DE10205742C1 - Transmission channel pulse response estimation device has channel pulse response estimation passed through correction filter - Google Patents
Transmission channel pulse response estimation device has channel pulse response estimation passed through correction filterInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Nachrichten übertragung und insbesondere auf Möglichkeiten der Schät zung eines Übertragungskanals, um beispielsweise einen Ent zerrer in einem Empfänger einzustellen, oder um eine direk te Entzerrung durchzuführen.The present invention relates to the news transmission and especially on possibilities of treasure tion of a transmission channel, for example a Ent distortion in a receiver, or to direct a equalization.
In Übertragungssystemen, die einen stark variierenden Über tragungskanal umfassen, ist eine Schätzung der Kanaleigen schaften wichtig, um den variablen Kanaleigenschaften ge wissermaßen entgegensteuern zu können. Solche stark variie renden Übertragungskanäle treten insbesondere dann auf, wenn die Übertragungskanäle Freiraumübertragungskanäle sind, wie sie beispielsweise beim Mobilfunk vorhanden sind.In transmission systems that vary widely channel is an estimate of the channel's own important to ensure the variable channel properties to be able to take countermeasures. Such a great variety transmission channels occur in particular if the transmission channels free space transmission channels are, for example, how they are available in mobile communications.
Die Kanalschätzung ist beispielsweise dafür notwendig, um empfangsseitig eventuelle Kanalentzerrungen mittels eines Entzerrers wieder rückgängig zu machen.The channel estimate is necessary for this, for example any channel equalization at the receiving end using a Undo equalizer.
Aus diesem Grund werden in modernen Empfängern Kanalschätz verfahren eingesetzt. Diese Kanalschätzverfahren basieren darauf, daß eine bekannte Sendefolge vom Sender über den Übertragungskanal zum Empfänger übertragen wird, und daß die Empfangsfolge unter Kenntnis der Sendefolge ausgewertet wird, um die Übertragungsfunktion des Kanals zu ermitteln. Solche bekannten Sendefolgen werden als auch Trainingsse quenzen bezeichnet.For this reason, channel receivers are used in modern receivers process used. These channel estimation methods are based insists that a known broadcast sequence from the broadcaster Transmission channel is transmitted to the receiver, and that evaluated the reception sequence with knowledge of the transmission sequence to determine the channel's transfer function. Such known broadcast episodes are also training programs sequences.
Zur korrekten Entzerrung ist es nötig, die Kanalimpulsant wort, also das Ergebnis einer inversen Fourier- Transformation der Kanalübertragungsfunktion, möglichst zu jedem Zeitpunkt zu kennen. Dies gilt um so mehr für den Vorgang des Aufbaus einer Verbindung zwischen einem Sender und einem Empfänger über den Übertragungskanal.For correct equalization it is necessary to impulse the channel word, i.e. the result of an inverse Fourier Transformation of the channel transmission function, if possible too to know at any time. This applies all the more to the The process of establishing a connection between a transmitter and a receiver over the transmission channel.
Dies bedeutet jedoch, daß die Kanalimpulsantwort laufend geschätzt werden muß.However, this means that the channel impulse response is ongoing must be estimated.
Als Alternative zu den Schätzverfahren, die auf Trainings sequenzen, also bekannten Referenzfolgen basieren, um die Kanalimpulsantwort zu schätzen, sind in jüngster Zeit auch referenzfolgenfreie Schätzverfahren zur Kanalidentifikati on, d. h. zur Schätzung der Kanalimpulsantwort des Kanals oder aber zur Schätzung der Autokorrelationsfunktion der Kanalimpulsantwort dargelegt worden. Hierzu wird auf Robert Klinski, "Blind System Identification and Equalization für OFDM-Systems", Alcatel Workshop on Equalization, Antwerpen, November 1999 verwiesen.As an alternative to the estimation methods based on training sequences, i.e. known reference sequences based on the Channel impulse responses have also been appreciated recently Reference sequence-free estimation procedures for channel identification on, d. H. to estimate the channel impulse response of the channel or to estimate the autocorrelation function of the Channel impulse response has been set out. For this, Robert Klinski, "Blind System Identification and Equalization for OFDM-Systems ", Alcatel Workshop on Equalization, Antwerp, November 1999.
