DE19849557A1

DE19849557A1 - Verfahren zur hardwarebasierten Durchführung des Fingertracking eines Rake-Empfängers in Telekommunikationssystemen mit drahtloser Telekommunikation zwischen mobilen und/oder stationären Sende-/Empfangsgeräten, insbesondere in Mobilfunksystemen der dritten Generation

Info

Publication number: DE19849557A1
Application number: DE1998149557
Authority: DE
Inventors: Andreas Falkenberg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-10-27
Filing date: 1998-10-27
Publication date: 2000-03-30

Abstract

Um das Fingertracking eines Rake-Empfängers in Telekommunikationssystemen mit drahtloser Telekommunikation zwischen mobilen und/oder stationären Sende-/Empfangsgeräten, insbesondere in Mobilfunksystemen der dritten Generation, so hardwarebasiert durchzuführen, daß eine Auswertung der von dem Rake-Empfänger empfangenen Energien und eine Steuerung der Positionierung von Fingern des Rake-Empfängers bezüglich des Hardwarebedarfs optimiert sind, werden folgende Schritte durchgeführt: DOLLAR A (a) Hauptfinger des Rake-Empfängers werden mittels durch eine Early-Tracking-Methode vorgegebene Early-Finger und mittels durch eine Late-Tracking-Methode vorgegebene Late-Finter gemäß der Veränderung eines Übertragungskanals nachgeführt, wobei ein Empfangssignal gegenüber dem jeweiligen Hauptfinger bei dem jeweiligen Early-Finger vorgezogen und bei dem jeweiligen Late-Finger verzögert wird, DOLLAR A (b) die von dem jeweiligen Early-Finger und dem jeweiligen Late-Finger eingesammelten Energien werden verglichen, DOLLAR A (c) die Position des jeweiligen Hauptfingers wird in Abhängigkeit von diesem Vergleich beibehalten oder in die Richtung des Early-Fingers oder des Late-Fingers verschoben, DOLLAR A (d) die Richtung, in welche die Position des jeweiligen Hauptfingers verschoben wird, wird in Abhängigkeit davon ermittelt, ob die Beziehung DOLLAR A x = (a - c) (a + c) + (b - d) (b + d), DOLLAR A wobei mit a·2· + b·2· im wesentlichen die von dem Early-Finger eingesammelte Energie angegeben ist und wobei mit c·2· + d·2· die von dem ...

Description

Telekommunikationssysteme mit drahtloser Telekommunikation zwischen mobilen und/oder stationären Sende-/Empfangsgeräten sind spezielle Nachrichtensysteme mit einer Nachrichtenüber tragungsstrecke zwischen einer Nachrichtenquelle und einer Nachrichtensenke, bei denen beispielsweise Basisstationen und Mobilteile zur Nachrichtenverarbeitung und -übertragung als Sende- und Empfangsgeräte verwendet werden und bei denen

