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Hintergrund der Erfindung
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Fachgebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein digitale Mehrfachzugriff-Kommunikationssysteme.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein paralleles Störungsunterdrückungsempfängersystem
und ein Verfahren für den
gleichzeitigen Empfang von Daten von mehreren Benutzern.
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Beschreibung der verwandten
Technik
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Ein
Vielfachzugriff-Kommunikationssystem ermöglicht mehreren Benutzern auf
das gleiche Kommunikationsmedium zuzugreifen, um Informationen zu
senden oder zu empfangen. Das Medium kann zum Beispiel ein Netzwerkkabel
in einem lokalen Netzwerk oder LAN, einen Kupferdraht im klassischen
Telefonsystem oder eine Luftschnittstelle für die drahtlose Kommunikation
aufweisen.
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Ein
Vielfachzugriff-Kommunikationssystem ist in 1 gezeigt.
Auf das Kommunikationsmedium wird als ein Kommunikationskanal Bezug
genommen. Kommunikationsverfahren, wie etwa Frequenzmultiplex-Vielfachzugiff
oder FDMA, Zeitmultiplex-Vielfachzugriff oder TDMA, Vielfachzugriff
mit Leitungsüberwachung
oder CSMA und andere ermöglichen
den Zugriff auf das gleiche Kommunikationsmedium für mehr als
einen Benutzer. Diese Verfahren können miteinander gemischt werden,
wobei hybride Arten von Zugriffsschemata erzeugt werden. Zum Beispiel
ist eine Zeitmultiplexduplex- oder TDD-Betriebsart des vorgeschlagenen W-CDMA-Standards
der dritten Generation eine Kombination aus TDMA und CDMA.
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Ein
Beispiel für
ein CDMA-Kommunikationssystem nach bisherigem Stand der Technik
ist in 2 gezeigt. CDMA ist ein Kommunikationsverfahren,
in dem Daten mit einem Breit band (Spreizspektrum) gesendet werden,
indem die zu sendenden Daten mit einem Pseudo-Rauschsignal moduliert
werden. Das zu sendende Signal kann eine Bandbreite von lediglich
einigen tausend Hertz haben, die über ein Frequenzband verteilt sind,
das mehrere Millionen Hertz hat. Der Kommunikationskanal wird gleichzeitig
von K unabhängigen
Unterkanälen
verwendet. Für
jeden Unterkanal erscheinen alle anderen Unterkanäle als Störung.
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Wie
gezeigt, wird ein einzelner Unterkanal einer gegebenen Bandbreite
mit einem eindeutigen Spreizcode gemischt, welcher ein vorbestimmtes
Muster wiederholt, das von einem breitbandigen Pseudo-Rauschfolgengenerator
(pn-Folgengenerator) erzeugt wird. Diese eindeutigen Benutzerspreizcodes
sind typischerweise pseudo-orthogonal aufeinander, so daß eine Kreuzkorrelation
zwischen den Spreizcodes nahezu null ist. Ein Datensignal wird mit
der pn-Folge moduliert, was ein digitales Spreizspektrumsignal erzeugt.
Dann wird ein Trägersignal
mit dem digitalen Spreizspektrumsignal moduliert und abhängig von
dem Übertragungsmedium
gesendet. Ein Empfänger
demoduliert die Sendung, wobei er das digitale Spreizspektrumsignal
extrahiert. Die gesendeten Daten werden nach der Korrelation mit
der passenden pn-Folge wiederhergestellt. Wenn die Spreizcodes aufeinander
orthogonal sind, kann das Empfangssignal mit einem zu dem bestimmten
Spreizcode gehörenden
bestimmten Benutzersignal korreliert werden, so daß nur das
zu dem bestimmten Spreizcode gehörende
gewünschte
Benutzersignal verstärkt
wird, während
die anderen Signale für
alle anderen Benutzer nicht verstärkt werden.
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Jeder
Wert des Spreizcodes ist als ein Chip bekannt und hat eine Chiprate,
die gleich oder schneller als die Datenrate ist. Das Verhältnis zwischen
der Chiprate und der Datenrate des Unterkanals ist der Spreizfaktor.
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Um
den möglichen
Wertebereich des Datensignals zu erweitern, wird ein Symbol verwendet,
um mehr als zwei binäre
Werte darzustellen. Ternäre
oder quaternäre
Symbole nehmen jeweils drei oder vier Werte an. Das Konzept eines
Symbols ermöglicht
einen höheren
Informationsgrad, da der Bitinhalt jedes Symbols eine eindeutige
Impulsform vorschreibt. Abhängig
von der Anzahl verwendeter Symbole gibt es eine entsprechende Anzahl
eindeutiger Impuls- oder Wellenformen. Die Information an der Quelle
wird in Symbole umgewandelt, die moduliert und über den Unterkanal für die Demodulation
am Ziel gesendet werden.
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Die
Spreizcodes in einem CDMA-System werden ausgewählt, um die Störung zwischen
einem gewünschten
Unterkanal und allen anderen Unterkanälen zu minimieren. Daher war
der Standardansatz für
das Demodulieren des gewünschten
Unterkanals, alle anderen Unterkanäle als Störung, ähnlich der Störung, die sich
selbst in dem Kommunikationsmedium äußert, zu behandeln. Für dieses
Verfahren konzipierte Empfänger sind
Einbenutzer-, abgestimmte Filter und RAKE-Empfänger.
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Da
verschiedene Unterkanäle
sich gegenseitig etwas stören,
ist ein anderer Ansatz, an einem Empfänger alle Unterkanäle zu demodulieren.
Der Empfänger
kann auf alle gleichzeitig sendenden Benutzer horchen, indem er
für jeden
von ihnen einen Decodieralgorithmus parallel laufen lässt. Diese
Ideologie ist als Mehrbenutzererkennung bekannt. Mehrbenutzererkennung
kann eine erhebliche Leistungsverbesserung gegenüber Einbenutzerempfängern bereitstellen.
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Bezug
nehmend auf 3 ist ein Systemblockschaltbild
eines CDMA-Empfängers
des bisherigen Stands der Technik unter Verwendung einer Mehrbenutzererkennungsvorrichtung
gezeigt. Wie ein Fachmann auf diesem Gebiet erkennt, kann der Empfänger derartige
Funktionen, wie etwa die Funkfrequenz- oder HF-Abwärtsmischung und die zugehörige Filterung
für Funkfrequenzkanäle, die
Analog-Digital-Umwandlung oder die optische Signaldemodulation für ein spezifisches
Kommunikationsmedium umfassen. Die Ausgabe des Empfängers ist
ein verarbeitetes analoges oder digitales Signal, das die kombinierten
Spreizsignale aller aktiven Unterkanäle enthält. Die Mehrbenutzererkennungsvorrichtung
führt die
Mehrbenutzererkennung aus und gibt mehrere Signale aus, die jedem
aktiven Unterkanal entsprechen. Alle oder eine kleinere Anzahl der Gesamtzahl
der Unterkanäle
kann verarbeitet werden.
