DE19638404C1 - Verfahren und Empfänger zum Ermitteln von mit dem CDMA-Verfahren codierten Symbolwertfolgen mit Hilfe individueller Viterbi-Algorithmen - Google Patents
Verfahren und Empfänger zum Ermitteln von mit dem CDMA-Verfahren codierten Symbolwertfolgen mit Hilfe individueller Viterbi-AlgorithmenInfo
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- DE19638404C1 DE19638404C1 DE1996138404 DE19638404A DE19638404C1 DE 19638404 C1 DE19638404 C1 DE 19638404C1 DE 1996138404 DE1996138404 DE 1996138404 DE 19638404 A DE19638404 A DE 19638404A DE 19638404 C1 DE19638404 C1 DE 19638404C1
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer von
mindestens zwei nach dem CDMA-Verfahren codierten Symbolwert
folgen.
Beim bekannten CDMA-Verfahren, siehe bspw. das CDMA-Übertra
gungssystem nach DE 43 16 939 A1, bei dem zusätzlich für eine
Datenschätzung Verbund-Wahrscheinlichkeitsverteilungen be
rücksichtigt werden, können mehrere Teilnehmer desselben
CDMA-Verfahrens gleichzeitig in einem einzigen Übertragungs
kanal Informationen übertragen. Die Informationen werden in
Symbolen mit bestimmten Symbolwerten hinterlegt. Im Falle
zweier Symbolwerte handelt es sich um binäre Symbole. Möglich
sind aber auch mehr als zwei Symbolwerte. Jedem Teilnehmer
wird ein Code-Schlüssel zugeordnet, mit dem die zu sendenden
Symbolwerte verschlüsselt werden. An einem Empfänger überla
gern sich dann die von den verschiedenen Teilnehmern gleich
zeitig gesendeten Signale zu einem Empfangssignal. Im Emp
fänger können aus dem Empfangssignal mit Hilfe der auch im
Empfänger bekannten Code-Schlüssel die Symbolwerte für die
einzelnen Teilnehmer wieder dekodiert werden. Dazu wird z. B.
für einen ersten Teilnehmer das bereits vorverarbeitete Emp
fangssignal mit dem Code-Schlüssel des ersten Teilnehmers
kreuzkorreliert.
Das CDMA-Verfahren wird auch in Mobilfunknetzen eingesetzt,
in denen jedoch eine Vielzahl von Störungen bei der Übertra
gung von Signalen zwischen einer Mobilstation und einer Ba
sisstation auftreten. Diese Störungen sind zum Beispiel dar
auf zurückzuführen, daß sich die Mobilstation mit einer Ge
schwindigkeit von z. B. 300 km/h bewegt. Außerdem treten
Mehrfachreflexionen des gesendeten Signals, Gleichkanalstö
rungen und Rauschen auf. Die Folge ist, daß in der Basissta
tion und der Mobilstation stark verzerrte und gestörte Si
gnale empfangen werden. Um aus den stark gestörten Empfangs
signalen die gesendete Information zu gewinnen, wird seit
langem der Viterbi-Algorithmus eingesetzt. Dieser Algorithmus
wurde zum Beispiel von G.D. Forney, Jr., in den "Proceedings
of the IEEE", Band 61, Nummer 3, März 1973, Seite 268 bis
278, erläutert. Die Grundidee des Viterbi-Algorithmus besteht
darin, daß im Empfänger das Übertragungsverhalten des Kanals
zwischen Sender und Empfänger nachgebildet wird, wozu eine
Kanal-Impulsantwort {H}=[h1, . . ., hK] ermittelt wird. Dabei
gibt K die Anzahl der Abtastwerte beim Ermitteln der Impuls
antwort {H} an. Eine geschweifte Klammer bedeutet im folgen
den, daß es sich um eine Folge von Werten handelt; eckige
Klammern geben die konkreten Werte der Folge an. Da der
konkrete Wert für K meist kleiner ist, als die Anzahl von
Symbolen, die durch einen Teilnehmer in einer Sequenz
(sogenannter Burst), gesendet werden, wird beim Viterbi-Algo
rithmus die Symbolfolge in mehreren Schritten sk abschnitts
weise beginnend mit den ersten gesendeten Symbolen betrach
tet. Da im Empfänger die tatsächlich gesendete Symbolfolge
nicht bekannt ist, werden alle in Frage kommenden Symbolfol
gen oder zumindest ein Teil der in Frage kommenden Symbolfol
gen im Empfänger generiert. Aus den in Frage kommenden Sym
bolfolgen werden dann durch Faltung mit der Impulsantwort {H}
Empfangsfolgen generiert, die anschließend mit der tatsäch
lich empfangenen Empfangsfolge verglichen werden. Von den in
Frage kommenden Symbolfolgen wird die Symbolfolge als gesen
det angenommen, deren zugehörige generierte Empfangsfolge die
geringsten Abweichungen von der tatsächlich empfangenen
Empfangsfolge hat.
Um den Aufwand zu reduzieren, werden beim bekannten
Viterbi-Algorithmus beim Vergleich für die Abschnitte der Symbolfol
gen sogenannte Metrikinkremente berechnet, die anschließend
zu einer Gesamtmetrik für eine der in Frage kommenden Sym
bolfolgen addiert werden. Zu vorgegebenen Schritten sk gibt
es beim Durchführen des Viterbi-Algorithmus eine Anzahl von
Symbolfolgen bzw. Symbolvektoren {gQm(sk)} = [gqm(sk)1, . . .,
gqm(sk)L-1]. Dabei kennzeichnet m die verschiedenen in Frage
kommenden Symbolvektoren zu einem bestimmten Schritt sk; L
kennzeichnet die Anzahl von Symbolen in unten erläuterten
Übergängen. Wird im Verlaufe des Viterbi-Algorithmus die
nächste Teilsymbolfolge betrachtet, so wird genau ein Symbol
von links in den Symbolvektor {gQm(sk)} geschoben, so daß
sich ein Symbolvektor {gQm(sk+1) }=[gqm(sk+1)1 . . ., gqm(sk+1)L -1]
ergibt. Einzelne Symbole innerhalb eines Vektors sind
hierbei durch Nachstellen einer Zahl gekennzeichnet. Die er
sten L-2 Elemente des Symbolvektors {gQm(sk)} stimmen mit den
letzten L-2 Elementen des Symbolvektors {gQm(sk+1)} überein.
Die Symbolvektoren {gQm} werden auch als Zustände bezeichnet.
Für den Übergang vom Zustand {gQm(sk)} zu einem Zustand
{gQm(sk+1} beim Einschieben eines Symbols, kann auch ein
Übergangsvektor {gSm(sk)}=[gsm(sk)1, . . ., gsm(sk+1)L] definiert
werden, dessen erstes Element gsm(sk)1 mit dem Element
gqm(sk+1)1 überein stimmt. Die weiteren Elemente des Über
gangsvektors {gSm(sk+1)} sind mit denen des Zustandsvektor
{gQm(sk)} identisch.
Beim Viterbi-Algorithmus gibt die Anzahl der in Frage kommen
den Symbolvektoren {gQm(sk)} bzw. die Anzahl der möglichen
Übergangsvektoren {gSm(sk)} einen Anhaltspunkt für den in je
dem Schritt des Viterbi-Algorithmus durchzuführenden Aufwand
an.
