DE102005002801B4

DE102005002801B4 - Verfahren zur Rake-Finger-Platzierung mit zuverlässiger Pfad-Detektion

Info

Publication number: DE102005002801B4
Application number: DE102005002801A
Authority: DE
Inventors: Mauro Bottero; Jean-Xavier Canonici; Manfred Zimmermann
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2005-01-20
Filing date: 2005-01-20
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2025-01-21
Also published as: DE102005002801A1; JP4249190B2; US20060176937A1; JP2006203903A

Abstract

Verfahren zur Rake-Finger-Platzierung in einem CDMA-Rake-Empfänger, mit den Schritten:
a) Bestimmen (41; 41 und 43; 41 und 43') eines Verzögerungsprofils (42; 47) eines der Funkübertragung zugrunde liegenden Mehrwege-Übertragungskanals, welches die Verteilung der empfangenen Signalstärke auf eine Mehrzahl von Übertragungspfaden angibt und welches für jeden Übertragungspfad eine Pfadkomponente (a; b) umfasst, deren Signalstärke über eine Mehrzahl von Verzögerungszeiten verteilt ist und die jeweils einen Pfad-spezifischen Hauptzipfel (11; 21) und den Hauptzipfel umgebende, Pfad-spezifische Nebenzipfel (12a/b; 22a/b) bei unterschiedlichen Verzögerungszeiten umfasst;
b) im Wesentlichen Entfernen (48; 61) von Nebenzipfeln (12a/b; 22a/b) der Pfadkomponenten (a; b) in dem Verzögerungsprofil (42; 47), wobei das Entfernen unter Ausnutzung einer angenommenen, für die Pfadkomponenten charakteristischen Impulsantwort oder eines Teils einer derartigen Impulsantwort erfolgt, wobei der Verfahrensschritt b) (48; 61) den Schritt b1), welcher mehrfach wiederholt wird und bei welchem jeweils eine andere Pfadkomponente (a; b) aus dem Verzögerungsprofil (51) im Wesentlichen entfernt wird, umfasst:...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rake-Finger-Platzierung in einem CDMA-Rake-Empfänger (CDMA – code division multiple access).
Bei W-CDMA-Systemen (wideband code division multiple access) der dritten Mobilfunkgeneration, insbesondere UMTS-Systemen (UMTS: universal mobile telecommunications system), wird als Vielfachzugriffsverfahren Codemultiplex (CDMA) verwendet. Beim CDMA belegen eine Mehrzahl von Teilnehmern denselben Frequenzbereich, jedoch wird das Funksignal für bzw. von jedem Teilnehmer unterschiedlich codiert. Durch die unterschiedliche CDMA-Codierung wird eine Teilnehmerseparierung ermöglicht. Bei der CDMA-Codierung wird jedem Datensymbol des zu übertragenden digitalen Datensignals senderseitig ein teilnehmerspezifischer CDMA-Spreizcode aufgeprägt. Die Elemente der hierzu verwendeten CDMA-Spreizcodefolge werden als Chips bezeichnet, wobei die Symbolzeitdauer ein Vielfaches der Chipzeitdauer ist.
Das CDMA-kodierte Sendesignal unterliegt nach der Abstrahlung im Allgemeinen einer Mehrwege-Ausbreitung. Aufgrund von Reflexionen, Streuungen und Beugungen des gesendeten Funksignals an diversen Hindernissen im Ausbreitungsweg erreicht das gesendete Signal den Empfänger über eine Mehrzahl von Übertragungspfaden. Am Empfänger interferieren entsprechend der Anzahl der Übertragungspfade mehrere Empfangssignal-Versionen, die zeitlich zueinander verschoben und unterschiedlich gedämpft sind. Die mit der Interferenz mehrerer Übertragungspfade einhergehende zeitliche Spreizung der Energie des Signals wird auch als Multipath-Spread bezeichnet. Als CDMA-Empfänger wird häufig ein Rake-Empfänger verwendet. Ein CDMA-Rake-Empfänger umfasst eine Mehrzahl sogenannter Ra ke-Finger, wobei im Idealfall jeweils ein Rake-Finger einem Übertragungspfad und damit einer Empfangssignal-Version zugeordnet ist. In jedem Rake-Finger wird das empfangene Signal zunächst im Chiptakt mit dem Spreizcode entspreizt. Dabei werden für jeden Rake-Finger individuell das Empfangssignal oder alternativ der Spreizcode entsprechend der Verzögerung des dem Rake-Finger zugeordneten Übertragungspfades zeitverschoben. Die entspreizten Signale der einzelnen Rake-Finger werden anschließend in einem sogenannten Maximum-Ratio-Combiner (MRC) im Symboltakt entsprechend der Dämpfung des Übertragungspfades gewichtet und überlagert. Der sich aus der Überlagerung der Ausgangssignale der Rake-Finger ergebende Verstärkungsgewinn wird auch als Multipath-Diversity-Gain bezeichnet.