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Optimale
Mehrbenutzererkennungsvorrichtungen sind rechenintensive Vorrichtungen,
die zahlreiche komplexe mathematische Operationen durchführen und
daher schwer wirtschaftlich herzustellen sind. Um die Ausgaben zu
minimieren, wurden als ein Kompromiß, der die Leistung von optimalen
Erkennungsvorrichtungen annähert,
weniger gute Mehrbenutzererkennungsvorrichtungen, wie etwa lineare
Erkennungsvorrichtungen und parallele Störungsunterdrückungs-
oder PIC-Empfänger
entwickelt, die weniger Rechenkomplexität benötigen. Lineare Erkennungsvorrichtungen
umfassen Dekorrelatoren, Erkennungsvorrichtungen mit minimalem mittlerem
quadratischem Fehler (MMSE-Erkennungsvorrichtungen), lineare Blockentzerrer
mit erzwungenen Nullen oder ZF-BLEs und ähnliche. PIC-Empfänger werden
normalerweise als mehrstufige iterative Empfänger konzipiert und basieren
auf weichen Entscheidungen (SD) oder harten Entscheidungen (HD).
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Ein
Systemblockschaltbild einer linearen Mehrbenutzererkennungsvorrichtung
für synchrone
oder asynchrone CDMA-Kommunikation
nach bisherigem Stand der Technik ist in 4 gezeigt.
Von dem kommunikationsmedienspezifischen Empfänger (wie in 3)
ausgegebene Daten werden mit einem Unterkanalschätzer verbunden, der die Impulsantwort
jedes in einem jeweiligen Unterkanal gesendeten Symbols schätzt. Die
lineare Erkennungsvorrichtung verwendet die Impulsantwortschätzungen
zusammen mit dem Spreizcode eines Unterkanals, um die Daten jedes
Unterkanals zu demodulieren. Die Daten werden an Unterkanal-Datenverarbeitungsblöcke für jeweilige
Benutzer ausgegeben.
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Um
die parallele Erkennung von K Unterkanalbenutzern in einem physikalischen
System zu bewirken, werden lineare Mehrbenutzererkennungsverfahren
als feste Gate-Arrays, Mikroprozessoren, digitale Signalprozessoren
oder DSPs und ähnliches
ausgeführt.
Festlogiksysteme ermöglichen
eine höhere
Systemgeschwindigkeit, während
Mikroprozessor-gesteuerte Systeme Programmierflexiblität bieten.
Jede Implementierung, die für
die Mehrbenutzererkennung verantwortlich ist, führt eine Folge von mathematischen
Operationen durch. Um die Funktionen zu beschreiben, definieren
die folgenden Variablen typischerweise die Struktur und den Betrieb
einer linearen Mehrbenutzererkennungsvorrichtung:
K = Gesamtanzahl
der Benutzer/Sender, die in dem System aktiv sind.
N
C = Anzahl von Chips in einem Datenblock.
Die Anzahl von Chips wird benötigt,
da diese Anzahl bei verschiedenen Spreizfaktoren ein für alle Benutzer
gemeinsames Maß ist.
Für den
Fall von synchronem CDMA kann ein Symbol von dem Benutzer mit dem
größten Spreizcode
einen Datenblock bilden. Daher kann N
C als
gleich dem größten Spreizfaktor
reduziert werden.
W = Impulsantwortlänge des Kommunikationskanals
in Chip. Dies ist im allgemeinen ein vordefinierter Systemparameter.
Q
(k) = Spreizfaktor des Benutzers k. Der Spreizfaktor
ist gleich der Anzahl von Chips, die verwendet werden, um ein Symbol
der Benutzerdaten zu spreizen. Ein System kennt die Spreizfaktoren
im voraus und braucht sie nicht aus den empfangenen Daten schätzen.
N(k)S =
Anzahl der von dem Benutzer k gesendeten Symbole.
N(k)S = NC/Q(k) = Gesamtanzahl der gesendeten
Symbole.
d
(k) = die von dem Benutzer
k gesendete Daten(information). Die Daten werden in Form eines Vektors
dargestellt, wobei ein Vektor ein Datenfeld ist, das durch eine
einzige Indexvariable indiziert ist. Für die Zwecke der Vektor- und
Matrix-Operationen, die folgen, werden alle Vektoren als Spaltenvektoren
definiert. Das n-te Element von d
(k) ist
das n-te Symbol, das von dem k-ten Benutzer gesendet wird.
h
(k) = die von dem Benutzer k wahrgenommene
Impulsantwort des Unterkanals als Vektor dargestellt. Die Größe muß an dem
Empfänger
geschätzt
werden. Die Schätzungen
des Empfängers
für die
Unterkanal-Impulsantworten werden als h
(k) bezeichnet.
Die Elemente des Vektors h
(k) sind typischerweise
komplexe Zahlen, die sowohl Amplituden- als auch Phasenschwankungen
modellieren, die von dem Unterkanal eingeführt werden können.
ν
(k) =
der Spreizcode des Benutzers k als Vektor dargestellt. Für die Zwecke
der linearen Benutzererkennung ist es nützlich, Vektoren so zu sehen,
daß sie
den Abschnitt des Spreizcodes enthalten, der ein bestimmtes Symbol
spreizt. Daher wird der Vektor ν
(k,n) als der Spreizcode definiert, der verwendet
wird, um das von dem k-ten Benutzer gesendete n-te Symbol zu spreizen.
Mathematisch ist er definiert als
v(k,n)i = v(k)i für (n – 1)Q
(k) + 1 ≤ i ≤ nQ
(k) und 0 für alle anderen i, wobei i der
Index von Vektorelementen ist.
r
(k) =
ein Vektor, der die Daten des Benutzers k darstellt, die durch die
Spreizfolge ν
(k) gespreizt sind und über den Unterkanal h
(k) dieses Benutzers gesendet werden. Der
Vektor r
(k) stellt Kanalbeobachtungen dar,
die während
der Zeitspanne, wenn ein Datenblock ankommt, durchgeführt werden.
Das i-te Element des Vektors r
(k) kann verfeinert
werden zu:
Das am
Empfänger
empfangene Signal umfaßt
alle Benutzersignale r
(k) plus Rauschen.
Daher können
wird den empfangenen Datenvektor r wie folgt definieren:
Der Vektor
n in Gleichung 2 stellt durch den Kommunikationskanal eingeführtes Rauschen
dar.
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5 zeigt
ein System und ein Verfahren einer linearen Mehrbenutzererkennungsvorrichtung
nach bisherigem Stand der Technik. Die geschätzten Unterkanal-Impulsantwortvektoren
h(k) und die Spreizcodes ν(k) werden
verwendet, um für
jeden Benutzer k eine Systemübertragungsantwortmatrix
zu erzeugen. Eine Matrix ist ein Block von Zahlen, der durch zwei
Indexvariablen indiziert wird. Die Matrix ist in einem rechteckigen
Gitter angeordnet, wobei die erste Indexvariable ein Zeilenindex
und die zweite Indexvariable ein Spaltenindex ist.
