In Funkkommunikationssystemen werden
Informationen (beispielsweise Sprache, Bildinformation, Videoinformation,
SMS (Short Message Service) oder andere Daten) mit Hilfe von elektromagnetischen
Wellen über
eine Funkschnittstelle zwischen sendender und empfangender Station übertragen. Das
Abstrahlen der elektromagnetischen Wellen erfolgt dabei mit Trägerfrequenzen,
die in dem für
das jeweilige System vorgesehenen Frequenzband liegen. Ein Funkkommunikationssystem
umfasst hierbei Teilnehmerstationen, z.B. Mobilstationen, Basisstationen,
z.B. Node B's, sowie
weitere netzseitige Einrichtungen. Die Teilnehmerstationen und die
Basisstationen sind in einem Funkkommunikationssystem über eine
Funkschnittstelle miteinander verbunden.
Der Zugriff von Stationen auf die
gemeinsamen Funkressourcen des Übertragungsmediums, wie
zum Beispiel Zeit, Raum, Frequenz und Leistung wird bei Funk-Kommunikationssystemen
durch Vielfachzugriffsverfahren (Multiple Access, MA) geregelt.
Einige Funkkommunikationssysteme
der dritten Generation verwenden ein Codevielfachzugriffsverfahren
(CDMA, Code Division Multiple Access). Ein Beispiel hierfür sind WCDMA
Systeme (Wideband CDMA). Hierzu zählt die FDD-Komponente (FDD:
Frequency Division Duplex) des UMTS-Standards (UMTS: Universal Mobile
Telecommunications System) in Europa sowie das amerikanische cdma2000.
WCDMA ist ein Zugangsverfahren für
die Mobilfunkkommunikation, welches auf der Verwendung von mindestens
zwei 5 MHz Frequenzbändern
für die Übertragung
in Aufwärts-
sowie in Abwärtsrichtung
(FDD Technologie) beruht.
Für
zukünftige
Mobilfunksysteme mit CDMA Übertragungsverfahren
wie beispielsweise UMTS oder andere Systeme der 3. Generation sind
für die Funkschnittstelle
Frequenzen im Frequenzband von ca. 2000 MHz vorgesehen.
Bei Codebereichs-Vielfachzugriffsverfahren wird
durch einen Spreizcode, der aus vielen einzelnen sogenannten Chips
besteht, die zu übertragende Information
stationsspezifisch codiert, wodurch die zu übertragende Leistung codebedingt über einen großen Frequenzbereich
gespreizt wird. Die von unterschiedlichen Stationen benutzen Spreizcodes
innerhalb einer Zelle sind jeweils gegenseitig orthogonal oder im
wesentlichen orthogonal, wodurch ein Empfänger die ihm zugedachte Signalleistung
erkennt und andere Signale unterdrückt. Durch CDMA wird die Funkressource
Leistung somit durch Spreizcodes stationsspezifisch separiert.
Durch Streuung und Reflexion erfährt das von
einem Sender transmittierte Signal Mehrwegeausbreitung. Im Empfänger ist
jeder dieser Wege durch eine Pfadverzögerung charakterisiert. Der Empfang
von CDMA Signalen bei Mehrwegeausbreitung kann mit einem Rake-Empfänger realisiert
werden. Der Rake-Empfänger sammelt
wie ein Rechen (englisch: rake) die Signalenergie der einzelnen
Ausbreitungspfade ein und ermöglicht
eine effektive Nutzung der Energie der Mehrwegeausbreitung. In jedem
Rake-Finger wird die Pfadlaufzeit kompensiert und das Signal zurückgespreizt.
Dies setzt voraus, dass im Empfänger
die Spreizsequenz und die Pfadverzögerungen der einzelnen Pfade
bekannt sind.
Bei UMTS FDD wird ein RACH (Random
Access Channel) verwendet, um den Kanalaufbau einzuleiten. Dazu
sendet die Mobilstation nach einem Slotted-Aloha-Protokoll, also
zufällig
zu Beginn eines Zeitrahmens, ein vordefiniertes Nachrichtenformat, bestehend
aus einer Präambel,
und nachfolgend einen Nachrichtenteil.
Unter einer Präambel, auch flag genannt, versteht
man ein bei der digitalen Nachrichtenübertragung den Nutzdaten voran-,
gegebenenfalls auch nachgestelltes, Feld mit charakteristischen
Bitmustern zur Anzeige von bestimmten Informationen.
Die Präambel muss von der Basisstation
detektiert werden. Sie enthält
eine von 16 sogenannten Signaturen, welche Information zur Decodierung
des nachfolgenden liefern. Eine Präambelsignatur besteht aus 256
Wiederholungen einer reellen Signatur aus einem Hadamard Code der
Länge 16.
Wird die Präambel
von der Basisstation als solche erkannt, sendet sie eine positive
Acquisition Indication. Daraufhin beginnt die Mobilstation mit dem
Senden des Nachrichtenteils, der Message.