1. die Nachrichtenverarbeitung und Nachrichtenübertragung in einer bevorzugten Übertragungsrichtung (Simplex-Betrieb) oder in beiden Übertragungsrichtungen (Duplex-Betrieb) erfolgen kann,
2. die Nachrichtenverarbeitung vorzugsweise digital ist,
3. die Nachrichtenübertragung über die Fernübertragungs strecke drahtlos auf der Basis von diversen Nachrichten übertragungsverfahren FDMA (Frequency Division Multiple Access), TDMA (Time Division Multiple Access) und/oder CDMA (Code Division Multiple Access) - z. B. nach Funk standards wie
DECT [Digital Enhanced (früher: European) Cordless Tele communication; vgl. Nachrichtentechnik Elektronik 42 (1992) Jan./Feb. Nr. 1, Berlin, DE; U. Pilger "Struktur des DECT-Standards", Seiten 23 bis 29 in Verbindung mit der ETSI-Publikation ETS 300175-1 . . . 9, Oktober 1992 und der DECT-Publikation des DECT-Forum, Februar 1997, Seiten 1 bis 16],
GSM [Groupe Spéciale Mobile oder Global System for Mobile Communication; vgl. Informatik Spektrum 14 (1991) Juni, Nr. 3, Berlin, DE; A. Mann: "Der GSM-Standard - Grundlage für digitale europäische Mobilfunknetze", Seiten 137 bis 152 in Verbindung mit der Publikation telekom praxis 4/1993, P. Smolka "GSM-Funkschnittstelle - Elemente und Funktionen", Seiten 17 bis 24],
UMTS [Universal Mobile Telecommunication System]; vgl. (1): Nachrichtentechnik Elektronik, Berlin 45, 1995, Heft 1, Seiten 10 bis 14 und Heft 2, Seiten 24 bis 27; P. Jung, B. Steiner: "Konzept eines CDMA-Mobilfunksystems mit ge meinsamer Detektion für die dritte Mobilfunkgeneration"; (2): Nachrichtentechnik Elektronik, Berlin 41, 1991, Heft 6, Seiten 223 bis 227 und Seite 234; P. W. Baier, P. Jung, A. Klein: "CDMA - ein günstiges Vielfachzugriffsverfahren für frequenzselektive und zeitvariante Mobilfunkkanäle"; (3): IEICE Transactions on Fundamentals of Electonics, Communications and Computer Sciences, Vol. E79-A, No. 12; December 1996, Seiten 1930 bis 1937; P. W. Baier, P. Jung: "CDMA Myths and Realities Revisited"; (4): IEEE Personal Communications, February 1995, Seiten 38 bis 47; A. Urie, M. Streeton, C. Mourot: "An Advanced TDMA Mobile Access Sy stem for VMTS"; (5): telekom praxis, 5/1995, Seiten 9 bis 14; P. W. Baier: "Spread-Spectrum-Technik und CDMA - eine ursprünglich militärische Technik erobert den zivilen Be reich "; (6): IEEE Personal Communications, February I 995, Seiten 48 bis 53; P. G. Andermo, L. M. Ewerbring: "An CDMA- Based Radio Access Design for UMTS"; (7): ITG Fachberich te 124 (1993), Berlin, Offenbach: VDE Verlag ISBN 3-8007- 1965-7, Seiten 67 bis 75; Dr. T. Zimmermann, Siemens AG: "Anwendung von CDMA in der Mobilkommunikation"; (8): telcom report 16, (1993), Heft 1, Seiten 38 bis 41; Dr. T. Ketseoglou, Siemens AG und Dr. T. Zimmermann, Siemens AG: "Effizienter Teilnehmerzugriff für die 3. Generation der Mobilkommunikation - Vielfachzugriffsverfahren CDMA macht Luftschnittstelle flexibler"; (9): Funkschau 6/98: R. Sietmann "Ringen um die UMTS-Schnittstelle", Seiten 76 bis 81] WACS oder PACS, IS-54, IS-95, PHS, PDC etc. (vgl. IEEE Communications Magazine, January 1995, Seiten 50 bis 57; D. D. Falconer et al. "Time Division Multiple Access Methods for Wireless Personal Communications"] erfolgt.

"Nachricht" ist ein übergeordneter Begriff, der sowohl für den Sinngehalt (Information) als auch für die physikalische Repräsentation (Signal) steht. Trotz des gleichen Sinngehal tes einer Nachricht - also gleicher Information - können un terschiedliche Signalformen auftreten. So kann z. B. eine ei nen Gegenstand betreffende Nachricht

1. in Form eines Bildes,
2. als gesprochenes Wort,
3. als geschriebenes Wort,
4. als verschlüsseltes Wort oder Bild übertragen werden.

Die Übertragungsart gemäß (1) . . . (3) ist dabei normalerweise durch kontinuierliche (analoge) Signale charakterisiert, wäh rend bei der Übertragungsart gemäß (4) gewöhnlich diskontinu ierliche Signale (z. B. Impulse, digitale Signale) entstehen.

Im UMTS-Szenario (3. Mobilfunkgeneration bzw. IMT-2000) gibt es z. B. gemäß der Druckschrift Funkschau 6/98: R. Sietmann "Ringen um die UMTS-Schnittstelle", Seiten 76 bis 81 zwei Teilszenarien. In einem ersten Teilszenario wird der lizen sierte koordinierte Mobilfunk auf einer WCDMA-Technologie (Wideband Code Division Multiple Access) basieren und, wie bei GSM, im FDD-Modus (Frequency Division Duplex) betrieben, während in einem zweiten Teilszenario der unlizensierte unko ordinierte Mobilfunk auf einer TD-CDMA-Technologie (Time Di vision-Code Division Multiple Access) basieren und, wie bei DECT, im TDD-Modus (Frequency Division Duplex) betrieben wird.