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Eine Übertragungsantwortmatrix
für den
Benutzer k wird typischerweise als A(k) bezeichnet.
Das Element der i-ten
Zeile, n-ten Spalte wird als A(k)i,n bezeichnet und ist definiert
als:
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Jede
Spalte der Matrix A
(k) entspricht einer
abgestimmten Filterantwort für
ein bestimmtes Symbol, das von dem Benutzer k in der betrachteten
Zeitspanne gesendet wird. Wieder Bezug nehmend auf
5 werden die
empfangenen Daten r mit einer Kombination der Spreizcodes und Unterkanal-Impulsantworten
aller Benutzer abgestimmt. Daher enthält A
(k) N(k)S abgestimmte
Filterantworten. Die Spalten von A
(k) haben
die Form:
wobei
jeder Vektor
b(k)n eine Größe hat von:
Q(k) +
W – 1 Gleichung 5und
in der Matrix
A(k)n von oben versetzt ist um:
Q(k)(n – 1) Gleichung 6 Da
die Spreizcodes über
die Symbolzeiten nicht periodisch sind,
b(k)i ≠ b(k)j für i ≠ j. Die Elemente eines Vektors, die
Elemente ungleich null sein können,
werden als der Träger
des Vektors bezeichnet. Daher ist
b(k)n der Träger von
A(k)n .
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Wenn
einmal eine Systemübertragungsmatrix
für jeden
Benutzer erzeugt ist, wird eine mit A bezeichnete Gesamtsystemübertragungsantwortmatrix
erzeugt, indem die Systemübertragungsmatrizen
aller Benutzer, wie weiter unten gezeigt, verkettet werden. A = [A(1),
..., A(k), ..., A(K)] Gleichung 7
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Gemäß Modulationsverfahren
des bisherigen Stands der Technik können die Elemente von h(k) komplexe Zahlen sein. Es folgt dann,
daß Elemente
von A ungleich null komplexe Zahlen sein können.
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Ein
Beispiel für
eine Gesamtsystemübertragungsantwortmatrix
A für eine
Mehrbenutzererkennungsvorrichtung des bisherigen Stands der Technik,
die gemäß den Gleichungen
4, 5, 6 und 7 aufgebaut ist, ist:
für zwei Benutzer
(k = 2) mit sechzehn Chip in einem Datenblock (N
C =
16), einer Kanalimpulsantwortlänge von
vier (W = 4) und einem Spreizfaktor von zwei (Q
(k) =
2) für
den ersten Benutzer und einem Spreizfaktor von vier (Q
(k) =
4) für
den zweiten Benutzer. In der sich ergebenden Gesamtsystemübertragungsantwortmatrix
A bezeichnet
b(k)n,i das i-te Element des kombinierten Systems
und die Kanalantwort für
das n-te Symbol des k-ten Benutzers.
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Die
empfangenen Daten r werden unter Verwendung der Gesamtsystemantwortmatrix
A verarbeitet, die eine Reihe abgestimmter Filterantworten darstellt,
um einen Vektor aus abgestimmten Filterausgaben zu erzeugen, der
mit y bezeichnet wird. Die abgestimmte Filteroperation ist definiert
als: y = AHr Gleichung
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Die
Matrix A
H stellt die Hermitesche (oder komplex)
Transponierte der Matrix A dar. Die Hermitesche Transponierte ist
definiert als
wobei der Strich die Operation
bezeichnet, in der die Konjugierte einer komplexen Zahl genommen
wird. Die abgestimmten Filterausgaben werden dann mit der Inversen
einer Zielmatrix O multipliziert. Die Zielmatrix O stellt die Verarbeitung
dar, die jede Art von linearem Empfänger unterscheidet. Sie wird
aus der Systemantwortmatrix A abgeleitet.
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Der
Empfänger
mit linearem Blockentzerrer mit erzwungenen Nullen (ZF-BLE) ist
ein linearer Empfänger
mit einer Zielmatrix, die als O = AHH bestimmt
ist. Der Empfänger
mit linearem Blockentzerrer mit minimalem mittlerem quadratischem
Fehler (MMSE-BLE) ist ein linearer Empfänger mit einer Zielmatrix,
die als O = AHH + σ2I bestimmt
ist, wobei σ2 die Streuung des auf jedem der Symbole
des empfangenen Datenvektors r vorhandenen Rauschens ist und I als
eine Einheitsmatrix bekannt ist. Eine Einheitsmatrix ist quadratisch
und symmetrisch mit Einsen auf ihrer Hauptdiagonale und Nullen überall sonst.
Die Größe der Einheitsmatrix
wird so gewählt,
daß die
Additionsoperation gemäß den Regeln
der linearen Algebra gültig
wird.
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Für einen
Dekorrelator (Dekorrelationsempfänger)
wird die Matrix A vereinfacht, indem die Kanalantworten h(k) ignoriert werden und nur die Spreizcodes
und ihre Kreuzkorrelationseigenschaften (Störungseigenschaften) berücksichtigt
werden. Für
Dekorrelationsempfänger
wird im allgemeinen eine Kreuzkorrelationsmatrix aufgebaut, auf
die üblicherweise
als R Bezug genommen wird. Die Matrix kann aufgebaut werden, wobei angenommen
wird, daß in
der obigen Definition von A W = 1 und h(k)i = 1 (d.h. die Kanalantwort
jedes Unterkanals ist ein Impuls). Dann ist die Kreuzkorrelationsmatrix
R die Zielmatrix O, wie für
den ZF-BLE-Empfänger definiert.
Ein Dekorrelator dient häufig
als ein Teilverfahren einer komplexeren Mehrbenutzererkennungsvorrichtung.
Wenn die Zielmatrix einmal erzeugt ist, wird die Mehrbenutzererkennungsvorrichtung
die Matrix invertieren, die dann als O–1 bezeichnet
wird.
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Die
Inverse der Zielmatrix wird dann mit dem Ausgangsvektor y des abgestimmten
Filters multipliziert, um Schätzungen
des Datenvektors d zu erzeugen, wobei d(geschätzt) = O–1y.
Die Invertierung der Zielmatrix O ist ein komplexes rechenintensives
Verfahren. Die Anzahl der Operationen, die erforderlich sind, um
dieses Verfahren durchzuführen,
nimmt mit der Größe der Matrix
O mit der dritten Potenz zu. Für
die meisten asynchronen CDMA-Empfänger ist die Größe von O
sehr groß,
was das Invertierungsverfahren undurchführbar macht. Verfahren, die
lineare Algebra verwenden, verringern die Komplexität der Bildung
der Inversen der Zielmatrix. Dennoch können diese Verfahren für manche
Anwendungen undurchführbar
sein.