Bei der Schätzung des üblicherweise komplexen Kanals kann die komplexe Kanalimpulsantwort oder die komplexe Kanal übertragungsfunktion geschätzt werden. Zum Schätzen des Be trags-Frequenzgangs und des Phasen-Frequenzgangs eines üb licherweise komplexen Kanals sind verschiedene Vorrichtun gen und Verfahren bekannt. Hierzu wird beispielsweise auf Simon Haykin, "Adaptive Filter Theory", Prentice-Hall 1996, verwiesen.When estimating the usually complex channel can the complex channel impulse response or the complex channel transfer function can be estimated. To estimate the Be carrier frequency response and the phase frequency response of a Certainly complex channels are different devices gene and procedures known. For this purpose, for example Simon Haykin, "Adaptive Filter Theory", Prentice-Hall 1996, directed.
Lediglich beispielhaft wird nachfolgend auf den sogenannten MMSE-Ansatz als Repräsentant für ein bekanntes Kanalschätz verfahren eingegangen (MMSE = Minimum Mean Squared Error Estimation = Schätzung nach der Methode des minimalen mitt leren quadratischen Fehlers) eingegangen. Alternativ kann jedoch auch eine sog. Least-Squares-Schätzung (LS- Schätzung) eingesetzt werden.The so-called MMSE approach as a representative of a known channel estimate procedure received (MMSE = Minimum Mean Squared Error Estimation = Estimation using the method of minimal mean quadratic error). Alternatively, you can however also a so-called least squares estimate (LS Estimate).
Im MMSE-Ansatz wird zur Kanalschätzung eine typischerweise bekannte Referenzfolge eingesetzt. Diese Referenzfolge wird über einen unbekannten Kanal h übertragen. Der Empfänger empfängt dann eine Empfangsfolge, die im Falle eines idea len Kanals unmittelbar der Sende-Referenzfolge entsprechen würde. Aufgrund zeitlich veränderlicher und räumlich verän derlicher Kanäle, wie sie insbesondere bei der digitalen Funkübertragung auftreten, ist jedoch der Kanal sehr stark verzerrend, so daß ein korrekter Empfang bei begrenzter Sendeleistung nur dann gewährleistet werden kann, wenn der Kanal abgeschätzt werden kann, um die Empfangsfolge entzer ren zu können, was üblicherweise mittels eines Equalizers erreicht wird. Durch die Kanalschätzung wird somit der Be trags- und der Phasenfrequenzgang des Kanals abgeschätzt, um den Equalizer derart ansteuern zu können, daß die Ver zerrungen des Kanals kompensiert werden.In the MMSE approach, one is typically used for channel estimation known reference sequence used. This reference sequence will transmitted via an unknown channel h. The recipient then receives a receive sequence, which in the case of an idea len channel correspond directly to the send reference sequence would. Due to changes in time and space other channels, such as those used in digital Radio transmission occur, however, the channel is very strong distorting, so that correct reception with limited Transmission power can only be guaranteed if the Channel can be estimated to equalize the reception sequence ren what can usually be done with an equalizer is achieved. Through the channel estimation, the Be estimated channel and phase frequency response of the channel, to control the equalizer so that the Ver distortion of the channel can be compensated.
Würde keine Kanalschätzung eingesetzt werden, so könnte ein guter Empfang beispielsweise mit einer Bitfehlerrate unter halb einer bestimmten Schwelle nur noch bei einem sehr ho hen Signal/Rausch-Verhältnis sichergestellt werden, was entweder einer hohen Sendeleistung entspricht, oder einer relativ niedrigen Nutzdatenrate.If no channel estimation were used, a could good reception, for example with a bit error rate below half a certain threshold only at a very high hen signal / noise ratio be ensured what either corresponds to a high transmission power, or one relatively low user data rate.
Die nachfolgende Gleichung zeigt den theoretischen Zusam
menhang zwischen der bekannten Eingangsfolge x und der be
kannten Ausgangsfolge y, wobei h die Kanalimpulsantwort
darstellt. Die Ausgangsfolge y ergibt sich als Faltung der
Kanalimpulsantwort mit der Eingangsfolge. Die Kanalimpuls
antwort kann dann folgendermaßen durch Umstellung der Sys
temgleichung berechnet werden:
The following equation shows the theoretical relationship between the known input sequence x and the known output sequence y, where h represents the channel impulse response. The output sequence y results from the convolution of the channel impulse response with the input sequence. The channel impulse response can then be calculated as follows by changing the system equation:
y = h⊗x; ⇒ h = r *|yx.[Rxx]-1;y = h⊗x; ⇒ h = r * | yx. [R xx ] -1 ;
Das umkreiste Kreuz stellt in der vorstehenden Gleichung
die Faltungsoperation dar. r *|yx ist die konjugierte Kreuzkorrelierte.