Für den WCDMA/FDD-Betrieb des Universal-Mobil-Telekommunika tion-Systems enthält die Luftschnittstelle des Telekommunika tionsystems in Auf- und Abwärtsrichtung der Telekommunikation gemäß der Druckschrift ETSI STC SMG2 UMTS-L1, Tdoc SMG2 VMTS- L1 163/98: "UTRA Physical Layer Description FDD Parts" Vers. 0.3, 1998-05-29 jeweils mehrere physikalische Kanäle, von de nen ein erster physikalischer Kanal, der sogenannte Dedicated Physical Control CHannel DPCCH, und ein zweiter physikali scher Kanal, der sogenannte Dedicated Physical Data CHannel DPDCH, in bezug auf deren Zeitrahmenstrukturen (frame structure) in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind.

Im Downlink (Funkverbindung von der Basisstation zur Mobil station) des WCDMA/FDD Systems von ETSI bzw. ARIB wird der Dedicated Physical Control Channel (DPCCH) und der Dedicated Physical Data Channel (DPDCH) zeitlich gemultiplext, während im Uplink ein I/Q-Multiplex stattfindet, bei dem der DPDCH im I-Kanal und der DPCCH im Q-Kanal übertragen werden.

Der DPCCH enthält N_pilot Pilot-Bits zur Kanalschätzung, N_TPC Bits für eine schnelle Leistungsregelung und N_TFI Format-Bits, die die Bitrate, Art des Services, Art der Fehlerschutzcodie rung, etc. anzeigen (TFI = Traffic Format Indicator).

Fig. 3 zeigt auf der Basis eines GSM-Funkszenarios mit z. B. zwei Funkzellen und darin angeordneten Basisstationen (Base Transceiver Station), wobei eine erste Basisstation BTS1 (Sender/Empfänger) eine erste Funkzelle FZ1 und eine zweite Basisstation BTS2 (Sende-/Empfangsgerät) eine zweite Funkzel le FZ2 omnidirektional "ausleuchtet", ein FDMA/TDMA/CDMA- Funkszenario, bei dem die Basisstationen BTS1, BTS2 über eine für das FDMA/TDMA/CDMA-Funkszenario ausgelegte Luft schnittstelle mit mehreren in den Funkzellen FZ1, FZ2 befind lichen Mobilstationen MS1 . . . MS5 (Sende-/Empfangsgerät) durch drahtlose uni- oder bidirektionale - Aufwärtsrichtung UL (Up Link) und/oder Abwärtsrichtung DL (Down Link) - Telekommuni kation auf entsprechende 'Ubertragungkanäle TRC (Transmission Channel) verbunden bzw. verbindbar sind. Die Basisstationen BTS1, BTS2 sind in bekannter Weise (vgl. GSM-Telekommunika tionssystem) mit einer Basisstationssteuerung BSC (BaseStation Controller) verbunden, die im Rahmen der Steue rung der Basisstationen die Frequenzverwaltung und Vermitt lungsfunktionen übernimmt. Die Basisstationssteuerung BSC ist ihrerseits über eine Mobil-Vermittlungsstelle MSC (Mobile Switching Center) mit dem übergeordneten Telekommunikations netz, z. B. dem PSTN (Public Switched Telecommunication Net work), verbunden. Die Mobil-Vermittlungsstelle MSC ist die Verwaltungszentrale für das dargestellte Telekommunikations system. Sie übernimmt die komplette Anrufverwaltung und mit angegliederten Registern (nicht dargestellt) die Authentisie rung der Telekommunikationsteilnehmer sowie die Ortsüberwa chung im Netzwerk.