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Im
Gegensatz zu linearen Empfängern
invertieren PIC-Empfänger die
Zielmatrix O nicht. Daher bieten PIC-Empfänger eine Alternative, die
weniger komplex als lineare Mehrbenutzererkennungsvorrichtungen
ist. 6 zeigt einen typischen PIC-Empfänger nach
bisherigem Stand der Technik. Der empfangene Datenvektor r wird
in mehrere Kanalschätzer
eingegeben, welche die Unterkanal-Impulsantwort jedes Benutzers
unabhängig
schätzen.
Die Unterkanal-Impulsantworten werden an einen Datenschätz- und
Störungsunterdrückungsprozessor
ausgegeben, der die empfangenen Daten für alle Benutzer parallel schätzt. Die
geschätzten
empfangenen Daten werden für
die weitere Verarbeitung an Unterkanal-Verarbeitungsblöcke ausgegeben.
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In 7 ist
das in PIC-Empfängern
verwendete Datenschätz-
und Störungsunterdrückungsverfahren nach
bisherigem Stand der Technik gezeigt. Der PIC-Empfänger nimmt
an, daß jeder
Unterkanal aufgrund des Übertragungsmediums
aus L verschiedenen Signalwegen von dem Sender eines gegebenen Benutzers
zu einem Empfänger
besteht. Für
jeden Weg L werden die relativen Verzögerungen, Amplituden und Phasen
durch die in 6 gezeigten Unterkanal-Schätzprozessoren
an dem Empfänger
geschätzt.
Für jeden
der L verschiedenen Wege jedes in dem System vorhandenen Benutzers
K weist der PIC-Empfänger
einen Entspreizer zu, der auf den spezifischen Code eines jeweiligen
Benutzers und die spezifische Zeitverzögerung jedes Wegs abgestimmt
ist. Daher werden in der Entspreizerreihe insgesamt KL Entspreizer
zugewiesen. Jeder Entspreizer erzeugt Schätzungen der von seinem jeweiligen
Benutzer empfangen Daten. Die L Datenschätzungen für verschiedene Wege des Unterkanals
des gleichen Benutzers werden kombiniert, um eine vollständige Datenschätzung der
gesendeten Benutzerdaten zu erzeugen. Wie in 7 gezeigt,
ist das übliche
Kombinierverfahren des bisherigen Stands der Technik die Maximalverhältniskombination
oder MRC. Andere Kombinationsmethodiken sind nach bisherigem Stand
der Technik vorhanden und können
verwendet werden. Die kombinierten Datenschätzungen werden an einen Symbolgenerationsprozessor
ausgegeben, der geschätzte
Symbolinformationen erzeugt, die an den Störungsunterdrückungsprozessor
ausgegeben werden.
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Die
Spreizcodes für
jeden Benutzer K und die relativen Verzögerungen zwischen den KL Wegen
sind dem Störungsunterdrückungsprozessor
bekannt. Die Informationen werden verwendet, um Schätzungen
der Störung
zu erzeugen, die der Empfangsweg jedes Benutzers (d.h. 1, 2, 3,
... L) zu L Signalwegen eines anderen Benutzers und zu den auf L – 1 Signalwegen
des gleichen Benutzers empfangenen Signalen beiträgt. Die Störungsschätzungen
werden von den Entspreizerausgaben subtrahiert, die wieder an den
Kombinationsprozessor geleitet werden, um überarbeitete Datenschätzungen
zu erzeugen. Die überarbeiteten
Datenschätzungen
werden wieder verwendet, um überarbeitete
Störungsschätzungen
zu erzeugen, die verwendet werden, um einen weiteren Satz überarbeiteter
Datenschätzungen
zu erzeugen. Theoretisch kann das Verfahren unendlich wiederholt
werden. In der Praxis endet das Verfahren jedoch nach zwei oder
drei Iterationen.
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Die
Unterscheidung zwischen einem SD-PIC und einem HD-PIC liegt im Symbolgenererierungsverfahren.
Bei dem SD-PIC erzeugt
das Symbolgenerierungsverfahren Vertraulichkeitsinformationen über die
für die
empfangenen Symbole getroffenen Entscheidungen; bei dem HD-PIC erzeugt
die Symbolgenerierungsschaltung keine Vertraulichkeitsinformationen
für die
empfangenen Symbole. Der Unterschied bezieht sich nur auf die interne
Verarbeitung der Datenschätzeinheit
des Empfängers.
Beide Arten von PIC-Empfängern
sind fähig,
für die
weitere Verarbeitung durch die in 6 gezeigten
dedizierten Unterkanal-Datenprozessoren weiche und harte Entscheidungen
für Symbolschätzungen
zu erzeugen. Dies ist in 7 gezeigt, indem ein abschließender Ausgangsdatensymbolgenerator
zum Erzeugen der abschließenden
Empfängerausgabe
angeordnet wird, und kann sich von der internen Datensymbolgenerierungsschaltung
unterscheiden.
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Ein
inhärentes
Problem bei PIC-Empfängern
des bisherigen Stands der Technik liegt in dem verwendeten Empfangssignalmodell.
PIC-Empfänger
des bisherigen Stands der Technik setzen voraus, daß jeder
Unterkanal aus L verschiedenen Wegen besteht, die das gesendete
Signal in dem Übertragungsmedium
durchläuft.
Die Trennung der Entspreizung und der (von dem Kombinationsprozessor
durchgeführten)
Kanalabstimmungsoperationen ist das Ergebnis dieser Voraussetzung.
Ein unter dieser Voraussetzung aufgebauter Empfänger kann jedoch nur Störungen korrigieren,
die sich aus Nichtorthogonalitäten
in den Spreizfolgen, besser bekannt als Mehrzugriffsinterferenz
oder MAI, ergeben. Er kann keine Störungen zwischen verschiedenen Symbolen
eines Benutzers aufgrund der Zeitspreizung dieser Symbole während der Übertragung
in dem Kommunikationskanal korrigieren. Diese Form der Signalverfälschung
ist besser als Intersymbolstörung
oder ISI bekannt. ISI trägt
zu einem Phänomen
bei, das als „dicker
Finger-Effekt" bekannt
ist.
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Der
dicke Finger-Effekt tritt auf, wenn zwei Wege von dem gleichen Benutzer
eine derart kleine relative Zeitverzögerung haben, daß die Verzögerung von
dem Empfänger nicht
als zwei verschiedene Wege aufgelöst werden kann. Dem Empfänger gelingt
es nicht, die Daten von den beiden Wegen zu schätzen, wodurch alle Benutzer
beeinträchtigt
werden, was zu einer schlechten Empfängerleistung führt.
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Da
alle PIC-Empfänger
des bisherigen Stands der Technik die vereinfachende Annahme von
L Wegen verwenden, um die Entspreizungs- und Kanalkombinationsoperationen
zu trennen, wird ein PIC-Empfänger gewünscht, der
das genaue Empfangssignalmodell einer linearen Mehrbenutzererkennungsvorrichtung
verwendet.
