DE10306990B4

DE10306990B4 - Pfadgewichtsunabhängige Nachführung des Abtastzeitpunktes der Signalkomponenten in einem RAKE-Empfänger

Info

Publication number: DE10306990B4
Application number: DE2003106990
Authority: DE
Inventors: Steffen Paul; Thomas Ruprich
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Intel Deutschland GmbH
Priority date: 2003-02-19
Filing date: 2003-02-19
Publication date: 2011-04-14
Anticipated expiration: 2023-02-20
Also published as: WO2004075431A1; JP2006518120A; DE10306990A1

Abstract

Verfahren zur Verarbeitung eines über zeitvariante Pfade der Luftschnittstelle übertragenen digitalen Datensignals in einem einen RAKE-Empfängerabschnitt mit einer Anzahl von RAKE-Fingern umfassenden Mobilfunkempfänger, wobei
– wiederholt die den RAKE-Fingern zuzuordnenden Pfade der Luftschnittstelle aufgefunden und eine Schätzung der Pfad-Verzögerungszeit und des Pfadgewichts (a) bezüglich jedes aufgefundenen Pfades vorgenommen wird,
– in jedem RAKE-Finger von der empfangenen und abgetasteten Signalfolge ein Abtastzeitfehler detektiert wird und ein Fehlersignal (S) erzeugt wird und der Abtasttakt oder der Abtastzeitpunkt der Signalfolge in Abhängigkeit von dem Fehlersignal (S) verändert wird,
– in jedem RAKE-Finger eine empfangene Signalfolge mit einer übereinstimmenden lokal erzeugten Signalfolge zu einem früheren und einem späteren Zeitpunkt korreliert wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
aus den Korrelationssignalen (z_–, z₊) ein pfadgewichtsunabhängiges Fehlersignal (S) durch
S = (z_– – z₊)/(z_– + z₊), oder durch
S = atan(z₊/z_–) oder
S = atan(z_–/z₊)
gebildet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verarbeitung eines über zeitvariante Pfade der Luftschnittstelle übertragenen digitalen Datensignals in einem einen RAKE-Empfängerabschnitt umfassenden Mobilfunkempfänger.
Eine in einem Funkübertragungssystem auftretende Schwierigkeit besteht darin, dass der optimale Abtastzeitpunkt im Empfänger nicht bekannt ist und sich darüber hinaus aufgrund der Zeitvariabilität des Funkkanals (z. B. bedingt durch eine Relativbewegung zwischen dem Sender und dem Empfänger) ändert. In der Praxis wird daher das in das Basisband heruntergemischte Empfangssignal mit einer Überabtastung abgetastet und durch eine Auswertung des überabgetasteten Datensignals der optimale Abtastzeitpunkt ermittelt. Die Ermittlung des optimalen Abtastzeitpunktes muss aufgrund der Kanalfluktuationen ständig aufs Neue durchgeführt werden. Aus dem überabgetasteten Datensignal werden dann mittels Interpolation die Datenwerte für das Datensignal mit optimalem Abtastzeitpunkt berechnet.
Es ist bereits bekannt, zur Ermittlung des optimalen Abtastzeitpunktes einen Early-/Late- oder Früh-/Spät-Korrelator einzusetzen. Eine Früh-/Spät-Korrelation kann beispielsweise so durchgeführt werden, dass eine ”frühe” Unterfolge von Datenwerten des überabgetasteten Datensignals und eine ”späte” Unterfolge von Datenwerten des überabgetasteten Datensignals mit der der gesendeten Datenwertfolge entsprechenden, im Funkempfänger bekannten und dort lokal erzeugten Datenwertfolge korreliert werden, wobei alternativ dazu auch die lokal erzeugte Datenwertfolge in eine ”frühe” und eine ”späte” Unterfolge aufgespalten und beide mit den Datenwerten des überabgetasteten Datensignals korreliert werden. Anschließend wird das Ergebnis der frühen Korrelation mit dem Ergebnis der späten Korrelation verglichen, wobei in der Regel die Differenz der Korrelationsergebnisse gebildet wird und als Abweichungs- oder Fehlersignal für die Nachstellung des optimalen Abtastzeitpunktes verwendet wird.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, bei welchem die Abtastzeitpunkte der Signalkomponenten in einem RAKE-Empfänger in Abhängigkeit von Fehlersignalen nachgeführt werden, die beispielsweise von Früh-/Spät-Korrelatoren geliefert werden können. Wie im Stand der Technik bekannt, beruht die Funktionsweise eines RAKE-Empfängers darauf, dass in jedem Finger des RAKE-Empfängers eine über einen bestimmten Ausbreitungsweg empfangene Signalkomponente des gewünschten Signals demoduliert wird und die demodulierten Signalkomponenten am Ausgang der RAKE-Finger einander zeitrichtig überlagert werden. Zu diesem Zweck weist jeder RAKE-Finger eine Verzögerungsstufe zur Kompensation der Pfadverzögerungen in den einzelnen RAKE-Fingern auf. Die Verzögerungsstufe weist dabei einen RAM-Eingabespeicher für die Pfadverzögerung und einen Interpolator (TVI, Time Variant Interpolator) für die Feineinstellung der Zeitverzögerung auf. Dem Interpolator TVI wird das Fehlersignal zugeführt.