Fig. 4 zeigt den prinzipiellen Aufbau der als Sende-/Emp fangsgerät ausgebildeten Basisstation BTS1, BTS2, während Fig. 5 den prinzipiellen Aufbau der ebenfalls als Sende-/Empfangs gerät ausgebildeten Mobilstation MT1 . . . MT5 zeigt. Die Basisstation BTS1, BTS2 übernimmt das Senden und Empfan gen von Funknachrichten von und zur Mobilstation MTS1 . . . MTS5, während die Mobilstation MT1 . . . MT5 das Senden und Empfangen von Funknachrichten von und zur Basisstation BTS1, BTS2 über nimmt. Hierzu weist die Basisstation eine Sendeantenne SAN und eine Empfangsantenne EAN auf, während die Mobilstation MT1 . . . MT5 eine durch eine Antennenumschaltung AU steuerbare für das Senden und Empfangen gemeinsame Antenne ANT aufweist. In der Aufwärtsrichtung (Empfangspfad) empfängt die Basissta tion BTS1, BTS2 über die Empfangsantenne EAN beispielsweise mindestens eine Funknachricht FN mit einer FDMA/TDMA/CDMA- Komponente von mindestens einer der Mobilstationen MT1 . . . MT5, während die Mobilstation MT1 . . . MT5 in der Abwärtsrichtung (Empfangspfad) über die gemeinsame Antenne ANT beispielsweise mindestens eine Funknachricht FN mit einer FDMA/TDMA/CDMA- Komponente von mindestens einer Basisstation BTS1, BTS2 emp fängt. Die Funknachricht FN besteht dabei aus einem breitban dig gespreizten Trägersignal mit einer aufmodulierten aus Da tensymbolen zusammengesetzten Information.

In einer Funkempfangseinrichtung FEE (Empfänger) wird das empfangene Trägersignal gefiltert und auf eine Zwischenfre quenz heruntergemischt, die ihrerseits im weiteren abgetastet und quantisiert wird. Nach einer Analog/Digital-Wandlung wird das Signal, das auf dem Funkweg durch Mehrwegeausbreitung verzerrt worden ist, einem Equalizer EQL zugeführt, der die Verzerrungen zu einem großen Teil ausgleicht (Stw.: Synchro nisation).

Anschließend wird in einem Kanalschätzer KS versucht die Übertragungseigenschaften des Übertragungskanals TRC auf dem die Funknachricht FN übertragen worden ist, zu schätzen. Die Übertragungseigenschaften des Kanals sind dabei im Zeitbe reich durch die Kanalimpulsantwort angegeben. Damit die ka nalimpulsantwort geschätzt werden kann, wird der Funknach richt FN sendeseitig (im vorliegenden Fall von der Mobilsta tion MT1 . . . MT5 bzw. der Basisstation BTS1, BTS2) eine spezi elle, als Trainingsinformationssequenz ausgebildete Zusatzin formation in Form einer sogenannten Mitambel zugewiesen bzw. zugeordnet.

In einem daran anschließenden für alle empfangenen Signale gemeinsamen Datendetektor DD werden die in dem gemeinsamen Signal enthaltenen einzelenen mobilstationsspezifischen Signalanteile in bekannter Weise entzerrt und separiert. Nach der Entzerrung und Separierung werden in einem Symbol-zu- Daten-Wandler SDW die bisher vorliegenden Datensymbole in bi näre Daten umgewandelt. Danach wird in einem Demodulator DMOD aus der Zwischenfrequenz der ursprüngliche Bitstrom gewonnen, bevor in einem Demultiplexer DMUX die einzelnen Zeitschlitze den richtigen logischen Kanälen und damit auch den unter schiedlichen Mobilstationen zugeordnet werden.

In einem Kanal-Codec KC wird die erhaltene Bitsequenz kanal weise decodiert. Je nach Kanal werden die Bitinformationen dem Kontroll- und Signalisierungszeitschlitz oder einem Sprachzeitschlitz zugewiesen und - im Fall der Basisstation (Fig. 4) - die Kontroll- und Signalisierungsdaten und die Sprachdaten zur Übertragung an die Basisstationssteuerung BSC gemeinsam einer für die Signalisierung und Sprachcodierung/-de codierung (Sprach-Codec) zuständigen Schnittstelle SS über geben, während - im Fall der Mobilstation (Fig. 5) - die Kontroll- und Signalisierungsdaten einer für die komplette Signalisierung und Steuerung der Mobilstation zuständigen Steuer- und Signalisiereinheit STSE und die Sprachdaten einem für die Spracheingabe und -ausgabe ausgelegten Sprach-Codec SPC übergeben werden.

In dem Sprach-Codec der Schnittstelle SS in der Basisstation BTS1, BTS2 werden die Sprachdaten in einem vorgegebenen Da tenstrom (z. B. 64 kbit/s-Strom in Netzrichtung bzw. 13 kbit/s- Strom aus Netzrichtung).

