DE10328340A1

DE10328340A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Berechnung von Pfadgewichten in einem Rake-Empfänger

Info

Publication number: DE10328340A1
Application number: DE10328340A
Authority: DE
Inventors: Jürgen NIEDERHOLZ; Burkhard Becker; Michael Speth; Jens Berkmann; Manfred Zimmermann
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2003-06-24
Filing date: 2003-06-24
Publication date: 2005-01-20
Anticipated expiration: 2023-06-25
Also published as: US20050025110A1; DE10328340B4; CN1574669A

Abstract

Bei einem Verfahren zur Berechnung von Pfadgewichten für die Entzerrung eines über einen leistungsgeregelten Datenkanal übertragenen Datensignals in einem Rake-Empfänger wird mindestens ein unkorrigiertes Pfadgewicht für das über den Datenkanal übertragene Datensignal unter Verwendung von anhand eines gemeinsamen Pilotkanals gewonnenen Kanalschätzergebnissen berechnet. Das unkorrigierte Pfadgewicht wird durch Multiplikation mit einem Korrekturfaktor, welcher das Verhältnis einer Datenkanal-spezifischen Verstärkungsschätzung zu einer Pilotkanal-basierten Verstärkungsschätzung enthält, korrigiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Berechnung von Pfadgewichten für die Entzerrung eines über einen leistungsgeregelten Datenkanal übertragenen Datensignals in einem Rake-Empfänger.

Ein typisches Empfängerkonzept, das in CDMA-(Code Division Multiple Access-)Übertragungssystemen zum Einsatz kommt, ist der sogenannte Rake-Empfänger. Die Funktionsweise des Rake-Empfängers basiert darauf, dass Signalbeiträge, die über verschiedene Übertragungspfade den Empfänger erreichen, gewichtet und synchronisiert aufaddiert werden. Zu diesem Zweck weist der Rake-Empfänger mehrere "Finger" auf, deren Ausgänge mit einem Kombinierer verbunden sind. Die Finger werden im Betrieb den einzelnen Ausbreitungspfaden zugeordnet und nehmen die pfadspezifische Demodulation (Verzögerung, Entspreizung, Symbolbildung, Multiplikation mit dem Pfadgewicht) vor. Der Kombinierer überlagert diejenigen Signalkomponenten, die über unterschiedliche Ausbreitungspfade übertragen werden und demselben Signal zugeordnet sind.

Die Berechnung der Pfadgewichte kann in Abhängigkeit von den Möglichkeiten, die das Übertragungssystem zur Verfügung stellt und dem technischen Aufwand, der im Empfänger betrieben wird, auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen.

Eine aufwandsgünstige Möglichkeit ist die binäre Gewichtung, bei der nur der Ausbreitungspfad mit der besten Qualität verwendet wird. Ein typisches Qualitätsmaß ist das Signal-zu-Rauschleistungs-plus-Interferenzverhältnis (SINR) der empfangenen Datensymbole. Bei dieser Vorgehensweise wird für jeden zu entzerrenden Datenkanal nur ein einziger Rake-Finger benötigt.

Eine weitere häufig verwendete Möglichkeit besteht darin, eine ausschließliche Berücksichtigung der pfadspezifischen Signalphasen bei einer betragsmäßigen Gleichgewichtung aller Pfadbeiträge vorzusehen.

Die optimale Gewichtung der einzelnen Pfade im Sinne des maximalen SINR für das durch Pfadkombination erzeugte Gesamtsignal wird durch das sogenannte Maximum Ratio Combining (MRC) erreicht. Beim MRC werden die einzelnen pfadspezifischen Signalbeiträge entsprechend ihres pfadspezifischen SINR gewichtet und nachfolgend aufsummiert.

Für die Berechnung der Pfadgewichte sind verschiedene Gesichtspunkte zu berücksichtigen: Soll ein Datenkanal entzerrt werden, der Pilotsymbole (d.h. im Empfänger bekannte Symbole) enthält, können diese Symbole zur Kanalschätzung, d.h. zur Berechnung der Pfadgewichte herangezogen werden. Ein solcher Fall liegt beim UMTS-(Universal Mobile Telecommunications System-)Standard z.B. für den dedizierten (teilnehmerspezifischen) Datenkanal DCH (Dedicated Channel) vor. Nachteilig bei dieser Vorgehensweise ist jedoch, dass die Anzahl der Pilotsymbole in einem Zeitschlitz (Slot) häufig nicht ausreichend für eine genaue Kanalschätzung ist.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Kanalschätzung auf der Basis eines gemeinsamen (d.h. für alle Teilnehmer bestimmten) Pilotkanals durchzuführen, der von der Basisstation zur Verfügung gestellt wird. Ein im UMTS-Standard für diese Zwecke geeigneter Kanal ist der P-CPICH (Primary Common Pilot Channel). Die Berechnung von Kanalgewichten auf der Basis des P-CPICH weist eine gute Statistik auf. In der Regel ist sie deshalb einer auf dedizierten Pilotsymbolen basierenden Kanalschätzung (z.B. des DCH) vorzuziehen. Datenkanäle, die keine dedizierten Pilotsymbole enthalten – für UMTS gilt dies beispielsweise für den gemeinsamen Downlink Datenkanal DSCH (Downlink Shared Channel) – müssen zwinged mittels einer Be rechnung von Kanalgewichten auf der Basis eines gemeinsamen Pilotkanals demoduliert werden.

