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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kanalschatzung bei der Fahrzeug-zu-Umgebung-Kommunikation (C2X-Kommunikation), bei dem aus Parametern einer Fahrzeug-zu-Umgebung-Kommunikation ein Modell der die Fahrzeug-zu-Umgebung-Kommunikation beeinflussenden Umgebung erzeugt wird, wobei die Qualitat des Modells fur die Umgebung durch die Konvergenz der verwendeten Parameter in dem Modell ermittelt wird.
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In einem digitalen Ubertragungssystem werden die zu ubertragenden Daten zunächst digital moduliert. Dies wird auch Symbolmapping genannt. In einem Pulsformfilter wird ein zeitkontinuierliches Basisbandsignal erzeugt. Bevor das Signal uber den eigentlichen Ubertragungskanal ubertragen werden kann, wird das Basisbandsignal in ein so genanntes Bandpasssignal transformiert, beispielsweise mittels eines Quadraturmodulators.
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Empfängerseitig wird das Empfangssignal uber einen entsprechenden Quadraturdemodulator in ein Basisbandsignal zurücktransformiert, wobei sich nach dieser Rucktransformation bestimmte Entstorungsmechanismen anschließen konnen.
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Der Ubertragungskanal wird durch die physikalischen Kommunikationseigenschaften des Systems bestimmt. Dabei kann das Sendesignal durch eine geeignete Wahl von Übertragungs- und Modulationsverfahren optimal an die Eigenschaften des Kanals angepasst werden, die von der Umgebung des Senders und Empfangers beeinflusst werden. Auf Seiten des Empfangers wird dann haufig eine so genannte Kanalschatzung durchgefuhrt, um auftretende Verzerrungen durch den Ubertragungskanal ausgleichen zu konnen. Hierzu werden häufig bei dem Sender Referenzsignale in den Datenstrom eingefügt, durch welche der Empfänger Informationen über die Kanalubertragungsfunktion erhält. Ausgehend von diesen Informationen kann die Kanalubertragungsfunktion dann anhand eines Modells geschatzt werden. Die bekannten Kanalschatzverfahren erzeugen ein Modell der Umgebung, wobei Informationen aus der Kommunikation selbst verwendet werden.
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Aus der
DE 102 56 620 A1 ist ein als Umgebungssensor ausgebildetes Radarsystem bekannt, das sowohl Mittel zur Sensierung als auch zur Datenubertragung aufweist, wobei diese Mittel gleichzeitig betrieben werden konnen, indem fur die Sensierung und die Datenübertragung verschiedene Frequenzbereiche verwendet werden. Dies hat zwar den Vorteil, dass großtenteils dieselbe Hardware sowohl für die Datenübertragung als auch fur die Sensierung verwendet verwenden kann. Allerdings sind verschiedene Messungen notwendig, die jeweils separat angesteuert und ausgewertet werden müssen.
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In der
WO 2006/073691 A2 wird eine Moglichkeit beschrieben, bei der durch Auswertung eines Kommunikationskanals zwischen zwei Fahrzeugen eine Information uber den relativen Abstand zwischen den Fahrzeugen gewonnen wird. Hierzu werden eine aktuelle oder in einem Modell errechnete Sendeleistung und eine empfangene Sendestarke berucksichtigt, wobei der Empfanger aus der Sendeleistung und der empfangenen Sendestarke aufgrund eines Modells der freien Funkubertragung den Abstand ermittelt. Dies setzt zwangslaufig eine Kommunikation zwischen den verschiedenen Kommunikationspartnern voraus. Zusatzlich konnen Satellitenortungssysteme zur Verbesserung der Bestimmung des Relativabstands herangezogen werden, wobei Übertragungsverluste auf dem Übertragungskanal zwischen Fahrzeugen mit Satellitenortungssystem bestimmt und auf Fahrzeuge ohne Satellitenortungssystem entsprechend angewendet werden, um fur Fahrzeuge im selben Fahrzeugcluster die Abstandsschatzung zu verbessern. Auch hier muss eine alternative Sensorik eingesetzt werden, um eine Abschätzung der Umwelt zu erhalten.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Möglichkeit vorzusehen, aus der Kommunikation selbst auf Umgebungsparameter zu schließen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine entsprechend eingerichtete Übertragungseinrichtung gelost. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass der Verlauf der Konvergenz der Parameter in dem Modell fur die Umgebung uberwacht wird und aus dem Verlauf der Konvergenz der Parameter auf die Umgebung ruckgeschlossen wird.
