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Fachgebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur
Bestimmung von Zeitsteuerungsabweichungen von Empfangssignalen drahtloser
Kommunikationen, die verwendet werden, um eine Zeitsteuerungsvorrückung zum
Anpassen von Sendungen von Benutzergeräten (UEs) zu erzeugen.
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Hintergrund
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Drahtlose
Kommunikationssysteme sind auf dem bisherigen Stand der Technik
wohlbekannt. In Mehrbenutzersystemen des bisherigen Stands der Technik
ist es üblich,
daß mehrere
Benutzer mit einer gemeinsamen Basisstation kommunizieren, wobei
Kommunikationssignale in selektiv definierten Zeitschlitzen von Systemzeitrahmen
oder Funkrahmen gesendet werden. In den in dem Partnerschaftsprojekt
der dritten Generation (3GPP) spezifizierten Systemen werden auf
Basisstationen Node Bs genannt, und ein Benutzer kommuniziert über ein
Benutzergerät
(UE) mit einem Node B. Ein Standard-3GPP-System-Funkrahmen hat eine Dauer von
zehn Millisekunden und ist in mehrere Zeitschlitze unterteilt, die
für die
Sendung und den Empfang von Kommunikationssignalen selektiv zugewiesen
werden. Auf Sendungen von einem Node B an UEs wird allgemein als
Sendungen der Abwärtsstrecke
(Downlink: DL) Bezug genommen, und auf Sendungen von UEs an einen
Node B wird allgemein als Sendungen der Aufwärtsstrecke (Uplink: UL) Bezug
genommen.
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Die
Zeitsteuerungsabweichung ergibt sich aufgrund der Tatsache, daß drahtlose
Kommunikationssignale nicht unverzögert bzw. instantan sind. Obwohl
sie sich mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen, gibt es einen meßbaren Zeitbetrag zwischen
der Sendung eines Signals und seinem Empfang. Diese Zeit bezieht
sich direkt auf die Entfernung, die das Signal zurücklegt,
und für
mobile Benutzer ändert
sich diese Zeit, wenn ein mobiles UE sich bewegt, wenn sich die
Entfernung von dem mobilen UE zu einem Node B ändert. Die Laufzeit von Kommunikationssignalen
muß berücksichtigt
werden, um UL- und DL-Kommunikationen in bestimmten Zeitschlitzen
und anderen Zeitfenstern innerhalb von Systemzeitrahmen zu halten. 8 ist
eine schematische Darstellung mehrerer UEs, die mit einem Node B
eines 3GPP-Systems kommunizieren, das zwei verschiedene Zellengrößen zeigt.
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Wie
gegenwärtig
für 3GPP-Systeme
spezifiziert, besteht ein Funknetz aus einem oder mehreren mobilen
Engeräten
oder Benutzergeräten
(UEs) und einem terrestrischen UMTS-Funkzugangsnetz (UTRAN). Das UTRAN umfaßt Zellen,
Node Bs zum Abwickeln der Funkschnittstelle in einer Gruppe von
einer oder mehreren Zellen und Funknetzsteuerungen (RNCs), welche
die Aktivität
in dem Funknetz steuern. Eine Verbindung durch das UTRAN umfaßt die Leitweglenkung
durch eine oder mehrere RNCs, einen Node B und eine Zelle. Die von
einer RNC gespielte Rolle hängt
von ihrer relativen Position in der Verbindung eines bestimmten
UE mit dem UTRAN ab. Diese Rollen sind betreuende RNC (Serving RNC:
SRNC), Drift-RNC (DRNC) und steuernde RNC (CRNC). Die SRNC ist für die Funkverbindung
zwischen dem UTRAN und dem UE verantwortlich. Die Softwareeinheiten
der SRNC sind in der RNC zu finden, durch die die Verbindung entstanden
ist (oder einer RNC, die durch einen Standortwechselprozeß ausgewählt wurde).
Die Softwarekomponenten in der DRNC stellen Funkressourcen für ferne
SRNC-Komponenten bereit. Die CRNC steuert die logischen Ressourcen
ihrer Node Bs. Wenn eine Verbindung aufgebaut wird, sind ihre SRNC
und CRNC gemeinsam in der gleichen RNC angesiedelt. In diesem Fall
gibt es keine DRNC. Wenn die Verbindung von einer (ursprünglichen)
RNC an eine andere (neue) übergeben
wird, ist die SRNC-Funktionalität
in der ursprünglichen
RNC vorhanden, und die DRNC- und CRNC-Funktionalitäten sind in der neuen RNC vorhanden.
Ein zu sätzlicher
Architekturüberblick
ist in TS25.401 V3.3.0 zu finden.
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In
einem 3GPP-System besteht ein Zeitteilungsduplex- (TDD-) Funkrahmen aus vermischten UL-
und DL-Zeitschlitzen, in denen Kommunikationssignale in der Form
von UL- und DL-Bursts
gesendet werden. Ein Taktsignal für eine Zelle wird auf einem
Synchronisationskanal (SCH) von einem Node B als Rundruf gesendet und
definiert den Referenzrahmen des Node B, mit dem Bursts der Abwärtsstrecke
synchronisiert werden. Das UE leitet seine Zellenzeitsteuerung aus
dem empfangenen SCH-Signal, verzögert
um die Einweg-Ausbreitungszeit von dem Node B an das UE, ab. Nominell,
ohne Anwendung einer Zeitsteuerungsvorrückung, beginnt das UE einen
UL-Burst am Anfang eines UL-Zeitschlitzes relativ zu seinem eigenen
Referenzrahmen. Wenn die Ausbreitungsverzögerung null wäre, d.h.
eine instantane Kommunikation, würde
der Anfang dieses UL-Burst
an dem Node B exakt zum Anfang des UL-Zeitschlitzes an dem Referenzrahmen
des Node B beginnen. Dies ist in 1a abgebildet.