Bei der Verwendung eines gemeinsamen Pilotkanals für die Berechnung der Pfadgewichte eines zu demodulierenden Datenkanals wird die Kanalcharakteristik des physikalischen Übertragungskanals zwar mehr oder weniger zutreffend gemessen, es ergibt sich jedoch das Problem, dass eine senderseitige Leistungsregelung des Datenkanal-Signalpfades nicht erfasst wird. Dies führt zu einem Performance-Verlust bei der Weiterverarbeitung des kombinierten Signals, insbesondere bei der Decodierung desselben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches eine genaue Berechnung von Pfadgewichten für die Entzerrung eines Datenkanals mittels eines Rake-Empfängers angibt. Insbesondere soll der Einfluss der Leistungsregelung in dem zu entzerrenden Datensignal bei der Berechnung der Pfadgewichte berücksichtigt werden. Ferner zielt die Erfindung darauf ab, eine Vorrichtung mit den genannten Eigenschaften zu schaffen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Demnach werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Berechnung von Pfadgewichten für die Entzerrung eines über einen leistungsgeregelten Datenkanal übertragenen Datensignals in einem ersten Schritt mindestens ein unkorrigiertes Pfadgewicht unter Verwendung von anhand eines gemeinsamen Pilotkanals gewonnenen Kanalschätzergebnissen berechnet. In einem zweiten Schritt wird dieses unkorrigierte Pfadgewicht korrigiert, und zwar durch Multiplikation desselben mit einem Korrekturfaktor, welcher das Verhältnis einer Datenkanalspezifischen Verstärkungsschätzung zu einer Pilotkanalbasierten Verstärkungsschätzung enthält.

Somit kombiniert das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil einer Pilotkanal-basierten Kanalschätzung (hohe Genauigkeit aufgrund guter Statistik) mit der Berücksichtigung des Einflusses der Leistungsregelung im Datenkanal über die Verwendung des Korrekturfaktors.

Üblicherweise erfolgt eine Leistungsregelung zeitschlitzweise, während sich eine Codierung der auszusendenden Daten (z.B. CRC: Cyclic Redundancy Code) über einen wesentlich längeren Zeitraum – nämlich mehrere Rahmenintervalle – erstreckt (z.B. in UMTS umfasst ein Rahmen 15 Zeitschlitze). Die Erfindung macht es möglich, am Ausgang des Rake-Empfängers Datensymbole bereitzustellen, die über die Länge eines Codewortes richtig gewichtet sind, auch wenn das Codewort senderseitig Zeitschlitz für Zeitschlitz mit unterschiedlichen Leistungen abgestrahlt wurde. Infolgedessen können im Signalweg hinter dem Rake-Empfänger leistungsfähigere Decodieralgorithmen wie beispielsweise eine logarithmische MAP (Maximum A Posteriori) Turbo-Decodierung, zum Einsatz kommen. Letztlich ergibt sich aus den genannten Punkten eine verbesserte Leistungsfähigkeit des gesamten Empfängers (Rake-Empfänger mit nachgeschalteter Datenverarbeitung), welche sich in einer Verbesserung der Bit-Fehlerraten und Block-Fehlerraten äußert.

Gemäß einem ersten vorteilhaften Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt es sich bei dem Datenkanal um den gemeinsamen Downlink-Kanal DSCH im UMTS-Standard. Ein spezifisches Problem der Gewichtsschätzung beim DSCH resultiert daraus, dass dieser – im Unterschied etwa zum DCH – keine Pilotfelder (Abschnitte bestehend aus Pilotsymbolen) beinhaltet, sondern nur Datensymbole aufweist. Eine (die Leistungsregelung inhärent mitberücksichtigende) Auswertung von Pilotsymbolen ist beim DSCH-Kanal also prinzipiell nicht möglich. Ein weiteres spezifisches Problem des DSCH besteht darin, dass im UMTS-Standard der Leistungsregelungs-Mechanismus nicht verbindlich standardisiert ist. Da gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren keine dedizierten Pilotsymbole zur Schätzung der Pfadgewichte des DSCH erforderlich sind, kann das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere auch für die Berechnung von leistungsregelungskorrigierten Pfadgewichten für den DSCH eingesetzt werden.

Eine zweites vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens kennzeichnet sich dadurch, dass es sich bei dem Datenkanal um einen dedizierten Downlink-Kanal DCH im UMTS-Standard handelt. Die Leistungsregelung des DCH-Kanals ist im UMTS-Standard explizit vorgeschrieben und wird über ein Feld TPC (Transmission Power Control) des DCH-Kanals gesteuert. Vorteilhaft am erfindungsgemäßen Verfahren ist, dass die bekannte, auf den dedizierten Pilotsymbolen des DCH-Kanals basierende ungenaue Gewichtsschätzung nicht verwendet werden muss, um den Einfluss der Leistungsregelung richtig zu berücksichtigen.