Eine besonders schwierige technische Herausforderung stellt die sogenannte Rake-Finger-Platzierung dar, d. h. die Bestimmung und Einstellung der geeigneten Zeitverzögerung in den einzelnen Rake-Fingern, wobei die eingestellte Zeitverzögerung die Zuordnung eines Rake-Fingers zu einem Übertragungspfad bestimmt. Die Rake-Finger-Platzierung beruht im Allgemeinen auf einem dreistufigen Ansatz:

1. In einem ersten Schritt wird ein sogenanntes Leistungsverzögerungsprofil (PDP – power delay profile) des Übertragungskanals bestimmt. Das PDP gibt die Verteilung der empfangenen Leistung auf die einzelnen, jeweils eine unterschiedliche Verzögerung und Dämpfung aufweisenden Übertragungspfade an. Dabei wird der jeweilige Leistungsanteil des Eingangssignals als Funktion der Pfadverzögerung ermittelt. Bei dem Eingangssignal handelt es sich um ein im Empfänger bekanntes Pilotsignal, beispielsweise im Fall eines UMTS-Empfängers um Pilotfolgen des P-CPICH (primary common pilot channel), welche empfangsseitig bekannte Chips umfassen. Die Bestimmung des PDP basiert auf einer Korrelation des empfangenen Pilotsignals mit der in dem Empfänger gespeicherten Pilotfolge. Zur Korrelation wird ein Filter verwendet, dessen Filterkoeffizienten den konjugiert komplexen Abtastwerten der Pilotfolge entsprechen. Nach der Quadrierung des Filter-Ausgangssignals ergeben sich in dem resultierenden PDP Leistungs-Maxima zu denjenigen Zeitschritten, welche den jeweiligen Verzögerungen der Pfadkomponenten des Übertragungskanals entsprechen.
2. Aufgrund von Leistungsschwankungen hinsichtlich der einzelnen Pfadkomponenten, beispielsweise im Fall eines Signalschwunds (auch als Fading bezeichnet), wird in einem zweiten Schritt eine gleitende Mittelwertbildung über mehrere PDP-Schätzungen durchgeführt. Ferner werden Rauschanteile mit zufällig hoher Leistung durch die Mittelwertbildung im Mittel abgesenkt. Die gleitende Mittelwertbildung kann beispielsweise mit Hilfe eines gleitenden Fensters erfolgen.
3. Schließlich wird in einem dritten Schritt die eigentliche Finger-Platzierung (FP – finger placement) durchgeführt, wobei bei dem der Finger-Platzierung zugrunde liegenden FP-Algorithmus die für die Signaldetektion wesentlichen Pfadkomponenten des empfangenen Signals identifiziert werden und die Finger den jeweiligen Verzögerungen der Pfadkomponenten zugeordnet werden. Eine Beschränkung auf die wesentlichen Pfadkomponenten ist notwendig, da die Anzahl der Finger limitiert ist.

Der Leistungsfähigkeit des FP-Algorithmus ist im Hinblick auf eine zuverlässige Finger-Platzierung besonders kritisch. Ziel des Algorithmus ist es, die einzelnen Rake-Finger denjenigen Pfadkomponenten zuzuweisen, welche die höchsten Leistungsanteile aufweisen, so dass in dem MRC der größtmögliche Teil der empfangenen und auf eine Vielzahl von Pfadkomponenten verteilten Signalleistung überlagert wird. Dabei sollten die Rake-Finger nur solchen Pfadkomponenten zugeordnet werden, deren Leistung deutlich höher als der Rauschpegel ist. Falls nämlich ein Rake-Finger eine sehr stark verrauschte Pfadkom ponente oder gar reines Rauschen verarbeitet, kann dies zu einer Verschlechterung des Multipath-Diversity-Gain und der auf den Ausgang des MRC bezogenen Bitfehlerrate (BER – bit error rate) führen. Im Übrigen stellt eine derartige Finger-Platzierung eine Verschwendung eines Rake-Fingers dar, welcher sonst anderweitig gewinnbringend einsetzbar wäre. In diesem Zusammenhang muss generell ein Kompromiss zwischen dem Bestreben, die Mehrzahl der Pfadkomponenten zu erfassen, und dem Bestreben, stark verrauschte Pfadkomponenten nicht zu verarbeiten, getroffen werden. So ist es möglich, sämtliche Pfadkomponenten in dem Rake-Empfänger zu nutzen, wobei in diesem Fall einige Rake-Finger möglicherweise hauptsächlich Rauschen verarbeiten. Alternativ ist es möglich, die Verarbeitung von Rauschen größtenteils auszuschließen, wobei in diesem Fall eine reduzierte Wahrscheinlichkeit dafür besteht, dass die wesentlichen Pfadkomponenten berücksichtigt werden.

Gewöhnlicherweise beruht der FP-Algorithmus darauf, dass zur Detektion der wesentlichen Pfadkomponenten in dem PDP die Leistungswerte des PDP mit einem Schwellwert τ verglichen werden. Mittels des Vergleichs kann zwischen leistungsstarken, wesentlichen Pfadkomponenten mit einer Leistung über dem Schwellwert τ und leistungsschwachen Pfadkomponenten ohne merklichen Beitrag oder Rauschen mit einer Leistung unter dem Schwellwert τ unterschieden werden. Der Schwellwert τ wird meist in Abhängigkeit des Rauschanteils in dem PDP ermittelt. Der Schwellwert τ lässt sich beispielsweise in Abhängigkeit des Erwartungswerts μ und der Standardabweichung σ des Rauschens folgendermaßen berechnen: τ = μ + x·σ (1)

Hierbei beschreibt die Größe x einen wählbaren Parameter.

Die vorstehend beschriebene Verwendung eines Schwellwerts τ zur Detektion der wesentlichen Pfadkomponenten in dem PDP ist in 1 dargestellt. Das linke Diagramm in 1 zeigt ein PDP, wobei der Leistungsanteil P(k) der empfangenen Gesamt leistung über der Verzögerung k dargestellt ist. Im rechten Diagramm in 1 ist die Wahrscheinlichkeitsverteilung der Leistung nach Rauschanteil und Pfadanteil getrennt dargestellt. Mit Quadraten markierte Leistungen P(k) sind bestimmten Pfadkomponenten zugeordnet, während mit Kreisen markierte Leistungsanteile P(k) lediglich Rauschen darstellen. Wird der in 1 dargestellte Schwellwert τ (τ ≈ μ + 1,5·σ) bei dem FP-Algorithmus zugrunde gelegt, werden die Pfadkomponenten bei k = 2 und bei k = 9 mit Leistungswerten P(k) größer dem Schwellwert τ detektiert. In gleicher Weise wird jedoch auch der dem Rauschen zugeordnete Leistungswert bei k = 5 detektiert.