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Da
es tatsächlich
etwas Zeit dauert, bis gesendete Signale sich zu dem Empfänger fortbewegen,
gibt es eine Ausbreitungsverzögerung.
Folglich ist der abgeleitete Takt des UE, der den Referenzrahmen
des UE definiert, gegenüber
dem Referenztakt in dem Node B um die Einweg-Ausbreitungszeit verzögert. In
dem nominellen Fall, daß das
UE einen UL-Burst am Anfang eines UL-Zeitschlitzes in seinem eigenen
Referenzrahmen, welcher bereits relativ zu dem Referenzrahmen des
Node B verzögert
ist, beginnt, wird der Burst an dem Node B um die Zweiweg-Ausbreitungszeit
Node B-UE verzögert
empfangen. Dies ist in 1b ab dem Referenzrahmen des
Node B abgebildet.
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Wenn
die in 1b gezeigten UL-Bursts an dem
Node B jenseits eines Zeitfensters ankommen, können sie nicht erfaßt werden;
wenn sie erfaßt
werden, können
sie mit verminderter Qualität
empfangen werden. Die Zeitsteuerungsvorrückung bedeutet, daß das UE
seine UL-Bursts früher
sendet als es dies ansonsten tun würde, d.h. vor dem Anfang eines UL-Zeitschlitzes
in dem Referenzrahmen des UE, so daß seine UL-Bursts an dem Node
B innerhalb dieses Zeitfensters empfangen werden, um die Erfassung
einer Signalverschlechterung zu erleichtern, diese zu minimieren
oder zu beseitigen. Mit einer Zeitsteuerungsvorrückung, die die Zweiweg-Ausbreitungsverzögerung genau
kompensiert, sind die UL- und DL-Bursts
an dem Referenzrahmen des Node B wie in 1a wiedergegeben.
Beachten Sie, daß das
System eine Schutzzeit GP verwendet, so daß es immer noch funktionieren
kann, wenn die Zeitsteuerungsvorrückung die Zweiwege-Ausbreitungsverzögerung nicht
genau kompensiert.
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Die
Zeitsteuerungsvorrückung
wird herkömmlicherweise
basierend auf der Zeitsteuerungsdifferenz des empfangenen UL-Burst
und des Zeitschlitzes, für
den er bestimmt ist, was als Zeitsteuerungsabweichung bekannt ist,
relativ zu dem Referenzrahmen des Node B bestimmt. Da die Ausbreitungsverzögerung eine Funktion
der Fortbewegungszeit des Kommunikationssignals ist, kann sie sich
im Verlauf einer Kommunikation ändern.
Dies ist, bei mobilen UEs, die ihren Standort während der Verwendung ändern, ziemlich
häufig
der Fall. Nachdem eine Zeitsteuerungsvorrückung anfänglich festgelegt wurde, muß sie folglich
basierend auf Änderungen
der Zeitsteuerungsabweichung angepaßt werden.
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Nominell
wird der Betrag der Zeitsteuerungsvorrückung in einer Funknetzsteuerung
(RNC) in Verbindung mit dem Node B bestimmt und an das UE signalisiert.
Wenn an eine neue Zelle übergeben
wird, die die Zeitsteuerungsvorrückung
unterstützt,
bestimmt das UE entweder 1) selbständig den Betrag der Zeitsteuerungsvorrückung, der
in der neuen Zelle verwendet werden soll, oder 2) wendet in der
neuen Zellen keine Zeitsteuerungsvorrückung an, wenn es vorübergehend
einen Zeitschlitz verwendet, der aufgrund einer größeren als
der nominellen Schutzzeit toleranter gegen große Zeitsteuerungsabweichungen
ist. Wenn die Gesprächsübergabe
einmal abgeschlossen ist, gilt das nominelle Verfahren. Für den Fall
keiner Gesprächsübergabe
wird die Zeitsteuerungsvorrückung vorzugsweise
durch eine geschlossene Schleife zwischen dem UE, dem Node B und
der RNC wie folgt geregelt:
- 1. Bursts der Aufwärtsstrecke
werden am Node B empfangen.
- 2. Der Node B mißt
die Zeitsteuerungsabweichung der empfangenen Bursts im allgemeinen
einmal pro Rahmen.
- 3. Der Node B meldet Zeitsteuerungsabweichungsmessungen (ungleich
null) an die RNC.
- 4. Aus den Zeitsteuerungsabweichungsmessungen bestimmt die RNC
anfänglich
den Betrag der Zeitsteuerungsvorrückung, den das UE anwenden
soll, oder aktualisiert ihn.
- 5. Die RNC signalisiert den Betrag der anzuwendenden Zeitsteuerungsvorrückung über den
Node B an das UE. Aktualisierungen werden nur selten gesendet.
- 6. Das UE wenden den signalisierten Zeitsteuerungsvorrückungsbetrag
an.
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In
einem 3GPP-System ist die Zeitsteuerungsabweichungsmessung die Schätzung der
Differenz zwischen der Zeit, wenn der Anfang eines UL-Burst in einem
Node B empfangen wird, und der Anfangszeit seines Zeitschlitzes.
Aufgrund der mehreren Wege kann der erste Chip eines Burst in der
Tat zu mehreren Zeiten ankommen, wobei die Zeit der frühest empfangenen
Instanz des UL-Burst die Basis für
die Zeitsteuerungsabweichungsmessung bildet. Die UE-Sendezeitsteuerung
wird mit der Zeitsteuerungsvorrückung
eingestellt. Der Anfangswert für
die Zeitsteuerungsvorrückung
wird vorzugsweise durch die Messung der Zeitsteuerung eines physikalischen
Direktzugriffskanals (PRACH) bestimmt.