Der Empfänger der Präambel hat die Aufgabe, diese
zu detektieren, d.h. festzustellen, dass er eine Präambel empfangen
hat, und nach erfolgter Detektion den Kanal zu schätzen. Um
ein RACH Signal in einem CDMA Funkkommunikationssystem zu verarbeiten,
muss eine Korrelationseinheit das Eingangssignal über eine
bestimmte vorgegebene Länge
kohärent
oder teilkohärent
aufsummieren. Diese Länge
entspricht üblicherweise
der vorgegebenen Länge
des Signals, welches detektiert werden soll. Die Summation erfolgt
für eine
Vielzahl von Zeitoffsets zwischen der Basisstation und der Mobilstation, da
die Signallaufzeit zwischen der sendenden und der empfangenden Station
nicht bekannt ist. Die zeitlich geordneten und quadrierten Summationsergebnisse
entsprechen dem Verzögerungsleistungsdichtespektrum
des Signals. Dieses besteht also aus einer Vielzahl von Teilelementen,
wobei jedes Teilelement das Summationsergebnis einer ab einem bestimmten
Zeitpunkt empfangenen Signalfolge der vorgegebenen Länge darstellt.
Unter einer Signalfolge wird dabei ein Signal der vorgegebenen Länge verstanden,
welches ab einem bestimmten Zeitpunkt empfangen wurde. Eine Signalfolge
kann also mit dem gesendeten Signal, z.B. der Präambel, übereinstimmen, oder Teile des
gesendeten Signals enthalten. Im Extremfall enthält eine folge aber auch keine Bits
des gesendeten Signals. Jedes Teilelement des Verzögerungsleistungsdichtespektrums
stellt somit ein Maß für die Stärke einer
ab dem jeweiligen Zeitpunkt empfangenen Signalfolge dar. An den
Maxima des Verzögerungsleistungsdichtespektrums
können daher
die Pfade mit maximaler Signalenergie erkannt werden. Der Rake-Empfänger benützt das
Verzögerungsleistungsdichtespektrum
zur Decodierung des Nachrichtenteils.
Üblicherweise
werden in einem Empfänger die
Teilelemente mit den größten Signalstärken herausgesucht
und mit einer Detektionsschwelle verglichen. Wird der Schwellenwert überschritten,
gilt ein Signal als detektiert, und die nachfolgende Bearbeitung
des Nachrichtenteils wird eingeleitet. Aufgrund der kurzen Präambeldauer
ist die Fehlalarmwahrscheinlichkeit bei diesem Verfahren relativ
hoch. Außerdem
ist der Aufwand für
die Verarbeitung nicht gesendeter Signale groß, da alle Schritte des Sortierens und
des Vergleichs mit dem Schwellenwert für alle Teilelemente durchgeführt werden,
unabhängig
davon, ob das Signal später
als detektiert oder nicht detektiert gewertet wird.
In Basisstationen für CDMA Systeme
wirkt sich die Verwendung von mehreren Antennen durch die damit
verbundene Erhöhung
des Störabstandes direkt
kapazitätssteigernd
aus. Auch bei der Detektion von RACH Signalen können diese Antennen zur verbesserten
Detektion verwendet werden. Als Möglichkeiten für den Einsatz
mehrerer Antennen können Antennenarrays,
mit welchen Strahlformung durchgeführt wird, und Diversitätsantennen, d.h.
Antennen mit einem charakteristischen Abstand, genannt werden.
Während
der relativ kurzen Signaldauer eines BACH Signals, welche typischerweise
etwa 1 ms beträgt,
kann bei geringer oder verschwindender Bewegungsgeschwindigkeit
der Mobilstation eine unterschiedliche Signalstärke von verschiedenen Antennen
eines Empfängers
empfangen werden. Daher kann im Mittel der Störabstand verringert werden, wenn
in allen Antennen nach der Signalstärke gesucht wird. Dazu werden üblicherweise
für Diversitätsantennen
die Verzögerungsleistungsdichtespektren
der Antennen unabhängig
voneinander betrachtet und/oder vor der Auswahl der Maxima durch
Aufaddieren in ein einziges Verzögerungsleistungsdichtespektrum überführt. Für Antennenarrays
erzeugt man keulenförmige
Antennencharakteristiken durch gewichtete Summation der aufsummierten
Antennensignale mit jeweils gleicher Verzögerung, d.h. der Teilelemente.
Danach kann man aus den quadrierten Summensignalen für jede Antennenkeule
ein Verzögerungsleistungsdichtespektrum
bilden.
Der mit der Verwendung von mehreren
Antennen verbundene Aufwand bezüglich
der Ermittlung der Verzögerungsleistungsdichtespektren
steigt üblicherweise
proportional mit der Anzahl der Rntennen. Da die Hardware schon
für eine
Antenne sehr aufwendig ist, wäre
es wünschenswert,
eine Korrelationseinheit für
die Gewinnung der Verzögerungsleistungsdichtespektren
mehrerer Antennen einsetzen zu können.