Schwellwert-basierte Ansätze zur Detektion der leistungsstarken Pfadkomponenten weisen den Nachteil auf, dass die Wahrscheinlichkeit pnp (probability of not detection) des Übersehens einer wesentlichen Pfadkomponente und die Wahrscheinlichkeit pfa (probability of false alarm) der Fehldetektion einer Pfadkomponente – auch als Falschalarmrate bezeichnet – nicht gleichzeitig minimiert werden können. Um die BER zu reduzieren, wird tendenziell ein niedriger Schwellwert τ verwendet; dadurch ergibt sich ein geringer Wert für die Wahrscheinlichkeit pnp, d. h. die relevanten Pfadkomponenten werden erkannt. Jedoch resultiert gleichzeitig ein relativ hoher Wert für die Falschalarmrate pfa. Falls auf Basis eines derartigen Detektionsergebnisses eine Rake-Finger-Platzierung erfolgt, ist die Anzahl der Rake-Finger tendenziell zu hoch. Als Konsequenz ergibt sich ein unnötiger Bedarf an zusätzlicher Chip-Fläche und eine erhöhte Verlustleistungsaufnahme.

Neben der Fehldetektion eines Rausch-basierten Leistungsanteils können bei einem Schwellwert-basierten Ansatz in ähnlicher Weise auch durch eine Signalformung seitens des Sende- und des Empfangsfilters hervorgerufene Nebenmaxima eines Übertragungspfades irrtümlich detektiert werden. In dem PDP resultiert der Leistungsverlauf für eine bestimmte Pfadkomponente aus der Impulsantwort des Übertragungspfads, d. h. der Leistungsverlauf für eine Pfadkomponente ergibt sich aus dem Faltungsprodukt der Impulsantwort der sendeseitigen Signalformung, der Dämpfung des bestimmten Übertragungspfads und der Impulsantwort der empfangsseitigen Signalformung bis zum Eingang der Einheit zur Bestimmung der PDP. Hierbei hat insbesondere die Impulsantwort der empfangsseitigen Signalformung maßgeblichen Einfluss auf die Impulsantwort eines Übertragungspfads. Typischerweise werden bei UMTS als Sende- und Empfangsfilter sogenannte Root-Raised-Cosine-Filter (RRC) verwendet, die die sende- und empfangsseitige Signalformung maßgeblich bestimmen.

In 2 ist ein beispielhafter Verlauf des Quadrats der Impulsantwort für einen beliebigen Übertragungspfad dargestellt. Bei den y-Werten handelt es sich um Werte einer leistungsbezogenen Größe P(k). Der Verlauf ist normiert mit P(0) = 1. Die x-Werte der Verzögerung k sind bei zweifacher Überabtastung dargestellt, d. h. zwei Zeitschritte k entsprechen einer Chipzeitdauer. Der Kurvenverlauf weist einen Hauptzipfel (main peak, main lope) 1 mit maximaler Leistung bei der Verzögerung k = 0 und eine Mehrzahl von Nebenzipfeln (side lopes, secondary peaks) 2a/b, 3a/b, 4a/b mit geringen Leistungswerten bei Verzögerungen k = ± 3, ± 5, ± 7 auf. Die Nebenzipfel 2a/b bei k = ± 3 werden als Nebenzipfel erster Ordnung bezeichnet, während die Nebenzipfel 3a/b bei k = ± 5 als Nebenzipfel zweiter Ordnung bezeichnet werden.

Liegt eine Mehrzahl von Pfadkomponenten vor, ergibt sich die PDP als Überlagerung einzelner wie in 2 dargestellter Verläufe, die entsprechend der Pfadverzögerung und der Pfaddämpfung zeitlich verzögert bzw. gewichtet werden. In 3 ist eine resultierende PDP mit drei Pfadkomponenten a, b, c dargestellt, wobei die Energie der Pfadkomponenten a, b, c aufgrund der Signalformung durch das Sende- und das Empfangsfilter um die Pfadverzögerungen, d. h. um die Verzögerungen der Hauptzipfel 11, 21, 31 der drei Pfadkomponenten bei k = 0, 20, 40, herum verteilt ist. Der PDP weist ferner zusätzliches Rauschen auf.

Falls ein Schwellwert-basierter FP-Algorithmus mit dem in 3 eingezeichneten Schwellwert τ zur Detektion der Pfadkomponenten verwendet wird, werden die Verzögerungen derjenigen lokalen Maxima detektiert, welche größer als der Schwellwert τ sind. In diesem Fall werden beispielsweise die Maxima bei k = -3, 0, 3, 7, 17, 20, 23, 40 und 77 selektiert. Dabei entsprechen die selektierten Verzögerungen der Hauptzipfel 11, 21, 31 bei k = 0, 20, 40 den Pfadverzögerungen der drei Pfadkomponenten. Die übrigen selektierten Verzögerungen bei k = -3, 0, 3, 7, 17, 23, 77 sind entweder Nebenzipfeln 12a, 12b, 13b, 22a, 22b oder Rauschen zugeordnet. Es werden also die Verzögerungen aller Pfadkomponenten erkannt (pdp = 0), jedoch weist das vorliegende Detektionsergebnis mit pfa = 2/3 eine hohe Falschalarmrate auf, da 6 der 9 ausgewählten Verzögerungen nicht den Hauptzipfel der Pfadkomponenten zugeordnet sind.