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Die
Kommunikationsübertragungsbursts
in 3GPP-Systemen sind derart spezifiziert, daß sie eine kennzeichnende Midamble
enthalten. Die Midamble wird für
die Kanalschätzung
verwendet und daraus wird herkömmlicherweise
die Zeitsteuerungsabweichungsmessung gewonnen. Gewöhnlich gibt
es eine Zeitsteuerungsabweichungsmessung pro UE pro Rahmen. Auf
diese Weise muß für einen
dedizierten Kanal (DCH) mit mehreren Midambles pro Rahmen entweder
eine Kanalantwort für
die Zeitsteuerungsabweichungsmessung ausgewählt werden oder es werden mehrere
oder alle Kanalantworten integriert und eine einzige Zeitsteuerungsabweichungsmessung
abgeleitet.
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Ein
Burst der Aufwärtsstrecke
wird von einer herkömmlichen
Kanalschätzfunktion
unter Verwendung des Steiner-Algorithmus "gefunden", der in der Tat
innerhalb eines Zeitfensters nach der Midamble des Burst sucht.
Da der Anfang der Midamble ein fester Abstand von dem Anfang des
Burst ist, ist das Erfassen des Anfangs der Midamble äquivalent
zur Erfassung des Anfangs des Burst.
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Mehrere
Wege in dem Ausbreitungskanal bewirken zahlreiche Reflexionen oder
Instanzen des Burst, die mit verschiedenen Verzögerungen empfangen werden;
die Midambles dieser verzögerten
Reflexionen werden ebenfalls erfaßt. Die Position der frühesten Instanz
des Burst innerhalb des Erfassungsfensters bildet die Basis für die Zeitsteuerungsabweichungsmessung.
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Der
aktuelle 3GPP-Standard bezieht sich widersprüchlich auf die "Zeitsteuerungsverzögerung" sowohl als eine
gemessene Größe mit einer
Genauigkeit von ±1/2
Chip und einer Auflösung
von 1/4 als auch eine signalisierte Größe mit der Auflösung von
vier Chips. Um diese zu unterscheiden, wird die "Zeitsteuerungsverzögerung" manchmal verwendet, um sich auf die
Messung selbst zu beziehen, und dann wird die "Zeitsteuerungsabweichung" verwendet, um sich
auf die signalisierte Messung zu beziehen.
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Das
Konzept des Erfassungsfensters wird aus dem Steiner-Kanalschätzungsalgorithmus,
einem Korrelator-artigen Algorithmus, der die Zeit einer Midamble-Erfassung
ergibt, abgeleitet. 2 zeigt fünf Beispiele für Midambles
zu zunehmenden Zeitpunkten relativ zu der Korrelatorausdehnung.
Gezeigt sind die Parameternotation des 3GPP-Standards und numerische
Beispiele für
diese Parameter in Klammern für
den Fall eines 3GPP-Burst des Typs 1, der acht Midamble-Verschiebungen
KZelle = 8 ermöglicht. Die Midamble-Verschiebungen
ermöglichen
mehreren UEs, in dem gleichen Zeitschlitz an einen Node B zu senden.
Der Steiner-Algorithmusprozeß ermöglicht,
daß die
Signale jedes UE basierend auf der Verschie bung der Midamble dieses
UE von den anderen getrennt werden, und ermöglicht die Zeitsteuerungsverzögerungsmessung
für jede
gegebene empfangene Midamble, vorausgesetzt, daß nicht zwei UEs die gleiche
Midamble-Verschiebung zur gleichen Zeit verwenden. Folglich könnten die
fünf dargestellten
Beispiele abhängig
von der Zweiwege-Ausbreitungsentfernung und dem Betrag der angewendeten
Zeitsteuerungsvorrückung
verschiedene Instanzen von Empfangssignalen von einem bestimmten
UE darstellen.
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In 2a tritt
die mit (1) bezeichnete Midamble vor dem Korrelatoranfang
auf und ist nur teilweise in der Korrelatorausdehnung, die mit (2)
bis (4) bezeichneten Midambles sind ganz in der Korrelatorausdehnung, und
die mit (5) bezeichnete Midamble ist, wie die Midamble
(1), nur teilweise innerhalb der Korrelatorausdehnung. 2b bildet
die Überlagerung
der idealen Kanalantworten auf diese fünf Midambles ab. Die Midamble (2)
ergibt einen Impuls am Anfang der Kanalschätzungsausgabe, die Midamble
(3) ergibt einen Impuls in der Mitte, und die Midamble
(4) ergibt einen Impuls am Ende. Die Midambles (1)
und (5), die nicht ganz in der Korrelatorausdehnung enthalten
sind, ergeben in der Kanalantwort der richtigen Midamble-Verschiebung
nichts; gestrichelte Linien stellen dar, wo sie in den Kanalantworten
für benachbarte
Midamble-Verschiebungen erscheinen.
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2a stellt
dar, daß eine
Midamble, die an einer der ersten W (57) Chippositionen beginnt,
zu einem entsprechenden Impuls in der Kanalantwort führt, da
die gesamte Midamble innerhalb der Korrelatorausdehnung erfaßt wird.
Dies ist, worauf als das Erfassungsfenster Bezug genommen wird.
Beachten Sie, daß bei
der Verwendung dieses Konzepts die tatsächliche Midamblelänge in der
Analyse der Midamble-Ankunftszeit
nicht benötigt
wird, und das Fenster als die Zeit gesehen werden kann, innerhalb
derer der Anfang der Midamble stattfindet oder ankommt. Da die Midamble
immer eine feste Anzahl von Chips vom Anfang des Burst ist, wird durch
Herausfinden der Anfangsposition, d.h. der Anfangszeit, der Midamble
die Ankunftszeit des Burstanfangs bekannt. Obwohl diese zwei Ankunftszeiten
deutlich unterschiedlich sind, wird auf sie aufgrund ihrer direkten
Korrelation miteinander häufig
austauschbar Bezug genommen.