Bezüglich der Weiterbearbeitung
des Verzögerungsleistungsdichtespektrums
wäre ein
Verfahren wünschenswert,
welches wenig aufwendig ist, um die Kapazität des empfängerseitigen Systems nicht
bis an die Grenzen der Leistungsfähigkeit oder sogar über diese
hinaus zu beanspruchen. Außerdem
sollte aufgrund relativ kurzer Signaldauern ein robustes Verfahren
gefunden werden, welches eine günstige
Empfängercharakteristik
aufweist, um eine etwaige Nachverarbeitung auf Signalprozes soren und
die erforderliche zu übertragende
Datenrate so gering wie möglich
zu halten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren der eingangs genannten Art aufzuzeigen, welches eine effiziente
empfängerseitige
Bearbeitung eines Signals in einem CDMA Funkkommunikationssystem
ermöglicht.
Insbesondere soll einerseits eine effiziente Ermittlung eines Leistungsdichtespektrums
eines Signals vorgegebener Länge
und andererseits bei erfolgter Ermittlung eine effiziente Weiterbearbeitung
eines Leistungsdichtespektrums eines Signals vorgegebener Länge zur
Verfügung gestellt
werden. Weiterhin soll eine Einrichtung der eingangs genannten Art
aufgezeigt werden, welche eine solche effiziente Weiterbearbeitung
eines Leistungsdichtespektrums eines Signals vorgegebener Länge erlaubt.
Die Aufgabe wird für das Verfahren
durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Ausgestaltungen und Weiterbildungen
sind Gegenstand der Unteransprüche.
In dem Verfahren zur empfängerseitigen
Bearbeitung eines in einem Empfänger
eines CDMA Funkkommunikationssystems empfangenen Signals vorgegebener
Länge,
wobei im Empfänger
ein Verzögerungsleistungsdichtespektrum
des Signals umfassend eine Mehrzahl von Teilelementen bestimmt wird,
und wobei jedes Teilelement ein Maß für die Stärke einer ab einem zu dem Teilelement
korrespondierenden Anfangszeitpunkt empfangenen Signalfolge der
vorgegebenen Länge
darstellt, werden erfindungsgemäß zur Bearbeitung
des empfangenen Signals eine Mehrzahl der Anfangszeitpunkte mindestens
einem Block zugeordnet.
Angewandt auf die Detektion eines
Signals hat das Verfahren den Vorteil, dass die Detektion aufgrund
einer Senkung der Schätzvarianz
robuster und weniger aufwendig wird, da die Anzahl auszuwertender
Blöcke
geringer als die Anzahl an Teil elementen ist. Die Anzahl der Blöcke kann
beliebig gewählt
werden, so dass der Verlust an Pfadenergie, welcher durch die Blockbildung
im Vergleich zur Betrachtung der einzelnen Teilelemente auftreten
kann, durch eine geeignete Wahl der Blöcke gering gehalten wird.
Unter einer Signalfolge der vorgegebenen Länge wird
ein Signal verstanden, welches die gleiche Länge wie das zu bearbeitende
Signal aufweist. Handelt es sich bei dem zu bearbeitenden Signal
z.B. um eine Präambel
einer bestimmten Länge,
so kann eine Signalfolge inhaltlich mit der Präambel übereinstimmen, sie kann zusammenhängende Teile
des Inhaltes der Präambel
an ihrem Anfang oder ihrem Ende aufweisen, oder sie kann auch keinen
Teil der Präambel
enthalten. In dem Fall, dass keine Präambel zum Empfänger gesendet
wurde, und der Empfänger
dennoch überprüft, ob er
eine Präambel
empfangen hat, bestehen die Signalfolgen z.B. aus Rauschsignalen.
Die Länge
der Signalfolgen entsprechen dann der Länge der Präambel, deren Empfang der Empfänger zu
detektieren versucht.
Erfindungsgemäß werden Anfangszeitpunkte
einem oder mehreren Blöcken
zugeordnet. Da die Anfangszeitpunkte zu Teilelementen korrespondieren,
findet somit indirekt eine Zuordnung von Teilelementen zu einem
oder mehreren Blöcken
statt.
In einer Weiterbildung der Erfindung
wird aus den zu den jedem Block zugeordneten Anfangszeitpunkten
korrespondierenden Teilelementen jeweils ein Blockteilelement gebildet.
Die Teilelemente, welche wie oben beschrieben indirekt zu einem
oder mehreren Blöcken
zugeordnet wurden, werden gemäß einer
Rechenvorschrift zu einem oder mehreren Blockteilelementen verrechnet.
Hierbei können
verschiedene Rechenvorschriften zum Einsatz kommen.
Einer Ausgestaltung der Erfindung
zufolge wird bei Verwendung einer Mehrzahl von Blöcken mindestens
ein Anfangszeitpunkt mindestens zwei Blöcken zugeordnet. Dies entspricht
einer Ü berlappung
der Blöcke.
Hierdurch kann vermieden werden, dass die Hauptenergie des Signals
sich zu etwa gleich großen
Teilen auf zwei Blöcke
aufteilt.
Vorzugsweise handelt es sich bei
der Bearbeitung des empfangenen Signals um eine Entscheidung über den
Empfang einer zum Empfänger
gesendeten Präambel
und gegebenenfalls um die Ermittlung des Inhaltes einer zum Empfänger gesendeten
Präambel.