Ziel des FP-Algorithmus ist es jedoch, die Rake-Finger lediglich auf die detektierten Verzögerungen der Hauptzipfel 11, 21, 31 bei k = 9, 20, 40 einzustellen. Werden die Finger zusätzlich auf die Verzögerung der Nebenzipfel eingestellt, sind mehrere Finger (hier bis zu 3 Finger) auf dieselbe Pfadkomponente ausgerichtet, was im Allgemeinen zu einer Verschlechterung der Multipath-Diversity-Gain und somit zu einer Verschlechterung der auf den Ausgang des MRC bezogenen Bitfehlerrate führt.

In Bezug auf 3 sei darauf hingewiesen, dass der Schwellwert τ zur Reduktion der Falschalarmrate pfa nicht höher gewählt werden kann, da die Leistungen der Pfadkomponenten im Fall eines Signalschwunds deutlich geringer sein können. Falls der Schwellwert τ erhöht würde, könnte beispielsweise die Pfadkomponente c bei k = 40 unter Umständen nicht mehr vom FP-Algorithmus erkannt werden. In diesem Fall würde die Multipath-Diversity-Gain verringert.

Aus der Druckschrift EP 1 447 914 A1 ist es bekannt, Nebenmaxima – ähnlich wie vorstehend beschrieben – mittels eines Vergleichs mit einem Schwellwert zu entfernen, wobei der Schwellwert in Abhängigkeit des leistungsstärksten Hauptzipfels gewählt wird.

In der Druckschrift US 2004/0229637 A1 ist ein Verfahren zum Bestimmen von Pfadverzögerungen für einen Rake-Empfänger beschrieben. Dabei wird zunächst eine Tabelle mit Leistungswerten für die Haupt- und Nebenzipfel eines Pfades ermittelt. Anschließend wird ein PDP berechnet. Nachfolgend wird das N-größte Maximum ermittelt, wobei in der ersten Iteration N = 1 gilt. Mittels der abgespeicherten Tabellenwerte werden die Leistungswerte der diesem Maximum zugeordneten Nebenzipfel von dem PDP subtrahiert, so dass sich ein resultierendes PDP ergibt. Dieses PDP weist nicht mehr die Leistungswerte dieser Nebenzipfel auf und bildet den Ausgangspunkt für die nachfolgende Iteration (N = 2), bei der auf entsprechende Weise die Nebenzipfel des zweitgrößten Maximums subtrahiert werden. Dies wird solange mit zunehmendem Zähler N wiederholt, bis eine maximale Anzahl von Iterationen durchlaufen worden ist.

Aus der Druckschrift WO 2004/098087 A2 ist ein Verfahren zum Schätzen von Pfadverzögerungen bekannt. Dabei wird zunächst ein PDP bestimmt. Dann werden der maximale Leistungswert des PDP und die zugehörige Verzögerungszeit bestimmt. Diese Verzögerungszeit entspricht der zu schätzenden Verzögerung eines Signalpfads. Anschließend wird eine vordefinierte PDP-Sequenz entsprechend dem maximalen Leistungswert skaliert. Die vordefinierte PDP-Sequenz basiert dabei beispielsweise auf der Impulsantwort der Signalfilter. Die entsprechend dem maximalen Signalwert verschobene vordefinierte PDP-Sequenz wird anschließend von dem PDP subtrahiert, wodurch eine modifizierte PDP-Sequenz generiert wird. Anschließend wird der maximale Signalwert der modifizierten PDP-Sequenz bestimmt und die entsprechend dem maximalen Signalwert verschobene vordefinierte PDP-Sequenz wird anschließend von der modifizierten PDP-Sequenz subtrahiert. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis ein Abbruchkriterium erfüllt ist, beispielsweise wenn eine bestimmte Anzahl von Pfaden aus dem PDP entfernt wurde oder wenn ein bestimmter Schwellwert unterschritten wird. Die so ermittelten Schätzwerte für die Verzögerungen der Pfade können dann zur Platzierung von Fingern eines Rake-Empfängers dienen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives Verfahren zur Rake-Finger-Platzierung in einem CDMA-Rake-Empfänger bei einer Mehrzahl von Übertragungspfaden anzugeben, welches bei einer durch eine sende- und/oder empfangsseitige Signalformung hervorgerufenen Spreizung der empfangenen Signalstärke einer einzelnen Pfadkomponente mit hoher Zuverlässigkeit arbeitet. Insbesondere soll das Verfahren verhindern, dass bei Vorliegen von Nebenzipfeln in dem Verzögerungsprofil Rake-Finger auf die Verzögerungszeitschritte eines Nebenzipfels eingestellt werden.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Rake-Finger-Platzierung in einem CDMA-Rake-Empfänger umfasst eine Mehrzahl von Schritten: In einem ersten Schritt wird ein Verzögerungsprofil, typischerweise ein leistungsbezogenes PDP, eines der Funkübertragung zugrunde liegenden Mehrwege-Übertragungskanals bestimmt, welches die Verteilung der empfangenen Signalstärke, insbesondere der empfangenen Leistung, auf eine Mehrzahl von Übertragungspfaden angibt. Das Verzögerungsprofil kann statt auf Leistungswerten auch auf Amplitudenwerten beruhen. Das Verzögerungsprofil umfasst für jeden Übertragungspfad eine Pfadkomponente, deren Signalstärke über eine Mehrzahl von Verzögerungszeiten verteilt ist und die jeweils einen Pfad spezifischen Hauptzipfel und den Hauptzipfel umgebende, Pfadspezifische Nebenzipfel bei unterschiedlichen Verzögerungszeiten umfasst.

In einem zweiten Schritt werden Nebenzipfel der Pfadkomponente in dem Verzögerungsprofil im Wesentlichen entfernt. Durch diese Maßnahme wird verhindert, dass die eigentliche Finger-Platzierung einen Rake-Finger irrtümlich auf die Verzögerung des Nebenzipfels einstellt. Wie vorstehend bereits erläutert, wäre dies für den Empfänger nachteilig, insbesondere käme es zu einer Reduktion der Multipath-Diversity-Gain. Dies erfolgt unter Ausnutzung einer angenommenen, für die Pfadkomponente charakteristischen Impulsantwort oder eines Teils einer derartigen Impulsantwort.