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Erfassungsfenster
sind die Zeitspannen, in denen eine einzige Instanz des Steiner-Algorithmus
nach Midambles sucht. Der Steiner-Algorithmus sucht nach dem Anfang
von K Midambles (in Wirklichkeit K verschiedene zirkulare Verschiebungen
eines Midamblecode) innerhalb eines gegebenen zeitlichen Erfassungsfensters.
Die Größe des Erfassungsfensters
ist eine Funktion des Bursttyps und davon, ob erweiterte Midambles
zulässig
sind. Genau genommen umfaßt
die "Erfassungs-"Fensterausdehnung
die Midamblelänge,
aber für
den Zweck der Zeitsteuerungsabweichung ist es leichter, das Fenster
als das zu sehen, in dem der Anfang der Midamble auftreten kann.
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Eine
Midamble, die irgendwo innerhalb des Erfassungsfensters der Länge W beginnt,
wird bei nicht vorhandenem Rauschen und Interferenz für ihre Midamble-Verschiebung
k eine Erfassung mit einer Energie proportional zum Quadrat der
Länge des
Korrelators (K × W)
ergeben. Ein Midambleanfang, der (selbst einen Chip) vor dem Anfang
des Fensters oder W oder mehr Chips nach dem Anfang des Erfassungsfensters
auftritt, ergibt keine Erfassung der Midamble-Verschiebung k, und
ergibt statt dessen eine Erfassung der Midamble-Verschiebung k – 1 oder
k + 1.
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Die
Länge des
Erfassungsfensters ist eine Funktion der Midamblelänge und
der maximalen Anzahl von Midamble-Verschiebungen. Verschiedene Beispiele
für 3GPP-spezifizierte
Bursts sind in Tabelle 1 angegeben.
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Tabelle
1 Erfassungsfenster- und Midamblelängen
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Beachten
Sie, daß für den Fall
des Bursttyps 1, K = 16, die Erfassungsfenstergröße zu "28/29" gegeben ist. Dies liegt an einer Anomalie
des Midamble-Verschiebungszuweisungsmodells, die dem Steiner-Algorithmus
inhärent
ist, wobei die ersten acht Midamble-Verschiebungen (k = 1 bis 8)
Kanalantworten mit 29 Chips haben und die zweiten acht (k = 9 bis
16) Kanalantworten mit 28 Chips haben.
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Ein
vereinfachtes Beispiel für
die Bestimmung der Zeitsteuerungsverzögerungsmessung aus der Kanalschätzung ist
in 3 gegeben, die das Betragsquadrat einer komplexen
Kanalschätzung
für eine
k-te der K verschobenen Midambles zeigt, die von dem Steiner-Algorithmus
ausgegeben werden. Beachten Sie, daß eine praktische Implementierung
eine Näherung
für das
Betragsquadrat, z.B. Summe(Max(1, Q) + Min(1, Q)/2), verwenden kann.
Die horizontale Achse der X-Y-Auftragung
stellt die Zeitdauer des Erfassungsfensters dar. Es sind drei Impulse
abgebildet, die eine Schwelle kreuzen, die auf dem gleichen Umgebungsrauschpegel basiert:
Diese drei Impulse sind Erfassungen von drei Instanzen der k-ten
Midamble-Verschiebung.
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Der
Abstand jedes Impulses von dem linken Rand des Fensters ist die
Anfangszeit der Midamble-Verschiebungsinstanz relativ zu der Anfangszeit
des Erfassungsfensters oder dem Zeitversatz; die Höhe zeigt
die der Midamble-Verschiebung zugeschriebene Energie. Beachten Sie,
daß der
An fang des Fensters nicht notwendigerweise der Anfang des Zeitschlitzes
der Aufwärtsstrecke
ist. Der Impuls am weitesten links ist der früheste der drei, und folglich
wird seine Zeitverschiebung für
die Zeitsteuerungsabweichungsmessung verwendet.
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In
dem in 3 gezeigten Beispiel wird eine spätere Erfassung
mit mehr Energie als die früheste
empfangen, deren Zeit als tVerzögerung markiert
ist. Die relativen Energien der Erfassungen sind kein Einflußfaktor;
daß eine
Energiemessung der Kanalschätzung
die Schwelle durchquert, ist ausreichend.
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Vorzugsweise
arbeitet der Empfänger
des Node B mit zweifacher Überabtastung,
d.h. einer Abtastung bei der zweifachen Chiprate oder einer Abtastperiode
von einem halben Chip. Die Kanalschätzfunktion nimmt die Halbe-Chip-Abtastsequenz
und teilt sie in zwei (abwechselnd geradzahlige und ungeradzahlige)
Chipratensequenzen, von denen jede getrennt in eine Instanz des
Steiner-Algorithmus eingegeben wird. Dies führt zu zwei Kanalschätzungen
der Länge
K × W
pro Burst. Konzeptionell, d.h. nicht notwendigerweise physikalisch,
können
die zwei Kanalschätzungen
verschachtelt werden, um eine Länge
2KW, eine Halbe-Chip-Abtastungs-Kanalschätzung, zu bilden, die verwendet
wird, um die Zeitsteuerungsabweichung zu berechnen. Unter Verwendung
der Halbe-Chip-Kanalschätzung kann
die Zeitsteuerungsabweichung leicht mit der gewünschten Genauigkeit und der
Präzision
der aktuellen 3GPP-Standards bestimmt werden. Diese Funktionen sind
in 4 abgebildet.