Die Nachführung des optimalen Abtastzeitpunktes in jedem einzelnen RAKE-Finger durch Detektion eines Abtastzeitfehlers des einlaufenden Signals, Erzeugung eines Fehlersignals und Übermittlung des Fehlersignals an den Interpolator TVI kann in einer offenen oder einer geschlossenen Regelschleife erfolgen. Diese beiden im Prinzip im Stand der Technik bekannten Konzepte sind in den 1a, b in stark vereinfachter Form schematisch dargestellt. 1a zeigt eine offene Regelschleife, bei welcher in einem einmaligen Vorgang ein Abtastzeitfehler detektiert und dem Interpolator TVI zugeführt wird. In dem UMTS-Standard werden zur Unterscheidung und Erkennung der verschiedenen logischen Übertragungskanäle Spreizfolgen verwendet, mit denen die übertragenen Daten senderseitig spreizkodiert werden. Jeder Spreizcode besteht aus einer Abfolge von Chips, welche entweder den Wert –1 oder den Wert +1 haben. Der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinander folgend übertragenen Chips wird als Chip-Zeitdauer T_C bezeichnet. Im Empfänger wird das hochfrequente Empfangssignal zunächst in das Basisband heruntergemischt. Auf diese Weise erhält man das spreizkodierte Basisbandsignal 1, welches der Einheit 2 zur Abtastung der empfangenen Daten zugeführt wird. Die Einheit 2 zur Abtastung der empfangenen Daten führt eine zweifache Überabtastung des spreizkodierten Basisbandsignals 1 durch, so dass der zeitliche Abstand zwischen aufeinander folgenden Abtastpulsen T_C/2 beträgt. Das überabgetastete Datensignal wird zunächst einem RAM-Eingabespeicher (nicht dargestellt) zugeführt, aus welchem die Datensignale in die einzelnen Rake-Finger mit Verzögerungszeiten ausgelesen werden, die den Pfadverzögerungen der Rake-Finger entsprechen. In jedem Rake-Finger wird dann das aus dem RAM-Eingabespeicher ausgelesene Signal zunächst in einem Matched-Filter (MF) 3 gefiltert. Anschließend wird das Signal einer Kanalschätzung in einem Kanalschätzer 4 unterzogen und parallel wird in einem Zeitfehlerdetektor 5 ein Abtastzeitfehler festgestellt. Der Zeitfehlerdetektor 5 enthält einen Früh-/Spät-Korrelator. Ein von dem Zeitfehlerdetektor 5 bereitgestelltes Fehlersignal wird dem Interpolator (TVI, Time Variant Interpolator) 6 zugeführt. Der Interpolator 6 erzeugt mittels einer Interpolation zwischen aufeinander folgenden Datenwerten der in ihn einlaufenden Folge eine neue Folge von Datenwerten mit verändertem Abtasttakt. Auf diese Weise werden in jedem RAKE-Finger Datenfolgen mit optimalem Abtastzeitpunkt erzeugt, die somit zeitrichtig überlagert und der Datendetektion 7 zugeführt werden können.
Die Darstellung der 1a stellt fiktiven Stand der Technik dar. Der in der deutschen Offenlegungsschrift DE 100 12 875 A1 beschriebene Mobilfunkempfänger mit RAKE-Empfängerstruktur kommt dieser Darstellung jedoch recht nahe. Auch die in der deutschen Offenlegungsschrift DE 199 53 350 A1 beschriebene Vorrichtung zur Feinsynchronisation von Code-Signalen zeigt eine offene Regelschleife mit einem Früh-/Spät-Korrelator zur Detektion von Abtastzeitfehlern und einer Interpolationseinrichtung zur Bildung eines Interpolationswertes von den beiden impulsgeformten Abtastwerten.