Der Empfänger
muss hierbei also entscheiden, ob er eine Präambel empfangen hat, d.h. diese
detektieren, und gegebenenfalls eine Entscheidung über den
Inhalt der Präambel
treffen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung
ist die Präambel
Bestandteil eines Zufallszugriffs auf einem Zufallszugriffskanal.
Diese Art von Kanälen
wird üblicherweise
als Random Access Channel (RACH) bezeichnet.
In Weiterbildung der Erfindung wird
die Mehrzahl der dem mindestens einen Block zugeordneten Anfangszeitpunkte
aus Anfangszeitpunkten gebildet, welche zu solchen Teilelementen
korrespondieren, welche einen ersten Schwellenwert übertreffen.
Dem oder den Blöcken
sind somit nur solche Teilelemente indirekt zugeordnet, welche einen
ersten Schwellenwert übertreffen.
Vorteilhafterweise wird jedes Blockteilelement
mit einem zweiten Schwellenwert verglichen. Es kann auch ein Vergleich
der Blockteilelemente mit einer Mehrzahl von Schwellenwerten durchgeführt werden.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung werden
in Abhängigkeit
von dem Ergebnis des Vergleichs mit dem zweiten Schwellenwert Teilelemente mit
einem dritten Schwellenwert verglichen und in Abhängigkeit
von dem Ergebnis des Vergleichs mit dem dritten Schwellenwert wird
mindestens ein Blockteilelement mit einem vierten Schwellenwert verglichen.
Beispiels weise können
somit die Blöcke, welche
sich aufgrund des Vergleichs mit dem zweiten Schwellenwert als geeignet
erwiesen haben, erneut oder zum ersten Mal bezüglich ihrer Teilelemente genauer
untersucht werden. Im weiteren Verlauf können dann z.B. nur noch Blöcke betrachtet
werden, deren Teilelemente in geeigneter Weise die dritte Schwelle übertroffen
haben. Diese Blöcke
werden einem weiteren Vergleich mit einer vierten Schwelle unterzogen.
Dieses kaskadenartige Vorgehen kann bei Bedarf in Kombination mit
der Verwendung des ersten Schwellenwertes beliebig oft wiederholt
werden. Von Vorteil ist es z.B., den Vergleich mit der zweiten Schwelle
zuerst ohne Verwendung des ersten Schwellenwertes durchzuführen. Dies
würde einen
geringen Aufwand bedeuten und zu einem groben Ergebnis führen. Fällt dieses
Ergebnis derartig aus, dass eine genauere Untersuchung von Vorteil
zu sein scheint, so kann dann ein Vergleich von geeigneten oder
allen Teilelementen mit der dritten Schwelle und ein Vergleich von
einem oder mehreren Blöcken
mit der vierten Schwelle durchgeführt werden. Somit kann die
Genauigkeit des Ergebnisses erheblich gesteigert werden. Insgesamt
wird somit eine Grobdetektion mit geringem Aufwand in Verbindung mit
einer feineren Detektion bei einem positiven Ergebnis der Grobdetektion
erreicht werden. Vorteilhafterweise werden hierbei Teilelemente
und/oder Blöcke,
welche einen Schwellenwert überschreiten,
der Größe nach
sortiert. Nach dem Vergleich mit dem ersten und/oder dem zweiten
und/oder dem vierten Schwellenwert ist es möglich, die Blöcke neu
zu strukturieren, d.h. eine neue Zuordnung von Anfangszeitpunkten
zu Blöcken
vorzunehmen. Durch eine Zuordnung zu kleineren Blöcken kann
dann ein feiner aufgelöstes
Ergebnis erreicht werden.
Vorzugsweise wird in Abhängigkeit
von dem Ergebnis des Vergleichs mit dem zweiten und/oder dem dritten
und/oder dem vierten Schwellenwert das empfangene Signal als an
den Empfänger
gesendetes Signal gewertet. Dies entspricht einer Detektion eines
an den Empfänger
gesandten Signals.
In einer Weiterbildung der Erfindung
wird bei einer Wertung als gesendetes Signal in Abhängigkeit von
dem Ergebnis des Vergleichs mit dem zweiten und/oder dem dritten
und/oder dem vierten Schwellenwert ein Sendezeitpunkt ermittelt.
Die einzelnen Teilelemente korrespondieren zu Anfangszeitpunkten
des Empfangs. Daher können
bei Bestimmung der Anfangszeitpunkte mit der höchsten Signalenergie Rückschlüsse über die
Zeitdifferenz zwischen dem Senden und dem Empfang des Signals, und
somit über
den Sendezeitpunkt des Signals gezogen werden. Die Ermittlung des
Sendezeitpunktes erweist sich als vorteilhaft für die Verarbeitung der folgenden
Signale, welche von dem gleichen Sender stammen.
In einer Ausgestaltung oder alternativen
Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden zur Bestimmung jedes Teilelementes des Verzögerungsleistungsdichtespektrums
ein oder mehrere Bestandteile der jeweiligen Signalfolge herangezogen, wobei
die Gesamtlänge
als die Summe der Längen des
oder der herangezogenen Bestandteile der jeweiligen Signalfolge
kürzer
als die vorgegebene Länge
ist.