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Die Erfindung macht sich zunutze, dass die in den Modellen zur Kanalschatzung verwendeten Parameter in einer funktechnischen Umgebung, in welcher der Ubertragungskanal als solcher gleich bleibt, zu einem bestimmten Wert konvergieren, das heißt sobald die Parameter gefunden sind, sich innerhalb kleinerer Grenzen nicht mehr verandern. Dies gilt insbesondere dann, wenn das gefundene Modell, welches funktechnisch die Übertragung modelliert, den tatsachlichen Gegebenheiten gut angepasst ist. Daher lässt der Konvergenzverlauf der Parameter eines Modells zur Kanalschätzung Rückschlüsse auf die tatsachliche Umgebung des Empfangers zu, so dass das Medium der Fahrzeug-zu-Umgebung-Kommunikation inner- halb gewisser Grenzen als Umgebungssensor eines Kraftfahrzeugs bzw. allgemeiner eines Empfangers der Fahrzeug-zu-Umgebung-Kommunikation verwendet werden kann.
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Gemaß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass innerhalb des Verfahrens mehrere Modelle fur die Kanalschätzung verwendet werden, wobei jedem Modell eine typische Umgebung zugeordnet ist, in der dieses Modell den Funkkanal besonders gut beschreibt. In einem derartigen Modell zeigen die Parameter daher ein besonders gutes Konvergenzverhalten, das heißt sind zeitlich über einen vorgegebenen sinnvollen Auswertezeitraum im Wesentlichen konstant. Aufgrund der Konvergenz der Parameter in mindestens einem Modell kann dann das geeignete Modell ausgewählt und damit die Umgebung des Empfängers im Sinne einer Umfeldsensorik ermittelt werden.
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In einer sinnvollen Ausfuhrungsform des vorgeschlagenen Verfahrens kann die Konvergenz fur die Parameter erfindungsgemaß gleichzeitig fur eine Vielzahl von verschiedenen, unterschiedlichen Umgebungen zugeordneten Modellen zur Kanalschatzung ausgewertet werden, wobei das Modell mit der besten Konvergenz, das heißt das Modell, bei dem sich die Parameter aktuell in der uberwachten Zeitspanne am wenigsten andern, ausgewahlt wird. Diese Auswahl gilt sowohl fur die Festlegung der Parameter der C2X-Kommunikation als auch zur Ermittlung der Umgebung des Kommunikationsteilnehmers im Sinne der Umfeldsensorik.
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Um ein insgesamt stabiles Verhalten der Kanalschatzung zu erreichen, kann erfindungsgemaß vorgeschlagen werden, dass dem Verlauf der Konvergenz der Parameter, insbesondere nach einem Wechsel des Modells fur die Kanalschatzung, ein Hysteresewert und/oder ein Schwellwert zugeordnet wird, welcher uberschritten werden muss, bevor ein weiterer Wechsel des Modells fur die Kanalschatzung erfolgt. Durch die Vorgabe von Hysterese- bzw. Schwellwerten kann auf einfache Weise ein zu starkes Schwanken und damit zu haufiges und schnelles Wechseln der Schatzer bzw. des Modells fur die Kanalschatzung bei nur kleineren Anderungen in der Umgebung des Empfängers, die sich auf den Funkkanal auswirken, vermieden werden.
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In Erganzung oder Abwandlung des unmittelbar vorbeschriebenen Verfahrens kann der Verlauf der Konvergenz der Parameter fur die Kanalschätzung auch klassifiziert werden, wobei jeder Klasse ein Wert zugeordnet ist, aus dem sich ergibt, ob und wenn ja auf welches Modell der Kanalschatzung umgeschaltet werden muss. Im Falle einer optimalen Kanalschatzung besagt die Klassifizierung daher, dass ein Umschalten nicht notwendig ist. In Abhangigkeit von dem Grad der Konvergenz kann auf diese Weise auch vorgegeben werden, auf welches andere Modell umgeschaltet werden soll, wenn sich herausstellt, dass die Konvergenz insgesamt nicht optimal ist. Es hat sich namlich gezeigt, dass bei typischen Veranderungen der Umgebung die Parameter bzw. deren Konvergenzverhalten ein der Veränderung entsprechendes Verhalten zeigt, das von der Art der Anderung der Umgebung abhangt und entsprechend zugeordnet werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, durch die geeignete Klassifizierung bereits gezielte Vorgaben zur Änderung eines Modells zu machen, ohne dass notwendigerweise andere Modelle untersucht werden mussen. Durch die Klassifizierung, die erfindungsgemaß auch zusatzlich zu einer Auswahl aus mehreren verschiedenen Modellen aufgrund der Auswertung des Konvergenzverhaltens in jedem dieser Modelle erfolgen kann, ist es grundsatzlich auch moglich, die Auswertung der Konvergenz auf nur ein Modell zu beschranken und somit Rechenzeit einzusparen und die Recheneinheiten entsprechend kostengunstiger zu realisieren.