Grundsätzlich kann das erfindungsgemäße Verfahren für eine aufwandsgünstige Entzerrung, die lediglich einen Ausbreitungspfad pro Signal berücksichtigt, eingesetzt werden. Vorzugsweise werden jedoch mehrere unkorrigierte Pfadgewichte für mehrere Ausbreitungspfade des Datensignals in einer bestimmten Mobilfunkzelle berechnet, und es werden sämtliche unkorrigierten Pfadgewichte dieser Mobilfunkzelle mit demselben Korrekturfaktor multipliziert. Auf diese Weise wird der Einfluss der Leistungsregelung im kombinierten Signal (d.h. dem durch Überlagerung der pfadspezifischen Signalkomponenten gebildeten Signal) berücksichtigt.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass der Korrekturfaktor

lautet, wobei Ŵ_Datenkanal Schätzwert für die senderseitige Verstärkung des betrachteten leistungsgeregelten Datenkanals ist, Ŵ_C ein Schätzwert für die senderseitige Verstärkung des gemeinsamen Pilotkanals ist und σ ^_D ein Schätzwert für die Rauschvarianz des Datenkanals ist. Durch die Miteinbeziehung der Rauschvarianz σ ^_D in den Korrekturfaktor wird eine "echte" MRC-Pfadkombination sichergestellt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zwei Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert; in diesen zeigt:
1 die Datenstruktur des DPCH (Downlink Dedicated Physical Channel);
2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Einflusses einer senderseitigen Leistungsregelung und des Übertragungskanals auf die Signalvektoren x_C(k) und x_DSCH(k) gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Einflusses einer senderseitigen Leistungsregelung und des Übertragungskanals auf die Signalvektoren x_C(k) und x_D(k) gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
4 eine schematische Darstellung einer Schaltung zur Durchführung einer Signal- und Rauschleistungsschätzung für die Berechnung des Korrekturfaktors.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand von zwei Beispielen erläutert, und zwar der Berechnung von Pfadgewichten für den DSCH (Beispiel 1) und der Berechnung von Pfadgewichten für den DCH (Beispiel 2). Beide Beispiele gehen von einem UMTS-konformen Rake-Empfänger aus. Das erfindungsgemäße Verfahren kann jedoch auch für die Berechnung von Pfadgewichten in Mobilfunksystemen allgemeiner Art der dritten und höherer Generationen eingesetzt werden.
Zum besseren Verständnis des zweiten Ausführungsbeispiels ist in 1 die Rahmen- und Zeitschlitz-(Slot-)Struktur des DPCH-Kanals dargestellt, über welchen der DCH-Transportkanals im Downlink übertragen wird. Ein Rahmen dauert 10 ms und umfasst 15 Zeitschlitze. In jedem Zeitschlitz werden die Felder D, TPC, TFCI, DATA, Pilot übertragen. Die Felder D und DATA enthalten Nutzdaten in Form von spreizkodierten Datensymbolen. Diese beiden Datenfelder bilden den Kanal DPDCH (Dedicated Physical Data Channel). Das Feld TPC dient, wie bereits erwähnt, der Leistungsregelung. Das Feld TFCI (Transport Format Combination Indicator) dient dazu, dem Empfänger mitzuteilen, welche Transportformate der Transportkanäle dem übertragenen Rahmen zugrunde liegen. Das Feld Pilot enthält zwischen 4 und 32 (dedizierte) Pilot-Chips. Insgesamt umfasst ein Zeitschlitz 2560 Chips. Die (im UMTS-Standard fest vorgegebene) Chip-Zeitdauer beträgt somit 0,26 μs.
Betrachtet wird eine Mehrwegeausbreitung im Downlink (Abwärtsstrecke von der Basisstation zur Mobilstation) über M Ausbreitungspfade. Es wird angenommen, dass ein synchronisierter Empfang einschließlich der Verarbeitungsschritte Despreading (Entspreizung), Descrambling (Entwürfelung) und einer Integration über eine Symboldauer bereits stattgefunden hat. Die Schritte Despreading und Descrambling werden durch Multiplikationen mit auf Chip-Ebene energienormierten Code-Sequenzen realisiert und – gemäß üblicher Funktionsweise eines Rake-Empfängers – in jedem Rake-Finger für den zugeordneten Ausbreitungspfad ausgeführt. Die anschließende Integration über die Symbolzeitdauer wird häufig auch als Integrate&Dump bezeichnet und summiert die synchronisierten, entspreizten und entwürfelten Chips eines Symbols auf. Die Anzahl der aufzusummierenden Chips ist bekanntlich durch den Spreizfaktor SF des jeweiligen Kanals, dessen Signalkomponente in dem Finger demoduliert wird, vorgegeben. Im Signalweg hinter dem Integrierer liegen die Daten im Symboltakt vor. Die auf diese Weise empfangenen Symbolsequenzen lassen sich als Vektoren x_C(k) für den P-CPICH-Kanal, x_DSCH(k) für den DSCH-Kanal und x_D(k) für den DCH-Kanal darstellen, wobei jede Vektorkomponente einer Sequenz zuzuordnen ist, die über einen der m = 1, ..., M Ausbreitungspfade übertragen worden ist:
Für die einzelnen Vektorkomponenten des P-CPICH-Kanals gilt xC;m(k) = WCaC;m(k)pC(k) + nC;m(k), (3) xDSCH;m(k) = WDSCHaDSCH;m(k)sDSCH(k) + nDSCH;m(k), (4a) xD;m(k) = WxaD;m(k)sx(k) + nD;m(k), (4b)mit den kanalspezifischen, reellwertigen Verstärkungen WC = WC,offsetWC,SF, (5) WDSCH = WDSCH,offsetWPCWDSCH,SF, (6a)