Bei der MMSE-Schätzung sind folgende Randbe
dingungen zu beachten:
The circled cross in the above equation represents the convolution operation. R * | yx is the conjugate cross correlation. The following boundary conditions must be observed when estimating MMSE:
- a) Um die gewünschte Kanalimpulsantwort h zu bestimmen, muß die Eingangsfolge x empfangsseitig bekannt sein.a) In order to determine the desired channel impulse response h, the input sequence x must be known at the receiving end.
- b) Der Schätzfehler wird um so kleiner, je länger die Re ferenzfolge x ist.b) The longer the re., the smaller the estimation error sequence x is.
Insbesondere die Bedingung (b) bringt folgende Probleme mit
sich:
Condition (b) in particular has the following problems:
- a) Mit steigender Länge der Referenzfolge sinkt die ef fektive Datenrate der Übertragung.a) As the length of the reference sequence increases, the ef decreases fective data rate of the transmission.
- b) Die Inversion der Autokorrelationsmatrix, welche auf grund der vorstehenden Gleichung nötig ist, ist bei langen Referenzfolgen problematisch.b) The inversion of the autocorrelation matrix, which is based on is necessary due to the above equation is at long reference sequences problematic.
Anders ausgedrückt stellt sich bei jeder Kanalschätzung ei nerseits die Frage, wann die Kanalimpulsantwort ausreichend genau geschätzt ist, d. h. war die Eingangsfolge x lang ge nug. Andererseits besteht die Frage, wie die bereits vor handene Schätzung verbessert werden kann, ohne daß während einer digitalen Übertragung dauernd eine sehr lange bekann te Eingangsreferenzfolge gesendet werden muß, welche wert volle Bits für die Nutzdatenübertragung in Anspruch nimmt.In other words, each channel estimate produces e on the other hand the question of when the channel impulse response is sufficient is accurately estimated, d. H. the input sequence was x long nug. On the other hand, there is the question of how that already exists existing estimate can be improved without having to a digital transmission can take a very long time te input reference sequence must be sent, which value takes full bits for the user data transmission.
Insbesondere bei stark zeitvarianten Kanälen, wie sie z. B. im Mobilfunk auftreten, kommt noch ein weiteres Problem hinzu. Selbst wenn die Nutzdatenbandbreite, also das Ver hältnis der Menge der Nutzdaten zu der Menge der bekannten Referenzdaten kein Problem ist, dürfen dennoch nur sehr kurze Referenzfolgen eingesetzt werden, um die momentanen Kanaleigenschaften des sich stark verändernden Kanals bestimmen zu können. Dies kann man sich anhand eines fah renden Autos vorstellen, in dem jemand ein Mobilfunkgerät bedient. Der Übertragungskanal zwischen diesem Mobilfunkge rät und einer Basisstation ändert sich insbesondere dann sehr stark, wenn das Auto in Bewegung ist und an hohen und niedrigen Häusern bzw. Bäumen vorbeifährt und insbesondere z. B. eine Brücke unterqueren muß. Hierbei wird sich der Kanal zeitlich sehr schnell und sehr nachhaltig ändern, so daß der Einsatz von langen Referenzfolgen nur begrenzt sinnvoll ist, da das MMSE-Verfahren zwar eine sehr genaue Kanalschätzung erlaubt, sich der Kanal jedoch in der Zeit, in der die genaue Kanalschätzung berechnet worden ist, wie der verändert hat, so daß wenig Nutzen verbleibt.Especially with highly time-variant channels, such as those B. Another problem arises in mobile communications added. Even if the user data bandwidth, i.e. the Ver Ratio of the amount of user data to the amount of known Reference data is not a problem, but can only be very much short reference sequences are used to determine the current Channel properties of the rapidly changing channel to be able to determine. You can see this using a fah imagine cars in which someone has a cellphone served. The transmission channel between this cellular network advises and a base station changes especially then very strong when the car is moving and at high and drives past low houses or trees and in particular z. B. must cross under a bridge. Here, the Change channel very quickly and very sustainably, see above that the use of long reference sequences is limited It makes sense because the MMSE process is a very precise one Channel estimation allowed, but the channel is in time, in which the exact channel estimate has been calculated, such as who has changed so that little benefit remains.