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Aufgrund
der zweifachen Überabtastung
erscheint eine einzelne Instanz einer Midamble in der betragsquadrierten
verschachtelten Kanalschätzung
nicht als eine einzelne Linie, wie in 3 abgebildet,
sondern als ein Impuls mit einem gewissen Zeitumfang, dessen Form
zu der Wurzel des Kosinus-Chipimpulses in Beziehung steht. 5 zeigt
ein Beispiel für
die betragsquadrierte verschachtelte Kanalschätzung für einen Ausbreitungskanal ähnlich der
in 3 gezeigten. Wie in 3 stellen
die verschiedenen Impulse oder Gruppen in 5 Mehrwegereflexionen
dar, die viele Chips auseinander liegen. Gegenwärtig von der Working Group
4 (WG4) verwendete Standardausbreitungsmodelle haben im allgemeinen
Mehrwegereflexionen mit Ein-Chip-Abständen. In diesen Fällen ist
die Antwort die kohärente
Summe sich teilweise überlappender
Impulse. Ein Beispiel dafür
ist als die Antwort in 6 abgebildet, in der die einzelnen
Impulse nicht aufgelöst werden
können.
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Wenn
in dem Node B Empfängerdiversity
verwendet wird, gibt es in der Tat zwei Instanzen des in 4 gezeigten
Empfängers.
Das einfachste Modell zum Messen der in einem Diversityempfänger gegebenen
Zeitsteuerungsabweichung ist, einfach zwei Instanzen der Algorithmen
für jeden
der zwei Empfänger
zu verwenden und die frühere
Messung zu wählen,
um sie als Zeitsteuerungsabweichung zu melden.
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Die
Messung des Zeitsteuerungsversatzes unter Verwendung der verschachtelten
Kanalimpulsantwort erfordert das Identifizieren der frühesten Midamble-Erfassung,
das Vermerken ihres Zeitversatzes und, falls notwendig, das Verfeinern
der Messung auf die erforderliche Genauigkeit. Wenn diese Schritte
abgeschlossen sind, wird die abschließende Zeitsteuerungsabweichungsmessung
gebildet.
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Der
erste Schritt für
das Messen des Zeitsteuerungsversatzes aus der verschachtelten Kanalschätzung ist
identisch mit dem weiter oben beschriebenen vereinfachten (nicht
verschachtelten) Beispiel, z.B. Finden der frühesten Midamble-Verschiebungsinstanz über der
Schwelle und Vermerken ihres Zeitsteuerungsversatzes. Wenn sie einmal
gefunden ist, wird sie als tVerzögerung markiert.
Dies ist in 7 abgebildet. Um zu vermeiden,
daß eine
zu große
Zeitsteuerungsvorrückung
verwendet wird, wird die Messung vorzugsweise abgerundet.
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In
3GPP-Systemen ist der ganze Bereich der Zeitsteuerungsabweichungsmessung ±256 Chips,
wie in TS25.427 V4.4.0, Abschn. 6.3.3.7 und TS25.435 V4.4.0, Abschn.
6.2.7.6 dargelegt. Der mögliche "negative" Wert und die Ausdehnung übersteigen
die Breite des größten Erfassungsfensters,
das 64 Chips hat, erheblich. Eine negative Zeitsteuerungsabweichung
bedeutet, daß ein
Burst vor dem Anfang des Zeitschlitzes empfangen wird. Dies tritt
auf, wenn von einem UE für
UL-Bursts eine zu hohe Zeitsteuerungsvorrückung angewendet wird. Um die
negative Zeitsteuerungsabweichung zu messen, muß entweder das Erfassungsfenster
vor dem Anfang des Zeitschlitzes beginnen, oder es muß vor der
Zeit der Suche, die am Anfang des Zeitschlitzes beginnt, eine zusätzliche
Suche durchgeführt
werden.
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Die
obige Beschreibung der Zeitsteuerungsabweichungsmessung übernimmt
eine einzige Zeitsteuerungsversatzmessung aus einer einzigen Kanalschätzung. In
3GPP-Systemen gibt es jedoch mehrere Fälle, in denen es mehrere Gelegenheiten
zum Messen des Zeitsteuerungsversatzes gibt, welche eine Zeitsteuerungsabweichungsmessung
ergeben müssen.
Ein wert für
die Zeitsteuerungsabweichung für
dedizierte Kanäle
(DCHs) einer Verbindung wird gemäß TS25.427
V4.4.0, Abschn. 5.6 einmal pro Funkrahmen gemeldet, aber es gibt
viele Meßgelegenheiten
für eine
Zeitsteuerungsverzögerung
pro Funkrahmen: Das UE kann theoretisch eine oder zwei Midambles
pro UL-Zeitschlitz in bis zu 13 UL-Zeitschlitzen pro Rahmen oder
26 derartigen Gelegenheiten senden. Es gibt mehrere mögliche Modelle
zur Erzeugung einer Zeitsteuerungsabweichungsmessung aus den vielen
möglichen
Gelegenheiten:
- 1. Auswählen genau einer der vielen
Gelegenheiten.
- 2. Bilden von bis zu 26 unabhängigen Messungen der Zeitsteuerungsverzögerung und
Kombinieren von ihnen mit einer Funktion, wobei möglicherweise
der Minimal- oder der Mittelwert ausgewählt wird.
- 3. Für
zwei Midambles pro Zeitschlitz kohärentes Kombinieren der zwei
Kanalschätzungen
und Machen einer Messung der Zeitsteuerungsverzögerung und Auswählen der
minimalen Zeitsteuerungsverzögerung für bis zu
13 UL-Zeitschlitze wie in 1) weiter oben.
- 4. Kohärentes
Kombinieren der bis zu 26 Kanalschätzungen und Machen einer einzigen
Messung der Zeitsteuerungsverzögerung.