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Ferner ist es moglich, nach einem Wechsel des Modells der Kanalschätzung ein neues Modell zur Kanalschatzung mit Daten aus der vorangegangenen Kanalschatzung und/oder der Fahrzeug-zu-Umgebung-Kommunikation zu optimieren, wobei der Zeitraum, aus welchem die Daten zur Optimierung ausgewahlt werden, ggf. abhängig von dem Modell, parametrierbar sind. Sinnvollerweise kann die zeitliche Größenordnung fur das Heranziehen von solchen Daten im Bereich von Sekunden bis hin zu Minuten liegen, wobei die Dauer insbesondere auch abhangig von der Zeitkonstante der Änderung in der Konvergenz ermittelt werden kann.
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Zur Verbesserung des Verfahrens kann ferner vorgeschlagen werden, nach einer Auswahl des Modells zur Kanalschatzung, welches eine Grobeinschatzung der Umgebung im Sinne einer groben Umweltsensorik ermöglicht, eine Detailauswertung der Parameter innerhalb des Models der Kanalschatzung vorzunehmen, um eine weitere Detaillierung der Umgebung zu erreichen. Dies kann erfindungsgemaß beispielsweise dadurch erreicht werden, dass bestimmte Parameterkonstellationen bestimmten typischen Umgebungsmerkmalen zugeordnet sind. Hierbei kann im Sinne einer Detailauswertung auch die Steigung oder Krümmung einer Konvergenzkurve eines Parameters ausgewertet werden.
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Es ist erfindungsgemaß moglich, den Verlauf der Konvergenz fur jeden Parameter des Modells einzeln zu ermitteln oder den Verlauf der Konvergenz für alle oder einige Parameter zu einer Gesamt- oder Teilkonvergenz zusammenzufassen. Die Zusammenfassung zu einer Teil- oder insbesondere Gesamtkonvergenz hat den Vorteil, dass sich das Verfahren einfacher implementieren lasst und weniger Rechenkapazität benotigt wird. Die Betrachtung mehrerer verschiedener Parameter jeweils einzeln in ihrem Konvergenzverhalten erlaubt dagegen eine bessere, weil insbesondere detailgetreuere, Abbildung der Umgebung.
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Erfindungsgemäß kann zur Auswertung des Verlaufs der Konvergenz eines Parameters der aktuelle Wert dieses Parameters, ggf. nach der Bildung seines Absolutwerts, logarithmiert und mit unterschiedlichen Mittelungszeitkonstanten gemittelt werden, wobei jeweils eine Differenz aus dem Wert des Parameters und den verschiedenen Mittelwerten gebildet wird und ein Vorzeichenwechsel oder Ubergang in den Differenzen auswertet wird. Beispielsweise konnen drei verschiedene Mittelungswertfilter mit unterschiedlichen Mittelungszeitkonstanten hierfür eingesetzt werden. Aus Ergebnis der Auswertung ist es moglich, ein geeignetes Modell für die Kanalschatzung auszuwahlen.
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Schließlich betrifft die Erfindung auch eine Kommunikationseinrichtung zur Fahrzeug-zu-Umgebung-Kommunikation (C2X) mit einem Sender- und/oder Empfanger zum Aussenden/oder Empfangen von Kommunikationsbotschaften in der Fahrzeug-zu-Umgebung-Kommunikation und einer zur Durchführung der Kommunikation eingerichteten Recheneinheit, wobei in der Recheneinheit auch ein Verfahren zur Kanalschatzung implementiert ist. Um aus der Kanalschatzung, das heißt den physikalischen Eigenschaften des Ubertragungskanals, auch Aussagen uber die Umgebung des Empfangers der Fahrzeug-zu-Umgebung-Kommunikation zu erhalten, wird erfindungsgemaß vorgeschlagen, dass in der Recheneinheit das vorgeschriebene Verfahren zur Kanalschatzung ganz oder teilweise implementiert ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmoglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale fur sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhangig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Ruckbezügen.