Das Fehlersignal des Zeitfehlerdetektors 5 wird im Stand der Technik zumeist durch die Differenz der beiden Korrelationssignale z_–, z₊ bestimmt: S = z_– – z₊.
Wenn der Zeitfehlerdetektor 5 auf inkohärentem Empfang basiert, so sind die Korrelationssignale z_–, z₊ um so größer, je größer das Pfadgewicht des jeweiligen RAKE-Fingers ist. Dies gilt auch für die Differenz S der beiden Korrelationssignale. Aus diesem Grund kann zusätzlich eine Kanalschätzung durch den Kanalschätzer 4 erfolgen und das ermittelte Pfadgewicht kann dann für die Berechnung des Fehlersignals S berücksichtigt werden. Der Einsatz des Kanalschätzers 4 an dieser Stelle erfordert jedoch erheblichen Aufwand.
In der 1b ist eine geschlossene Regelschleife dargestellt. In dieser wird durch mehrfaches Wiederholen der Früh-/Spät-Korrelationen und Auswerten der Korrelationsergebnisse der optimale Abtastzeitpunkt in einer Mehrzahl von Iterationsschritten ermittelt. Für die einzelnen Baugruppen wurden Bezugszeichen entsprechend der 1a gewählt. In der geschlossenen Regelschleife ist hinter dem Zeitfehlerdetektor 5 ein Schleifenfilter 8 (Loop Filter) angeordnet. Während bei der offenen Schleife nach erfolgter Nachführung des Abtastzeitpunktes ein Abtastzeitfehler bleibt, führt die Regelung in einer geschlossenen Schleife zu einem Fehlerwert S = 0. Wenn das Pfadgewicht des jeweiligen RAKE-Fingers nicht bekannt ist, so führt jedoch die oben bereits beschriebene Skalierung von S mit dem Pfadgewicht zu einer Verlangsamung oder Beschleunigung des Einschwingverhaltens der Regelschleife. Der Punkt S = 0 oder das Unterschreiten von S unterhalb eines vordefinierten Schwellwerts wird in den einzelnen RAKE-Fingern aufgrund von deren verschiedenen Pfadgewichten unterschiedlich schnell erreicht.
Die Druckschrift US 5,590,160 A offenbart ein digitales Funkkommunikationssystem, in welchem in einem RAKE-Empfänger in jedem der RAKE-Finger von der empfangenen und abgetasteten Signalfolge ein Abtastzeitfehler detektiert wird und ein Fehlersignal erzeugt wird und der Abtastakt oder der Abtastzeitpunkt der Signalfolge in Abhängigkeit von dem Fehlersignal verändert wird, wobei das Fehlersignal unabhängig von einem Pfad-Gewicht des RAKE-Empfängers ist.
Die Druckschrift EP 0 849 887 A2 beschreibt einen Schaltkreis und ein Verfahren zur Nachführung eines Zeitfehlers in einem RAKE-Finger eines RAKE-Empfängers, wobei ebenfalls ein Fehlersignal erzeugt und ein Abtastzeitpunkt in Abhängigkeit von dem Fehlersignal verändert wird und wobei das Fehlersignal unabhängig von dem Pfad-Gewicht des RAKE-Empfängers ist.