In einer Steuereinheit STE wird die komplette Steuerung der Basisstation BTS1, BTS2 durchgeführt.

In der Abwärtsrichtung (Sendepfad) sendet die Basisstation BTS1, BTS2 über die Sendeantenne SAN beispielsweise minde stens eine Funknachricht FN mit einer FDMA/TDMA/CDMA-Kompo nente an mindestens eine der Mobilstationen MT1 . . . MT5, wäh rend die Mobilstation MT1 . . . MT5 in der Aufwärtsrichtung (Sendepfad) über die gemeinsame Antenne ANT beispielsweise mindestens eine Funknachricht FN mit einer FDMA/TDMA/CDMA- Komponente an mindestens einer Basisstation BTS1, BTS2 sen det.

Der Sendepfad beginnt bei der Basisstation BTS1, BTS2 in Fig. 4 damit, daß in dem Kanal-Codec KC von der Basisstati onssteuerung BSC über die Schnittstelle SS erhaltene Kon troll- und Signalisierungsdaten sowie Sprachdaten einem Kon troll- und Signalisierungszeitschlitz oder einem Sprachzeit schlitz zugewiesen werden und diese kanalweise in eine Bitse quenz codiert werden.

Der Sendepfad beginnt bei der Mobilstation MT1 . . . MT5 in Fig. 5 damit, daß in dem Kanal-Codec KC von dem Sprach-Codec SPC erhaltene Sprachdaten und von der Steuer- und Signalsierein heit STSE erhaltene Kontroll- und Signalisierungsdaten einem Kontroll- und Signalisierungszeitschlitz oder einem Sprach zeitschlitz zugewiesen werden und diese kanalweise in eine Bitsequenz codiert werden.

Die in der Basisstation BTS1, BTS2 und in der Mobilstation MT1 . . . MT5 gewonnene Bitsequenz wird jeweils in einem Daten zu-Symbol-Wandler DSW in Datensymbole umgewandelt. Im An schluß daran werden jeweils die Datensymbole in einer Sprei zeinrichtung SPE mit einem jeweils teilnehmerindividuellen Code gespreizt. In dem Burstgenerator BG, bestehend aus einem Burstzusammensetzer BZS und einem Multiplexer MUX, wird da nach in dem Burstzusammensetzer BZS jeweils den gespreizten Datensymbolen eine Trainingsinformationssequenz in Form einer Mitambel zur Kanalschätzung hinzugefügt und im Multiplexer MUX die auf diese Weise erhaltene Burstinformation auf den jeweils richtigen Zeitschlitz gesetzt. Abschließend wird der erhaltene Burst jeweils in einem Modulator MOD hochfrequent moduliert sowie digitalanalog umgewandelt, bevor das auf diese Weise erhaltene Signal als Funknachricht FN über eine Funksendeeinrichtung FSE (Sender) an der Sendeantenne SAN bzw. der gemeinsamen Antenne ANT abgestrahlt wird.

Die Finger eines RAKE Empfängers können mit Hilfe eines Ear ly- und Late-Tracking Verfahrens (vgl. J. G. Proakis: "Digital Communications"; McGraw-Hill, Inc. 3^rd Edition, 1995; Kap. 6.3) ohne eine erneute, Zeit- und Ressourcenintensive Kanal schätzung durchführen zu müssen, gemäß der Veränderung des Übertragungskanals nachgeführt werden. Dazu werden jedem RAKE-Finger jeweils zwei zusätzliche Finger hinzugefügt. Die beiden Finger detektieren das Empfangssignal r(t) mit dem gleichen Spreizcode s(t) wie der Hauptfinger, der einzige Un terschied zum Hauptfinger ist, daß das Empfangssignal beim Early-Finger um eine Position vorgezogen und beim Late-Finger um eine Sampleposition (delay) verzögert wird. Dieses Verfah ren ist im besonderen bei Oversampling zu verwenden. Die vom Early- und Late- Finger eingesammelten Energien werden ver glichen. Die Fingerposition des Hauptfingers wird nach diesem Vergleich in die Richtung des stärkeren Fingers verschoben. Dies wird erst dann durchgeführt, wenn ein bestimmter Schwellwert TH beim Energieunterschied überschritten ist. Der RAKE-Empfänger ist in der angegebenen Literatur (vgl. J. G. Proakis: "Digital Communications"; McGraw-Hill, Inc. 3^rd Edition, 1995; Kap. 14.5) genauer beschrieben.

