeschlossen sind, wie dies in Fig. 4 der oben genannten Patentanmeldung gezeigt ist.

Die Schwellwertschaltung 18 führt eine bidirektionale Schwellwertdetektion durch, da die Anforderung besteht, eine feste Spannung (in der folgenden Schaltung gewichtet) zu subtrahieren, welche das gleiche Vorzeichen wie das Momentansignal besitzt, wenn der Betrag des Momentansignals einen Schwellenwert übersteigt. Auf diese Weise wird die Auslöscheinrichtung ein- oder ausgeschaltet. Es wird davon ausgegangen, daß sämtliche bei den Multiplikationen benötigen konstanten Faktoren bei der verwendeten Skalierung fest verdrahtet sind.

Bei einem Signal/Rauschverhältnis von 0 dB kann eine Verbesserung der Auslöschung von etwa 0,85 dB erreicht werden.

Weitere Verbesserungen lassen sich erzielen, falls die Auslöscheinrichtung in Abhängigkeit von der Verläßlichkeit der Entscheidungen teilweise ein- oder ausgeschaltet wird.

Dies läßt sich durch Wichtung des Auslöschsignals entsprechend der Verläßlichkeit der Entscheidungen, d. h. entsprechend r erreichen. Somit ist der Wichtungsterm eine Funktion von r, nämlich k(r). Für einen gegebenen Wert von r erhält man

C_{out · k} = A² {(m_k - d_k · k(|r|))²}

Falls nun eine richtige Entscheidung getroffen wird, ist m_k = d_k und C_{out · k} = A² · (1 - k(|r|)². Falls eine unrichtige Entscheidung getroffen wird, ist m_k ≠ d_k und C_{out · k} = A² · (1 + k(|r|)². Daher gilt

E{C_out} = A²{(1 - k(|r|))² · (1 - P_e) + (+ k(|r|))² · P_e}
= A²{(1 - 2 · k(|r|) · (1 - 2 · P_e) + k²(|r|)}

Diffferenziert man nach k(|r|), erhält man:

Um das Minimum zu finden, setzt man gleich Null

Das Normieren nach erfolgt wie für die Auslöschschaltung. Die Entscheidung d_k kann in die tanh Nichtlinearität durch Entfernen des Absolutbetrag-Operators aufgenommen werden. Die Schaltung zur Anwendung der optimalen Nichtlinearität ist in Fig. 2 gezeigt.

Die durch Fig. 2 erhaltene Nichtlinearität erhöht die mittlere Störauslöschung bei einem Signal/Störverhältnis von 0 dB um etwa 1,35 dB.

Bezugnehmend auf Fig. 2 sieht man, daß die Schaltung mit jener nach Fig. 1 im wesentlichen identisch ist, so daß eine weitere Beschreibung nicht für notwendig erachtet wird. Nur ist nun die Schwellwertschaltung 18 dazu eingerichtet, nach einer tanh-Nichtlinearität zu arbeiten, wodurch die Auslöscheinrichtung teilweise ein- und ausgeschaltet werden kann.

Claims

1. Auslöscheinrichtung mit einem Mittel zum Empfangen eines Ausgangssignales von einem Rakekombinator, mit einem Mittel zum Empfangen und Skalieren eines Pilotsignales, mit einem ersten Multiplikatormittel (10) zum Erzeugen eines Signals, welches aus einem Produkt des skalierten Pilotsignals und eines modifizierten Ausgangssignals besteht, mit einer Mittelungs- und Halteeinrichtung, (12), welche das von dem ersten Multiplikatormittel (10) erzeugte Ausgangssignal empfängt, mit einem zweiten Multiplikatormittel (14) zur Vereinigung eines von der Mittelungs- und Halteeinrichtung (12) erzeugten Signals mit einem verzögerten Ausgangssignal, mit einem Schwellwertmittel (18), das dazu vorgesehen ist, die Auslöscheinrichtung ein- oder auszuschalten, so daß ein Anlegen des Ausgangssignals des zweiten Multiplikatormittels (14) an ein Bewertungsmittel und an ein Störungsspreizmittel (20) erlaubt oder verhindert wird.

2. Auslöscheinrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das Schwellwertmittel (18) dazu eingerichtet ist, die Auslöscheinrichtung teilweise ein- oder auszuschalten.