Soll der Viterbi-Algorithmus in einem Empfänger verwendet
werden, in dem das CDMA-Verfahren angewendet wird, so poten
ziert sich der Aufwand. Vorgeschlagen wurde ein Verfahren,
das auch als Vektor-Viterbi-Algorithmus bezeichnet wird, weil
mehrere Zustandsvektoren einen kombinierten Zustandsvektor
bilden. Eine Darstellung des Vektor-Viterbi-Algorithmus be
findet sich zum Beispiel in einem Artikel von W. van Etten,
in "IEEE Transactions on Communications", Februar 1976, Seite
276 bis 283. Der bekannte Vektor-Viterbi-Algorithmus hat auf
grund der Länge L*N der Übergangsvektoren, in denen Symbole
für N Teilnehmer enthalten sind einen erhöhten Rechenaufwand
zur Folge, der die Durchführbarkeit des Vektor-Viterbi-Algo
rithmus in Frage stellt. Zumindest wird aber die Anzahl N der
Teilnehmer, die gleichzeitig in einem Kanal senden dürfen,
beschränkt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Ermitteln ei
ner von mindestens zwei nach dem CDMA-Verfahren codierter
Symbolfolgen in einem Empfänger anzugeben, das mit geringem
Rechenaufwand auch bei einer Vielzahl von Teilnehmern durch
geführt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 gelöst, bei dem die folgenden Schritte aus
geführt werden:
- a) Aus dem Empfangssignal werden die Übertragungskanäle der beiden Teilnehmer abgeschätzt, wobei für jeden abge schätzten Übertragungskanal eine Folge von Kanalschätz werten erzeugt wird,
- b) aus dem Empfangssignal wird für jedes gesendete Symbol ein Empfangswertvektor ermittelt, der mindestens zwei Komponenten enthält,
- c) aus dem Empfangswertvektor und den Kanalschätzwertfolgen wird unter Verwenden des Viterbi-Algorithmus unter Be rücksichtigung von Metrikinkrementen für Zustands-Über gänge die Symbolwertfolge ermittelt,
wobei zur Berechnung mindestens eines Metrikinkrements
mindestens ein Fehlerwert gebildet wird, der ein Maß für
eine Abweichung des Empfangswertvektors von einem
Soll-Empfangswertvektor ist, der mit Hilfe der Kanal
schätzwertfolgen für die beiden Teilnehmer erzeugt wird,
und wobei beim Berechnen des Fehlerwerts für den ersten Teilnehmer eine Folge derjenigen Symbolwerte verwendet wird, die den zum Metrikinkrement gehörenden Übergang eindeutig definiert.
und wobei beim Berechnen des Fehlerwerts für den ersten Teilnehmer eine Folge derjenigen Symbolwerte verwendet wird, die den zum Metrikinkrement gehörenden Übergang eindeutig definiert.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß der bisher für
das CDMA-Verfahren vorgeschlagene Vektor-Viterbi-Algorithmus
aufgrund der Vereinigung mehrerer Zustandsvektoren zu einem
kombinierten Zustandsvektor einen unvertretbar hohen Rechen
aufwand zur Folge hat. Deshalb wird bei der Erfindung jeder
Einzelschritt des Viterbi-Algorithmus für jeden Teilnehmer
des CDMA-Verfahrens getrennt durchgeführt, d. h. es werden
individuelle Viterbi-Algorithmen verwendet. Eine Verkopplung
der individuellen Viterbi-Algorithmen ist lediglich indirekt
über den Austausch von bereits für andere Teilnehmer berech
neter Metrik vorgesehen. Bei der Erfindung wird für den
Teilnehmer, für den der individuelle Viterbi-Algorithmus
durchgeführt wird, eine Folge derjenigen Symbolwerte verwen
det, die den zum Metrikinkrement gehörenden Übergang eindeu
tig definiert. Eindeutig bedeutet dabei, daß Übergänge für
die anderer Teilnehmer zum Definieren des zum Metrikinkrement
gehörenden Übergangs nicht herangezogen werden. Überraschen
derweise zeigt sich, daß der Aufwand zur mehrmaligen Durch
führung individueller Viterbi-Algorithmen erheblich unter dem
Aufwand für ein einmaliges Durchführen des Vektor-Viterbi-
Algorithmus liegt.
Die Erfindung geht außerdem von der Überlegung aus, daß beim
Durchführen des Viterbi-Algorithmus für Symbole, die mit dem
CDMA-Verfahren codiert wurden, beim Berechnen der Metrikin
kremente für alle Teilnehmer des CDMA-Verfahrens Symbole
festgelegt werden müssen. Dieses Problem tritt beim bekannten
Viterbi-Algorithmus nicht auf. Die Wahl der Symbolfolgen für
die anderen Teilnehmer erfolgt bei der Erfindung aufzweckmä
ßige Art und Weise, wie sie in den Unteransprüchen angegeben
ist. Es zeigt sich, daß durch das erfindungsgemäße Verfahren
ein Ermitteln der Symbolfolgen für den jeweiligen Teilnehmer
möglich ist, auf den sich der individuelle Viterbi-Algorith
mus bezieht. Das Ermitteln gelingt um so besser, je näher die
für die anderen Teilnehmer festgelegten Symbolwertfolgen mit
den tatsächlich gesendeten Symbolwertfolgen übereinstimmen.
Da nur in einem Idealfall davon ausgegangen werden kann, daß
für die anderen Teilnehmer die gesendeten Symbolwertfolgen
bereits beim Durchführen des Viterbi-Algorithmus nach der Er
findung bekannt sind, wird bei der Erfindung zur Berechnung
eines betrachteten Metrikinkrements mindestens ein Fehlerwert
berechnet. Die Anzahl der Fehlerwerte wird bei der Erfindung
durch die Anzahl von Symbolwertfolgen bestimmt, die für den
zweiten Teilnehmer wahrscheinlich sind. Im negativen Extrem
fall ist nichts über die Symbolwertfolgen des zweiten Teil
nehmers bekannt, so daß für jede mögliche Symbolwertfolge ein
Fehlerwert gebildet wird. Im positiven Extremfall ist die
wahrscheinlichste Symbolwertfolge des anderen Teilnehmers zum
betrachteten Zeitpunkt bekannt, so daß nur ein einziger
Fehlerwert pro Metrikinkrement berechnet wird. Die verfügba
ren Informationen über die Symbolwertfolgen der anderen Teil
nehmer richten sich z. B. danach, ob die individuellen Viter
bi-Algorithmen schrittweise parallel oder schrittweise hin
tereinander ausgeführt werden. Selbst wenn bereits Informa
tionen vorliegen, ist es zum Vermeiden von Fehlern zweckmäßig
mehrere Symbolwertfolgen für die anderen Teilnehmer bei der
Berechnung des Metrikinkrements zu berücksichtigen, wenn die
Richtigkeit der vorliegenden Information nicht vollständig
sicher ist.
Durch die Erfindung verringert sich der Rechenaufwand gegen
über dem Vektor-Viterbi-Algorithmus erheblich, da die Anzahl
der Teilnehmer in die Anzahl der benötigten Rechenoperationen
nicht mehr exponentiell, sondern annähernd linear eingeht.
Der Rechenaufwand verringert sich erheblich durch die Erfin
dung. Außerdem verringert sich bei der Erfindung der Spei
cheraufwand für die Durchführung des Viterbi-Algorithmus, da
die Anzahl der Teilnehmer nur noch linear in den Speicherauf
wand eingeht. Das liegt zum einen daran, daß die Anzahl
möglicher Übergänge aufgrund der kürzeren Übergangsvektoren
gegenüber dem Vektor-Viterbi-Algorithmus verringert wird und
daß zum anderen für das Abspeichern der Pfade bei der Durch
führung des Viterbi-Algorithmus weniger Speicherplatz benö
tigt wird.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird beim Berech
nen des Fehlerwerts für den zweiten Teilnehmer eine Folge von
Symbolwerten verwendet, die mit großer Wahrscheinlichkeit ein
Abschnitt einer zum Zeitpunkt des Übergangs durch den zweiten
Teilnehmer gesendeten Symbolfolge ist. Durch diese Maßnahme
wird der Aufwand zur Berechnung des Metrikinkrements maximal
reduziert. Da oft jedoch die wahrscheinlichste Folge von Sym
bolwerten für den zweiten Teilnehmer nicht bekannt ist, muß
ein Kompromiß zwischen möglicher Fehlentscheidung und Aufwand
eingegangen werden. Aus diesem Kompromiß resultiert dann die
tatsächlich betrachtete Anzahl von Symbolwertfolgen für den
zweiten Teilnehmer bei Berechnung des jeweiligen Metrikinkre
ments.