Fig. 6 zeigt das Prinzip für einen RAKE-Finger mit den dazu gehörigen Early- und Late-Fingern.

Aus der Fig. 6 wird ersichtlich, daß der Early-Finger den Entspreizvorgang für das Empfangssignal um eine Verzögerungs einheit früher durchführt als der eigentliche Hauptfinger. Der Late-Finger führt den Entspreizvorgang genau eine Verzö gerungseinheit später als der Hauptfinger durch.

In Fig. 7 ist der Aufbau eines Fingers dargestellt. Er be steht im wesentlichen aus zwei Multiplizierern und einer Ak kumulationseinheit. Jeder abgetastete Empfangswert r(t) wird mit dem Spreizcode s(t) multipliziert und gemäß einer Kanal schätzung mit dem Gewicht g gewichtet, welches für jeden Fin ger eines RAKE unterschiedlich ist.

Nun werden die so berechneten Werte gemäß dem Spreizfaktor aufaddiert. Das Ergebnis jedes Fingers ist ein komplexes Si gnal, welches ein entspreiztes Symbol darstellt. Bei den Ear ly- und Late-Fingern kann die Multiplikation mit dem Gewicht entfallen, d. h. das Gewicht ist 1. Alle in den Fig. 6 und 7 dargestellten Signale sind komplex und bestehen somit aus einem Real- und einem Imaginärteil.

Die Auswertung der Ergebnisse, die der Early- und der Late- Finger liefern, geschieht durch die Bildung des Betrages und einen darauffolgenden Vergleich der Beträge. Falls die Beträ ge signifikant unterschiedlich sind, daß heißt eine Mindest differenz haben, welche durch einen Wert TH festgelegt ist, wird die Position der Finger so verändert, daß sich der Hauptfinger nach der Veränderung auf der Position mit der größeren Energie befindet.

In Fig. 8 wird dies verdeutlicht. Die Energie, die der Ear ly-Finger berechnet, hier mit e bezeichnet, wird der Energie l, die durch den Late-Finger berechnet wird, gegenüber ge stellt. Dies geschieht einfach anhand einer Auswertung der Energiedifferenz der beiden Finger. Im ersten Fall werden die Finger nicht verschoben, da die Differenz zwischen Early- und Late-Energie nicht besonders groß ist, also im wesentlichen kleiner als der zu definierende Schwellwert TH. Im zweiten Fall ist die Differenz zwischen Early- und Late-Finger grö ßer als TH und die Energie des Late-Fingers ist größer als die Energie des Early-Fingers. Daraus folgt, daß der Haupt finger um eine Verzögerungsstufe nach hinten verschoben wird. Im dritten Fall ist die Differenz zwischen Early- und Late- Finger ebenfalls größer als TH und diesmal ist die Energie des Early-Fingers größer als die Energie des Late-Fingers. Daraus folgt, daß der Hauptfinger um eine Verzögerungsstufe nach vorne verschoben wird.

Die Berechnung der Energien und die Entscheidungsfindung für das Tracking ist im folgenden dargestellt. Mit a + ib sei das Ergebnis des Early-Fingers und c + id sei das Ergebnis des La te-Fingers dargestellt. Diese Ergebnisse sind jeweils in den Ergebnisregistern abgelegt.

Es werden die folgenden Berechnungen zur Entscheidung der Trackingrichtung durchgeführt:

1. Berechnung der Energie des Early-Fingers e = sqrt(a² + b²)
2. Berechnung der Energie des Late-Fingers l = sqrt(c² + d²)
3. Berechnung von x = e - l
4. Auswertung:
Falls x < - TH dann Finger eine Stelle später positio nieren.
Falls x < TH dann Finger eine Stelle früher positio nieren.

Die standardmäßige Vereinfachung dieses Algorithmus wird durch Weglassen der Wurzelberechnung (sqrt) erreicht. Da die Wurzelfunktion (hier mit sqrt bezeichnet) streng monoton ist kann dies ohne Einschränkung der Allgemeinheit vorgenommen werden. Das heißt, daß die Schritte 1 und 2 durch die folgen den Schritte ersetzt werden:

1. Berechnung der Energie des Early-Fingers e = a² + b²
2. Berechnung der Energie des Late-Fingers l. = c² + d²

Fig. 9 zeigt den Aufbau einer Hardware, welche die Early- Late Steuerung vornehmen kann.