Somit kann zusammengefaßt werden, daß insbesondere bei stark zeitvarianten Kanälen, jedoch auch bei nicht so stark zeitvarianten Kanälen, bei denen eine maximale Übertra gungsrate erforderlich ist, unbedingt kurze Referenzfolgen eingesetzt werden müssen, um die momentanen Kanaleigen schaften möglichst genau und schnell bestimmen zu können bzw. um eine hohe Nutzdatenrate sicherzustellen und wenig Sendebits für Referenzfolgen "verschwenden" zu müssen.It can thus be summarized that in particular strongly time-variant channels, but also not so strong time-variant channels in which a maximum transmission short reference sequences must be used to the current channel own be able to determine as accurately and quickly as possible or to ensure a high user data rate and little "Waste" send bits for reference sequences.
Dies bedeutet jedoch andererseits auch, daß die Schätzung notwendigerweise mit einem Schätzfehler behaftet ist, wel cher üblicherweise unbekannt und aufgrund kurzer Referenz folgen relativ groß ist.On the other hand, however, this also means that the estimate necessarily has an estimation error, wel Usually unknown and based on a short reference follow is relatively large.
Problematisch bei der Verwendung kurzer Referenzfolgen ist, daß kurze Referenzfolgen nur zu einer Schätzung der Kanal impulsantwort führen die die tatsächliche Kanalimpulsant wort zwar annähert, jedoch mit einem Schätzfehler behaftet ist. Der Schätzfehler wird um so kleiner, je länger die Re ferenzfolge ist, und verschwindet für unendlich lange Refe renzfolgen, während, im entgegengesetzten Fall, der Schätz fehler immer größer wird, je kürzer die Referenzfolge wird. The problem with using short reference sequences is that short reference sequences only provide an estimate of the channel impulse response lead the actual channel impulsant word approximates, but has an estimation error is. The longer the re., The smaller the estimation error sequence is, and disappears for infinitely long reference sequence, while, in the opposite case, the estimate error increases, the shorter the reference sequence becomes.
Bei der referenzdatenfreien Schätzung der Kanalimpulsant wort z. B. bei OFDM-Systemen, können nicht besonders auf wendige Algorithmen herangezogen werden, die im wesentli chen auf der Schätzung der Autokorrelationsfunktion der Ka nalimpulsantwort beruhen. Deren Nachteil ist jedoch die re lativ langsame Konvergenzgeschwindigkeit. Um diese zu erhö hen, können auch leistungsfähigere Schätzverfahren angewen det werden, wie z. B. die sogenannte Subraummethode. Prob lematisch bei dieser sehr komplexen Methode ist jedoch die hohe Komplexität, die einer praktischen Hardwareimplemen tierung insbesondere für preisgünstige Empfänger, wenn z. B. an einen digitalen Rundfunk gedacht wird, im Wege steht.In the case of the reference data-free estimate, the channel impulsant word z. B. in OFDM systems, can not particularly agile algorithms are used that essentially Chen based on the estimation of the autocorrelation function of the Ka based impulse response. However, their disadvantage is the right relatively slow rate of convergence. To increase this can also use more powerful estimation methods det be such. B. the so-called subspace method. prob However, the lematic of this very complex method is high complexity, that of a practical hardware implementation tion especially for inexpensive recipients when z. B. of digital broadcasting is in the way.