den pfadspezifischen komplexwertigen Kanalkoeffizienten a_C;m(k), a_DSCH;m(k), a_D;m(k), den Rauschbeiträgen n_C;m(k), n_DSCH;m(k), n_D;m(k), der energienormierten Pilotsequenz p_C(k), der energienormierten DSCH-Datensymbolsequenz s_DSCH(k) sowie den energienormierten Datensymbol-, TPC-, TFCI- und Datensymbolsequenzen s_x(k) = p_D(k), s_TPC(k), s_TFCI(k), s_DATA(k). Die Gewichte W_C,offset, W_DSCH,offset, W_X,offset berücksichtigen die senderseitige Verstärkung des P-CPICH-Kanals, des DSCH-Kanals und der Felder X des DPCH-Kanals, die Gewichte W_C,SF, W_DSCH,SF, W_D,SF berücksichtigen den jeweiligen Spreizfaktor und das Gewicht W_PC die Leistungsregelung des DSCH-Kanals (Beispiel 1) oder des DCH-Kanals (Beispiel 2). W_C und W_X sind über einen UMTS-Slot konstant. Über WDSCH wird diesbezüglich keine Annahme getroffen, da über die senderseitige Leistungsregelung – und damit über W_PC – keine Angaben im UMTS-Standard gemacht sind.
Betrachtet man den nur aus Datensymbolen bestehenden DSCH-Kanal (Beispiel 1), so gilt für das SINR ρ_DSCH; _m des m-ten Pfads
mit WDSCH = WDSCH,offsetWPCWDSCH,SF (8a)
Dabei bezeichnet W_DSCH _; _m = W 2 / DSCH|a_DSCH;m|² die Datensignalleistung des m-ten Pfads und N_DSCH _; _m = σ 2 / DSCH;m die Störleistung des m-ten Pfads.
Betrachtet man das Datenfeld DATA des DCH-Kanals, so gilt für das SINR ρ_DATA _;m des m-ten Pfads
mit WDATA = WDATA,offsetWPCWD,SF. (8b)
Dabei bezeichnet S_DATA _; _m = W 2 / DATA|a_D _; _m|² die Datensignalleistung des m-ten Pfads und N_D _; _m = σ 2 / D;m die Störleistung des m-ten Pfads.
2 verdeutlicht bezüglich Beispiel 1 die Zusammensetzung der komplexwertigen Vektoren x_C(k) und x_DSCH(k). Der Erzeugungsprozess im Sender umfasst eine Gewichtung der jeweiligen Symbolsequenzen entsprechend den Gleichungen (3) und (5) bzw. entsprechend den Gleichungen (4a) und (8a). In der Darstellung wird davon ausgegangen, dass die Chip-Sequenzen p_C(k) und s_DSCH(k) in Bezug auf die Chip-Energie normiert sind, d.h., dass die Energie jedes Chips E_Chip = 1 ist. Die Leistungs-Einstellwerte W_C,offset bzw. W_DSCH,offset können unterschiedlich sein, werden jedoch im Folgenden als zeitlich konstant betrachtet. Die den Spreizgewinn ("spreading gain") definierenden Faktoren W_C,SF und W_D,SF werden durch den Spreizfaktor SF_C des P-CPICH-Kanals bzw. den Spreizfaktor SF_D des DSCH-Kanals bestimmt, d.h. W_C,SF = SF_C und W_DSCH,SF = SF_D. Der Faktor W_PC berücksichtigt, wie bereits erwähnt, den Leistungsregelungs-Mechanismus, der lediglich für den DSCH-Kanal ausgeführt wird.
Es wird darauf hingewiesen, dass a-priori keine Information über das Verhältnis der Leistungseinstellwerte W_C,offset zu W_DSCH,offset vorliegt.
Der Einfluss des Kanals kann durch eine Kanalimpulsantwort a(k) und einen Rauschbeitrag n(k) angegeben werden. Beide Größen charakterisieren das Kanalverhalten auf einer Chip-Zeitbasis, indexiert durch den Index k. Die jeweiligen Spreizfaktoren SF_C bzw. SF_D werden dadurch berücksichtigt, dass jede Vektorkomponente (d.h. jeder Ausbreitungspfad) mit der Kanalimpulsantwort a(k) gefiltert und entsprechend dem jeweiligen Spreizfaktor unterabgetastet wird. Die entsprechenden Filter h_C(k) bzw. h_D(k) haben die Form
Die Rauschvektoren n_C(k) bzw. n_DSCH(k) ergeben sich aus dem Kanalrauschen n(k) durch Multiplikation mit SF 1/2 / C bzw. SF 1/2 / D und werden ebenfalls durch die entsprechenden Spreizfaktoren niedergetastet. Die sich ergebenden Vektoren der Rauschbeiträge n_C(k) bzw. n_DSCH(k) gehen additiv in die Vektoren x_C(k) bzw. x_DSCH (k) ein.
3 zeigt in analoger Darstellung die Erzeugung der Vektoren x_C(k) und x_D(k) bezüglich des Beispiels 2, d.h. der Übertragung des DCH-Transportkanals über den physikalischen Kanal DPCH. Die Eingangs-Sequenzen p_D(k), s_TPC(k), s_TFCI(k) und s_Data(k) sind sämtlich auf die Chip-Energie E_Chip = 1 normiert. Für die einzelnen Felder können unterschiedliche Verstärkungseinstellungen W_X,offset, X = D, TPC, TFCI, Data, verwendet werden, deren Verhältnisse zueinander jedoch bekannt sind und hier als zeitlich konstant betrachtet werden können. Die Be rücksichtigung der Zeitschlitz-weisen Leistungsregelung des Senders erfolgt wie im Beispiel 1 durch das Gewicht W_PC. Der Einfluss des Kanals ist analog zu Beispiel 1 (2).
Im Folgenden wird die empfängerseitige Berechnung von Pfadgewichten betrachtet.
Beispiel 1: Bei einem Rake-Empfänger bestimmt sich die Entscheidungsgröße z_DSCH(k) für die DSCH-Datensymbole (d.h. die Ausgabegröße des Kombinierers) durch die gewichtete Summe über alle Pfadbeiträge:
Die im Empfänger verwendeten Gewichte w_DSCH;m(k) beinhalten dabei typischerweise eine Schätzung des resultierenden Kanalkoeffizienten W_DSCHa_DSCH;m(k). Wird "echtes" MRC durchgeführt, so gilt für die Gewichte
so dass sich, unter Berücksichtigung der Gleichungen (9a) und (10a), als resultierendes SINR für z_DSCH(k)
ergibt.
Die erfindungsgemäße Berechnung der pfadindividuellen Gewichtsfaktoren w_DSCH;m(k) erfolgt in zwei Schritten. Der erste Schritt entspricht der im Stand der Technik bekannten Zugrundelegung des P-CPICH-Kanals für die Schätzung der Pfadgewichte.
Schritt 1: Der Schritt 1 kann auf zwei verschiedene Weisen durchgeführt werden:

1.1 Es wird nur der Ausbreitungspfad m' mit dem größten SINR ρ_DSCH;m' für die Berechnung der Entscheidungsgröße z_DSCH(k) verwendet, alle anderen Gewichte werden zu Null gesetzt. Die auf dem P-CPICH-Kanal basierende Kanalkoeffizientenschätzung w_DSCH;m _'(k) = W_Ca_C;m'(k) + ε_C;m'(k) wird als Schätzung des resultierenden Kanalkoeffizienten W_DSCHa_DSCH;m'(k) benutzt.
1.2 Alle Ausbreitungspfade werden bei der Summation berücksichtigt. Als Schätzung der resultierenden Kanalkoeffizienten W_DSCHa_DSCH;m(k), m = 1, ..., M, werden wie im Fall 1.1 die auf den P-CPICH-Kanal basierenden Kanalkoeffizientenschätzungen w_DSCH;m(k) = W_Ca_C;m(k) + ε_C;m(k) benutzt.

Für das Beispiel 2 ergibt sich die folgende Situation: Betrachtet man nur die Datenkomponente (Felder D, DATA) des DPCH-Kanals, so bestimmt sich z.B. die Entscheidungsgröße z_DATA(k) bei einem Rake-Emfpänger durch die gewichtete Summe über alle Pfadbeiträge:
Die verwendeten Gewichte w_DATA;m(k) beinhalten dabei typischerweise eine Schätzung des resultierenden Kanalkoeffizienten W_DATAa_D; _m(k). Wird "echtes" MRC durchgeführt, so gilt für die Gewichte
so dass sich, unter Berücksichtigung der Gleichungen (9b) und (10b), als resultierendes SINR für z_DATA(k)
ergibt.
Die erfindungsgemäße Berechnung der pfadindividuellen Gewichtsfaktoren w_DATA;m(k) erfolgt in zwei Schritten. Analog zum Beispiel 1 ergeben sich die folgenden beiden Möglichkeiten für den ersten Schritt:

1.1 Es wird nur der Ausbreitungspfad m' mit dem größten SINR ρ_DATA;m' für die Berechnung der Entscheidungsgröße z_DATA(k) verwendet, alle anderen Gewichte werden zu Null gesetzt. Die auf dem P-CPICH-Kanal basierende Kanalkoeffizientenschätzung w_DATA;m'(k) = W_Ca_C;m'(k) + ε_C;m'(k) wird als Schätzung des resultierenden Kanalkoeffizienten W_DATAa_D;m'(k) benutzt.
1.2 Alle Ausbreitungspfade werden bei der Summation berücksichtigt. Als Schätzung der resultierenden Kanalkoeffizienten W_DATAa_D; _m(k) , m = 1, ..., M, werden wie im Fall 1.1 die auf den P-CPICH-Kanal basierenden Kanalkoeffizientenschätzungen w_DATA;m(k) = W_Ca_C;m(k) + ε_C;m(k) benutzt.