Werden alle theoretisch in Frage kommenden Symbolwertfolgen
für den zweiten Teilnehmer bei der Berechnung des Metrikin
krements betrachtet, so tritt eine Mitteilung auf. Da die Me
trikinkremente das Entscheidungskriterium sind, nach dem zwi
schen den verschiedenen in Frage kommenden Symbolfolgen für
den ersten Teilnehmer ausgewählt wird, ist diese Auswahl
durch den zweiten Teilnehmer aufgrund der Mittlung kaum ge
stört, und erfolgt somit optimal. Dies geschieht durch eine
ODER-Verknüpfung der betrachteten Möglichkeiten für den
zweiten Teilnehmer.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung werden
als Maß für die Wahrscheinlichkeit Metriken verwendet, die
für den zweiten Teilnehmer in einem zweiten Viterbi-Algorith
mus berechnet werden. In diesem Ausführungsbeispiel wird so
mit parallel für jeden Teilnehmer des CDMA-Verfahrens ein in
dividueller Viterbi-Algorithmus durchgeführt. Die Zwischener
gebnisse können bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung
wechselweise zur Verbesserung der Endergebnisse der beiden
individuellen Viterbi-Algorithmen verwendet werden. Die
Anzahl von Zwischenergebnissen, welche aus dem jeweils ande
ren individuellen Viterbi-Algorithmus verwendet wird, läßt
sich zwischen eins und einer Maximalanzahl festlegen, welche
durch die möglichen Kombinationen von Symbolen in einem
Übergangsvektor gegeben ist. Die tatsächlich verwendete Zahl
hängt z. B. von dem zu vertretenden Aufwand ab. Auf jeden Fall
sollte die Zahl verwendeter Zwischenergebnisse so hoch sein,
daß das erfindungsgemäße Verfahren nicht in eine Richtung
gezwungen wird, die ein zu starkes Abweichen der ermittelten
Symbolwertfolge von der tatsächlichen Symbolwertfolge zur
Folge hat.
Das Berechnen der Fehlerwerte kann in mehrere Abschnitte un
terteilt werden. In diesem Fall werden Beiträge zum Fehler
wert für den ersten und den zweiten Teilnehmer getrennt be
rechnet. Dies kann zum einen durch zeitlich parallele Be
rechnung oder eine zeitlich aufeinanderfolgende Berechnung
geschehen. Die parallele Berechnung führt zu einer Verringe
rung des notwendigen Zeitaufwands zur Berechnung der Fehler
werte und die serielle Berechnung gestattet es, den schal
tungstechnischen Aufwand für die Berechnung gering zu halten,
da z. B. Speicher mehrfach genutzt werden können.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Empfangs
wertvektor durch Abtastung des Empfangssignals mit einem
Subsymboltakt erzeugt, der auch als Chiptakt bezeichnet wird.
Diese Maßnahme gestattet es, den Empfangswertvektor auf ein
fache Art und Weise aus dem Empfangssignal zu erzeugen.
In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der
Empfangswertvektor durch eine Filterbank erzeugt (matched
filter). Dieses Verfahren ermöglicht eine Unterabtastung des
Empfangssignals ohne wesentlichen Informationsverlust. Durch
die Unterabtastung wird erreicht, daß die Berechnung der Feh
lerwerte auf Symbole bezogen werden kann. Demzufolge sinkt im
Vergleich zu einer Fehlerberechnung bezogen auf den Subsym
boltakt die notwendige Geschwindigkeit für den Echtzeit-Be
trieb. Durch die parallele Verarbeitung der durch die Filter
bank erzeugten Werte kommt es zu einem schaltungstechnischen
bzw. softwaretechnischen Mehraufwand. Der Gesamtaufwand bei
Einsatz der Filterbank liegt aber unter dem Aufwand bei der
Fehlerberechnung im Subsymboltakt, da üblicherweise mehr
Subsymbole (Chips) pro Symbol verwendet werden, als Teilneh
mer vorhanden sind.
Bei der Filterung müssen bereits Kanalschätzfunktionen für
die Übertragungskanäle des ersten und des zweiten Teilnehmers
bekannt sein. Aus diesen Kanalschätzfunktionen läßt sich die
Kanalschätzwertfolge auf einfache Art und Weise erzeugen.
Handelt es sich um analoge Filter, so wird die Kanalschätz
funktion abgetastet. Bei digitalen Filtern müssen nur Koeffi
zienten der Kanalschätzfunktion übernommen werden.
Die Erfindung betrifft außerdem einen Empfänger zum Ermitteln
einer CDMA-codierten Symbolfolge aus einem Empfangssignal.
Dieser Empfänger realisiert das erfindungsgemäße Verfahren.
Somit übertragen sich die oben genannten Wirkungen auch auf
dem Empfänger.
Durch die Erfindung wird erreicht, daß die Durchführung des
Viterbi-Algorithmus auch für Symbolwerte technisch realisier
bar wird, die nach dem CDMA-Verfahren codiert sind. Außerdem
kann durch die in den Ausführungsbeispielen angegebenen Maß
nahmen erreicht werden, daß der Aufwand weiter gesenkt wird.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand
der Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 die Signalbearbeitung für zwei Teilnehmer des
CDMA-Verfahrens,
Fig. 2 eine Darstellung des Symboltakts und des
Subsymboltakts,
Fig. 3 ein Blockschaltbild für die Nachbildung von
vier Empfangssignalen,
Fig. 4 die Gruppen zur Berechnung der Metrikinkre
mente im individuellen Viterbi-Algorithmus,
Fig. 5 ein Blockschaltbild für die Berechnung der
neuen Metrik im individuellen Viterbi-Algo
rithmus,
Fig. 6 eine Prinzipdarstellung einer Schaltungsar
chitektur für die Durchführung des individu
eller Viterbi-Algorithmen.
Fig. 7 ein zweites Ausführungsbeispiel zur Durchfüh
rung individueller Viterbi-Algorithmen.
Fig. 1 zeigt die Signalverarbeitung für zwei Teilnehmer Tln1
und Tln2 in einem Mobilfunknetz, in welchem das CDMA-Verfah
ren zum Austausch von Informationen zwischen den Teilnehmern
Tln1, Tln2 und einem Empfänger E1 in einer feststehenden Ba
sisstation genutzt wird. Die Teilnehmer Tln1 und Tln2 können
sich bezüglich des Empfängers E1 bewegen und senden bzw. emp
fangen im gleichen Frequenzbereich zur gleichen Zeit. Der
Teilnehmer Tln1 sendet im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ei
ne Information I1, z. B. ein Sprachsignal. Die Information I1
wird in einer faltungscodierten Symbolfolge {S1} hinterlegt.
Im Ausführungsbeispiel können die einzelnen Symbole s1 der
Symbolfolge {S1} die numerischen Werte "1" oder "-1" anneh
men, so daß es sich um einen Binärfolge handelt. Die Symbol
folge {S1} wird mit einem dem Teilnehmer Tln1 zugeordneten
Schlüssel C1 codiert und anschließend in einem Sender 10 in
ein erstes Sendesignal umgewandelt, das über eine Antenne 12
abgestrahlt wird. Das über die Antenne 12 abgestrahlte Sende
signal breitet sich in Richtung einer Empfangsantenne 14 aus,
die Bestandteil des Empfängers E1 ist. Zwischen der Antenne
12 und der Empfangsantenne 14 befindet sich somit ein erster
Übertragungskanal Ü1. Bei der Übertragung wird das von der
Antenne 12 abgestrahlte Sendesignal durch Störungen F1 ge
stört, die z. B. durch Mehrwegausbreitung entstehen.
Eine Information I2, die z. B. Teil einer Datenfolge ist, wird
durch den Teilnehmer Tln2 in einer faltungscodierten Symbol
folge {S2}, hinterlegt. Die Symbolfolge {S2} ist ebenfalls
eine Binärfolge. Mit Hilfe eines Schlüssels C2, der dem Teil
nehmer Tln2 zugeordnet ist, wird die Symbolfolge {S2} co
diert, in ein Sendesignal umgewandelt und von einem Sender 16
über eine Antenne 18 abgestrahlt. Das abgestrahlte Sende
signal der Antenne 18 trifft ebenfalls auf die Empfangsan
tenne 14. Zwischen Antenne 18 und Empfangsantenne 14 exi
stiert somit ein zweiter Übertragungskanal Ü2, in dem eben
falls Störungen F2 auftreten.
An der Empfangsantenne 14 kommt es zur Überlagerung der über
die Antenne 12 und die Antenne 18 abgestrahlten Sendesignale,
so daß im Empfänger E1 nur ein einziges Empfangssignal z(t)
empfangen wird. Das Empfangssignal z(t) wird in einem Subsym
boltakt SST (sogenannter Chiptakt) abgetastet, wobei eine
Empfangsfolge {Z} entsteht. Die Empfangsfolge {Z} wird im
Empfänger E1 zum Ermitteln einer Kanalschätzfolge {H1} für
den Übertragungskanal Ü1 und zum Ermitteln einer Kanalschätz
folge {H2} für den Übertragungskanal Ü2 verwendet. In der
Kanalschätzfolge {H1} bzw. {H2} ist außerdem der Einfluß der
Modulation im Sender 10 bzw. 16 berücksichtigt. Die beiden
Kanalschätzfolgen {H1}, {H2} können während eines sogenannten
Bursts unverändert sein oder aber an eine Veränderung der
Übertragungskanäle Ü1 und Ü2 angepaßt werden.