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Es zeigen:
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1 das Konvergenzverhalten der Parameter verschiedener Modelle A, B, C und D uber die Zeit,
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2 das Konvergenzverhalten verschiedener Parameter a, b, c eines Modells sowie die aus diesen Parametern zusammengefasste Gesamt-Konvergenz uber die Zeit,
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3 ein Flussdiagramm zur Durchfuhrung des erfindungsgemaßen Verfahrens gemaß einer ersten Ausführungsform,
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4 ein Flussdiagramm zur Durchfuhrung des erfindungsgemaßen Verfahrens gemaß einer zweiten Ausfuhrungsform und
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5 ein Flussdiagramm zur einer erfindungsgemaß moglichen Auswertung des Konvergenzverhaltens eines Parameters.
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Um die Übertragungsqualität in der Funkkommunikation, insbesondere auch in der Fahrzeug-zu-Umgebung-Kommunikation beispielsweise mittels automotive-WLAN nach dem Standard IEEE 802.11p, aber auch anderen Kommunikationssystemen wie GPRS, EDGE, UMTS, LTE, WiMax, WLAN nach IEEE 802.1a/b/g/n..., Bluetooth, ZigBee oder Schlüsselfunk RKE zu verbessern, werden ublicherweise sogenannte Kanalschätzverfahren eingesetzt, welche die physikalischen Eigenschaften des Ubertragungskanals modellieren, um fur die Funkübertragung optimale Einstellungen ermitteln zu können.
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Diese Modelle verwenden Parameter, die je nach Eignung des Modells fur die jeweilige Umgebung besser oder schlechter konvergiert sind bzw. konvergieren, das heißt sich über einen bestimmten Betrachtungszeitraum konstant bleiben (gute Konvergenz) oder andern (schlechte Konvergenz).
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In 1 sind die Konvergenzen eines Parameters fur verschiedene Modelle A, B, C und D dargestellt, welche in einer Funkkommunikation durch den Empfänger ermittelt wurden, wobei die Modelle A, B, C, D unterschiedliche Umgebungen des Empfangers symbolisieren. Diese Umgebungen konnen beispielsweise Stadte, freie Landschaft, Tunnel oder dergleichen sein.
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Es zeigt sich, dass insgesamt der Parameter des Modells B nach anfänglich noch schlechter Konvergenz am besten konvergiert, da die Konvergenzkurve mit zunehmender Zeit flacher wird. Anders ausgedruckt wird die zeitliche Ableitung (d/dt) der Kurve betrachtet. Ergibt sich hier keine signifikante Anderung, konvergiert der Parameter. Ähnliches gilt fur das Modell C, wobei hier die Kurve auch bei zunehmender Zeit noch etwas steiler ist. Das Modell A unterliegt starkeren Schwankungen uber den Betrachtungszeitraum und das Modell D fuhrt zu einer signifikanten Divergenz bei zunehmender Zeit.
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Hier wurde eine Auswertung des Divergenzverhaltens also beispielsweise durch das Auswerten der Steigung der verschiedenen Divergenz- kurven über die Zeit geschehen, wobei eine moglichst niedrige Steigung eine besonders gute Konvergenz ausdruckt.
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Im vorliegenden Fall würde also das Modell B als das Modell mit der optimalen Konvergenz ausgewahlt und sowohl für die Bestimmungen der Einstellungen in der Fahrzeug-zu-Umgebung-Kommunikation als auch zur Identifikation der Umgebung des Senders herangezogen.
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Sofern ein Modell mehrere Parameter aufweist, kann eine derartige Auswertung für jeden Parameter einzeln erfolgen, wobei dann eine geeignete Gewichtung der einzelnen Parameter vorgegeben ist, um das insgesamt optimale Modell auszuwahlen.
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2 zeigt eine hiervon abweichende Praxis, bei der die verschiedenen Parameter a, b, und c eines Modells zu einer Gesamt-Konvergenz fur das gesamte Modell zusammengefasst werden. Eine solche Gesamt-Konvergenz ergabe sich beispielsweise fur jedes der ver-schiedenen Modelle A, B, C, D gemaß 1, sofern in dem Modell mehrere Parameter verwendet werden.
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In 3 ist eine Moglichkeit zur Durchfuhrung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, bei dem in einer Recheneinheit einer Kommunikationseinrichtung ein Verfahren zur Kanalschatzung implementiert ist, bei dem die Konvergenz fur eine Vielzahl verschiedener Modelle parallel untersucht wird und, ahnlich wie in 1 dargestellt, dasjenige Modell mit der besten Konvergenz ausgewahlt wird. Hierzu wird die Konvergenz jedes der Modelle bestimmt und das Modell mit der besten Konvergenz ermittelt. Dieses Modell wird anschließend sowohl fur die Ermittlung der optimalen Einstellungen in der Kommunikation als auch fur die Ermittlung der Umgebung herangezogen und dient somit auch als erfindungsgemaßer Umfeldsensor.