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„Zero Forcing
and Minimum-Mean-Square-Error-Equalization for Multiuser Detection
in Code-Divison Multiple-Access
Channels", Klein
et al., IEEE Transactions on Vehicular Technology, Bd. 45, Nr. 2,
S. 276–287, 1.
Mai 1996, offenbart gemeinsame Erkennungsempfänger. Ein Empfangssignal mit
mehreren CDMA-Datensignalen wird durch ein abgestimmtes Aufhellungsfilter
geleitet. Das Aufhellungsergebnis wird skaliert durch eine Rückkopplungsschleife
geleitet, um Daten der Datensignale wiederzugewinnen. Die Rückkopplungsschleife
hat eine Schwellwerterkennungsvorrichtung und einen Rückkopplungsoperator.
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EPO 767 543 A2 offenbart
ein Störungsunterdrückungssystem,
das in einem gemeinsamen Erkennungsempfänger verwendet wird. Unter
Verwendung der empfangenen Trainingsfolgen werden Kanalimpulsantworten
für gesendete
Datensignale geschätzt.
Die aus den geschätzten
Kanalimpulsantworten modellierte Störung wird von dem Empfangssignal
für die
Verwendung in der gemeinsamen Erkennung der Datensignale subtrahiert.
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"A Family of Multiuser
Decision-Feedback Detectors for Asynchronous Code-Division Multiple-Access Channels", Duel-Hallen, IEEE
Transactions on Communications, Bd. 43, Nr. 2/04, Teil 1, S. 421–434, 1.
Februar 1995, offenbart eine Rückkopplungsschleife,
die in einer Mehrbenutzererkennungsvorrichtung verwendet wird. Eine
Ausgabe eines Vorwärtskopplungsfilters
wird durch Entscheidungsvorrichtungen geleitet. Die Entscheidungsvorrichtungen
bestimmen Empfangs daten für
jedes Datensignal in der Reihenfolge von der höchsten Empfangssignalstärke bis
zur niedrigsten. Die geschätzten
Datensignale werden durch ein Rückkopplungsfilter
geleitet. Jedes gefilterte Datensignal wird von der ursprünglichen
Vorwärtskopplungsfilterausgabe subtrahiert.
Dieses gemischte Signal wird in die Entscheidungsvorrichtungen eingespeist,
wodurch die Rückkopplungsschleife
geschlossen wird.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ein
paralleles Störungsunterdrückungsempfängersystem
und ein Verfahren werden vorgestellt, welche eine Impulsantwortstörung verringern,
indem ein Modell des Empfangssignals verwendet wird, das ähnlich dem
in linearen Blockentzerrern verwendeten ist. Lineare Blockentzerrer
weisen Dekorrelationsempfänger, Empfänger mit
erzwungenen Nullen, Empfänger
mit minimalem mittlerem quadratischem Fehler und ähnliche auf.
Die Erfindung weist eine Störungsberechnungsprozessor-Rückkopplungsschleife zum Korrigieren
der Ausgabe eines direkten Störungsunterdrückers auf.
Das iterative Verfahren mit m Schritten entfernt Störer aus den
Ausgangssymbolen eines abgestimmten Filters. Der PIC-Empfänger verwendet
empfangene Signalmodule der verschiedenen linearen Blockentzerrer,
welche nicht annehmen, daß jeder
Unterkanal aus mehreren verschiedenen Wegen besteht. Der Empfänger schätzt die
Impulsantwortcharakteristik jedes Unterkanal als Ganzes.
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Entsprechend
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System und ein
Verfahren zum Empfangen und Decodieren mehrerer Signale über eine
CDMA-Schnittstelle zur Verfügung
zu stellen.
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Es
ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein PIC-Empfängersystem
und ein Verfahren mit einer höheren
Genauigkeit und weniger erforderlichen Berechnungen zur Verfügung zu
stellen.
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Andere
Aufgaben und Vorteile des Systems und des Verfahrens werden für Fachleute
auf dem Gebiet nach dem Lesen einer detaillierten Beschreibung der
bevorzugten Ausführungsform
offensichtlich.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 ist
ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Vielfachzugriff-Kommunikationssystems
des bisherigen Stands der Technik.
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2 ist
ein vereinfachtes Blockschaltbild eines CDMA-Kommunikationssystems
des bisherigen Stands der Technik.
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3 ist
ein vereinfachtes Blockschaltbild eines CDMA-Empfängers mit
Mehrbenutzererkennung des bisherigen Stands der Technik.
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4 ist
ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Mehrbenutzererkennungsvorrichtung
des bisherigen Stands der Technik.
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5 ist
ein Blockschaltbild einer Mehrbenutzererkennungsvorrichtung des
bisherigen Stands der Technik.
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6 ist
ein Systemblockschaltbild eines PIC-Empfängers des bisherigen Stands
der Technik.
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7 ist
ein Systemblockschaltbild eines PIC-Datenschätz- und Störungsunterdrückungsprozessors des
bisherigen Stands der Technik.
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8 ist
ein Systemblockschaltbild eines PIC-Empfängers der vorliegenden Erfindung.
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9 ist
ein Systemblockschaltbild eines linearen PIC-Empfängers mit
weicher Entscheidung der vorliegenden Erfindung.
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10 ist
ein Systemblockschaltbild eines PIC-Empfängers mit harter Entscheidung
der vorliegenden Erfindung.
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11 ist
ein Systemblockschaltbild eines nichtlinearen PIC-Empfängers mit
weicher Entscheidung der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Die
Ausführungsformen
werden unter Bezug auf die gezeichneten Figuren beschrieben, wobei
gleiche Ziffern durchweg gleiche Elemente bezeichnen.
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In 8 ist
ein paralleler Störungsunterdrückungsempfänger 17 der
vorliegenden Erfindung gezeigt, um nach dem Empfang mehrere Benutzer,
die über
einen gemeinsamen CDMA-Kanal
senden, zu erkennen. Der Empfänger 17 weist
auf: einen Eingang 19 zum Eingeben von Daten von allen
Benutzern k, die in einem diskreten Zeitblock senden, in der Form
eines Eingangsvektors r, der die kombinierten Daten aus dem Unterkanal
jedes Benutzers enthält,
einen Kanalschätzprozessor 21 zum
Ableiten einzelner Impulsantwortschätzungen h(k) für jeden
Benutzer und Aufbauen einer Gesamtsystemantwortmatrix A, eine Datenschätzungs-
und Störungsunterdrückungsvorrichtung 23 zum
Erzeugen von störungsfreien
Benutzerdaten d(k) und einen Ausgang 25 zum
Ausgeben von Benutzerdaten d(k) für jeden
Benutzer k aus den Empfangskanaldaten r in der Form eines Ausgangsvektors.
Der parallele Störungsunterdrücker 17 weist
mehrere Prozessoren mit parallel laufendem Speicher auf, die verschiedene
Vektor- und Matrixoperationen durchführen. Alternative Ausführungsformen
können
die Erfindung 17 unter Verwendung von festen Gate-Arrays
und DSPs implementieren, welche die Funktionen der verschiedenen
Prozessoren ausführen.
Die Gesamtzahl von Benutzern K und der Spreizfaktor Q(k) für jeden
Benutzer (k = 1, 2, 3, ... K) sind durch eine unterrichtende Übertragung
oder durch Vorabladen in den PIC-Empfänger 17 von vornherein
bekannt.