Eine auf den dedizierten Pilotsymbolen basierende, leistungsregelungsabhängige Schätzung des DCH-Kanals wird erfindungsgemäß also nicht vorgenommen.
Die Terme ε_C;m'(k), ε_C;m(k) in den obigen Gleichung repräsentieren additive Schätzfehler, die zusätzliche Störeinflüsse erzeugen und somit das erreichbare SINR beeinträchtigen.
Es ist erkennbar, dass selbst dann, wenn keine Schätzfehler vorliegen würden, die im Schritt 1 verfolgte P-CPICH-basierte Strategie zur Schätzung von Pfadgewichten einen grundsätzlichen Nachteil zeigt: Nach den Gleichungen (11a) bzw. (11b) müsste w_DSCH;m(k) = W_DSCHa_DSCH;m(k) (Beispiel 1) bzw. w_DATA;m(k) = W_DATAa_D; _m(k) sein. Die Schätzung ergibt jedoch w_DSCH;m(k) = W_Ca_C;m(k) (Beispiel 1) bzw. w_DATA;m(k) = W_Ca_C;m(k) (Beispiel 2). Es wird darauf hingewiesen, dass die Kanalkoeffizienten a_C;m (k) und a_DSCH;m(k) bzw. a_C;m (k) und a_D;m(k) als identisch angenommen werden, die Indizes sollen lediglich zum Ausdruck bringen, dass der Kanalkoeffizient einmal aus der Verarbeitung des P-CPICH-Kanals und einmal aus der Verarbeitung des DSCH-Kanals bzw. der Piloten des DCH-Kanals resultiert. Betrachtet man die Gleichungen (5a) und (6a) des Beispiels 1 bzw. die Gleichungen (5b) und (6b) des Beispiels 2, so erkennt man, dass die P-CPICH-spezifische Verstärkung W_C = W_C,offsetW_C,SF sich von der DSCH-spezifischen Verstärkung W_DSCH = W_DSCH,offsetW_PCW_DSCH,SF bzw. von der DPDCH-spezifischen Verstärkung W_DATA = W_DATA,offsetW_PCW_DSCH,SF jeweils um den kritischen Faktor W_PC unterscheidet. Im Unterschied zu den anderen Gewichtsfaktoren W_C,offset, W_DSCH,offset, W_DATA,offset, W_DSCH,SF, W_C,SF ist dieser Faktor W_PC kritisch, da er sich als Leistungsregelungs-Gewichtsfaktor von Zeitschlitz zu Zeitschlitz und damit über ein Codewort ändert. Im Falle der Leistungsregelung des DSCH-Kanals (Beispiel 1) bzw. des DCH-Kanals, genauer der Datenfelder D, DATA, d.h. des DPDCH-Kanals (Beispiel 2), hat dies eine Gewichtsverzerrung der kombinierten Datensymbole zur Folge. Das Verhältnis von W_C zu W_DSCH bzw. W_DATA kann dabei innerhalb eines Codewortes, bedingt durch die Fading-Ein flüsse, die mit der Leistungsregelung kompensiert werden, durchaus in einer Größenordnung von über 10 dB variieren.
Um die Leistungsfähigkeit der P-CPICH-basierten Kanalschätzung zu erhöhen, wird im Schritt 2 eine zusätzliche Normierung oder Korrektur der im Schritt 1 erhaltenen Schätzergebnisse durchgeführt, die den dem Schritt 1 inhärenten Nachteil der Nicht-Berücksichtigung variierender Verstärkungsverhältnisse zwischen dem P-CPICH-Kanal einerseits und den Kanälen DSCH bzw. DCH (DPDCH) andererseits beseitigt.
Schritt 2: Im Schritt 2 werden die variierenden Verstärkungsverhältnisse zwischen dem P-CPICH-Kanal einerseits und dem DSCH-Kanal bzw. dem DCH-Kanal andererseits gemäß der vorliegenden Erfindung berücksichtigt.
Die in dem Schritt 1 geschätzten Pfadgewichte w_DSCH;m(k) für das Beispiel 1 bzw. w_DATA;m(k) für das Beispiel 2 werden alle mit dem Korrekturfaktor
für das Beispiel 1 bzw. dem Korrekturfaktor
für das Beispiel 2 multipliziert. Wesentlicher Bestandteil dieses Korrekturfaktors ist das Verhältnis von der Verstärkungsschätzung im leistungsgeregelten Kanal zu der Verstärkungsschätzung Ŵ_C auf der Basis des P-CPICH-Kanals. Dieses Verhältnis kompensiert die Leistungsregelung in dem leistungsgeregelten Kanal. Der Verstärkungsschätzwert für den Kanal DSCH ist mit Ŵ_DSCH bezeichnet, der Verstärkungsschätzwert für die datenspezifische Leistungsregelung im DPDCH-Kanal ist mit Ŵ_DATA bezeichnet. Um dem MRC-Prinzip zu genü gen, umfasst der Korrekturfaktor optional auch noch die zellenspezifische Rauschvarianz des leistungsgeregelten Kanals, hier σ ^ 2 / DSCH für das Beispiel 1 bzw. σ ^ 2 / D für das Beispiel 2.
Durch die erfindungsgemäße Korrektur der auf der Basis des P-CPICH-Kanals geschätzten Pfadgewichte wird der Einfluss der Leistungsregelung berücksichtigt und erreicht, dass über die gesamte Länge ein Codeworts (welches mehrere Datenrahmen umfasst) stets richtig MRC-gewichtete Datensymbole vom Rake-Empfänger ausgegeben und damit für die weitere Datenverarbeitung (insbesondere Decodierung) verwendet werden können.
Durch den zweiten Produktterm (Rauschvarianzen) können auch über die Zeit variierende Rauschleistungen in dem Korrekturfaktor f gemäß den Gleichungen (13a) bzw. (13b) berücksichtigt werden.
4 verdeutlicht verschiedene Möglichkeiten zur Berechnung des Korrekturfaktors f nach Gleichung (13b), d.h. für das Beispiel 2.
In den Blöcken 1 und 2 wird gemäß der dort angegebenen Formeln die Rauschschätzung durchgeführt, auf deren Basis die Berechnung der Rauschvarianz σ ^ 2 / D erfolgen kann. In Block 1 werden Pfad-individuelle Rauschvarianzen auf der Basis des P-CPICH-Kanals geschätzt. Dabei wird mit K_C die Anzahl der gemeinsamen Pilotsymbole in dem P-CPICH-Kanal bezeichnet. Mit dem Index m werden die Ausbreitungspfade bzw. allokierten Rake-Finger m = 1, ..., M indiziert. z bezeichnet eine bestimmte Mobilfunkzelle. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde keine Mehrantennendiversität berücksichtigt, wodurch Summationen über mehrere Sendeantennen in sämtlichen Gleichungen der 4 unterdrückt werden.