Aus der Empfangsfolge {Z}, den Kanalschätzungen {H1}, {H2}
und den auch im Empfänger E1 bekannten Schlüsseln C1 und C2
werden im Empfänger E1 mit Hilfe von durch einen Block 20
dargestellten individuellen Viterbi-Algorithmen die faltungs
codierten Symbolfolgen {S1} und {S2} abgeschätzt. Dabei
entsteht für den ersten Teilnehmer Tln1 eine geschätzte
Symbolfolge {S1+} und für den Teilnehmer Tln2 eine geschätzte
Symbolfolge {S2+}. Aus den im Empfänger E1 geschätzten Sym
bolfolgen {S1+} bzw. {S2+} wird unter Zuhilfenahme eines Fal
tungsdekodierers (nicht dargestellt) für den ersten Teilneh
mer Tln1 eine Information I1+ bzw. für den zweiten Teilnehmer
Tln2 eine Information I2+ ermittelt. Die Information I1+
stimmt im wesentlichen mit der Information I1 überein. Das
selbe trifft für die Information I2 und die Information I2+
zu.
Fig. 2 zeigt eine Periodendauer T des Symboltakts ST und eine
Periodendauer Ts des Subsymboltakts SST. Ein Ausschnitt 50
aus der Symbolfolge {S1} enthält ein Symbol "1" und ein Sym
bol "-1". Der Schlüssel C1 wird durch vier aufeinanderfol
gende Abtastwerte 52 bis 58 definiert. Die Abtastwerte 52 und
54 sind in der Fig. 2 normiert und haben einen Wert von "+1".
Die beiden ebenfalls normierten Abtastwerte 56 und 58 haben
jeweils einen Wert von "-1". Zwischen zwei benachbarten
Abtastwerten, z. B. zwischen dem Abtastwert 52 und dem Ab
tastwert 54 liegt eine Zeit Ts, die den Subsymboltakt SST de
finiert. Ein Ausschnitt 60 der codierten Symbolfolge {S1}
zeigt das Ergebnis der Codierung des Ausschnitts 50 mit dem
Schlüssel C1. In dem Ausschnitt 60 der codierten Symbolfolge
{S1} lassen sich zwei Teilfolgen 62 und 64 unterscheiden. Die
Teilfolge 62 ist die verschlüsselte "1" und die Teilfolge 64
ist die verschlüsselte "-1". Für das Verschlüsseln eines
Symbols wird eine Zeit T benötigt, die das Vierfache der Zeit
Ts ist. Die Zeit T definiert den Symboltakt ST.
Ein Ausschnitt 70 aus der Symbolfolge {S2} wird ebenfalls
codiert, wobei jedoch der Schlüssel C2 verwendet wird. Vier
Abtastwerte 72 bis 78 des Schlüssels C2 sind so vorgegeben,
daß eine Multiplikation der Abtastwerte 52, 54, 56 bzw. 58
mit dem Abtastwert 72, 74, 76 bzw. 78 mit einer anschließen
den Summation über die Produkte zum Wert Null führt. Mit an
deren Worten sind die beiden Schlüssels C1 und C2 orthogonal
zueinander. Beim Codieren des Ausschnitts 70 aus der Symbol
folge {S2} mit dem Schlüssel C2 entsteht ein Ausschnitt 80
aus der codierten Symbolfolge {S2}. Eine erste Teilfolge 82
ist die Codierung eines ersten Symbols "1" im Ausschnitt 70,
und eine Teilfolge 84 enthält ein zweites Symbol "1" des Aus
schnitts 70. Die Teilfolge 62 wird synchron zur Teilfolge 82
erzeugt. Einen Symboltakt später wird dann die Teilfolge 64
synchron mit der Teilfolge 84 erzeugt. Die Synchronität muß
jedoch nicht in jedem Fall gegeben sein und wird im allgemei
nen durch die Übertragungskanäle Ü1, Ü2 zerstört.
Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild für die Nachbildung von je
weils vier Empfangswerten y1, y2, y3 und y4, die mit Werten
z1, z2, z3 und z4 der Empfangsfolge {Z} beim Durchführen des
modifizierten Viterbi-Algorithmus verglichen werden, wenn für
einen Übergang {gS1m(sk)} für den Teilnehmer Tln1 das Metrik
inkrement berechnet wird. Die Bezeichnung {gS1m(sk)} ist so
zu interpretieren, daß es sich bei dem Übergang um eine ge
schätzte Teilfolge der Symbolfolge {S1} zu einem diskreten
Schritt sk bei der Durchführung des Viterbi-Algorithmus han
delt. Der Kleinbuchstabe m gekennzeichnet den betrachteten
Übergang eindeutig. Einzelne Symbole des Übergangs {gS1m(sk)}
werden durch Nachstellen einer Zahl gekennzeichnet, z. B.
gs1m(sk)1.
Beim modifizierten Viterbi-Algorithmus nach dem im folgenden
beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der be
kannte Viterbi-Algorithmus trotz Anwendung des CDMA-Verfah
rens separat für jeden Teilnehmer Tln1, Tln2 durchgeführt.
Die folgenden Ausführungen beziehen sich im wesentlichen auf
einen individuellen Viterbi-Algorithmus zur ausschließlichen
Bestimmung der Symbolfolge {S1+}. Das Verfahren zur Bestim
mung der Symbolfolge {S2+} erfolgt jedoch auf analoge Weise.
Für jeden betrachteten Übergang {gS1m(sk)} werden in jedem
diskreten Schritt sk die Metrikinkremente nach der folgenden
Formel oder einer geeigneten Näherung für diese Formel be
rechnet:
Dabei kennzeichnen M das jeweilige Metrikinkrement, einen
Vektor mit den Komponenten z1, z2, z3 und z4, der erste ver
tikale Strich die bedingte Wahrscheinlichkeit, log die Log
arithmusfunktion, exp die Exponentialfunktion, die weiteren
vertikalen Striche den absoluten Betrag, σ die Rauschlei
stungsdichte, n eine Laufvariable, SZ die Anzahl verschiede
ner Symbole in einer Symbolmenge, aus der die Symbole für die
Symbolwertfolgen bzw. für die Übergänge entnommen werden, L
eine Symbolanzahl der Symbole pro Übergang und n einen Vek
tor mit den Komponenten y1, y2, y3 und y4, wobei die Laufva
riable n den bei der Berechnung der Komponenten von n fest
zulegenden Übergang für den zweiten Teilnehmer Tln2 kenn
zeichnet. Der Ausdruck |-n| wird auch als Fehlerwert e be
zeichnet.
Im folgenden wird für die Symbolanzahl L der Übergänge
{gS1(sk)} der Wert drei festgelegt. Werden alle Kombinationen
von drei Symbolen mit jeweils einem der beiden Symbolwerte
"+1" und "-1" gebildet, so ergeben sich 2ˆL, d. h. acht mög
liche Übergänge {gS1(sk)}. Somit sind in jedem Schritt sk Me
trikinkremente für m=1 bis m=2ˆL=8 zu berechnen.
In Fig. 3 ist die Berechnung von n sowie die Berechnung von
eˆ2 für einen Summanden der Metrik-Formel (1) dargestellt.
Letztlich wird mit der gezeigten Anordnung der Fig. 3 der
Einfluß der Übertragungskanäle Ü1, Ü2 auf Teilabschnitte der
Symbolfolgen {S1}, {S2} nachgebildet. Für den Teilnehmer Tln1
wird als in Frage kommende Teilfolge der Symbolfolge {S1} der
Übergang {gS1m(sk)} betrachtet. Für den Teilnehmer Tln2 wird
ein Teilabschnitt {gS2m(sk)} der Symbolfolge {S2} festgelegt.
Der Zugriff auf die Symbole des Übergangs {gS1m(sk)} wird
durch Verzögerungsglieder 100 und 102 dargestellt. Ist die
Symbolzahl L größer als drei, so werden weitere Verzögerungs
glieder 104 verwendet. Die Verzögerungsglieder 100, 104, 102
sind mit Bussystemen 106, 107, 108 bzw. 109 aus jeweils vier
Leitungen hintereinander verbunden. Das Bussystem 106 ist mit
den Eingängen des Verzögerungsglieds 100 verbunden. Das
Bussystem 107 führt von Ausgängen des Verzögerungsglieds 100
zu Eingängen des Verzögerungsglieds 104 bzw., wenn dieses
nicht vorhanden ist, zu Eingängen des Verzögerungsglieds 102.