Die Multiplizierer berechnen die Quadrate der Eingänge a, b, c und d. Daraus werden die Summen a² + b² und c² + d² berech net. Somit werden hier vier Multiplizierer und zwei Addierer benötigt. Die Differenz der beiden Summen wird daraufhin mit dem Schwellwert verglichen. Falls die Differenz unter dem ne gativen Schwellwert liegt, führt dies zu einer Umpositionie rung der Finger auf die nächste spätere Position. Falls die Differenz über dem positiven Schwellwert liegt, führt dies zu einer Umpositionierung der Finger auf die nächste frühere Po sition. Die Forderung einer Umpositionierung kann anhand der Ausgänge abgelesen werden. Es gibt dabei die drei dargestell ten Möglichkeiten, Umpositionieren zu einer früheren Position, Umpositionieren zu einer späteren Position und Finger auf der Position belassen. Bei einer binären Codierung der Aus gangssignale können nur diese drei Ausgangswerte vorkommen, da eine gleichzeitige Umpositionierung zu einer früheren und zu einer späteren Position nicht möglich ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur hardwarebasierten Durchführung des Fingertrack ing eines Rake-Empfängers in Telekommunikationssystemen mit drahtloser Telekommunikation zwischen mobilen und/oder sta tionären Sende-/Empfangsgeräten, insbesondere in Mobilfunksy stemen der dritten Generation, anzugeben, bei dem die Auswer tung der von dem Rake-Empfänger empfangenen Energien und die Steuerung der Positionierung von Fingern des Rake-Empfängers bezüglich des Hardwarebedarfs optimiert sind.

Diese Aufgabe wird gemäß dem Patentanspruch dadurch gelöst, daß:

a) Hauptfinger des Rake-Empfängers mittels durch eine Early- Tracking-Methode vorgegebene Early-Finger und mittels durch eine Late-Tracking-Methode vorgegebene Late-Finger gemäß der Veränderung eines Übertragungskanals nachgeführt werden, wo bei ein Empfangssignal gegenüber dem jeweiligen Hauptfinger bei dem jeweiligen Early-Finger vorgezogen und bei dem jewei ligen Late-Finger verzögert wird,
b) die von dem jeweiligen Early-Finger und dem jeweiligen Late-Finger eingesammelten Energien verglichen werden,
c) die Position des jeweiligen Hauptfingers in Abhängigkeit von diesem Vergleich beibehalten wird oder in die Richtung des Early-Fingers oder des Late-Fingers verschoben wird,
d) die Richtung, in welche die Position des jeweiligen Hauptfingers verschoben wird, in Abhängigkeit davon ermittelt wird, ob die Beziehung
x = (a - c) (a + c) + (b - d) (b + d),
wobei mit a²+ b² im wesentlichen die von dem Early-Finger ein gesammelte Energie angegeben ist und wobei mit c²+ d² die von dem Late-Finger eingesammelte Energie angegeben ist, kleiner oder größer als vorgegebene Schwellenwerte ist.

Die der Erfindung dabei zugrundeliegende Idee besteht aus folgendem:
Die im folgenden dargestellte Schaltung welche die Auswertung der Energien und die Steuerung der Positionierung der Finger berechnet, ist bzgl. des Hardwarebedarfs optimiert. Im Rahmen der Optimierung reicht es die vorstehend unter 1, 2 und 3 dargestellten Schritte zu einem zusammenzufassen, der die folgende Berechnung durchführt:

1. x = (a - c) (a + c) + (b - d) (b + d)
2. Auswertung:
Falls x < -TH dann Finger eine Stelle später positio nieren.
Falls x < TH dann Finger eine Stelle früher positio nieren

Die Korrektheit der Lösung läßt sich wie folgt beweisen:
Aus x = e - l folgt:

x = (a² + b²) - (c² + d²) = a² + b² - c² - d² = (a² - c²) + (b² - d²)

daraus folgt weiter nach den Binomischen Formeln:

x = (a - c) (a + c) + (b - d) (b + d) q. e. d.