In Block 2 werden die in Block 1 berechneten Pfadindividuellen Rauschvarianzen über sämtliche M(z) Ausbreitungspfade der betrachteten Zelle z gemittelt und unter Berücksichtigung der Spreizfaktoren SF_C = W_C;SF und SF_D = W_D;SF in die Rauschschätzung N_D(z) für die Leistungsregelung umgerechnet. Aufgrund der erforderlichen Leistungsregelung in UMTS-Mobilfunksystemen sind die Blöcke 1 und 2 in Mobilfunkempfängern in der Regel ohnehin vorhanden. Die Größe σ ^ 2 / D in Gleichung (13b) kann nun direkt aus der Ausgabegröße N_D(z) durch Multiplikation mit dem Faktor SF_C/SF_D gewonnen werden.
Dem als Auswahlschalter ausgeführten Block 3 werden die Datensymbole x_DATA;m(k) sowie die (Kanal-gefilterten) dedizierten Pilot-Symbole W_Da ^_D _; _m zugeleitet. Die Datensymbole x_DATA;m(k) werden über eine Verbindung 4 einem Block 5 zur Durchführung einer Pfad-spezifischen Signalmittelung über die Anzahl K_DATA der Datensymbole im Feld DATA zugeführt.
In Block 6 wird eine Berechnung der Signalleistung S(z) für die Mobilfunkzelle z durchgeführt. Entweder wird die Berechnung auf Basis der Datensymbole gemäß der oberen Gleichung in Block 6 durchgeführt, d.h. S(z) = S_DATA(z), oder es wird eine Berechnung der Signalleistung auf der Basis der Pilotsymbole gemäß der unteren Gleichung in Block 6 durchgeführt, d.h. S(z) = S_D(z).
Ferner wird in den Blöcken 7 und 8 eine Berechnung der Leistung des P-CPICH-Kanals durchgeführt. Der P-CPICH-Leistungswert wird mit S_C(z) für die Mobilfunkzelle z bezeichnet. Hierfür wird in dem Block 7 zunächst eine Signalmittelung gemäß einer der beiden in Block 7 angegebenen Gleichungen durchgeführt. Die obere Gleichung bezieht sich auf eine Pilotsymbol-basierte Mittelung im sogenannten "Normal Mode" oder CLTD (Closed Loop Transmit Diversity), während sich die untere Gleichung auf eine Datensymbol-basierte Mittlung im "Normal Mode" oder CLTD bezieht. Entsprechend betrifft die obere Gleichung in Block 8 die Berechnung der P-CPICH-Leistung für eine Pilotsymbol-basierte Leistungsschätzung, während die untere Gleichung in Block 8 die Berechnung der P-CPICH-Leistung für eine Datensymbol-basierte Leistungs schätzung angibt. Bei der Pilotsymbol-basierten Leistungsschätzung wird erst gemittelt und dann quadriert, während bei der Datensymbol-basierten Leistungsschätzung erst quadriert und dann gemittelt wird.
Über die Datenverbindung 9 wird der jeweilige Leistungswert S_C(z) des P-CPICH-Kanals an einen Block 10 weitergegeben, der ferner über eine Verbindung 11 die in dem Block 6 berechneten Signalleistungswerte S_D(z) bzw. S_DATA(z) der berechneten Signalleistung empfängt. In dem Block 10 wird das in Gleichung (13b) angegebene Verstärkungsverhältnis Ŵ_DATA/Ŵ_C(z) für die Zelle z berechnet. Die obere Gleichung in Block 10 bezieht sich auf die Berechnung dieses Verhältnisses auf der Basis von Datensymbolen, während die untere Gleichung eine Pilotsymbol-basierte Berechnung dieses Verhältnisses angibt. Dabei bezeichnet N_p die Anzahl der dedizierten Pilotsymbole in dem DPDCH-Kanal.
Die in 4 veranschaulichte Schaltung kann ebenfalls zur Berechnung der Rauschvarianz σ ^ 2 / DSCH 2 und des Verstärkungsschätzungsverhältnisses Ŵ_DSCH/Ŵ_C(z) im Beispiel 1 eingesetzt werden. Im Unterschied zu der vorstehend beschriebenen Funktionalität der Schaltung wird eine rein Datensymbol-basierte Berechnung sämtlicher Größen vorgenommen. Damit entfällt der Block 3, und dem Block 5 werden als Eingangsdaten die Symbole x_DSCH;m(k) zugeleitet . In Block 2 wird anstelle von SF_D der Spreizfaktor SF_DSCH des DSCH-Kanals eingesetzt und dadurch N_DSCH(z) anstelle von N_D(z) berechnet. Die in Gleichung (13a) benötigte Rauschvarianz σ ^ 2 / DSCH 2 wird analog zum Beispiel 2 gemäß N_DSCH(z)SF_C/SF_DSCH berechnet. Die Ermittlung des Verhältnisses Ŵ_DSCH/Ŵ_C(z) erfolgt entsprechend der oberen Gleichung im Block 10, wobei anstelle Ŵ_DATA die Größe Ŵ_DSCH und anstelle S_DATA(z) die Größe S_DSCH(z), berechnet analog der oberen Gleichung in Block 6, einzusetzen sind. Die Berechnung der P-CPICH-Leistungen erfolgt Datensymbol-basiert, d.h. gemäß den oberen Gleichungen in den Blöcken 7 und 8. Um eine Speicherung der DSCH-Datensymbole eines gesamten Zeitschlitzes zu vermeiden, können zur Berechnung des Korrekturfaktors für den aktuellen Zeitschlitz auch die DSCH-Datensymbole des letzten Zeitschlitzes verwendet werden.
Den beiden Beispielen ist gemeinsam, dass durch die Verwendung des Korrekturfaktors eine leistungsfähige Kanalschätzung auf der Basis des P-CPICH-Kanals durchgeführt werden kann, die den bisher inhärenten Nachteil einer solchen Kanalschätzung – nämlich die Nichtberücksichtigung variierender Verstärkungsverhältnisse im leistungsgeregelten Nutzkanal (DSCH gemäß Beispiel 1 oder DPDCH gemäß Beispiel 2) – nicht aufweist.
Sämtliche in 4 dargestellten Rechenschritte sowie auch die Berechnung der unkorrigierten Pfadgewichte und die Korrektur der unkorrigierten Pfadgewichte durch den im Block 10 berechneten Korrekturfaktor können beispielsweise von einer aufgabenspezifischen, festverdrahteten Hardware-Schaltung oder einem DSP (digitalen Signalprozessor) durchgeführt werden.