Die Druckschrift WO 01/76085 A1 offenbart einen RAKE-Empfänger und ein Verfahren zum Betrieb des RAKE-Empfängers, bei welchem ebenfalls innerhalb jedes RAKE-Fingers des RAKE-Empfängers ein Abtastzeitfehler detektiert wird und ein Fehlersignal erzeugt wird und der Abtasttakt in Abhängigkeit von dem Pfad-Gewicht des RAKE-Empfängers unabhängigen Fehlersignals verändert wird.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur pfadgewichtsunabhängigen Nachführung des Abtastzeitpunktes der Signalkomponenten in einem RAKE-Empfänger anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verarbeitung eines über zeitvariante Pfade der Luftschnittstelle übertragenen digitalen Datensignals in einem einen RAKE-Empfängerabschnitt mit einer Anzahl von RAKE-Fingern umfassenden Mobilfunkempfänger, wobei wiederholt die den RAKE-Fingern zuzuordnenden Pfade der Luftschnittstelle aufgefunden und eine Schätzung der Pfad-Verzögerungszeit und des Pfadgewichts bezüglich jedes aufgefundenen Pfades vorgenommen wird. In jedem RAKE-Finger wird eine empfangene Signalfolge mit einer übereinstimmenden lokal erzeugten Signalfolge zu einem früheren und einem späteren Zeitpunkt korreliert und aus den Korrelationssignalen wird ein Fehlersignal gebildet und der Abtasttakt oder der Abtastzeitpunkt der empfangenen Signalfolge wird in Abhängigkeit von dem Fehlersignal verändert. Ein wesentlicher Gedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, auch ohne Kenntnis des Pfadgewichts des betreffenden RAKE-Fingers das Fehlersignal in der Regelschleife so zu bilden, dass es skalierungsinvariant in Bezug auf das Pfadgewicht ist, d. h. die Signalstärke des Fehlersignals ist unabhängig von dem Pfadgewicht des RAKE-Fingers. Bei gleichem Abtastzeitfehler und verschiedenem Pfadgewicht soll das Fehlersignal gleich groß sein.
Die Tatsache, dass das Fehlersignal S skalierungsinvariant in Bezug auf das Pfadgewicht a sein muss, lässt sich mathematisch wie folgt ausdrücken: S = f(az_–, az₊) = f(z_–, z₊) sowie
S = c für z₊ = z_– (c beliebige reelle Zahl),
S > c für z₊ > z_–, S < c für z₊ < z_–.
Durch diese Bedingungen ist die Stärke des Fehlersignals S unabhängig von dem Pfadgewicht a.
Es wird davon ausgegangen, dass sich das Pfadgewicht zwischen der Bildung der beiden Korrelationssignale z_–, z₊ nicht ändert. Diese Annahme trifft bei Mobilfunksystemen der 3. Generation zu.
Eine erste erfindungsgemäße Variante für die skalierungsinvariante Fehlerberechnung von S ist: S = (z_– – z₊)/(z_– + z₊)
Bei gleichem Abtastzeitfehler und verschiedenem Pfadgewicht a wird die Differenz der Korrelationssignale im Zähler verschieden groß. Da jedoch im Nenner eine ebenfalls mit dem Pfadgewicht a skalierende Größe, nämlich die Summe der Korrelationssignale steht, wird das Fehlersignal S invariant gegen das Pfadgewicht a. Bei inkohärentem Empfang handelt es sich bei z_– und z₊ um die Quadrate der Korrelationssignale.
In einer zweiten erfindungsgemäßen Variante für die Fehlerberechnung wird das Fehlersignal S berechnet durch S = atan(z₊/z_–), bzw. S = atan(z_–/z₊).
Bei der erstgenannten Formel können keine Singularitäten bei z_– = 0 auftreten. Beide Funktionen flachen für große bzw. sehr kleine Verhältnisse z₊/z_– ab, wie noch zu sehen sein wird.
Mit der verbesserten Fehlerberechnungsmethode der vorliegenden Erfindung wird erreicht, dass das Einschwing- und Konvergenzverhalten der Regelschleife für alle RAKE-Finger im Wesentlichen gleich ist. Zudem kann bei geeigneter Wahl der Fehlerberechnungsformel eine falsche Platzierung eines RAKE-Fingers detektiert werden, wie weiter unten noch gezeigt werden wird.
Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine Vorrichtung zur Verarbeitung eines über zeitvariante Pfade der Luftschnittstelle übertragenen digitalen Datensignals mit einem RAKE-Empfängerabschnitt enthaltend eine Anzahl von RAKE-Fingern, wobei in jedem RAKE-Finger ein Zeitfehlerdetektor und ein Interpolator enthalten sind, wobei der Zeitfehlerdetektor (Detektionsmittel) einen Abtastzeitfehler detektiert und gemäß den oben genannten erfindungsgemäßen Varianten ein pfadgewichtsunabhängiges Fehlersignal bildet und das Fehlersignal Abtastzeit-Korrekturmitteln, vorzugsweise einem Interpolator, übermittelt und der Interpolator in Abhängigkeit von dem Fehlersignal den Abtasttakt des Datensignals verändert.