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Nach
der Demodulation wird das empfangene Signal r in den Kanalschätzprozessor 21 eingegeben 19,
wo einzelne k Unterkanalimpulsantwortschätzungen als Vektoren h(k) modelliert werden 27, um die
Intersymbolinterferenz oder ISI, die von den eigenen Symbolen eines
Unterkanals verursacht wird, und die MAI, die von Symbolen von den
Unterkanälen
anderer Benutzer erzeugt wird, für
alle empfangenen Datensignale zu korrigieren. Die k einzelnen Unterkanalimpulsantwortschätzungen
h(k) werden in einen ersten Speicher 29 eingegeben,
wo sie mit dem Spreizcode des gleichen Benutzers kombiniert werden
(Gleichung 3), wodurch eine Systemübertragungsant wortschätzmatrix
An (k) für diesen
Benutzer erzeugt wird. Jede Systemübertragungsantwortschätzmatrix
An (k) wird an einen
zweiten Speicher 31 ausgegeben, wo eine Gesamtsystemübertragungsantwortmatrix
A aufgebaut wird. Die Gesamtsystemübertragungsantwortmatrix A
besteht aus allen Systemübertragungsimpulsantwortschätzmatrizen
An (k) (Gleichung
7). Die Gesamtsystemübertragungsantwortmatrix
A enthält
gemeinsame Informationen über
alle Unterkanäle,
die von den aktiven Sendern in Gebrauch sind, und enthält Informationen über jede
mögliche
Zwischenkanal- und Intersymbolinterferenz, die in dem empfangenen
Datensignal r vorhanden ist.
-
Die
Gesamtsystemübertragungsantwortmatrix
A wird an die Datenerkennungs- und Störungsunterdrückungsvorrichtung 23 ausgegeben,
die basierend auf dem empfangenen Datenvektor r eine Schätzung für die gesendeten
Daten durchführt.
Der Datenerkennungsprozessor 23 schätzt Unterkanaldatensymbole
und gibt einen empfangenen Datenvektor d(k) an
Pro-Unterkanal-Verarbeitungseinheiten 331 , 332 , 333 ,
..., 33K , wie etwa Interleaver,
Viterbi-Decoder und ähnliche,
aus.
-
Die
Datenschätzungs-
und der Störungsunterdrückungsvorrichtung 23 sind
in 9 gezeigt. Der Datenerkennungsprozessor 23 besteht
aus: einem abgestimmten Filter 35, das den eingegebenen 19 Datenvektor
r abgestimmt filtert, wodurch ein Vektor aus abgestimmten Filterausgaben
y erzeugt wird, einem Addierer 37 zum Entfernen der Rückkopplungsstörung c aus
der Ausgabe y des abgestimmten Filters 35, einem direkten
Störungsunterdrücker 38 zum
Ableiten von Schätzungen
der Benutzerdaten d(k), einem Iterationszähler/Schalter 41,
einem Rückkopplungsstörungsprozessor 43 und
einem Symbolgenerator 45 zum Aufbauen von Symbolen aus
den geschätzten
Benutzerdaten d(k).
-
Um
aus den kombinierten Benutzerdaten r Benutzerdaten d(k) für einen
spezifischen Benutzer zu erhalten, muß der Benutzerdatenvektor r
unter Verwendung eines abgestimmten Filters 35 oder ähnlichem
gefiltert werden. Ein Sachkun diger dieses Gebiets erkennt, daß ein abgestimmtes
Filter 35 eine Antwortcharakteristik erfordert, deren Elemente
komplex Konjugierte der Kombination der gespreizten Impulsform und
der Unterkanalimpulsantwort des Benutzers sind, um eine Ausgabe
mit einem Pegel zu erzeugen, der das Signal vor der Übertragung
darstellt. In das Filter 35 eingegebene 19 Signale
r, die nicht zu einer gegebenen Antwortcharakteristik passen, erzeugen
eine schwächere
Ausgabe.
-
Das
abgestimmte Filter 35 ist ähnlich den abgestimmten Filteroperationen,
die von linearen Mehrbenutzerempfängern durchgeführt werden.
Der Betrieb des abgestimmten Filters 35 ist im Gegensatz
zu dem Entspreizbetrieb paralleler Störungsunterdrückungsempfänger des
bisherigen Stands der Technik durch Gleichung 9 beschrieben. Die
eingegebenen Benutzerdaten r werden auf den Spreizcode ν(k) und
die Unterkanalimpulsantwort h(k) für jeden
bestimmten Unterkanal k abgestimmt. Jedes Element des Ausgangsvektors
y des abgestimmten Filters 35 ist eine erste grobe Schätzung des
entsprechenden Symbols in dem gesendeten Datenvektor d.
-
Die
Gesamtsystemübertragungsantwortmatrix
A stellt die Antwortcharakteristiken für das abgestimmte Filter 35 bereit.
Jede Spalte der Systemantwortmatrix A ist ein Vektor, der die Antwortcharakteristik
eines bestimmten Symbols darstellt. Der empfangene Datenvektor r
wird in das abgestimmte Filter 35 eingegeben, wo er mit
jeder Antwortcharakteristik der Gesamtsystemübertragungsantwortmatrix A
abgestimmt wird, um den Ausgangsvektor y des abgestimmten Filters
zu erzeugen. Jedes Element des Ausgangsvektors y entspricht einer
vorläufigen
Schätzung
eines bestimmten Symbols, das von einem gegebenen Benutzer gesendet wird.
-
Der
Ausgangsvektor y des abgestimmten Filters 35 wird in den
direkten Störungsunterdrücker 39 eingegeben.
Der direkte Störungsunterdrücker 39 führt einen
teilweisen Störungsunterdrückungsarbeitsgang
für den
Ausgangsvektor y des abgestimmten Filters 35 durch. Der
Arbeitsgang kann eine Skalieroperation oder eine komplexere Operation
sein. Der teilweise störungsunterdrückte Vektor
y wird als Datensymbolschätzungen
d ausgegeben und wird durch einen Iterationszähler/Schalter 41a in
den Rückkopplungsstörungsprozessor 43 eingegeben.
-
Der
Rückkopplungsstörungsprozessor 43 verwendet
die Ausgangsschätzungen
d des direkten Störungsunterdrückers 39,
um zu Störungsschätzungen
zu gelangen, die als ein Vektor c ausgegeben werden, die vorher
nicht von dem direkten Störungsunterdrücker 39 unterdrückt wurden.
Die Störungsschätzungen
c werden von dem Ausgangsvektor y des abgestimmten Filters 35 subtrahiert.
Das Ergebnis z ist der Ausgangsvektor y des abgestimmten Filters 35 weniger
der subtrahierten Störungsschätzungen
c. Das iterative Störungssubtraktionsverfahren
kann abhängig
vom Maß der
gewünschten
Signalkorrektur m mal wiederholt werden. Nach m Iterationen werden
die Störer
aus der Ausgabe y des abgestimmten Filters 35 entfernt,
und der Iterationszähler/Schalter 41 wird
umgeschaltet 41b, wobei er d für die abschließende Ausgangssymbolgenerierung 45 ausgibt.