Claims

Verfahren zur Berechnung von Pfadgewichten für die Entzerrung eines über einen leistungsgeregelten Datenkanal übertragenen Datensignals in einem Rake-Empfänger, mit den Schritten: (a) Berechnen mindestens eines unkorrigierten Pfadgewichts für das über den leistungsgeregelten Datenkanal übertragene Datensignal unter Verwendung von anhand eines gemeinsamen Pilotkanals (CPICH) gewonnenen Kanalschätzergebnissen; und (b) Korrigieren des mindestens einen unkorrigierten Pfadgewichtes durch Multiplikation desselben mit einem Korrekturfaktor, welcher das Verhältnis einer Datenkanal-spezifischen Verstärkungsschätzung zu einer Pilotkanalbasierten Verstärkungsschätzung enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem leistungsgeregelten Datenkanal um den gemeinsamen Downlink-Kanal DSCH im UMTS-Standard handelt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem leistungsgeregelten Datenkanal um einen dedizierten Downlink-Kanal DCH im UMTS-Standard handelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – in Schritt (a) mehrere unkorrigierte Pfadgewichte für mehrere Ausbreitungspfade des Datensignals in einer bestimmten Mobilfunkzelle berechnet werden, und – in Schritt (b) sämtliche unkorrigierten Pfadgewichte dieser Mobilfunkzelle mit demselben Korrekturfaktor multipliziert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturfaktor
lautet, wobei Ŵ_Datenkanal ein Schätzwert für die senderseitige Verstärkung des leistungsgeregelten Datenkanals ist, Ŵ_C ein Schätzwert für die senderseitige Verstärkung des gemeinsamen Pilotkanals ist und σ ^_D ein Schätzwert für die Rauschvarianz des leistungsgeregelten Datenkanals ist.
Vorrichtung zur Berechnung von Pfadgewichten für die Entzerrung eines über einen leistungsgeregelten Datenkanal übertragenen Datensignals in einem Rake-Empfänger, mit – einem Mittel zum Berechnen mindestens eines unkorrigierten Pfadgewichts für das über den leistungsgeregelten Datenkanal übertragene Datensignal unter Verwendung von anhand eines gemeinsamen Pilotkanals (CPICH) gewonnenen Kanalschätzergebnissen; – einem Mittel zum Berechnen eines Korrekturfaktors, welcher das Verhältnis einer Datenkanal-spezifischen Verstärkungsschätzung zu einer Pilotkanal-basierten Verstärkungsschätzung enthält, und – einem Mittel zum Korrigieren des mindestens einen unkorrigierten Pfadgewichtes durch Multiplikation desselben mit dem Korrekturfaktor.