Der Zeitfehlerdetektor weist einen Früh-/Spät-Korrelator auf, welcher zwei Korrelatoren für die Korrelation der empfangenen Signalfolge mit einer übereinstimmenden lokal erzeugten Signalfolge zu einem früheren und einem späteren Zeitpunkt enthält, und der Zeitfehlerdetektor enthält ferner eine Fehlerberechnungseinheit für die Berechnung des Fehlersignals.
Der Zeitfehlerdetektor und der Interpolator können Teil einer offenen Regelschleife sein, in welcher in einem einmaligen Vorgang aus der empfangenen Signalfolge ein Abtastzeitfehler detektiert und ein entsprechendes Fehlersignal dem Interpolator übermittelt wird. Es kann aber auch ebenso vorgesehen sein, dass der Zeitfehlerdetektor und der Interpolator Teil einer geschlossenen Regelschleife sind, in welcher in einer Anzahl von Iterationen das Fehlersignal auf Null oder auf das Unterschreiten eines vorgegebenen Schwellwerts geregelt wird.
Es müssen bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht alle RAKE-Finger des RAKE-Empfängerabschnitts hardwaremäßig verwirklicht sein. Vielmehr kann nur ein einziger RAKE-Finger in dem RAKE-Empfängerabschnitt in Hardware ausgeführt sein, welcher für eine der Anzahl der RAKE-Finger entsprechende Anzahl von Zeitabschnitten pro Zeiteinheit im Multiplex-Betrieb verwendet wird.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungsfiguren näher erläutert. Es zeigen:
1a, b eine offene (a) und eine geschlossene Regelschleife (b), wie sie im Stand der Technik im Prinzip an sich bekannt sind;
2 einen Zeitfehlerdetektor mit Früh-/Spät-Korrelator für die erfindungsgemäße Berechnung eines Fehlersignals S;
3a, b, c die Bildung der beiden impulsgeformten Abtastwerte in Abhängigkeit von der Autokorrelationsfunktion einer Impulsform-Einrichtung;
4a, b der Verlauf eines erfindungsgemäßen Fehlersignals für eine typische Fehlerfunktion ohne (a) Sende- und Empfangsfilter und mit Sende- und Empfangsfilter (b).
In der 2 ist ein Zeitfehlerdetektor 5 eines UMTS-Empfängers zur Ermittlung eines Zeitfehlers und zur Berechnung eines Fehlersignals S gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt. Der Zeitfehlerdetektor 5 weist einen Früh-/Spät-Korrelator auf, in welchem in an sich bekannter Weise in einem Code-Generator 51 lokal erzeugte Spreizfolgen um den gleichen Betrag vor und nach der Abtastphase des Datensignals phasenverschoben werden und solchermaßen Spreizfolgen C₊ und C_– erzeugt werden. Diese werden den Korrelatoren 52 und 53 zugeführt, in welchen die überabgetastete Datensignalfolge entspreizt wird. Auf diese Weise werden Korrelationssignale z₊ und z_– erzeugt. Von diesen werden in den Betragsquadratbildnern 54 und 55 die Betragsquadrate erzeugt. Anschließend werden die Signale Tiefpassfiltern 56 und 57 zugeführt und deren Ausgangssignale in eine Fehlerberechnungseinheit 58 eingegeben.
3 zeigt verschiedene Abtastsituationen anhand der Autokorrelationsfunktion eines Abtastimpulsformers. Im dargestellten Fall ist Δ = T_C/4, also ein Viertel der Chip-Zeitdauer, wobei üblicherweise jedoch Δ = T_C/2 verwendet wird.
3a zeigt den Idealfall einer zeitrichtigen Abtastung. Bei zeitgenauer Abtastung ist die Höhe des ersten Abtastwertes von z(t + Δ)(= z₊) und des zweiten Abtastwertes z(t – Δ)(= z_–) genau gleich hoch. 3b zeigt die Situation bei einer zu späten Abtastung, bei der der vorangehende Abtastwert z(t + A) einen geringeren Wert als der nachfolgende Abtastwert z(t – Δ) hat. 3c zeigt die umgekehrte Situation, bei der die Abtastung zu früh erfolgt. Hier ist der erste Abtastwert z(t + Δ) größer als der nachfolgende Abtastwert z(t – Δ). Die Stärke der Autokorrelationsfunktion kann als ein Maß für das Pfadgewicht a angesehen werden. In den Regelschleifen der RAKE-Finger soll nach Möglichkeit der in der 3a gezeigte Zustand erreicht werden. Die Diagramme machen anschaulich, dass es sinnvoll ist, eine anfängliche Differenz zwischen den früh und spät abgetasteten Signalen auf das Pfadgewicht zu beziehen, um eine gleichmäßige Konvergenz in den Regelschleifen der RAKE-Finger zu erreichen.