Dadurch, dass für die Ermittlung von jedem Teilelement
des Verzögerungsleistungsdichtespektrums
einer Antenne nicht die ganze jeweilige Signalfolge verwendet wird,
können
die nicht genutzten Teile der Signalfolge z.B. von anderen Antennen
zur Bestimmung ihres Verzögerungsleistungsdichtespektrums
eingesetzt werden. Somit ergibt sich bezüglich des Volumens der benötigten Hardware
dasjenige, welches einer einzigen Antenne entspricht, während gleichzeitig
der Diversitäts-
und räumliche
Gewinn mehrerer Antennen ausgenutzt werden kann. Hierbei ist die
verwendete Menge an Hardware beliebig skalierbar. Um die Leistungsfähigkeit
der Detektion eines Signals zu steigern, kann also der Aufwand an
Hardware beliebig angepasst werden. Sowohl die Größe der einzelnen
Bestandteile als auch die Gesamtlänge des oder der Bestandteile
ist frei wählbar,
so dass die Genauigkeit des Verzögerungsleistungsdichtespektrums
an die jeweiligen Erfordernisse angepasst werden kann.
In einer Ausgestaltung der Erfindung
unterscheidet sich für
mindestens ein Teilelement das oder die zur Bestimmung herangezogenen
Bestandteile von dem oder den zur Bestimmung von mindestens einem
weiteren Teilelement herangezogenen Bestandteile. Ein Beispiel für diese
Ausgestaltung wäre die
Verwendung der ersten Hälfte
einer Signalfolge für
das erste Teilelement und die Verwendung des ersten Drittels einer
Signalfolge für
das zweite Teilelement. Für
die folgenden Teilelemente können
dann entweder wieder die erste Hälfte
oder das erste Drittel oder auch andere Bestandteile gewählt werden. Werden
verschiedene Bestandteile zur Bestimmung von Teilelementen eingesetzt,
so können
zur Betrachtung des gesamten Verzögerungsleistungsdichtespektrums
Wichtungsfaktoren für
die Teilelemente eingesetzt werden.
Mit Vorteil wird das Verfahren auf
einen Empfänger
mit einer Mehrzahl von Empfangsantennen angewendet, welche das Signal
vorgegebener Länge empfangen.
Hierbei kommen sowohl Antennenarrays als auch Diversitätsantennen
in Betracht. Somit können
mehrere räumliche
Sektoren auf einer Korrelationseinheit verarbeitet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird für
jede Empfangsantenne ein Verzögerungsleistungsdichtespektrum
des Signals vorgegebener Länge
bestimmt. Dies bedeutet, dass das erfindungsgemäße Verfahren auf jede Antenne
angewandt wird. Die weitere Bearbeitung der Verzögerungsleistungsdichtespektren
der einzelnen Antenne kann nach verschiedenen Verfahren erfolgen.
Beispielsweise können
die dem Stand der Technik entsprechenden Verfahren oder auch das
erfindungsgemäße Verfahren
der Blockbildung angewandt werden.
Einer Ausgestaltung der Erfindung
zufolge entspricht die Summe der Gesamtlängen der von der Mehrzahl von
Empfangsantennen zur Bestimmung von mindestens einem Teilelement
herangezogenen Bestandteile der jeweiligen Signalfolge der vorgegebenen Länge. In
diesem Fall teilen die Antennen sich die jeweilige Signalfolge also
auf. Setzt man die von den verschiedenen Antennen verwendeten Bestandteile
zusammen, erhält
man die jeweilige Signalfolge. Hierbei wird die zeitliche Länge des
Signals in der Korrelationseinheit vollständig genutzt. Dadurch wird der
meist sehr kurze Beobachtungszeitraum des Signals nicht weiter verringert.
Es ist auch möglich,
dass die Summe der Gesamtlängen
der von der Mehrzahl von Empfangsantennen zur Bestimmung von mindestens
einem Teilelement herangezogenen Bestandteile die vorgegebene Länge übertrifft.
Dies entspricht einer Überlappung
der von verschiedenen Antennen verwendeten Bestandteile. Eine derartige Überlappung
muss von der Hardware unterstützt werden,
indem eine parallele Verarbeitung von Bestandteilen oder eine Speicherung
von Signalfolgen möglich
ist. Der Aufwand an Hardware steigt mit zunehmender Überlappung
der von verschiedenen Antennen verwendeten Bestandteile.
Vorteilhafterweise wird aus den Verzögerungsleistungsdichtespektren
der Empfangsantennen mindestens ein gemeinsames Verzögerungsleistungsdichtespektrum
ermittelt. Dies kann z.B. durch eine einfache oder gewichtete Addition
der Teilelemente der einzelnen Antennen erfolgen.
Das Verfahren wird mit Vorteil auf
ein FDD System, wie z.B. UMTS FDD angewandt.
Die oben genannte Aufgabe wird hinsichtlich der
Einrichtung durch eine Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
17 gelöst.
Erfindungsgemäß weist
diese Einrichtung Mittel zum Zuordnen einer Mehrzahl von Anfangszeitpunkten
zu mindestens einem Block auf. Mittel und Einrichtungen zur Durchführung der
Verfahrensschritte gemäß den Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Erfindung können vorgesehen sein.