Außerdem führt das Bussystem 108 gegebenenfalls von den Aus
gängen des Verzögerungsglieds 104 zu den Eingängen des Verzö
gerungsglieds 102. Schließlich ist das Verzögerungsglied 102
ausgangsseitig mit dem Bussystem 109 verbunden.
Der Zugriff auf die Symbole des Übergangs {gs2m(sk)} wird
durch Verzögerungsglieder 110 und 112 dargestellt. Für eine
Symbolanzahl L größer als drei werden weitere Verzögerungs
glieder 114 verwendet. Die Verzögerungsglieder 110 bis 114
sind über Bussysteme 116 bis 119 aus jeweils vier Leitungen
analog zu den Verzögerungsgliedern 100 bis 104 hintereinander
verbunden.
Die Symbole gs1m(sk) werden mit Hilfe des Schlüssels C1 ver
schlüsselt, so daß jeweils vier Abtastwerte entstehen. Die
Abtastwerte für das Symbol gs1m(sk)1 werden mit a1, a2, a3
und a4 bezeichnet. Analog dazu werden die Abtastwerte für das
zweite Symbol gs1m(sk)2 bzw. für das dritte Symbol gs1m(sk)3
mit a5 bis a8 bzw. mit a9 bis a12 bezeichnet. Der Abtastwert
a1, a5 bzw. a9 ist auf der ersten Leitung des Bussystems 106,
107 bzw. 109, der Abtastwert a2, a6 bzw. a10 ist auf der
zweiten Leitung des Bussystems 106, 107 bzw. 109, der Abtast
wert a3, a7 bzw. a11 ist auf der dritten Leitung des Bussy
stems 106, 107 bzw. 109 und der Abtastwerte a4, a8 bzw. a12
ist auf der vierten Leitung des Bussystems 106, 107 bzw. 109
verfügbar.
Die Symbole des Übergangs {gS2n(sk)} werden mit dem Schlüssel
C2 verschlüsselt, so daß wiederum jeweils vier Abtastwerte
entstehen, die für das erste Symbol gs2m(sk)1 mit b1 bis b4,
für das zweite Symbol gs2m(sk)2 mit b5 bis b8 und für das
dritte Symbol gs2m(sk)3 mit b9 bis b12 bezeichnet sind. Der
Abtastwert b1, b5 bzw. b9 ist auf der ersten Leitung des Bus
systems 116, 117 bzw. 119, der Abtastwert b2, b6 bzw. b10 ist
auf der zweiten Leitung des Bussystems 116, 117 bzw. 119, der
Abtastwert b3, b7 bzw. b11 ist auf der dritten Leitung des
Bussystems 116, 117 bzw. 119 und der Abtastwerte b4, b8 bzw.
b12 ist auf der vierten Leitung des Bussystems 116, 117 bzw.
119 verfügbar.
Die jeweiligen Abtastwerte a1 bis a12 werden mit der Kanal
schätzfolge {H1} gefaltet, wobei deren Koeffizienten h1,1 bis
h1,12 verwendet werden. Die Abtastwerte b1 bis b12 werden mit
der zweiten Kanalschätzfolge {H2} gefaltet, wobei deren Koef
fizienten h2,1 bis h2,12 verwendet werden. Bei der Faltung
werden vier Summen gebildet, die durch Blöcke 120 bis 126
dargestellt werden, die jeweils an ihrem Ausgang die nachge
bildeten Empfangswerte y1, y2, y3 und y4 haben. Das Erzeugen
der Eingangswerte für die Blöcke 120 bis 126 wird anhand der
Symbole gs1m(sk)1 und gs2n(sk)1 exemplarisch erläutert. Der
Abtastwert a1 wird mit dem Koeffizienten h1,1 multipliziert
und das Ergebnis wird anschließend als Summand für die Sum
menbildung im Block 120 verwendet. Die Abtastwerte a2, a3
bzw. a4 werden mit den Koeffizienten h1,2; h1,3 bzw. h1,4
multipliziert, wobei die so entstehenden Produkte zur Summa
tion im Block 122, 124 bzw. 126 verwendet werden. Der Abtast
wert b1 wird mit dem Koeffizienten h2,1 multipliziert und das
Ergebnis wird im Block 120 weiterverarbeitet. Die Abtastwerte
b2, b3 bzw. b4 werden mit den Koeffizienten h2,2; h2,3 bzw.
h2,4 multipliziert. Anschließend wird das zum Abtastwert b2
gehörende Produkt im Block 122, das zum Abtastwert b3 gehö
rende Produkt im Block 124 und das zum Abtastwert b4 gehö
rende Produkt im Block 126 weiterverarbeitet. In den Blöcken
120 bis 126 wird somit auch die Überlagerung an der Empfangs
antenne 14 nachgebildet.
In Fig. 3 ist außerdem die Empfangsantenne 14 dargestellt,
die das Empfangssignal z(t) empfängt. Wie bereits erwähnt,
entsteht durch Abtastung des mit der Empfangsantenne 14 emp
fangenen Empfangssignals z(t) im Subsymboltakt SST die Emp
fangsfolge {Z}. Aus dieser Empfangsfolge {Z} werden die zum
diskreten Zeitpunkt tk gehörenden Subabtastwerte, d. h. die
tatsächlichen Empfangswerte z1, z2, z3 und z4 entnommen. Die
Abtastung wird in einer Abtasteinheit 130 durchgeführt. Die
Bildung des Fehlerwerts e bzw. eines Fehlerwertquadrates eˆ2
kann nun nach der bekannten Betragsformel erfolgen:
e² = |-|² = (z1-y1)²+(z2-y2)²+(z3-y3)²+(z4-y4)² (2)
Diese Berechnung wird anhand der Fig. 5 unten erläutert. Zu
vor soll jedoch der Einfluß der Laufvariable n bei der Be
rechnung des Metrikinkrements nach Formel (1) dargestellt
werden.
Fig. 4 zeigt in einem oberen Teil die zur Berechnung der Me
trikinkremente m=1 bis m=8 in einem jeweiligen Schritt sk
festzulegenden Übergänge {gS1m(sk)} und {gS2n(sk)}, wenn für
den Teilnehmer Tln1 die Symbolfolge {S1+} ermittelt wird. In
einem unteren Teil werden die festzusetzenden Übergänge
{gS1m(sk)} und {gS2n(sk)} für den modifizierten Viterbi-Algo
rithmus dargestellt, der für den Teilnehmer Tln2 die Symbol
folge {S2+} ermittelt.
Bei einer Symbolanzahl L=3 gibt es für die Symbolwerte "1"
und "-1" genau acht verschiedene Übergänge {gS1m(sk)}, wobei
m von 0 bis 7 läuft. Anstelle der Schreibweise in geschweif
ten Klammern wird nun eine einfachere Schreibweise verwendet,
bei der die Übergänge mit U0 bis U7 bezeichnet werden. Der
Übergang U0 ist durch die Symbolfolge "-1", "-1" und "-1" de
finiert. Für die anderen Übergänge U1 bis U7 gilt, U1=[-1,-
1,+1] U2=[-1,+1,-1] U3=[-1,+1,+1] U4=[+1,-1,-1] U5=[+1,-
1,+1] U6=[+1,+1,-1] und U7=[+1,+1,+1].
Für die acht verschiedenen Übergänge {gS2n(sk)} mit n=0 bis
n=8 werden ebenfalls andere Bezeichnungen U0′ bis U7′ defi
niert. Die Übergänge U0′ bis U7′ sind wie die Übergänge U0
bis U7 definiert, z. B. U0′=[-1,-1,-1].
In Blöcken 150 bis 164 sind jeweils die Übergänge für den er
sten Teilnehmer Tln1 und den zweiten Teilnehmer Tln2 darge
stellt, die zur Berechnung der Metrikinkremente M(|U0) bis
M(|U7) für den Teilnehmer Tln1 festzulegen sind. Soll z. B.
für den Übergang U0 bzw. {gS1m(sk)} mit m=0 das Metrikinkre
ment M(|U0) berechnet werden, so wird der Übergang U0 für
den Teilnehmer Tln1 festgelegt und nacheinander mit den Über
gängen U0′ bis U7′ für den Teilnehmer Tln2 kombiniert, wie im
Block 150 dargestellt. Somit läuft die Laufvariable n der
Formel (1) bei festem m=0 im Block 150 von n=0 bis n=7. Für
jede Kombination, z. B. U0 und U0′, wird ein Beitrag zum Me
trikinkrement M(|U0) berechnet. Die Berechnung der Metrikin
kremente M(|U1) bis M(|U7) erfolgt analog für die Übergänge
U1 bis U7, wie in den Blöcken 152 bis 164 gezeigt, wobei
jedoch jeweils einer der Übergänge U1 bis U7 festgelegt wird.