Bei der ersten erfindungsgemäßen Variante für die Fehlerberechnung wird S zu S = (z_– – z₊)/(z_– + z₊).
Die Differenz der Korrelationssignale wird also in Bezug zu ihrer Summe gesetzt. Wie aus den Diagrammen in den 3a–c ersichtlich wird, kann die Summe der Korrelationssignale z_– und z₊ als ein Maß für die Stärke der Autokorrelationsfunktion und somit ein Maß für das Pfadgewicht angesehen werden. Je größer das Pfadgewicht ist, um so größer ist auch die Summe der Korrelationssignale. Da auch die Differenz der Korrelationssignale mit dem Pfadgewicht skaliert, ergibt sich, dass der Quotient aus beiden gegenüber dem Pfadgewicht a skalierungsinvariant ist.
Bei der zweiten erfindungsgemäßen Variante für die Fehlerberechnung ist S durch S = atan(z₊/z_–) bzw. S = atan(z_–/z₊) gegeben. In der 4a, b sind jeweils beide Funktionen dargestellt, wobei in der 4a die Fehlerfunktionen unter Vernachlässigung des Sende- und Empfangsfilters dargestellt sind, während in der 4b die Fehlerfunktionen unter Berücksichtigung der Sende- und Empfangsfilter dargestellt sind. Wie man erkennen kann, flachen beide Funktionen für große bzw. sehr kleine Verhältnisse z₊/z_– ab.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können obige und in den 4a, b gezeigte Fehlerfunktionen dazu genutzt werden, eine falsche Platzierung eines RAKE-Fingers, d. h. eine falsche Pfad-Verzögerungszeit, zu detektieren und zu signalisieren, in welche Richtung der Pfad zu verschieben ist. Bei der Schätzung der Pfad-Verzögerungszeiten und Pfadgewichte kann es beispielsweise durch Rauschen zu Fehlern kommen, wobei Pfad-Verzögerungszeiten um ±T_C/2 oder ±T_C fehlerhaft festgesetzt werden. In diesem Fall werden also nur die RAKE-Finger falsch platziert. Dies entspricht einer Fehlabtastung des Signals, um Werte die größer als ±T_C/2 sind. Dieser Zustand führt zu einer Verschlechterung der Bitfehlerrate und muss vermieden werden. Der Zustand kann aus dem Maximalwert (Minimalwert) der Funktion S geschlossen werden. Stimmt der von der Fehlerberechnungseinheit 58 ermittelte Wert von S mit dem Maximalwert überein, so ist der Pfad um mindestens T_C/2 falsch platziert, wobei eine analoge Aussage auch für den Minimalwert gilt. Aus dem Vorzeichen von S kann geschlossen werden, in welche Richtung der Pfad zu verschieben ist. Der Betrag der Verschiebung ist nicht bekannt. Die Fehlerberechungseinheit 58 zeigt denjenigen Funktionseinheiten des RAKE-Empfängers, die für die Platzierung der RAKE-Finger zuständig sind, an, dass der Pfad um T_C/2 verschoben werden muss und die Richtung der Verschiebung. Somit kann auf eine unmittelbare Neubestimmung der Pfad-Verzögerungszeiten verzichtet werden. Nach der Korrektur ergibt sich ein neuer Wert von S. War die Fehlplatzierung des Pfades größer als T_C/2, dann wird S wieder den Maximalwert annehmen. Der zuvor beschriebene Schritt der Feststellung und Signalisierung einer Fehlplatzierung des RAKE-Fingers wird also wiederholt. Erst wenn sich nach mehrfacher Korrektur der beschriebenen Art keine Reduktion von S einstellt, müssen die Pfad-Verzögerungszeiten neu bestimmt werden (Delay Profil). Da man typischerweise von einer Fehlplatzierung des Pfades um T_C/2 ausgeht, reicht in der Regel ein Schritt der vorbeschriebenen Art aus. Für diese Weiterbildung der Erfindung können im Prinzip alle erfindungsgemäßen definierten S-Funktionen verwendet werden, solange die Umkehrfunktion im betrachteten Fehlerintervall bzw. Zeitintervall eineindeutig ist. Es muss also aus einem Fehlerwert auf den dazugehörigen Zeitversatz geschlossen werden können. Da der Kanalkoeffizient des betrachteten Pfades nicht bekannt ist, darf er keinen Einfluss auf die Größe des Fehlerwertes haben.