Zum Entfernen der Nebenzipfel wird im zweiten Verfahrensschritt eine Pfadkomponente im Wesentlichen aus dem Verzögerungsprofil entfernt, d. h. sowohl der Haupt- als auch die Nebenzipfel. Der Schritt des Entfernens einer Pfadkomponente wird mehrfach wiederholt, wobei jeweils das resultierende Verzögerungsprofil den Ausgangspunkt für ein nachfolgendes Entfernen einer anderen Pfadkomponente bildet.

Für jede entfernte Pfadkomponente wird der Hauptzipfel oder ein das Maximum des Hauptzipfels umfassender Teil des Hauptzipfels in dem Verzögerungsprofil ergänzt. Dieses Verzögerungsprofil weist neben dem Rauschen lediglich die Hauptzipfel bzw. die Maxima der Hauptzipfel der Pfadkomponenten auf. Die Platzierung eines Rake-Fingers auf die Verzögerung eines Nebenzipfels ist damit ausgeschlossen.

In einem dritten Verfahrensschritt werden die Rake-Finger des Rake-Empfängers anhand des entsprechend ergänzten Verzögerungsprofils platziert.

Der Grundgedanke des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, bei Kenntnis der Impulsantwort eines einzelnen Übertagungspfades (einschließlich des wesentlichen Einflusses des Senders und des Empfängers) eine durch die Signalformung über den Übertragungspfad hervorgerufene Aufweitung der Pfadkomponenten über eine Mehrzahl von Zeitschritten aus dem Verzögerungsprofil herauszurechnen. Wird die eigentliche Finger-Platzierung basierend auf einem derartig korrigierten Verzögerungsprofil durchgeführt, werden mit hoher Zuverlässigkeit die Maxima der Pfadkomponenten detektiert und die Rake-Finger präzise auf die den Maxima zugeordnete Verzögerung eingestellt.

Vorzugsweise wird zum Entfernen der gesamten Pfadkomponente zunächst die Pfadkomponente in dem Verzögerungsprofil detektiert. Anschließend werden die Signalstärke-Werte der Pfadkomponente um Subtrahier-Signalstärke-Werte, welche aus der für die Pfadkomponente charakteristischen Impulsantwort resultieren, reduziert. Um diese Subtrahier-Signalstärke-Werte zu erhalten, werden Signalstärke-Werte einer für sämtliche Pfadkomponenten identischen Impulsantwort entsprechend der maximalen Signalstärke der detektierten Pfadkomponente skaliert. Typischerweise werden die Signalstärke-Werte so skaliert, dass das Maximum der skalierten Signalstärke-Werte der für sämtliche Pfadkomponenten identischen Impulsantwort (bei k = 0 in 2) dem maximalen Signalstärke-Wert des Hauptzipfels der Pfadkomponente entspricht.

Wie vorstehend ausgeführt wird eine Mehrzahl von Pfadkomponenten aus dem Verzögerungsprofil im Wesentlichen entfernt. Vorzugsweise wird bei der wiederholten Detektion der einzelnen Pfadkomponenten jeweils die maximale Signalstärke und die dazugehörige Pfadverzögerung in dem Verzögerungsprofil detektiert.

Damit wird bei jeder Detektion jeweils der Hauptzipfel mit der maximalen Leistung detektiert und die zugehörige Pfadkomponente aus dem Verzögerungsprofil entfernt. Folglich werden die Pfadkomponenten nacheinander mit kleiner werdender Leistung des jeweiligen Hauptzipfels detektiert und entfernt.

Wird in einer Iteration eine Pfadkomponente mit der maximalen Leistung detektiert und mit den zugehörigen Nebenzipfeln entfernt, stören in der nächsten Iteration die Nebenzipfel der in der vorherigen Iteration entfernten Pfadkomponente die Suche nach dem Hauptzipfel mit der nächst geringeren Leistung nicht. Dies gilt auch dann, wenn die maximale Leistung des Hauptzipfels geringer als die maximale Leistung der in der vorherigen Iteration entfernten Nebenzipfel ist.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform wird das wiederholte Detektieren und Entfernen einer Pfadkomponente abgebrochen, wenn bei der Detektion einer Pfadkomponente die maximale Signalstärke in dem Verzögerungsprofil unter einem bestimmten Schwellwert liegt. In diesem Fall ist dieser Signalstärke-Wert typischerweise dem Rauschen zuzuordnen. Der Schwellwert kann als Rausch-bezogener Schwellwert in Abhängigkeit des Rauschanteils in dem Verzögerungsprofil ermittelt werden. Alternativ oder zusätzlich kann das wiederholte Detektieren und Entfernen einer Pfadkomponente abgebrochen werden, wenn eine feste Anzahl von Pfadkomponenten entfernt worden ist. Diese feste Anzahl von Pfadkomponenten entspricht dabei vorteilhafterweise der Anzahl der mittels des Verfahrens zu platzierenden Rake-Finger.

Vorteilhafterweise beschreibt die für die jeweilige Pfadkomponente charakteristische Impulsantwort die Übertragungscharakteristik der sendeseitigen und/oder der empfangsseitigen Signalformung, insbesondere bis hin zum Eingang des FP-Schaltungsblocks. Hinsichtlich der empfangsseitigen Signalformung sollte vorteilhafterweise der Einfluss sowohl des analogen Frontends als auch des digitalen Frondends (d. h. die Filterstufen nach dem Digital/Analog-Filter) berücksichtigt werden.