Bei der Durchführung des individuellen Viterbi-Algorithmus
für den Teilnehmer Tln2 werden die Metrikinkremente M(|U0′)
bis M(|U7′) für einen der Übergänge U1′ bis U7′ berechnet,
indem der jeweilige Übergang U0′ bis U7′ unverändert bleibt
und sukzessive mit den Übergängen U0 bis U7 kombiniert wird.
Diese Kombinationen sind in Blöcken 170 bis 184 dargestellt.
In diesem Fall sind in Formel (1) die Buchstaben m und n zu
vertauschen.
Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild für die Berechnung einer
neuen Metrik 200 mit dem individuellen Viterbi-Algorithmus.
Wie auch beim bekannten Viterbi-Algorithmus erfolgt ein Ver
gleich zweier Metriken 202 und 204, von denen die kleinere
Metrik ausgewählt und zur weiteren Verarbeitung bereitgehal
ten wird. Das Auswählen und Vergleichen der Metriken 202 und
204 erfolgt in einem Auswahlblock 206.
Die Metrik 202 ist ein Maß für die Abweichung eines ersten
sogenannten Pfades im Trellis von der Empfangsfolge {Z}. Der
erste Pfad unterscheidet sich von anderen Pfaden dadurch, daß
an seinem Ende der Übergang U0 auftritt.
Die Metrik 204 ist ein Maß für die Abweichung eines zweiten
Pfades im Trellis von der Empfangsfolge {Z}. Dieser zweite
Pfad unterscheidet sich von anderen Pfaden dadurch, daß an
seinem Ende der Übergang U4 auftritt.
Der erste und der zweite Pfad vereinigen sich im Schritt sk,
so daß zur weiteren Durchführung des Viterbi-Algorithmus nur
der Pfad betrachtet wird, der die kleinste Metrik 202 bzw.
204 hat.
Die Metrik 202 wird in einem Summierer 208 aus der in einem
Schritt sk-1 berechneten Metrik 212 für den ersten Pfad und
dem Metrikinkrement M(|U0) durch Addition berechnet.
Die Metrik 204 wird in einem Summierer 210 durch Addition der
im Schritt sk-1 berechneten Metrik 214 für den zweiten Pfad
und dem Metrikinkrement M(|U4) für den Übergang U0 berech
net.
Das Metrikinkrement M(|U0) wird in einem Block 216 aus vier
Fehlerwerten e1 bis e4 berechnet. Die Fehlerwerte e1, e2, e3
bzw. e4 werden in Subtrahierern 218, 220, 222 bzw. 224 be
rechnet. Für die Fehlerwerte e1 bis e4 gilt dabei: e1=z1-y1,
e2=z2-Y2, e3=z3-y3, e4=z4-y4. Damit die Formel (1) für m=0 im
Block 210 vollständig berechnet wird, werden nacheinander für
n=0 bis n=7 die nachgebildeten Empfangswerte y1 bis y4 gemäß
Fig. 3 bestimmt und mit den tatsächlichen Empfangswerten z1
bis z4 in dem Summierern 218 bis 224 verknüpft (vgl. auch
Fig. 4, Block 150).
In einem Block 216′ erfolgt auf ähnliche Weise die Berechnung
des Metrikinkrements M(|U4) gemäß Formel (1) für m=4. In
vier Summierern 218′ bis 224′ werden vier Fehlerwerte e1′ bis
e4′ berechnet, wobei gilt: e1′=z1-y1′, e2′=z1-y2′, e3′=z3-y3′,
e4′=z4-y4′. Dabei sind y1′, y2′, y3′ und y4′ nachgebil
dete Empfangswerte. Die Empfangswerte y1′ bis y4′ können mit
der Schaltung gemäß Fig. 3 zeitlich nach der Berechnung der
Empfangswerte y1 bis y4 berechnet werden. Möglich ist aber
auch eine gleichzeitige Berechnung der nachgebildeten Emp
fangswerte y1 bis y4 und y1′ bis y4′ in zwei Schaltungen ge
mäß Fig. 3.
Die Berechnung des Metrikinkrements M(|U4) gemäß Formel (1)
erfordert, daß die nachgebildeten Empfangswerte y1′ bis y4′
achtmal für n=0 bis n=7 berechnet werden (vgl. Block 158,
Fig. 4).
Von den Metriken 202 und 204 wird die Metrik ausgesucht, die
den kleinsten Wert hat. Diese Metrik wird als neue Metrik 200
zur weiteren Verarbeitung gespeichert. Der zur neuen Metrik
gehörende Pfad wird ebenfalls in einem Pfadspeicher zur wei
teren Bearbeitung hinterlegt. Der zur größeren Metrik gehö
rende Pfad wird verworfen, da er zur weiteren Durchführung
des modifizierten Viterbi-Algorithmus nicht notwendig ist.
Fig. 6 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Schaltungsarchi
tektur für die Durchführung individueller Viterbi-Algorithmen
für den Fall, daß vier Teilnehmer Tln1 bis Tln4 gleichzeitig
Symbolfolgen {S1} bis {S4} senden können. In diesem Fall
treten in der Formel (1) zur Summe für den Laufvariable n
zwei weitere Summen für Laufvariablen o und p hinzu, so daß
ein Vektor n,o,p entsteht. Um den Aufwand zur Berechnung ei
nes Metrikinkrements zu verringern, wird eine Aufspaltung der
Schaltung gemäß Fig. 3 vorgenommen, die im folgenden näher
erläutert wird. Außerdem werden zur Verringerung des be
trächtlichen Rechenaufwands bei der Berechnung der Metrikin
kremente für den Code C1 bis C4 nur für den jeweilig betrach
teten Code C1, C2, C3 bzw. C4 alle berechneten Beiträge ver
wendet. Für die anderen Codes werden nur die Beiträge ver
wendet, die wahrscheinlich relevant sind.
In einer Recheneinheit 300 werden Beiträge yp1 für alle in
Frage kommenden Übergänge des Teilnehmers Tln1 berechnet,
indem die in der Fig. 3 angegebene Schaltung dahingehend ab
gewandelt wird, daß die Überlagerung in den Blöcken 120 bis
126 der Fig. 3 noch nicht durchgeführt wird. In jeden Block
führen demzufolge nur Beiträge von der geschätzten Symbol
folge {gS1m(sk)}. Analog dazu werden in Recheneinheiten 302
bis 306 Beiträge yp2, yp3 bzw. yp4 für die Teilnehmer Tln2,
Tln3 bzw. Tln4 berechnet.
In Metrikeinheiten 310 bis 316 werden die Metrikinkremente
für die individuellen Viterbi-Algorithmus für die Teilnehmer
Tln1 bis Tln4 berechnet. Die Recheneinheit 300 ist über eine
dick dargestellte Vollverbindung 320 mit der Metrikeinheit
310 verbunden, so daß sichtbar wird, daß alle berechneten
Beiträge der Recheneinheit 300 in der Metrikeinheit 310 ver
wendet werden. Ebenso ist die Recheneinheit 302, 304 bzw. 306
mit der Metrikeinheit 312, 314 bzw. 316 über Vollverbindungen
322, 324 bzw. 326 verbunden. Die Recheneinheit 300 ist außer
dem über dünner gezeichnete Teilverbindungen 330 mit den Me
trikeinheiten 312 bis 316 verbunden. Die Recheneinheiten 302
bis 306 sind über Teilverbindungen 332 bis 336 jeweils mit
den Metrikeinheiten 310, 312, 314 bzw. 316 verbunden, mit de
nen sie nicht über Vollverbindungen 322, 324 bzw. 326 verbun
den sind.
Beim Berechnen der Metrikinkremente in der Metrikeinheit 310
werden jeweils nur Beiträge aus den Recheneinheiten 302 bis
306 verwendet, die wahrscheinlich relevant sind. Die Relevanz
läßt sich z. B. aus Metrikinkrementen bestimmen, die für die
betreffenden Übergänge bereits in individuellen Viterbi-Algo
rithmen 340, 342, 344 bzw. 346 für den Teilnehmer Tln1, Tln2,
Tln3 bzw. Tln4 berechnet wurden. So könnten z. B. in den in
der Fig. 4 dargestellten Blöcken 150 bis 164 nur die Über
gange U0′ und U3′ für den Teilnehmer Tln2 relevant sein. In
diesem Fall wären pro Block 150 bis 164 nur jeweils zwei
Übergangskombinationen zu berechnen.