-
Der
in 9 gezeigte Betrieb der negativen Rückkopplungsregelungsschleife
des direkten Störungsunterdrückers 39/Rückkopplungsstörungsprozessors 43 stellt
einen Empfänger
mit m Iterationen dar. Wenn zum Beispiel m = 2, wiederholt der PIC-Empfänger 17 das
Unterdrückungsverfahren
zweimal. Mit c(m) als dem von dem Rückkopplungsstörungsprozessor 43 ausgegebenen
Störungsvektor
und d(m) als den von dem direkten Störungsunterdrücker 39 ausgegebenen
Symbolschätzungen
für die
m-te Iteration d →(m)
= S →(y – c →(m))
und Gleichung 10 c →(m) = Td →(m – 1) Gleichung 11wobei
der direkte Störungsunterdrücker 39 eine
Multiplikation des Ausgangsvektors y des abgestimmten Filters mit
einer Matrix S ausführt,
und der Rückkopplungsstörungsprozessor 43 eine
Multiplikation der Symbolschätzungen
d mit einer Matrix T ausführt.
Die Anfangsbedingung für
d(m) ist null. Ein Fachmann auf diesem Gebiet erkennt, daß andere
Anfangs bedingungen gewählt
werden können,
ohne den Betrieb des Systems maßgeblich
zu beeinträchtigen.
-
Die
Ausgabe des direkten Störungsunterdrückers 39 ist
der Vektor d(m) nach der letzten Iteration m. Wie bei den parallelen
Störungsunterdrückungsempfängern des
bisherigen Stands der Technik wird diese Ausgabe von dem Endausgabesymbolgenerator 45 verarbeitet,
der abhängig
von den Systemanforderungen harte oder weiche Entscheidungsinformationen
für die
Ausgangssymbolschätzungen
erzeugt.
-
Abhängig von
der Anzahl der von der vorliegenden Erfindung 17 durchgeführten Iterationen
m kann die Ausgabe des Datenschätzers
und Störungsunterdrückers d(m)
geschrieben werden als: d →(m)
= (ST + I)–1Sy → +
(–1)m(ST)m+1(ST + I)–1Sy → Gleichung 12wobei
die stationäre
Antwort ist: d →SS = (ST + I)–1Sy → Gleichung 13wobei
transiente Antwort ist: d →t(m) = (–1)m(ST)m+1(ST + I)–1Sy → Gleichung 14
-
Der
PIC-Empfänger 17 konvergiert
auf die stationäre
Antwort, wenn die transiente Antwort bei zunehmender Anzahl von
Iterationen gegen null geht. Wenn dies passiert, konvergiert der
Empfänger 17 gegen
die in Gleichung 13 angegebene stationäre Antwort.
-
Die
stationäre
Antwort von linearen Empfängern
des bisherigen Stands der Technik, wie etwa ZF-BLE, MMSE-BLE und
anderer, und von Dekorrelatoren ist definiert als: d → = O–1y → Gleichung 15wobei
O die Zielmatrix ist.
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Wenn
die Matrizen S und T Rückbezug
auf Gleichung 13 und 15 nehmend derart ausgewählt werden, daß (ST +
I)–1S
= O–1,
und wenn der durch die Gleichungen 10 und 11 definierte Empfänger 17 konvergiert, konvergiert
er auf den linearen Empfänger,
der durch die Zielmatrix O definiert ist. Die lineare Algebra erfordert, daß die Matrizen
S, T und O die folgende Gleichheit erfüllen müssen, damit (ST + I)–1S
= O–1: O = T + S–1 Gleichung 16
-
Statt
die Zielmatrix O invertieren zu müssen, trennt die Gleichung
16 die Zielmatrix O in zwei diskrete Matrizen T und S–1.
Die Matrix T definiert den Rückkopplungsstörungsprozessor 43.
Die Matrix S (die Inverse der Matrix S–1)
definiert den direkten Störungsunterdrücker 39.
Die vorliegende Erfindung 17 ersetzt die Invertierung der
Matrix O durch eine Invertierung einer anderen Matrix (S–1)
und eine Reihe von Matrizenmultiplikationen in der Rückkopplungsschleife.
-
Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung 17 liegt in der Tatsache,
daß es
bedeutend weniger komplex ist, die Matrix S–1 zu
invertieren als die Originalzielmatrix O. Zum Beispiel kann die
Matrix S–1 diagonal
sein (eine Matrix mit Einträgen
ungleich Null lediglich auf der Hauptdiagonalen). Die Invertierung
einer diagonalen Matrix bedingt nur die Invertierung jedes einzelnen
auf der Hauptdiagonalen liegenden Elements. T sollte nur Nullen enthalten.
-
Durch
Kombinieren der zwei Fassungen der Matrizen T und S mit Gleichung
16 wird eine spezifische Form für
einen allgemeinen PIC-Empfänger
erzeugt. Angesichts eines linearen Empfängers mit einer Zielmatrix
O ist die Matrix S definiert als S–1 = diag(O) Gleichung 17wobei
diag(X) eine Matrix definiert, in der die Hauptdiagonaleinträge gleich
den Hauptdiagonaleinträgen
von X sind und alle anderen Elemente der Matrix gleich Null sind.
Verwenden der Gleichung 16 und Auflösen nach der Matrix T ergibt: T = O – S–1 Gleichung 18
-
Da
der direkte Störungsunterdrücker 39 die
Multiplikation von z(m) mit der Matrix S (welche die Inverse von
diag(O) ist) ausführt,
führt der
Unterdrücker 39 eine
Skalierung jedes einzelnen Elements des Vektors z(m) durch. Die
in dem Rückkopplungsstörungsprozessor 43 durchgeführte Matrixmultiplikation
von d(m) mit der Matrix T berechnet die Störkomponenten. Auf einen Empfänger, der
diese Architektur enthält,
wird als ein paralleler Störungsunterdrückungsempfänger mit
vollständiger
Störungsunterdrückung in
der Rückkopplung oder
ein PIC-fI-Empfänger
Bezug genommen.
-
Für ein System,
das einen Nullen erzwingenden Mechanismus erfordert, muß der Empfänger gegen den
linearen ZF-BLE-Empfänger konvergieren.
Der ZF-PIC-fI der vorliegenden Erfindung 17 verwendet die ZF-BLE-Zielmatrix
O = AHA. Daher werden die Matrizen S und
T definiert als: S–1 =
diag(AHA) und Gleichung 19 T = AHA – diag(AHA) Gleichung
20
-
Für ein System,
das einen Mechanismus mit minimalem mittlerem quadratischem Fehler
erfordert, muß der
Empfänger
gegen den linearen MMSE-BLE-Empfänger
konvergieren. Der MMSE-PIC-fI der vorliegenden Erfindung 17 verwendet
die MMSE-BLE-Zielmatrix O = AHA + σ2I.