Einzelheiten und Details der Erfindung
werden anhand eines Ausführungsbeispiels
erläutert. Dabei
zeigen
1:
ein Funkkommunikationssystem,
2:
eine erste schematische Aufteilung eines empfangenen Signals in
Bestandteile,
3:
eine zweite schematische Aufteilung eines empfangenen Signals in
Bestandteile,
4:
eine dritte schematische Aufteilung eines empfangenen Signals in
Bestandteile,
5:
eine Zuordnung von Anfangszeitpunkten zu Blöcken,
6:
ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Das Ausführungsbeispiel bezieht sich
auf ein UMTS FDD System. Für
den Verbindungsaufbau zwischen der Mobilstation und der Basisstation
ist hierbei ein BACH vorgesehen. Die Mobilstation sendet unter Verwendung
von einer von 16 verschiedenen Signaturen eine Präambel aus.
Die Präambel
Signaturen bestehen aus 256 Wiederholungen einer reellen Signatur
aus dem Hadamard-Code-Set der Länge
16.
Im Empfänger wird das zu einem Zeitpunkt
i empfangene Signalfolge demoduliert, mit dem für die Präambel verwendeten Scrambling
Code multipliziert und mit einem Hadamard Code der Länge 16 Chips korreliert,
um so die Korrelation x
1 für die 1-te
Wiederholung der reellen Signatur aus dem Hadamard-Code-Set der Länge 16 zu
erhalten, wobei der Index 1 die Anzahl der Wiederholungen nummeriert.
Bei der kohärenten
Akkumulation berechnet sich ein Teilelement γ
i des
Verzögerungsleistungsdichtespektrums als
Betragsquadrat aus der Summe der Korrelationen über alle 256 Wiederholungen:
Der Index i steht hierbei für einen
diskreten Zeitpunkt. Da die Signallaufzeit zischen der sendenden
und der empfangenden Station nicht bekannt ist, werden die Teilelemente über ein
Fenster einer bestimmten Chipbreite berechnet. Die Breite ist z.B. über den
maximal möglichen
Zellradius bestimmbar.
Obige Formel stellt eine Möglichkeit
zur Berechnung der Teilelemente γi dar. Es können auch andere Berechnungen
zur Bestimmung der Teilelemente durchgeführt werden.
Die Menge der für alle Zeitpunkte i berechneten
Teilelemente stellt das Verzögerungsleistungsdichtespektrum
der Präambel
für die
empfangende Antenne dar.
Werden bei der Verwendung einer Mehrzahl von
Antennen die Teilelemente wie beschrieben für jede Antenne bestimmt, so
muss für
jede Antenne eine eigene Korrelationseinheit zur Durchführung der Rechnungen
vorliegen. Erfindungsgemäß kommt
daher, um den Hardware Aufwand zu reduzieren, eine verändertes
Verfahren zur Bestimmung des Verzögerungsleistungsdichtespektrums
einer Antenne zum Einsatz. Für
jedes Teilelement des Verzögerungsleistungsdichtespektrums
wird die Korrelationseinheit über
dem Signal blockweise eingesetzt.
1 stellt
einen Empfänger
BS eines UMTS FDD Funkkommunikationssystems dar, welcher zwei Diverstitätsantennen
A1 und A2 aufweist. Eine Präambel,
die von einer Mobilstation MS an den Empfänger BS gesendet wird, wird
von beiden Antennen A1 und A2 empfangen. Eine empfangsseitige Einrichtung
(ESE) bearbeitet Verzögerungsleistungsdichtespektren
von Signalen wie z.B. der Präambel.
2 verdeutlicht
das Vorgehen für
die zwei Diversitätsantennen
A1 und A2. Die Signalfolge der Länge
L der Präambel, welche
ab dem Zeitpunkt i empfangen wurde, wird in diesem Beispiel in sechs gleich
große
Bestandteile T1, T2, T3, T4, T5 und T6 aufgeteilt. Die erste Antenne
A1 verwendet die Bestandteile T1, T3 und T5 zur Bestimmung des Teilelementes γ i / A1, während die
zweite Antenne A2 die Bestandteile T2, T4 und T6 zur Bestimmung
des Teilelementes γ i / A2 einsetzt. Über diejenigen
Bestandteile des Signals, welche zur Bestimmung eines Teilelementes
verwendet werden, wird gemäß obiger
Formel summiert. Die Gesamtlänge
der für
die Antenne A1 verwendeten Bestandteile ist die Summe aus den Längen der
Bestandteile T1, T3 und T5. Erfindungsgemäß ist diese Gesamtlänge kürzer als
die Länge
L der Präambel,
welche der Summe aus den Längen der
Bestandteileelemente T1, T2, T3, T4, T5 und T6 entspricht. Entsprechendes
gilt für
die von der Antenne A2 herangezogenen Bestandteile, so dass die
Gesamtlänge
der für
die Antenne A2 verwendeten Bestandteile als die Summe aus den Längen der
Bestandteile T2, T4 und T6 kürzer
als die Länge
L der Präambel
ist.