Auch die Metrikeinheiten 312 bis 316 berechnen die jeweiligen
Metrikinkremente nur unter Einbeziehung derjenigen Übergänge
für die anderen Teilnehmer Tln1, Tln2, Tln3 bzw. Tln4, deren
in den Recheneinheiten 300 bis 306 berechneten Beiträge yp1
bis yp4 relevant sind.
Anschließend wird jeweils ein weiterer Schritt sk in den in
dividuellen Viterbi-Algorithmen 340 bis 346 durchgeführt.
Fig. 7 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für die Durch
führung von individuellen Viterbi-Algorithmen. Nunmehr nehmen
acht Teilnehmer am CDMA-Verfahren teil, und pro Symbol werden
vierzehn Abtastwerte mit Schlüsseln C1 bis C8 verschlüsselt.
Aus dem Empfangssignal z(t) werden in einer Kanalschätzein
heit 400 acht Kanalschätzfolgen {H1} bis {H8} für acht Teil
nehmer Tln1 bis Tln8 erzeugt. Diese Kanalschätzfolgen {H1}
bis {H8} werden zum einen einer Filtereinheit 402 aus acht
sogenannten Matched-Filtern zugeführt. Außerdem werden die
Kanalschätzfolgen {H1} bis {H8} einer Viterbi-Einheit 404 zu
geführt.
Die Filtereinheit 402 enthält acht Filter Fi1 bis Fi8, denen
jeweils das Empfangssignal z(t) zugeführt wird. Der Filter
Fi1 hat eine Filterfunktion, die aus der Kanalschätzfolge
{H1} und aus dem Schlüssel C1 für den Teilnehmer Tln1 berech
net wurde. Am Ausgang des Filters Fi1 liegt ein Filtersignal
S1 an. Analog haben die Filter Fi2 bis Fi8 Filterfunktionen,
die aus den Kanalschätzfolgen {H2} bis {H8} und den Schlüsseln
C2 bis C8 berechnet wurden. Die Filter Fi2 bis Fi8 er
zeugen ausgangsseitig Filtersignale S2 bis S8. Ein Dezimierer
406 dezimiert die Filtersignale S1 bis S8 so, daß pro Symbol
genau acht Empfangswerte z1(sk) bis z8(sk) erzeugt werden.
Die Viterbi-Einheit 404 enthält eine ähnliche Schaltung wie
in der Fig. 3 bereits erläutert wurde. Jedoch gibt es nun
mehr acht Übergänge und acht Blöcke zur Berechnung der Sum
men. Die Koeffizienten bestimmen sich aus den Kanaleigen
schaften des jeweiligen Übertragungskanals Ü1 bis Ü8 ein
schließlich Modulationseinfluß und dem jeweiligen Schlüssel
C1 bis C8.
Die Berechnung von Werten y1 bis y8 erfolgt analog. Jedoch
werden die Symbole der Übergänge nicht mehr verschlüsselt.
Auch die Berechnung der Fehlerwerte e erfolgt wie in Fig. 3
erläutert, jedoch für jeweils acht Komponenten z und y.
In der Viterbi-Einheit 404 werden individuelle Viterbi-Algo
rithmen wie oben erläutert durchgeführt. Am Ausgang der Vi
terbi-Einheit 404 werden die geschätzten Symbolfolgen {S1+}
bis {S8+} ausgegeben.
Die Viterbi-Einheit 404 arbeitet prinzipiell im Symboltakt
ST. Demzufolge ergeben sich geringere Anforderungen bezüglich
der Rechengeschwindigkeit im Vergleich zur Schaltung gemäß
Fig. 3. Durch die parallele Verarbeitung der durch die
Filterbank erzeugten acht Werte z1(sk) bis z8(sk) kommt es zu
einem schaltungstechnischen bzw. softwaretechnischen Mehr
aufwand. Der Gesamtaufwand bei Einsatz der Filterbank liegt
aber unter dem Aufwand bei der Fehlerberechnung im Subsymbol
takt, da dort für das Beispiel der Fig. 7 vierzehn Abtast
werte bzw. Subsymbole (Chips) pro Symbol zu verarbeiten sind.
Claims (10)
1. Verfahren zum Ermitteln einer in einem Empfangssignal
(z(t)) gemäß einem Symboltakt (ST) enthaltenen Folge von
Symbolwerten ({S1}, {S2}),
wobei die Symbolwerte nach dem CDMA-Verfahren mit einem ersten Schlüssel (C1) für einen ersten Teilnehmer (Tln1) von mindestens zwei Teilnehmern (Tln1, Tln2) des CDMA-Verfahren verschlüsselt sind,
bei dem die folgenden Schritte ausgeführt werden:
wobei die Symbolwerte nach dem CDMA-Verfahren mit einem ersten Schlüssel (C1) für einen ersten Teilnehmer (Tln1) von mindestens zwei Teilnehmern (Tln1, Tln2) des CDMA-Verfahren verschlüsselt sind,
bei dem die folgenden Schritte ausgeführt werden:
- a) Aus dem Empfangssignal (z(t)) werden die Übertra gungskanäle (Ü1, Ü2) der beiden Teilnehmer (Tln1, Tln2) abgeschätzt, wobei für jeden abgeschätzten Übertragungskanal (Ü1, Ü2) eine Folge von Kanal schätzwerten ({H1}, {H2}) erzeugt wird,
- b) aus dem Empfangssignal (z(t)) wird für jedes gesen dete Symbol ein Empfangswertvektor () ermittelt, der mindestens zwei Komponenten enthält,
- c) aus dem Empfangswertvektor () und den Kanal schätzwertfolgen ({H1}, {H2}) wird unter Verwenden des Viterbi-Algorithmus unter Berücksichtigung von Metrikinkrementen (M(|U0) bis M(|U7)) für Zu stands-Übergänge (U0 bis U7) die Symbolwertfolge ({S1+}) ermittelt,
wobei zur Berechnung mindestens eines Metrikinkre
ments (M(|U0) bis M(|U7)) mindestens ein Fehler
wert (e) gebildet wird, der ein Maß für eine Abwei
chung des Empfangswertvektors () von einem
Soll-Empfangswertvektor (n) ist, der mit Hilfe der Ka
nalschätzwertfolgen ({H1}, {H2}) für die beiden Teil
nehmer (Tln1, Tln2) erzeugt wird,
und wobei beim Berechnen des Fehlerwerts (e) für den ersten Teilnehmer (Tln1) eine Folge derjenigen Sym bolwerte (U0 bis U7) verwendet wird, die den zum Me trikinkrement (M(|U0) bis M(|U7)) gehörenden Über gang (U0 bis U7) eindeutig definiert.
und wobei beim Berechnen des Fehlerwerts (e) für den ersten Teilnehmer (Tln1) eine Folge derjenigen Sym bolwerte (U0 bis U7) verwendet wird, die den zum Me trikinkrement (M(|U0) bis M(|U7)) gehörenden Über gang (U0 bis U7) eindeutig definiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß beim Berechnen des Fehlerwerts (e) ein Übergang (U0′
bis U7′) für den zweiten Teilnehmer (Tln2) verwendet
wird, der mit großer Wahrscheinlichkeit ein Abschnitt
einer zum Zeitpunkt des Übergangs durch den zweiten
Teilnehmer (Tln2) gesendeten Symbolwertfolge ({S2}) ist.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet,
daß beim Berechnen weiterer Fehlerwerte (e) für den
zweiten Teilnehmer (Tln2) jeweils voneinander
verschiedene Übergänge (U0′ bis U7′) verwendet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß als Maß für die Wahrscheinlichkeit Metriken
(M(|U0′) bis M(|U7′)) verwendet werden, die für den
zweiten Teilnehmer (Tln2) in einem zweiten Viterbi-Algo
rithmus berechnet werden,
und das für den zweiten Teilnehmer (Tln2) die Übergänge (U0′ bis U7′) ausgewählt werden, zu denen die m kleinsten Metriken (200) bezüglich des zweiten Viterbi-Algorithmus gehören,
wobei m eine positive ganze Zahl zwischen eins und einer Potenz der Anzahl der verschiedenen Symbolwerte und der Anzahl von Symbolen in einem Übergang ist.