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Die
Leistungsfähigkeit
dieser Modelle kann durch Simulationsstudien bestimmt werden, wenngleich die
Erfahrung nahelegt, daß die
kohärente
Kombination das bevorzugte Modell ist.
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Die
in 5 und 6 abgebildete Schwelle spielt
die ausschlaggebende Rolle für
die Messung der Zeitsteuerungsabweichung. Die Kanalschätzungs-Nachverarbeitungsfunktion
erfaßt
Midambles unter Verwendung einer Schwelle vom CFAR-Typ. Herkömmlicherweise
basiert diese Schwelle auf einer Schätzung des interferierenden
Rauschens. Die Arbeitsannahme für
die Nachverarbeitung ist, daß der
Nennwert der Schwelle einer Fehlalarmrate (FAR) von 10–2 entsprechen
sollte. Es ist jedoch nicht klar, daß der Schwellwert für die FAR von
10–2 ermöglicht,
daß der
Zeitsteuerungsabweichungsalgorithmus die "90% der Zeit"-Genauigkeitsanforderung erfüllt, die
in TS25.123 V4.4.0, Abschn. 9 der Zeitsteuerungsabweichungsmessung
spezifiziert ist.
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Ein
Schwellwert für
die FAR von 10–2 bedeutet, daß im Mittel
etwa eine von allen zwei bis vier Kanalschätzungen (abhängig von
W) eine falsche Alarmerfassung einer Midamble zusammen mit allerdings
vielen richtigen Erfassungen enthält. Eine falsche Erfassung
führt nicht
nur zu einer falschen Zeitsteuerungsabweichungsmessung, wenn sie
vor der ersten richtigen Erfassung passiert; dies verringert die
oben angegebene Rate von falschen Zeitsteuerungsabweichungsmeldungen.
Das Verringern des Abstands zwischen dem Zeitsteuerungsvorrückungssollwert
und dem linken Fensterrand verringert diese Rate weiter. Eine intuitive
Schätzung
ist, daß die
FAR-Rate von 10–2 wahrscheinlich annehmbar
ist.
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Die
Anmelder haben entdeckt, daß eine
veränderliche
Schwelle, die abhängig
von der Kanalenergie festgelegt wird, die Erfassungsleistung erheblich
verbessert. In dem Überabtastungsfall
ergibt jeder Weg eine Antwort mit RRC-Form. Wenn es einen richtigen
Weg gibt, dann sollten zwei von drei aufeinanderfolgenden Proben über der
Schwelle sein. Die Stelle der Probe, die von den drei Proben die
maximale Ener gie enthält, wird
als eine echte Zeitsteuerungsverzögerung erklärt.
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US 6 144 709 offenbart ein
Verfahren zur Erfassung eines Rufaufbauburst.
US 6 144 709 verwendet eine Schwelle
für ein
Verhältnis
zwischen der Energie eines Zeitschlitzes und anderer Zeitschlitze,
um zu entscheiden, ob in der Probe ein Rufaufbauburst empfangen
wurde oder nicht.
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EP 0 942 543 offenbart ein
Verfahren zur Leistungsmittelberechnung in mehreren Zeitschlitzen,
um durch Schwund verursachte Fehler zu verhindern und die erforderliche
Speicherkapazität
zu verringern, indem nur die N höchsten
Leistungswerte gespeichert werden.
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US 5 251 233 offenbart ein
Entzerrungssystem zum Entzerren eines beschädigten Signals. Ein Empfänger umfaßt eine
Einrichtung zum Entfernen der Auswirkungen der Phasenverschiebungs-Amplitudenschwankungen,
der Intersymbolinterferenz, etc.
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Zusammenfassung
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Ein
System und ein Verfahren zur drahtlosen Kommunikation bestimmen
die Empfangssignal-Zeitsteuerungsabweichung, die verwendet wird,
um eine Zeitsteuerungsvorrückung
zum Anpassen von Sendungen von Benutzergeräten (UEs) zu erzeugen. Eine
adaptive Schwelle zum Messen des Zeitsteuerungsabweichungsalgorithmus
wird basierend auf dem Energiepegel von empfangenen UE-Signalen
festgelegt. UE-Signalproben, welche die Schwelle überschreiten,
werden ausgewertet, um die Zeitsteuerungsabweichung zu bestimmen.
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Bevorzugt
senden die UEs Signale in Bursts, die für bestimmte Zeitschlitze von
Systemzeitrahmen bestimmt sind, wie in den 3GPP-Standards spezifiziert,
und der Energiepegel von zumindest einem Teil eines empfangenen
UE-Burst wird berechnet, um den Energiepegel zu bestimmen, der verwendet
wird, um die Zeitsteuerungsabweichungsschwelle festzulegen. Insbesondere
umfassen die bevorzugten UE-Bursts eine Midamble, und der Energiepegel
der Midamble eines empfangenen UE-Burst, der alle empfangenen Mehrwegeinstanzen
enthält, wird
berechnet, um den Energiepegel zu bestimmen, der zum Festlegen der
Schwelle verwendet wird.