In dem Beispiel der 2 ergibt eine Summation der Gesamtlänge der
von der ersten Antenne A1 verwendeten Bestandteile und der Gesamtlänge der
von der zweiten Antenne A2 verwendeten Bestandteile die Länge der
Präambel.
Es ist jedoch auch möglich,
dass diese Summe die Länge
der Präambel überschreitet.
In diesem Fall überlappen
sich die verschiedenen Teile. Zur Verarbeitung sich gegenseitig überlappender
oder gar übereinstimmender
Teile für
verschiedene Antennen muss eine Parallelverarbeitung in Form mehrerer
Korrelationseinheiten oder eine Speicherung der empfangenen Signalfolgen
möglich
sein. In diesem Fall können
verschiedene Antennen auch gleiche Bestandteile des Signals zur
Bestimmung eines Teilelementes verwenden.
3 stellt
den Fall sich überlappender
Bestandteile für
verschiedene Antennen dar. Der obere Balken zeigt die Aufteilung
der Signalfolge in die Bestandteile T7, T8 und T9 für die erste
Antenne A1. Diese zieht die Bestandteile T7 und T9 zur Bestimmung
des Teilelementes γ i / A1,
heran, Der untere Balken verdeutlicht die Aufteilung der Signalfolge
in die Bestandteile T10, T11, T12 und T13 für die zweite Antenne A2. Die
zweite Antenne A2 setzt die Bestandteile T11 und T13 zur Bestimmung
des Teilelementes γ i / A2 ein.
Die Bestandteile T7 und T11 überlappen
sich, die Bestandteile T9 und T13 stimmen überein.
Die von einer Antenne herangezogenen
Bestandteile können
sich für
verschiedene Teilelemente unterscheiden. 4 stellt eine Aufteilung von Signalfolgen
der vorgegebenen Länge
L für zwei
aufeinanderfolgende Anfangszeitpunkte i und i + 1 in die Bestandteile
T14 und T15 dar. Für
das Teilelement γ i / A1,
verwendet die erste Antenne A1 den Bestandteil T14, für das darauffolgende
Teilelement γ i+1 / A1 zieht
sie den Bestanteil T15 heran. Es ist auch möglich, dass sich nicht nur
die herangezogenen Bestandteile, sondern auch die Aufteilung der
Signalfolge in Bestandteile ändert,
so dass z.B. die Teilelemente T14 und T15 dann für verschiedene Signalfolgen
unterschiedlich lang sind oder eine Aufteilung in eine unterschiedliche
Anzahl von Teilelementen für
verschiedene Signalfolgen erfolgt.
Die Länge und Anzahl der Bestandteile
kann beliebig gewählt
werden. Bei dem Einsatz von Antennenarrays mit mehr als zwei Antennen
wird das Signal zur Bestimmung eines Teilelementes auf mehrere Antennen
aufgeteilt. Nach der Ermittlung der einzelnen Teilelemente für die verschiedenen
Antennen eines Antennenarrays können
diese unter Berücksichtigung
von Gewichtungsvektoren, sogenannten Steering-Vektoren, summiert
werden, um Leistunqsdichtespektren für verschiedene Antennenkeulen
zu erhalten.
Die Weiterverarbeitung des oder der
ermittelten Verzögerungsleistungsdichtespektren
kann durch eine Zuordnung einer Mehrzahl von Anfangszeitpunkten
zu Blöcken
geschehen.
5 zeigt beispielhaft
eine Zuordnung von Anfangszeitpunkten zu Blöcken. Nach rechts ist in
5 die Zeit aufgetragen.
Zur Vereinfachung wird angenommen, dass zehn Teilelemente γ
i korrespondierend
zu den Anfangszeitpunkten i=1 bis i=10 bestimmt wurden. Ein erster
Block B1 umfasst die Anfangszeitpunkte i=1, i=2 und i=3. Ein zweiter
Block B2 umfasst die Anfangszeitpunkte i=6, i=7 und i=8, während ein
dritter Block B3 die Anfangszeitpunkte i=8 und i=9 umfasst. Der
Anfangszeitpunkt i=8 ist damit den zwei Blöcken B2 und B3 zugeordnet.
Die Anfangszeitpunkte i=4, i=5 und i=10 wurden keinem der Blöcke zugeordnet. Aus
den Teilelementen γ
i mit i=1, i=2 und i=3 wird dann ein Blockteilelement γ[B1] berechnet.
Entsprechend wird aus den Teilelementen γ
i mit
i=6, i=7 und i=8 ein Blockteilelement γ[B2] und aus den Teilelementen γ
i mit
i=8 und i=9 ein Blockteilelement γ[B3] bestimmt.
Die Berechung der Blockteilelemente können z.B. gemäß folgender
Formel erfolgen:
Der Index j steht hierbei für die Nummer
des Blocks. Weiterhin ist iA der erste dem
Block zugeordnete Anfangszeitpunkt, iE der
letzte. Es wird also die Summe über
die Betragsquadrate der Teilelemente, deren Anfangszeitpunkte dem
jeweiligen Block zugeordnet wurden, gebildet. Auch die Verwendung
anderer Rechenvorschriften zur Berechnung der Größe γ[Bj] aus den zugeordneten γi ist
möglich.