und das für den zweiten Teilnehmer (Tln2) die Übergänge (U0′ bis U7′) ausgewählt werden, zu denen die m kleinsten Metriken (200) bezüglich des zweiten Viterbi-Algorithmus gehören,
wobei m eine positive ganze Zahl zwischen eins und einer Potenz der Anzahl der verschiedenen Symbolwerte und der Anzahl von Symbolen in einem Übergang ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet,
daß beim Berechnen des Fehlerwerts (e) Beiträge (yp1 bis
yp4) zum Fehlerwert (e) für den ersten Teilnehmer (Tln1)
und den zweiten Teilnehmer (Tln2) getrennt berechnet
werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet,
daß die nach dem CDMA-Verfahren verschlüsselten Symbole in Übereinstimmung mit einem Subsymboltakt (SST) verschlüsselt sind, der eine gegenüber dem Symboltakt (ST) höhere Frequenz hat,
das Empfangssignal (z(t)) mit der Frequenz des Subsymbol takts (SST) abgetastet wird, wobei der Empfangswertvektor () entsteht,
und/oder das die Kanalschätzwertfolgen ({H1}, {H2}) aus dem Empfangswertvektor () mit Hilfe von im Empfänger bekannten Informationen ermittelt werden.
daß die nach dem CDMA-Verfahren verschlüsselten Symbole in Übereinstimmung mit einem Subsymboltakt (SST) verschlüsselt sind, der eine gegenüber dem Symboltakt (ST) höhere Frequenz hat,
das Empfangssignal (z(t)) mit der Frequenz des Subsymbol takts (SST) abgetastet wird, wobei der Empfangswertvektor () entsteht,
und/oder das die Kanalschätzwertfolgen ({H1}, {H2}) aus dem Empfangswertvektor () mit Hilfe von im Empfänger bekannten Informationen ermittelt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet,
daß aus dem Empfangssignal (z(t)) die Übertragungskanäle (Ü1, Ü2) durch Kanalschätzfunktionen ({H1}, {H2}) abgeschätzt werden,
aus der Kanalschätzfunktion ({H1}) für den ersten Teil nehmer (Tln1) und dem ersten Schlüssel (C1) eine erste Filterfunktion (Fi1) bestimmt wird,
aus der Kanalschätzfunktion ({H2}) für den zweiten Teil nehmer (Tln2) und einem zweiten Schlüssel (C2) eine zwei te Filterfunktion (Fi2) bestimmt wird,
das Empfangssignal (z(t)) mit der ersten Filterfunktion (Fi1) und mit der zweiten Filterfunktion (Fi2) gefiltert wird, wobei ein erstes Filtersignal (S1) und ein zweites Filtersignal (S2) entsteht,
und daß die beiden Filtersignale (S1, S2) etwa im Symbol takt (ST) abgetastet werden, wobei die Komponenten (z1, z2) des Empfangswertvektors () entstehen.
daß aus dem Empfangssignal (z(t)) die Übertragungskanäle (Ü1, Ü2) durch Kanalschätzfunktionen ({H1}, {H2}) abgeschätzt werden,
aus der Kanalschätzfunktion ({H1}) für den ersten Teil nehmer (Tln1) und dem ersten Schlüssel (C1) eine erste Filterfunktion (Fi1) bestimmt wird,
aus der Kanalschätzfunktion ({H2}) für den zweiten Teil nehmer (Tln2) und einem zweiten Schlüssel (C2) eine zwei te Filterfunktion (Fi2) bestimmt wird,
das Empfangssignal (z(t)) mit der ersten Filterfunktion (Fi1) und mit der zweiten Filterfunktion (Fi2) gefiltert wird, wobei ein erstes Filtersignal (S1) und ein zweites Filtersignal (S2) entsteht,
und daß die beiden Filtersignale (S1, S2) etwa im Symbol takt (ST) abgetastet werden, wobei die Komponenten (z1, z2) des Empfangswertvektors () entstehen.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet ,
daß die Metrikinkremente (M(|U0) bis M(|U7)) nach
folgender Formel oder einer geeigneten Näherung für diese
Formel berechnet werden:
wobei M das jeweilige Metrikinkrement, den Empfangswertvektor,
um den jeweiligen Übergang (U0 bis U7), σ die
Rauschleistungsdichte, n eine Laufvariable, |-n| den
Fehlerwert (e), SZ die Anzahl verschiedener Symbole in
einer Symbolmenge aus der die Symbole für die Übergänge
entnommen werden und L die Länge der Übergänge (U0 bis
U7) bezeichnen.
9. Empfänger zum Ermitteln einer CDMA-codierten Symbolfolge
aus einem Empfangssignal (z(t)), insbesondere unter Ver
wenden des Verfahrens nach einem der vorhergehenden An
sprüche,
mit einer Kanalschätzeinheit (400) zum Abschätzen der Übertragungskanäle (Ü1, Ü2) von mindestens zwei Teilneh mern (Tln1, Tln2) des CDMA-Verfahrens,
einer Umwandlungseinheit (130; 402, 406) zum Erzeugen ei nes Empfangswertvektors () aus dem Empfangssignal (z (t)),
einer Recheneinheit (120 bis 126) zum Bestimmen eines je weiligen Fehlerwerts (e) aus dem Empfangswertvektor () und im Empfänger erzeugten Symbolfolgen (U0 bis U7, U0′ bis U7′)
und mit einer Einheit (340, 404) zum Durchführen eines Viterbi-Algorithmus für den ersten Teilnehmer (Tln1) un ter Verwendung der Abschätzung ({H1},{H2}) der Übertra gungskanäle (Ü1, Ü2) und der Fehlerwerte (e), wobei aus mindestens einem Fehlerwert (e) ein Metrikinkrement (M(|U0) bis M(|U7)) berechnet wird,
und wobei der zum Metrikinkrement (M(|U0) bis M(|U7)) gehörende Zustands-Übergang (U0 bis U7) durch den beim Berechnen des Fehlerwerts (e) verwendeten Übergang (U0 bis U7) für den ersten Teilnehmer (Tln1) eindeutig defi niert ist.
mit einer Kanalschätzeinheit (400) zum Abschätzen der Übertragungskanäle (Ü1, Ü2) von mindestens zwei Teilneh mern (Tln1, Tln2) des CDMA-Verfahrens,
einer Umwandlungseinheit (130; 402, 406) zum Erzeugen ei nes Empfangswertvektors () aus dem Empfangssignal (z (t)),
einer Recheneinheit (120 bis 126) zum Bestimmen eines je weiligen Fehlerwerts (e) aus dem Empfangswertvektor () und im Empfänger erzeugten Symbolfolgen (U0 bis U7, U0′ bis U7′)
und mit einer Einheit (340, 404) zum Durchführen eines Viterbi-Algorithmus für den ersten Teilnehmer (Tln1) un ter Verwendung der Abschätzung ({H1},{H2}) der Übertra gungskanäle (Ü1, Ü2) und der Fehlerwerte (e), wobei aus mindestens einem Fehlerwert (e) ein Metrikinkrement (M(|U0) bis M(|U7)) berechnet wird,
und wobei der zum Metrikinkrement (M(|U0) bis M(|U7)) gehörende Zustands-Übergang (U0 bis U7) durch den beim Berechnen des Fehlerwerts (e) verwendeten Übergang (U0 bis U7) für den ersten Teilnehmer (Tln1) eindeutig defi niert ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996138404 DE19638404C1 (de) | 1996-09-19 | 1996-09-19 | Verfahren und Empfänger zum Ermitteln von mit dem CDMA-Verfahren codierten Symbolwertfolgen mit Hilfe individueller Viterbi-Algorithmen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996138404 DE19638404C1 (de) | 1996-09-19 | 1996-09-19 | Verfahren und Empfänger zum Ermitteln von mit dem CDMA-Verfahren codierten Symbolwertfolgen mit Hilfe individueller Viterbi-Algorithmen |
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DE10050359A1 (de) * | 2000-10-11 | 2002-05-02 | Siemens Ag | Entscheidungsverfahren welches Unterereignis-Wahrscheinlichkeitsdaten mehrerer Unterereignisse verwendet |
CN112241333A (zh) * | 2019-07-19 | 2021-01-19 | 爱思开海力士有限公司 | 用于存储器***的编码器及其方法 |
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-
1996
- 1996-09-19 DE DE1996138404 patent/DE19638404C1/de not_active Expired - Fee Related
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