Vorteilhafterweise ist die für die jeweilige Pfadkomponente charakteristische Impulsantwort in ihrer Länge beschränkt. Dabei ist die Länge so gewählt, dass die Nebenzipfel maximal erster Ordnung oder alternativ die Nebenzipfel erster und maximal zweiter Ordnung im Wesentlichen entfernt werden. Bezogen auf 2 bedeutet dies, dass die Länge der beschränkten Impulsantwort typischerweise 3-4 Chipzeitdauern (d. h. 6 bis 8 Zeitschritte bei 2facher Überabtastung) bzw. 5-6 Chipzeitdauern (d. h. 10 bis 12 Zeitschritte bei 2facher Überabtastung) beträgt.

Vorteilhafterweise wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Rake-Finger-Platzierung in einem W-CDMA-Empfänger, insbesondere in einem UMTS-Empfänger, verwendet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert; in diesen zeigen:
1 ein PDP (linkes Diagramm) und eine Wahrscheinlichkeitsverteilung der Leistung (rechtes Diagramm);
2 einen beispielhaften Verlauf des Quadrats der Impulsantwort für einen beliebigen Übertragungspfad;
3 ein PDP unter Annahme des in 2 dargestellten Verlaufs des Quadrats der Impulsantwort;
4 ein Signalflussdiagramm für ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
5 ein Signalflussdiagramm für ein Ausführungsbeispiel eines nicht erfindungsgemäßen Verfahrens.
Hinsichtlich der 1 bis 3 wird auf die Ausführungen in der Beschreibungseinleitung verwiesen.
4 zeigt ein Signalflussdiagramm für ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ein empfangsseitig gefiltertes, digitales Pilotsignal 40, welches Pilotfolgen enthält, wird zunächst einer PDP-Schätzung 41 unterzogen. Hinsichtlich genauerer Ausführungen zur PDP-Schätzung 41 sei auf die Beschreibungseinleitung verwiesen. Das resultierende PDP 42 dient anschließend als Eingangsgröße für eine Pfad-Detektion 43. Aufgabe der Pfad-Detektion 43 ist es, zwischen leistungsstarken Pfadkomponenten einerseits und Rauschspitzen, schwachen Pfadkomponenten oder Nebenzipfeln andererseits in dem PDP 42 zu unterscheiden. Für die Pfad-Detektion 43 wird ein dreistufiger Ansatz gewählt. Mittels einer Spitzenwert-Detektion 44 (Stufe 1) wird zunächst eine Vorauswahl möglicher Pfadverzögerungen getroffen. Hierbei werden die Abtastwerte mit hoher Leistung erfasst, wodurch die Anzahl der Abtastwerte für die nachfolgenden Signalverarbeitungsschritte reduziert wird. Das resultierende PDP 45 mit einer reduzierten Anzahl von Abtastpunkten dient als Eingangsgröße für eine gleitende Mittelwertbildung 46 (Stufe 2). Die gleitende Mittelwertbildung 46 verarbeitet die PDP 45 für eine Mehrzahl von PDP-Schätzungen 41. Hierdurch können Leistungsschwankungen ausgeglichen werden. Die gleitende Mittelwertbildung 46 arbeitet ähnlich einem gleitenden Histogramm.
Das resultierende, zeitlich gemittelte PDP-Signal 47 bildet die Eingangsgröße für eine Schattenpfad-Entfernung 48. Mittels der Schattenpfad-Entfernung 48 werden Nebenzipfel in dem PDP-Signal 47 unterdrückt. Die Schattenpfad-Entfernung 48 ist ein Synonym für den dem Fachmann geläufigeren, angelsächsischen Begriff "shadow path removal". Im Stand der Technik erfolgt die Schattenpfad-Entfernung mittels eines Schwellwerts, welcher in Abhängigkeit des leistungsstärksten Hauptzipfels gewählt wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Schattenpfad-Entfernung 48 iterativ. Hierzu wird mittels einer Maximum-Suche 49 das Maximum in dem PDP 47 detektiert. Dieses Maximum ist dem Hauptzipfel mit maximaler Leistung in dem PDP 47 zugeordnet. Sind die Verzögerung und der Leistungswert des Hauptzipfels sowie die typische Impulsantwort für eine Pfadkomponente bekannt, kann im Zuge einer Pfadkomponenten-Entfernung 50 die dem detektierten Hauptzipfel zuge ordnete Pfadkomponente aus dem PDP 47 herausgerechnet werden. Dazu werden die Leistungswerte der Impulsantwort entsprechend dem Leistungswert des Maximums skaliert und von dem PDP 47 subtrahiert. In dem resultierenden PDP 51 ist die detektierte Pfadkomponente dann nicht mehr vorhanden. Anschließend wird iterativ das resultierende PDP 51 einer erneuten Maximum-Suche 49 und einer erneuten Pfadkomponenten-Entfernung 50 unterzogen. Hierdurch werden sukzessive die Pfadkomponenten mit abnehmender Leistung aus dem PDP entfernt. Insgesamt werden die leistungsstärksten N Pfadkomponenten iterativ aus dem PDP entfernt. Die Anzahl N ist dabei eine Konstante und entspricht der angenommenen maximalen Anzahl von Pfadkomponenten einer Funkzelle. Anschließend werden die abgespeicherten Maxima 52 der Hauptzipfel für jede entfernte Pfadkomponente in dem PDP 51 wieder ergänzt. In dem resultierenden PDP 53 sind somit die Nebenzipfel der N leistungsstärksten Pfadkomponenten entfernt. Im Unterschied zu der aus dem Stand der Technik bekannten Schattenpfad-Entfernung mittels eines Schwellwerts werden bei der erfindungsgemäßen Schattenpfad-Entfernung 48 keine kompletten Pfadkomponenten mit geringer Leistung entfernt. Das für die Finger-Platzierung um die störenden Nebenzipfel entfernte PDP 53 wird anschließend der eigentlichen Finger-Platzierung 54 zugeführt. Die Finger-Platzierung 54 stellt anhand des PDP 53 die Verzögerungen der Finger des Rake-Empfängers ein. Zu diesem Zweck werden in der Finger-Platzierung die Pfadkomponenten in dem resultierenden PDP 53 durch Vergleich mit einem von dem Rauschen des PDP 53 abhängigen Schwellwert detektiert.