Daher werden die Matrizen S und T definiert als: S–1 =
diag(AHA) + σ2I und Gleichung 21 T = AHA – diag(AHA) Gleichung
22
-
Für ein System,
das einen Dekorrelationsempfänger
erfordert, wird die Gesamtsystemantwortmatrix A, die in dem Kanalschätzprozessor 21 aufgebaut
wird, als eine Kreuzkorrelationsmatrix aufgebaut, wobei die Kanaleffekte
ignoriert werden. Die Empfängerstruktur
ist identisch zu der vorher beschriebenen ZF-PIC-fI-Struktur, verwendet
aber die geänderte
Version der Matrix A.
-
Wie
ein Fachmann auf diesem Gebiet erkennt, können unter Verwendung des Systems
und des Verfahrens der vorliegenden Erfindung 17 in Verbindung
mit allen vorhandenen linearen Empfängermodellen andere PIC-Empfänger aufgebaut
werden, bei denen in der Rückkopplungsschleife
eine vollständige
Störungsunterdrückung durchgeführt wird
(PIC-fI-Empfänger).
Die zwei linearen Empfängermodelle
ZF-BLE und MMSE wurden als beispielhafte Ausführungsformen gezeigt. Unter
Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung 17 wird zuerst
ein linearer Empfänger
gewählt,
wodurch die Konvergenz bestimmt wird.
-
Eine
alternative Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung 17, welche die gleiche Systemarchitektur 23 verwendet,
delegiert das Unterdrücken
der Intersymbolinterferenz oder ISI an den direkten Störungsunterdrücker 39.
Der Rückkopplungsstörungsprozessor 43 wird
verwendet, um Vielfachzugriffstörungen
oder MAI zu unterdrücken.
Auf diese Ausführungsform
wird als ein paralleler Störungsunterdrücker mit
direkter ISI-Unterdrückung
oder PIC-dISI Bezug genommen. Wie in dem referenzierten Artikel
von A. Reznik beschrieben, ist dieser Ansatz komplexer als der PIC-fI,
stellt aber eine verbesserte Leistungsfähigkeit bereit.
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Für ein System,
das einen Nullen erzwingenden Mechanismus erfordert, muß der Empfänger auf
einen linearen ZF-BLE-Empfänger konvergieren.
Unter Verwendung des Systems und des Verfahrens der vorliegenden
Erfindung
17 wird auf den Empfänger als ein ZF-PIC-dISI-Empfänger Bezug
genommen, wobei seine S- und T-Matrizen definiert sind als:
und
T = AHA – S–1 Gleichung 24 -
Für ein System,
das einen Empfangsmechanismus mit minimalem mittlerem quadratischen
Fehler erfordert, muß der
Empfänger
auf einen linearen MMSE-BLE-Empfänger
konvergieren. Unter Verwendung des Systems und des Verfahrens der
vorliegenden Erfindung
17 wird auf den Empfänger als
ein MMSE-PIC-dISI-Empfänger
Bezug genommen, wobei seine S- und T-Matrizen definiert sind als:
und
T = AHA – S–1 + σ2I Gleichung 26 -
Für ein System,
das einen Dekorrelationsempfänger
erfordert, wird die Gesamtsystemantwortmatrix A, die in dem Kanalschätzprozessor 21 aufgebaut
wird, als eine Kreuzkorrelationsmatrix aufgebaut, wobei die Kanaleffekte
ignoriert werden. Die Empfängerstruktur
ist identisch zu der vorher beschriebenen ZF-PIC-dISI-Struktur,
verwendet aber die veränderte
Version der Matrix A.
-
Unter
Verwendung des Systems und des Verfahrens der vorliegenden Erfindung 17 in
Verbindung mit allen vorhandenen linearen Empfängermodellen können andere
PIC-Empfänger
mit direkter ISI-Unterdrückung
aufgebaut werden. Zwei lineare Empfänger, der ZF-BLE und der MMSE-BLE,
wurden in der PIC-dISI-Empfängerstruktur
ausgeführt
gezeigt. Wie bei PIC-fI-Empfängern wird
zuerst ein linearer Empfänger
gewählt,
wodurch die Konvergenz bestimmt wird.
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Die
weiter oben beschriebenen Empfänger
konvergieren gut, wenn die Störungspegel
niedrig sind. Vielfachzugriffsysteme, wie etwa Frequenzmultiplexduplex-
oder FDD-Betriebsart des vorgeschlagenen UMTS-Breitband-CDMA-Standards
der dritten Generation mit genauer Leistungssteuerung zeigen geringe Störpegel.
Wie bereits beschrieben, ist die vorliegende Erfindung 17 nicht
auf die beschriebenen Empfänger be schränkt. Jede
Wahl von Matrizen S und T kann eine realisierbare Empfängerstruktur
bereitstellen. Bei einer gegebenen Zielmatrix O definiert die Gleichung
16 eine beliebige Anzahl von Empfängerstrukturen, die auf einen
linearen Empfänger
konvergieren, der durch die Zielmatrix O definiert ist. Die verschiedenen
Auswahlen von S und T beinhalten eine verschiedene Auswahl für die Komplexität und Leistungsfähigkeit
eines gewünschten
Empfängers.
Eine bessere Leistung des Empfängers 17 wird
erzielt, wenn die Leistung des direkten Störungsunterdrückers 39 wie
im Fall der PIC-dISI-Empfänger
ausgenutzt wird. Dennoch erfordert das Delegieren von mehr Aufwand
an den direkten Störungsunterdrücker 39 die
Berechnung der Inversen einer komplizierteren Matrix, wodurch die
Komplexität
des Empfänger
erhöht
wird. Dies erkennt man durch Setzen der Matrix T auf 0. Das Ergebnis
ist das lineare Empfängermodell
des bisherigen Stands der Technik, das die Zielmatrix O invertieren
muß.
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Das
Obige beschreibt lineare parallele Störungsunterdrückungsempfänger mit
weicher Entscheidung. Parallele Störungsunterdrückungsempfänger 47 mit
harter Entscheidung werden erhalten, indem man, wie in 10 gezeigt,
einen Symbolgenerator in den Rückkopplungsweg
hinzufügt,
der für
die Symbolschätzungen d(m)
harte Entscheidungen 49 trifft. Nichtlineare parallele
Störungsunterdrückungsempfänger 51 mit
weicher Entscheidung können
erhalten werden, indem man den harten Symbolgenerator 49,
wie in 11 gezeigt, durch einen nichtlinearen
Symbolgenerator 53 mit weicher Entscheidung ersetzt.
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Während die
vorliegende Erfindung im Hinblick auf die bevorzugten Ausführungsformen
beschrieben wurde, sind weitere Änderungen,
die innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung liegen, wie sie in
den Patentansprüchen
zusammengefaßt
sind, für
Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich.
Der Vektor n in Gleichung 2 stellt durch den Kommunikationskanal eingeführtes Rauschen dar.