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Sobald das Modell ausgewahlt ist, kann durch Betrachtung eines Gesamtparameters oder jedes einzelnen Parameters und dessen/deren Konvergenz eine weitere Detaillierung vorgenommen werden. Beispielsweise kann durch die Konvergenz bestimmter Parameter auf die Hohe einer Bebauung einer Stadt oder dergleichen ruckgeschlossen werden.
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Diese Detaillierung findet im Anschluss an die Auswahl eines Modells aus einer vorgegebenen Vielzahl von Modellen statt, fur die jeweils eine Konvergenz berechnet wird. Dieses Verfahren ist vergleichsweise rechenaufwendig und kann auch durch das nachfolgend unter Bezug auf 4 beschriebene Verfahren ersetzt werden.
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In diesem Fall wird die Konvergenz nur des gerade zur Kanalschatzung verwendeten Modells des Übertragungskanals ermittelt, wobei eine Klassifizierung der Konvergenz erfolgt, die auch von Modell zu Modell verschieden sein kann und die Variabilitat, die Steigung der Konvergenzkurve oder sonstige Kriterien beinhalten kann. Aus dieser Klassifizierung kann abgeleitet werden, welches Modell das momentane Ubertragungsverhalten in dem Ubertragungskanal am besten beschreibt. Es kann zu dem Ergebnis kommen, dass das vorliegende Modell bereits die beste Beschreibung beinhaltet, so dass die Umgebung bereits optimal beschrieben ist. Bei einer nicht optimalen Beschreibung der Umgebung kann aufgrund der Klassifizierung des oder der Parameter das geeignete neue Modell unmittelbar ausgewahlt werden.
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Anschließend kann auch in diesem Verfahren eine Detaillierung der Umgebung anhand von Detailauswertungen der Konvergenz der Parameter stattfinden.
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5 beschreibt eine Moglichkeit zur Auswertung des Konvergenzverlaufs eines Parameters. Dazu wird der Verlauf einzelner Werte des Parameters erfasst, wobei jeder erfasste Wert des Parameters als Eingangsgroße 1 einem Auswerteschema 2 unterworfen wird. Dazu wird die Eingangsgroße in dem dargestellten Beispiel drei verschiedenen Berechnungen unterzogen, die jeweils von der Eingangsgroße ausgehen. In einem ersten Schritt wird, was jedoch optional ist, eine Absolutwertbildung 3 der Eingangsgroße vorgenommen. Anschließend wird der Absolutwert einer Logarithmierung 4 unterzogen.
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Die logarithmierten Werte aus dem Verlauf des Parameters werden dann in einer Mittelwertbildung gemittelt, wobei mit den Mittelwertfiltern „1”, „TP1” und „TP2” verschieden lange Mittelungszeitraume zugrunde gelegt werden.
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In einer Recheneinheit 6 werden dann die Differenzen e zwischen dem aktuellen Verlauf und dem Mittelwert aus den verschiedenen Mittelwertfiltern „1”, „TP1” und „TP2” gebildet und als Differenzen e1, e2 und e3 in einem Analysator 7, der mit in die Recheneinheit 6 integriert werden kann, ausgewertet. Hierzu wird insbesondere ein Ubergang bzw. Vorzeichenwechsel festgestellt, der ein Maß fur die Konvergenz ist. Ausgehend von diesen Informationen wird ein geeignetes Modell (Modell 1, Modell 2, Modell 3) fur die Kanalschatzung in einer Modellauswahl 8 ausgewahlt.
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Durch die Mittelwertbildung der logarithmierten Werte und die Differenzbildung zwischen jeweils diesen Werten mit einer unterschiedlichen Mittelungszeitkonstanten und dem aktuellen Verlauf des Parameters lassen sich auf technische einfache Weise besonders geeignete Kriterien fur ein Modellauswahl herleiten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Eingangsgröße, Parameterwert aus dem Verlauf der Kanalschatzung
- 2
- Auswerteschema
- 3
- Absolutwertbildung
- 4
- Logarithmierung
- 5
- Mittelwertbildung
- 6
- Recheneinheit
- 7
- Analysator
- 8
- Modellauswahl
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10256620 A1 [0005]
- WO 2006/073691 A2 [0006]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Standard IEEE 802.11p [0026]
- IEEE 802.1a/b/g/n... [0026]