Wird das Sende- und Empfangsfilter in der Analyse mit berücksichtigt, so ergeben sich für die o. a. Fehlerfunktionen die in der 4b dargestellten Verläufe des Signals S. Obwohl sich jetzt keine ausgeprägte Abflachung mehr ergibt, kann bei S > S(t = t₀) der o. a. Verfahrensablauf trotzdem noch angewendet werden. Die Funktion S wird verändert, so dass gilt: S(t) = const für t > t₀. Dadurch wird der Arbeitsbereich des Fehlerdetektors auf den Bereich der Eineindeutigkeit eingeschränkt. Deshalb ist für diese Vorgehensweise die Funktion atan besonders vorteilhaft, da der Bereich nur sehr wenig beschränkt wird. Es ist noch anzumerken, dass der Arbeitsbereich des Fehlerdetektors mindestens ±T_C/4 betragen sollte, so dass die Beschränkung von S nicht zu Problemen führt.
Die Erfindung kann besonders vorteilhaft bei der in der 1a gezeigten offenen Regelschleife zum Einsatz kommen, da man dann den in der Darstellung gezeigten Kanalschätzer 4 nicht mehr innerhalb der Regelschleife benötigt. Die Erfindung kann aber ebenfalls bei der in der 1b gezeigten geschlossenen Regelschleife eingesetzt werden.

Claims

Verfahren zur Verarbeitung eines über zeitvariante Pfade der Luftschnittstelle übertragenen digitalen Datensignals in einem einen RAKE-Empfängerabschnitt mit einer Anzahl von RAKE-Fingern umfassenden Mobilfunkempfänger, wobei – wiederholt die den RAKE-Fingern zuzuordnenden Pfade der Luftschnittstelle aufgefunden und eine Schätzung der Pfad-Verzögerungszeit und des Pfadgewichts (a) bezüglich jedes aufgefundenen Pfades vorgenommen wird, – in jedem RAKE-Finger von der empfangenen und abgetasteten Signalfolge ein Abtastzeitfehler detektiert wird und ein Fehlersignal (S) erzeugt wird und der Abtasttakt oder der Abtastzeitpunkt der Signalfolge in Abhängigkeit von dem Fehlersignal (S) verändert wird, – in jedem RAKE-Finger eine empfangene Signalfolge mit einer übereinstimmenden lokal erzeugten Signalfolge zu einem früheren und einem späteren Zeitpunkt korreliert wird, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Korrelationssignalen (z_–, z₊) ein pfadgewichtsunabhängiges Fehlersignal (S) durch S = (z_– – z₊)/(z_– + z₊), oder durch S = atan(z₊/z_–) oder S = atan(z_–/z₊) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Veränderung des Abtasttakts durch eine Interpolation von Datenwerten der Signalfolge unter Verwendung des Fehlersignals (S) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – das in das Basisband gemischte Datensignal überabgetastet wird und das überabgetastete Datensignal dem RAKE-Empfängerabschnitt übermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass – es in einer offenen Regelschleife durchgeführt wird, wobei in einem einmaligen Vorgang ein Fehlersignal (S) gebildet wird und auf der Basis des Fehlersignals (S) der Abtasttakt der Signalfolge verändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass – es in einer geschlossenen Regelschleife durchgeführt wird, wobei das Fehlersignal (S) in einer Anzahl von Iterationsschritten auf Null oder auf die Unterschreitung eines vorgegebenen Schwellwerts geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass – aus dem ermittelten Wert des Fehlersignals (S) festgestellt wird, dass die Pfad-Verzögerungszeit des RAKE-Fingers nicht korrekt ist und ein Signal erzeugt wird, mit welchem angezeigt wird, in welche Richtung und um welchen Betrag die Pfad-Verzögerungszeit zu korrigieren ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass – es im UMTS-Standard angewendet wird und durch das Signal angezeigt wird, dass eine Korrektur der Pfad-Verzögerungszeit um den Betrag T_C/2 (T_C Chipdauer) vorzunehmen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass – die in jedem RAKE-Finger durchgeführten Schritte mittels ein und derselben Hardware-Einheiten durchgeführt werden und die Hardware-Einheiten im Multiplex-Betrieb in einer der Anzahl der RAKE-Finger entsprechenden Anzahl von Zeitabschnitten einer Zeiteinheit verwendet werden.