Fig. 10 macht den Aufbau der resultierenden Schaltung zur Entscheidung über eine Umpositionierung deutlich. Die Anzahl der Bauteile ist gleich geblieben, und auch die äußere Struk tur der Schaltung, jedoch konnten zwei Multiplizierer ersetzt werden durch einen Addierer und einen Subtrahierer.

Vergleich des Hardwarebedarfs (vgl. Tabelle 1)

Der Hardwarebedarf der beiden Schaltungen soll an dieser Stelle verglichen werden. Einerseits ist die Gesamtanzahl der benötigten Funktionseinheiten gleich geblieben. Unter dem Aspekt, das die einzelnen Funktionseinheiten intern einen un terschiedlichen Hardwarebedarf aufweisen ist aber die hier vorgestellte Lösung günstiger gegenüber der herkömmlichen Lö sung.

Tabelle 1

Hardwarebedarf

Die Tabelle 1 zeigt die Anzahl der benötigten Bauteile für die beiden dargestellten Lösungen. Die Optimierung besteht nun darin, daß Multiplizierer wesentlich mehr Hardwareres sourcen benötigen, als Addierer. Im besonderen dann, wenn in etwa die Geschwindigkeit eines Addierers durch einen Multi plizierer erreicht werden soll. Hieraus folgt, daß die Lösung mit nur zwei Multiplizierern einen geringeren absoluten Hard warebedarf und demzufolge einen geringeren Energiebedarf auf weist.

Der Aufwand zur Implementierung von Multiplizierern als digi tale Hardware ist im Gegensatz zu Subtrahierern und Addierern enorm. Gerade wenn die Geschwindigkeit einer Schaltung eine wichtige Rolle für die Anwendung spielt, wie es für die in Realzeit laufenden Mobilfunksysteme der Fall ist, wird für die schnelle Multiplikation ein hoher Aufwand an Hardware in Kauf genommen. Die vorgestellte Hardwarelösung reduziert den Hardwareaufwand enorm indem zwei Multiplizierer wegoptimiert werden konnten. Dafür ist ein zusätzlicher Addierer und ein zusätzlicher Subtrahierer nötig. Die Optimierung spiegelt sich in einer Reduzierung des Flächenbedarfs, bei der Umset zung der Hardware auf einem Chip wieder. Des weiteren steht die Anzahl der benötigten Gatter in direktem Zusammenhang mit dem Leistungsbedarf einer Schaltung. Der Leistungsbedarf wird durch diese Optimierung ebenfalls reduziert, was für moderne Mobilfunkgeräte, die Batteriebetrieben sind, ein sehr wichti ges Kriterium ist. Insgesamt wird also eine Reduzierung des Flächenbedarfs und des Leistungsbedarfs der Schaltung be wirkt.

Claims

Verfahren zur hardwarebasierten Durchführung des Fingertrack ing eines Rake-Empfängers in Telekommunikationssystemen mit drahtloser Telekommunikation zwischen mobilen und/oder sta tionären Sende-/Empfangsgeräten, insbesondere in Mobilfunksy stemen der dritten Generation, mit folgenden Merkmalen:
- a) Hauptfinger des Rake-Empfängers werden mittels durch eine Early-Tracking-Methode vorgegebene Early-Finger und mittels durch eine Late-Tracking-Methode vorgegebene Late-Finger ge mäß der Veränderung eines Übertragungskanals nachgeführt, wo bei ein Empfangssignal gegenüber dem jeweiligen Hauptfinger bei dem jeweiligen Early-Finger vorgezogen und bei dem jewei ligen Late-Finger verzögert wird,
- b) die von dem jeweiligen Early-Finger und dem jeweiligen Late-Finger eingesammelten Energien werden verglichen,
- c) die Position des jeweiligen Hauptfingers wird in Abhän gigkeit von diesem Vergleich beibehalten oder in die Richtung des Early-Fingers oder des Late-Fingers verschoben,
- d) die Richtung, in welche die Position des jeweiligen Hauptfingers verschoben wird, wird in Abhängigkeit davon er mittelt, ob die Beziehung
  x = (a - c) (a + c) + (b - d) (b + d),
wobei mit a² + b² im wesentlichen die von dem Early-Finger ein gesammelte Energie angegeben ist und wobei mit c² + d² die von dem Late-Finger eingesammelte Energie angegeben ist, kleiner oder größer als vorgegebene Schwellenwerte ist.