Das in 4 dargestellte Verfahren wird teilweise mittels dedizierter Hardware und teilweise mittels Software auf einem Standard-Prozessor (GPP – general purpose processor) durchgeführt. wie in 4 dargestellt, wird die PDP-Schätzung 41 und die Spitzenwert-Detektion 44 mittels dedizierter Hardware realisiert. Die nachfolgenden Stufen, nämlich die gleitende Mittelwertbildung 46, die Schattenpfad-Entfernung 48 und die eigentliche Finger-Platzierung 54, werden aufgrund der Kom plexität dieser Verfahrensschritte auf einem GPP, beispielsweise auf einem DSP (digital signal processor) oder einem Mikro-Controller, durchgeführt.
5 zeigt ein Signalflussdiagramm für ein Ausführungsbeispiel eines nicht erfindungsgemäßen Verfahrens. Mit gleichen Bezugszeichen versehene Signale und Verfahrensschritte in 4 und 5 entsprechen einander. Im Unterschied zu dem in 4 dargestellten Signalflussdiagramm umfasst die Pfad-Detektion 43' in 5 lediglich zwei Stufen, nämlich die Spitzenwert-Detektion 44 und die gleitende Mittelwertbildung 46. Das von der Pfad-Detektion 43' generierte PDP 47 umfasst sowohl die Hauptzipfel als auch die Nebenzipfel sämtlicher in der Spitzenwert-Detektion 44 detektierter Pfadkomponenten. Das PDP 47 wird einer Finger-Platzierung 54' zugeführt. Die Finger-Platzierung 54' lässt sich in eine Pfad-Suche 61 und in eine Finger-Zuweisung 62 untergliedern. Innerhalb der Pfad-Suche 54' wird zunächst eine Maximum-Suche 60 in Bezug auf das PDP 47 durchgeführt. Die Maximum-Suche 60 erfolgt dabei lediglich oberhalb eines von dem Rauschen des PDP abhängigen Schwellwerts. Das so ermittelte Maximum ist dem Hauptzipfel mit maximaler Leistung in dem PDP 47 zugeordnet. Sind die Verzögerung und der Leistungswert des Hauptzipfels sowie die Impulsantwort der Pfadkomponente bekannt, kann im Zuge einer Pfadkomponenten-Entfernung 50, ähnlich wie in 4, die dem detektierten Hauptzipfel zugeordnete Pfadkomponente aus dem PDP 47 herausgerechnet werden. Anschließend wird das resultierende PDP 51 einer erneuten Maximum-Suche 60 und Pfadkomponenten-Entfernung 50 unterzogen. Dabei ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Hauptzipfel einer Pfadkomponente mit der nächstgeringeren Leistung statt eines Nebenzipfels mit höherer Leistung detektiert wird, sehr hoch. Im Rahmen einer Mehrzahl von Iterationen werden so sukzessive die Pfadkomponenten mit abnehmender Leistung aus dem PDP entfernt.
Die Iterationsschleife wird beendet, wenn entweder die verbleibenden Leistungswerte in dem resultierende PDP 51 ge ringer als der vom Rauschen des PDP abhängige Schwellwert sind oder eine maximale Anzahl von N Pfadkomponenten aus dem PDP herausgerechnet worden ist. Die Verzögerungen 63 der herausgerechneten Pfadkomponenten, welche jeweils bei der Maximum-Suche 60 ermittelt wurden, werden bei der Finger-Zuweisung 62 verwendet, um den einzelnen Verzögerungen 63 jeweils einen einzelnen Rake-Finger zuzuweisen.
Wie in 5 dargestellt, werden die PDP-Schätzung 41 und die Spitzenwert-Detektion 44 mittels dedizierter Hardware realisiert. Die nachfolgenden Stufen, nämlich die gleitende Mittelwertbildung 46 und die eigentliche Finger-Platzierung 54', werden aufgrund der Komplexität dieser Verfahrensschritte auf einem GPP durchgeführt.
Die beiden in 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiele basieren auf dem iterativen Ansatz des sukzessiven Herausrechnens der Pfadkomponenten aus dem PDP und sind daher sehr ähnlich. Ein wesentlicher Unterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel ist, dass dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 4 eine konstante Anzahl N von aus dem PDP herausgerechneten Pfadkomponenten zugrunde liegt, während bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die tatsächlich vorliegende Anzahl der wesentlichen Pfadkomponenten aus dem PDP herausgerechnet wird. Unter der Annahme, dass die Anzahl der tatsächlichen Pfadkomponenten statistisch eine gleichverteilte Zufallsgröße zwischen 0 und N ist, werden im Mittel bei dem zweiten Ausführungsbeispiel lediglich halb so viele Iterationen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel benötigt. Da bei beiden Ausführungsbeispielen die Leistungsfähigkeit der Finger-Platzierung ungefähr gleich ist, ergibt sich aufgrund der geringen Anzahl von Iterationen eine Präferenz für das zweite Ausführungsbeispiel.
Für ein präzises Entfernen der Pfadkomponenten aus dem PDP ist eine hinreichend genaue Schätzung der Impulsantwort einer Pfadkomponente notwendig. Hierbei sollte die Impulsantwort die Signalübertragung bis hin zum Eingangssignal 40 der Finger-Platzierung beschreiben. Einen wesentlichen Einfluss auf die Impulsantwort übt dabei die empfangsseitige Signalformung aus. Folglich sollten das analoge und das digitale Empfänger-Frontend möglichst genau hinsichtlich der Signalübertragungseigenschaften charakterisiert werden. Die Impulsantwort einer Pfadkomponente kann durch Messung bestimmt werden. Dazu sollte empfangsseitig eine einzige sehr leistungsstarke Pfadkomponente bei möglichst geringem Rauschen generiert werden. Dies kann beispielsweise dadurch bewerkstelligt werden, dass eine Basisstation oder ein Mess-Sender direkt nebeneinander platziert werden. Die Messung kann dann über den GPP in dem Empfänger in Abhängigkeit einer Software-Routine gesteuert werden, wobei die gemessenen Leistungswerte des PDP bei verschiedenen Verzögerungswerten wie in 2 normiert und in Form einer Tabelle gespeichert werden. Ein Beispiel für eine derartige Tabelle ist in Tabelle 1 dargestellt.
Tabelle 1