Vorrichtung zur Verarbeitung eines über zeitvariante Pfade der Luftschnittstelle übertragenen digitalen Datensignals, mit – einem RAKE-Empfängerabschnitt mit einer Anzahl von RAKE-Fingern, wobei der RAKE-Empfängerabschnitt so ausgebildet ist, dass wiederholt die den RAKE-Fingern zuzuordnenden Pfade der Luftschnittstelle aufgefunden und eine Schätzung der Pfad-Verzögerungszeit und des Pfadgewichts (a) bezüglich jedes aufgefundenen Pfads vorgenommen wird, wobei – in jedem RAKE-Finger ein Detektionsmittel (5) und ein Abtastzeitpunkt-Korrekturmittel (6) enthalten sind, wobei – die Detektionsmittel (5) einen Abtastzeitfehler detektieren und ein pfadgewichtsunabhängiges Fehlersignal (S) bilden und das Fehlersignal (S) den Abtastzeitpunkt-Korrekturmitteln (6) übermitteln und die Abtastzeitpunkt-Korrekturmittel (6) in Abhängigkeit von dem Fehlersignal (S) den Abtasttakt oder den Abtastzeitpunkt des Datensignals verändern, – die Detektionsmittel (5) einen Früh-/Spät-Korrelator aufweisen, welcher zwei Korrelatoren (52, 53) für die Korrelation der empfangenen Signalfolge mit einer übereinstimmenden lokal erzeugten Signalfolge zu einem früheren und einem späteren Zeitpunkt enthält, und – die Detektionsmittel (5) eine Fehlerberechnungseinheit (58) für die Berechnung des Fehlersignals (S) aus den Korrelationssignalen (z_–, z₊) enthalten, dadurch gekennzeichnet, dass – die Fehlerberechnungseinheit (58) so ausgebildet ist, dass sie das Fehlersignal (S) durch S = (z_– – z₊)/(z_– + z₊), oder durch S = atan(z₊/z_–) oder S = atan(z_–/z₊) berechnet.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass – die Abtastzeitpunkt-Korrekturmittel einen Interpolator (6) aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass – die Detektionsmittel (5) und die Abtastzeitpunkt-Korrekturmittel (6) Teil einer offenen Regelschleife sind, in welcher in einem einmaligen Vorgang in dem Zeitfehlerdetektor (5) ein Abtastzeitfehler detektiert, an den Interpolator (6) übermittelt wird und durch den Interpolator (6) der Abtasttakt verändert wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass – die Detektionsmittel (5) und die Abtastzeitpunkt-Korrekturmittel (6) Teil einer geschlossenen Regelschleife ist, in welcher in einer Anzahl von Iterationsschritten das Fehlersignal (S) auf Null oder auf das Unterschreiten eines vorgegebenen Schwellwerts geregelt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass – sie eine Abtasteinheit (2) aufweist, mit welcher eine Überabtastung des in das Basisband gemischten Empfangssignals durchgeführt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass – die Fehlerberechnungseinheit (58) so ausgebildet ist, dass sie für den Fall, dass das Fehlersignal (S) einen vorgegebenen Maximal- oder Minimal-Wert erreicht, ein Signal zur Veranlassung einer Änderung der Pfad-Verzögerungszeit abgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass – die Vorrichtung nach dem UMTS-Standard arbeitet und das von der Fehlerberechnungseinheit (58) abgegebene Signal die Änderung der Pfad-Verzögerungszeit um ±T_C/2 (T_C Chip-Zeitdauer) veranlasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass – die in den RAKE-Fingern enthaltenen Hardware-Einheiten jeweils nur einfach in Hardware ausgebildet sind und ein Multiplex-Betrieb dieser Hardware-Einheiten in einer der Anzahl der RAKE-Finger entsprechenden Anzahl von Zeitabschnitten möglich ist.
Mobilfunkempfänger mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16.