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Das
System hat einen Empfänger
zum Empfangen von UE-Sendungen
und eine zugehörige
Verarbeitungsschaltung, welche empfangene UE-Signale verarbeitet
und eine Schwelle zum Messen der Zeitsteuerungsabweichung eines
empfangenen UE-Signals
basierend auf dem Energiepegel des empfangenen UE-Signals festlegt
und Signalproben, welche die Schwelle überschreiten, vergleicht, um
die Zeitsteuerungsabweichung zu bestimmen. Vorzugsweise ist die
Verarbeitungsschaltung derart aufgebaut, daß sie basierend auf der Art
des empfangenen UE-Burst ein Empfangsfenster und einen für den Empfang
bestimmten Zeitschlitz definiert, um in dem definierten Fenster
empfangene UE-Burst-Midambles abzutasten, die Kanalschätzung durchzuführen, um
Midamble-Kanalimpulsantworten zu bestimmen, den Energiepegel der
Midamble eines empfangenen UE-Burst auf der Basis einer ausgewählten Kombination
von Elementen der Midamble-Kanalimpulsantwort zu berechnen, um basierend
auf der Midamble-Kanalimpulsantwort eine Schwelle zu bestimmen und
diese Schwelle anzuwenden, um die Zeitsteuerungsabweichung zu messen.
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Insbesondere
ist die bevorzugte Verarbeitungsschaltung derart aufgebaut, daß sie UE-Burst-Midambles
mit der zweifachen Chiprate der UE-Bursts abtastet, die Kanalschätzung für geradzahlige
und ungeradzahlige Proben von empfangenen Midambles durchführt, um überabgetastete
Midamble-Kanalimpulsantworten zu erzeugen, den Energiepegel der
Midamble eines empfangenen UE-Burst auf der Basis einer Summierung
der Quadrate, d.h. dem Betragsquadrat der überabgetasteten Midamble-Kanalimpulsantworten,
berechnet und die Zeitsteuerungsabweichung basierend auf überabgetasteten
Midamble-Kanalimpulsantworten bestimmt, deren Quadrat die Schwelle überschreitet.
Wo die UE-Bursts eine Midamble-Sequenz von einer von K Verschiebungen
einer vorbestimmten Sequenz haben, wird innerhalb des gleichen bestimmten
Zeitschlitzes eine Anzahl von k, die ≤ K ist, von UE-Bursts empfangen,
von denen jeder eine andere Midamble-Verschiebung hat, wobei die
bevorzugte Verarbeitungsschaltung derart aufgebaut ist, daß sie die
k empfangenen UE-Burst-Midambles mit der zweifachen Chiprate abtastet,
die Kanalschätzung
unter Verwendung des Steiner-Algorithmus für geradzahlige und ungeradzahlige
Proben empfangener Midambles durchführt, um für jede der k empfangenen Midambles überabgetastete
Midamble-Kanalimpulsantworten
zu erzeugen, den Energiepegel der Midamble von mindestens einem
der k empfangenen UE-Bursts basierend auf einer Summierung der Quadrate
der überabgetasteten
Midamble-Kanalimpulsantworten für
diesen Burst berechnet und die Zeitsteuerungsabweichung basierend
auf den überabgetasteten
Midamble-Kanalimpulsantworten für
diesen Burst, dessen Quadrate die Schwelle überschreiten, bestimmt. In
einem derartigen Fall ist die Verarbeitungsschaltung derart aufgebaut,
daß sie
die Schwelle auf einen Wert festlegt, der gleich dem berechneten
Energiepegel, multipliziert mit einer Konstante im Bereich von 0,01
bis 0,05, vorzugsweise 0,025, ist.
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Die
Verarbeitungsschaltung ist bevorzugt auch derart aufgebaut, daß sie die
bestimmte Zeitsteuerungsabweichung verwendet, um ein Zeitsteuerungsvorrücksignal
zu erzeugen. Das bevorzugte System umfaßt einen Sender, der das erzeugte
Zeitsteuerungsvorrücksignal
an das UE sendet, das den Burst gesendet hat, für den die Zeitsteuerungsabweichung
bestimmt wurde. Vorzugsweise wird die Verarbeitungsschaltung in einer
Funknetzsteuerung (RNC) ausgeführt,
und der Empfänger
und der Sender werden in einem Node B eines Systems des Partnerschaftsprojekts
der dritten Generation (3GPP) ausgeführt. Nach dem Senden des erzeugten
Zeitsteuerungsvorrücksignals
an das UE, das den Burst gesendet hat, für den die Zeitsteuerungsabweichung
bestimmt wurde, verwendet dieses UE das empfangene Zeitsteuerungsvorrücksignal,
um die Zeitsteuerung der Sendungen des UE anzupassen.
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Andere
Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für Leute
mit gewöhnlichen
Kenntnissen der Technik aus der folgenden Beschreibung einer gegenwärtig bevorzugten
Ausführungsform
offensichtlich.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnung(en)
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1a ist
ein schematisches Diagramm von Kommunikationsbursts der Aufwärtsstrecke
(UL) und der Abwärtsstrecke
(DL) innerhalb von aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen an einer Basisstation
mit null Ausbreitungsverzögerung
oder einer perfekten Zeitsteuerungsvorrückung.
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1b ist
ein schematisches Diagramm von Kommunikationsbursts der Aufwärtsstrecke
(UL) und der Abwärtsstrecke
(DL) innerhalb von aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen an einer Basisstation
mit einer Ausbreitungsverzögerung,
ohne daß eine
Zeitsteuerungsvorrückung
angewendet wird.
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2a und 2b sind
graphische Darstellungen, die fünf Übertragungsburst-Midambles
relativ zu einem Erfassungsfenster einer Korrelatorausdehnung darstellen.
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3 ist
eine graphische Darstellung einer gemeinsamen Kanalantwort.
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4 ist
ein schematisches Diagramm eines Kommunikationssystems, das UL-Bursts
empfängt
und eine Zeitsteuerungsabweichung berechnet.
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5 ist
eine graphische Darstellung einer verschachtelten gemeinsamen Kanalantwort ähnlich zu 3.
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6 ist
eine graphische Darstellung einer realistischen Kanalantwort für einen
WG4-Ausbreitungskanal.
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7 ist
eine graphische Darstellung der Bestimmung der Zeitsteuerungsabweichung
basierend auf der gemeinsamen Kanalantwort von 6.