Dem Empfänger stellt sich die Aufgabe,
zu entscheiden, ob das Signal, dessen Verzögerungsleistungsdichtespektrum
ermittelt wurde, eine Präambel
darstellt. 6 zeigt ein
Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Detektion
einer Präambel.
Die Teilelemente γi für alle Anfangszeitpunkte
werden mit einem ersten Schwellenwert S1 verglichen. Diejenigen
der Teilelemente γi, welche die erste Schwelle S1 überschreiten,
werden in geeigneter Weise Blöcken
zugeordnet. Die Blöcke
umfassen also nur Anfangszeitpunkte, deren Teilelemente das Krite rium
des Überschreitens
des ersten Schwellenwertes erfüllt
haben. Daraufhin können
die Blockteilelemente γ[Bj]
bestimmt werden. Der Schritt des Vergleichens mit dem ersten Schwellenwert
kann jedoch auch ausgelassen werden, so dass ohne vorhergehende Überprüfung der
Teilelemente eine Blockbildung erfolgt.
Weiterhin werden die Blockteilelemente γ[Bj] mit
einem zweiten Schwellenwert S2 verglichen. Dieser Schwellenwert
kann sich z.B, aus dem Mittelwert aus allen Blöcken einer Signatur ergeben. Überschreitet
eines oder mehrere der Blockteilelemente den zweiten Schwellenwert
S2, so kann die Präambel
in einem Entscheidungsschritt als detektiert eingestuft werden.
Entsprechend kann bei fehlendem Überschreiten
der zweiten Schwelle S2 gefolgert werden, dass keine Präambel empfangen
wurde.
Um eine genauere Detektion der Präambel zu
ermöglichen,
kann eine erneute Blockbildung stattfinden. Hierbei können z.B.
diejenigen Blöcke, welche
hohe Werte der Blockteilelemente aufweisen, feiner untergliedert
werden. Dies entspricht einer genaueren Auflösung der Granularität in der
Zeit. Die Blöcke
können
jedoch auch unverändert
in die folgenden Rechenschritte übernommen
werden.
Daraufhin werden geeignete Teilelemente γi einem
Vergleich mit einem dritten Schwellenwert S3 unterzogen. Von besonderem
Interesse sind hierbei diejenigen Teilelemente der Blockteilelemente,
welche den zweiten Schwellenwert S2 überschritten haben.
Die beiden Verfahrensschritte der
Neubildung der Blöcke
und des Vergleichs mit dem dritten Schwellenwert S3 können auch
in umgekehrter Reihenfolge ablaufen. In diesem Fall kann die Neubildung
der Blöcke
von dem Ergebnis des Vergleichs mit dem dritten Schwellenwert S3
abhängig
gemacht werden. Dies kann ähnlich
zur Blockbildung nach dem Vergleich mit dem ersten Schwellenwert
S1 durchgeführt
werden.
Weiterhin werden geeignete Blockteilelemente γ[Bj] mit
einem vierten Schwellenwert S4 verglichen. Die Auswahl der zu vergleichenden
Blockteilelemente γ[Bj]
erfolgt in Abhängigkeit
von dem Vergleich mit dem dritten Schwellenwert S3. Daraufhin kann
in ähnlicher
Weise wie nach dem Vergleich mit dem zweiten Schwellenwert S2 eine
Entscheidung über
die Detektion der Präambel
getroffen werden, oder das Verfahren mit einer erneuten Blockbildung fortgesetzt
werden. Wird das Verfahren mit einer erneuten Blockbildung fortgesetzt,
so können
auch die Werte für
die folgenden Schwellenwertvergleiche modifiziert werden.
Insgesamt ergibt sich so ein kaskadenartiges Verfahren,
durch welches die Zuverlässigkeit
der Detektion bei zunehmender Anzahl von Verfahrensschritten, d.h.
Schwellenwertvergleichen, gesteigert wird. Es ist somit möglich, rasch
ohne allzu großen Rechenaufwand
zu einem groben Detektionsergebnis zu gelangen. Fällt dieses
Ergebnis positiv aus, kann eine genauere Betrachtung unter Verwendung weiterer
Schwellenwerte und gegebenenfalls einer erneuten Blockbildung durchgeführt werden,
Der Aufwand und somit die Genauigkeit des Verfahrens kann durch
die Art der Blockbildung und die Höhe und Anzahl der Schwellen
beliebig modifiziert werden.
Das beschriebene Verfahren wird für alle für die Präambel zur
Verfügung
stehenden Signaturen durchgeführt.
Somit ergibt das erfindungsgemäße Verfahren
sowohl eine Entscheidung darüber,
ob eine Präambel
empfangen wurde, als auch über
den Inhalt der empfangenen Präambel.
Nach Bestimmung des Blocks, welcher
der Signalfolge mit dem höchsten
Empfangspegel entspricht, können
Rückschlüsse über den
Sendezeitpunkt der Präambel
gezogen werden. Diese Infor mation ist für die Auswertung der folgenden
von der Mobilstation zu sendenden Signale von großer Bedeutung.