Claims

Verfahren zur Rake-Finger-Platzierung in einem CDMA-Rake-Empfänger, mit den Schritten: a) Bestimmen (41; 41 und 43; 41 und 43') eines Verzögerungsprofils (42; 47) eines der Funkübertragung zugrunde liegenden Mehrwege-Übertragungskanals, welches die Verteilung der empfangenen Signalstärke auf eine Mehrzahl von Übertragungspfaden angibt und welches für jeden Übertragungspfad eine Pfadkomponente (a; b) umfasst, deren Signalstärke über eine Mehrzahl von Verzögerungszeiten verteilt ist und die jeweils einen Pfad-spezifischen Hauptzipfel (11; 21) und den Hauptzipfel umgebende, Pfad-spezifische Nebenzipfel (12a/b; 22a/b) bei unterschiedlichen Verzögerungszeiten umfasst; b) im Wesentlichen Entfernen (48; 61) von Nebenzipfeln (12a/b; 22a/b) der Pfadkomponenten (a; b) in dem Verzögerungsprofil (42; 47), wobei das Entfernen unter Ausnutzung einer angenommenen, für die Pfadkomponenten charakteristischen Impulsantwort oder eines Teils einer derartigen Impulsantwort erfolgt, wobei der Verfahrensschritt b) (48; 61) den Schritt b1), welcher mehrfach wiederholt wird und bei welchem jeweils eine andere Pfadkomponente (a; b) aus dem Verzögerungsprofil (51) im Wesentlichen entfernt wird, umfasst: b1) im Wesentlichen Entfernen der jeweiligen Pfadkomponente (a; b) aus dem Verzögerungsprofil (42; 47) basierend auf der für die Pfadkomponente charakteristischen Impulsantwort, wobei das resultierende Verzögerungsprofil (51) das Verzögerungsprofil für nachfolgende Verfahrensschritte b1) darstellt, und vor dem Verfahrenschritt c) folgender Verfahrensschritt durchgeführt wird: – Ergänzen des Hauptzipfels (11; 21) oder eines das Maximum des Hauptzipfels umfassenden Teils des Hauptzipfels für jede gemäß Verfahrensschritt b1) entfernte Pfadkomponente (a; b) in dem Verzögerungsprofil (51); und c) Platzieren (54; 63) der Rake-Finger des Rake-Empfängers, wobei im Verfahrensschritt c) (54; 63) die Finger-Platzierung anhand des ergänzten Verzögerungsprofils (53) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt b1) die Schritte umfasst: b11) Detektieren (49; 60) der zu entfernenden Pfadkomponente (a; b) in dem Verzögerungsprofil; und b12) Vermindern (50) der Signalstärke-Werte der Pfadkomponente (a; b) um Subtrahier-Signalstärke-Werte, welche aus der angenommenen, für die Pfadkomponente charakteristischen Impulsantwort resultieren.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensschritt b12) (50) der Verfahrensschritt durchgeführt wird: – Skalieren von Signalstärke-Werten einer für sämtliche Pfadkomponenten identischen Impulsantwort entsprechend der maximalen Signalstärke der detektierten Pfadkomponente, wobei die Subtrahier-Signalstärke-Werte erhalten werden.
Verfahren nach Anspruch 2 oder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei jedem Verfahrensschritt b11) (49; 60) jeweils eine Pfadkomponente (a; b) durch Bestimmen der maximalen Signalstärke in dem Verzögerungsprofil detektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass keine weiteren Pfadkomponenten (a; b) im Wesentlichen entfernt werden, wenn die maximale Signalstärke unter einem bestimmten Schwellwert liegt.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass keine weiteren Pfadkomponenten (a; b) im Wesentlichen entfernt werden, wenn eine feste Anzahl von Pfadkomponenten (a; b) entfernt worden ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die für die jeweilige Pfadkomponente (a; b) charakteristische Impulsantwort die Übertragungscharakteristik der sendeseitigen und/oder der empfangsseitigen Signalformung beschreibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die für die jeweilige Pfadkomponente (a; b) charakteristische Impulsantwort in der Länge beschränkt ist, wobei die Länge so gewählt ist, dass im Verfahrensschritt b) (48; 61) die Nebenzipfel maximal erster Ordnung (12a/b; 22a/b) oder alternativ die Nebenzipfel erster (12a/b; 22a/b) und maximal zweiter Ordnung (13b) im Wesentlichen entfernt werden.
Verfahren nach Anspruch 4 oder einem der auf Anspruch 4 rückbezogenen Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensschritt c) (54; 63) die Finger-Platzierung anhand der Verzögerungszeiten der im Verfahrensschritt b11) (49; 60) bestimmten maximalen Signalstärken erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur Rake-Finger-Platzierung in einem W-CDMA-Empfänger, insbesondere in einem UMTS-Empfänger, eingesetzt wird.