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8 ist
eine schematische Darstellung von mehreren UEs, die mit einem Node
B eines 3GPP-Systems kommunizieren, das zwei verschiedene Zellengrößen zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform(en)
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Eine
Zeitsteuerungsabweichungsmessung ist eine Schätzung der Zeitdifferenz zwischen
dem Empfang eines Anfangs eines UL-Bursts in einem Node B und der
Anfangszeit seines Zeitschlitzes. Bursts der Aufwärtsstrecke
werden durch eine Kanalschätzung,
vorzugsweise den Steiner-Algorithmus, gefunden, wobei mehrere Bursts
mit verschiedenen Midamble-Verschiebungen empfangen werden. Ein
vereinfachtes Beispiel für
die Bestimmung der Zeitsteuerungsabweichungsmessung ist, den frühesten Weg
der Kanalimpulsantwort über
einer vorbestimmten Schwelle zu finden. Wenn zweifaches Überabtasten
verwendet wird, erscheint eine einzelne Instanz einer Midamble in
einer betragsquadrierten verschachtelten Impulsantwort als eine
Wurzel einer Kosinus- (RRC-) Impulsform. In 3GPP ist die gewünschte Genauigkeit
der Zeitsteuerungsabweichungsmessung ±1/2 Chip und die Granularität ist 1/4
Chip.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein bevorzugtes Verfahren für die Zeitsteuerungsabweichungsmessung,
in der zweifaches Überabtasten
verwendet wird, in einem 3GPP-System wie folgt:
Schritt 1:
Für UL-Bursts,
die in einem ausgewählten
Zeitschlitz empfangen werden, jeweils die Midambleenergie, d.h.,
berechnen, wobei h
i (k) die überabgetastete
Kanalimpulsantwort der k-ten Midamble von bis zu K Bursts entspricht,
wobei jeder eine verschiedene Midamble-Verschiebung hat, wobei K
die Anzahl verfügbarer
Midamble-Verschiebungen für
die Art von UL-Burst ist, wobei jeder h-Term einer Schwelle unterzogen
wurde, um Terme, die wahrscheinlich nur Rauschen enthalten, zu beseitigen.
Schritt
2: Festlegen der Schwelle als η =
cE
k, wobei c eine ausgewählte Konstante ist, und Finden
des frühesten
Wegefensters, d.h., wenn zwei von drei aufeinanderfolgenden Proben über der
Schwelle sind, dann werden diese Probenindizes und ihre Energie
gespeichert.
Schritt 3: Finden des Maximums unter drei Proben
und ihres Zeitindex. Dieser Zeitindex wird als der früheste Weg
in dieser Kanalimpulsantwort der k-ten Midamble erklärt.
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Die
Konstante c wird vorzugsweise basierend auf der Ausführung von
Simulationen festgelegt. Für den
obigen Überabtastungsfall
ist c vorzugsweise zwischen 0,01 und 0,05, wobei 0,025 oder 2,5%
der Midambleenergie ein gegenwärtig
bevorzugter Wert sind. Simulationen können verwendet werden, um den
Wert von c zu optimieren, aber wie weiter unten wiedergegeben, arbeitet
das Verfahren gut mit verschiedenen Werten von c in dem gegebenen
Bereich.
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Unter
Verwendung der obigen Verfahren wird die Zeitsteuerungsabweichung
für die
k-te Midamble gemessen. Die neuartige Schwellenbestimmung, die adaptiv
basierend auf der bestimmten Midambleenergie festgelegt wird, stellt
ein zuverlässiges
Verfahren für
die Zeitsteuerungsabweichungsmessung bereit, das in Verbindung mit
der in 4 dargestellten Kanalschätzungsverarbeitung ohne weiteres
in einem RNC-Prozessor implementiert wird. Der Prozessor ist derart
aufgebaut, daß er
die Zeitsteuerungsabweichung in einer herkömmlichen Weise berechnet, wobei
aber zuerst die in Schritt 1 und 2 dargelegten zusätzlichen
Berechnungen gemacht werden, um die in der Zeitsteuerungsabweichungsberechnung
verwendete Schwelle zu bestimmen.
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Eine
Vielfalt an Simulationen wurden basierend auf dem weiter oben beschriebenen
bevorzugten Verfahren durchgeführt.
Diese umfaßten
Simulationen unter Verwendung eines additiven weißen Gaußschen Rausch-Kanals
(AWGN-Kanals) und drei verschiedener Kanäle, wie durch die 3GPP Working
Group 4 (WG4) spezifiziert, die auf dem Fachgebiet als WG4 Fall
1, WG4 Fall 2 und WG4 Fall 3-Kanäle
bekannt sind.
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Wenn
ein UE eine mehrfache Midamble hat, gibt es mehrere Verfahren zum
Messen der Zeitsteuerungsabweichung: (1) Kohärentes Kombinieren der mehrfachen
Midamble und Fortsetzen der Zeitsteuerungsabweichungsmessung, (2)
Auswählen
einer Midamble und Fortsetzen der Zeitsteuerungsabweichungsmessung
und (3) Fortsetzen der Zeitsteuerungsabweichungsmessung für jede Midamble
und die früheste
auswählen. Ähnlich können in
der Empfängerdiversity
die weiter oben erwähnten Verfahren
angewendet werden. In allen Fällen
kann das adaptive Schwellenverfahren verwendet werden.
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Während die
Erfindung in Verbindung mit einer bevorzugten Ausführungsform
basierend auf den gegenwärtigen
3GPP-Spezifikationen
beschrieben wurde, ist sie von jemandem mit gewöhnlichen Kenntnissen der Technik
ohne weiteres über
die speziell beschriebene Ausführungsform
hinaus anpaßbar.