Gerade auf dem Gebiet des digitalen Rundfunks, bei dem Emp fänger als Massenartikel verkauft werden sollen, spielen bereits kleine Preisunterschiede eine entscheidende Rolle, dahingehend, ob ein Produkt auf dem Markt besteht, oder ob ein Produkt keine Verbreitung findet. Ähnliche Anforderun gen existieren im Mobiltelephonbereich, in dem ein harter Preiswettbewerb stattfindet, dahingehend, daß teuere und aufwendige Hardwareimplementierungen in Mobiltelephonen ge nerell skeptisch betrachtet werden.Especially in the field of digital broadcasting, where Emp catchers should be sold as bulk items, play even small price differences play a decisive role, whether there is a product on the market or whether a product is not used. Similar requirements gen exist in the mobile phone area, in which a hard Price competition takes place in that expensive and complex hardware implementations in mobile phones to be considered skeptical.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein weniger aufwendiges und effizientes Konzept zum Schätzen der Kanalimpulsantwort eines Übertragungskanals oder zum Entzerren eines Signals zu schaffen.The object of the present invention is a less complex and efficient concept for estimating the channel impulse response of a transmission channel or To equalize a signal.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Schätzen ei ner Kanalimpulsantwort nach Patentanspruch 1, durch ein Verfahren zum Schätzen eines Übertragungskanals nach Pa tentanspruch 13, eine Empfängervorrichtung nach Patentan spruch 14, ein Verfahren zum Empfangen nach Patentanspruch 15, eine Vorrichtung zum Entzerren nach Patentanspruch 16 oder ein Verfahren zum Entzerren nach Patentanspruch 27 ge löst. This task is accomplished by a device for estimating egg ner channel impulse response according to claim 1, by a Method for estimating a transmission channel according to Pa claim 13, a receiver device according to patent claim 14, a method for receiving according to claim 15, a device for equalization according to claim 16 or a method for equalization according to claim 27 ge solves.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Wiener-Hopf-Gleichung, die sowohl bei der Schätzung der Kanalimpulsantwort eines Übertragungskanals z. B. zu Entzerrerzwecken als auch beim direkten Entzerren eines Empfangssignals, d. h. beim Berechnen der Entzerrerkoeffi zienten auftritt, wenn z. B. das MMSE-Kriterium zugrunde gelegt wird, um einen Fehler zwischen einer fehlerbehafte tenn Ausgangsgröße und einer fehlerfreien oder weniger feh lerbehafteten Zielgröße zu minimieren, unter Verwendung ei nes klassischen Prädiktionsfilters mit Verzögerungsglied als Hilfsfilter, um das eigentliche Korrektur oder Entzer rungsfilter zu berechnen, das als ein "Prädiktionsfilter" ohne Verzögerungsglied angesehen wird, zu lösen.The present invention is based on the finding that that the Wiener-Hopf equation, both in estimating the channel impulse response of a transmission channel z. B. too Equalizer purposes as well as when directly equalizing one Received signal, d. H. when calculating the equalizer coefficient cient occurs when z. B. based on the MMSE criterion is placed around an error between a defective tenn output size and an error-free or less error Minimize the target size using egg Classic prediction filter with delay element as an auxiliary filter to the actual correction or equalizer computation filter, which is called a "prediction filter" is considered without delay element to solve.
Beim Problem der Schätzung der Kanalimpulsantwort eines Ü bertragungskanals, wie sie beispielsweise durch irgendein bekanntes Schätzverfahren, das referenzdatenfrei sein kann oder nicht, wird die Wiener Hopf-Gleichung dazu verwendet, um "nachträglich", also nach der Schätzung, mittels eines Korrekturfilters zu filtern, um die Schätzung der Kanalim pulsantwort zu verbessern, wobei die Korrekturfilterkoeffi zienten erfindungsgemäß durch Lösung der Wiener-Hopf- Gleichung berechnet werden. Hierzu ist eine Schätzung der Kanalimpulsantwort des Übertragungskanals einerseits und eine Schätzung der Autokorrelationsfunktion der Kanalim pulsantwort andererseits nötig.With the problem of estimating a channel impulse response transmission channel, as for example through any Known estimation method that can be free of reference data or not, the Wiener Hopf equation is used to to "afterwards", ie according to the estimate, using a Filter correction filter to estimate the channel im improve pulse response, the correction filter coefficient according to the invention by solving the Wiener-Hopf Equation can be calculated. Here is an estimate of the Channel impulse response of the transmission channel on the one hand and an estimate of the channel correlation function Pulse response, on the other hand, is necessary.
Erfindungsgemäß wird aus der geschätzten Kanalimpulsantwort die Autokorrelationsfunktion der geschätzten Kanalimpuls antwort berechnet, die als exakte Autokorrelationsfunktion der geschätzten Kanalimpulsantwort bezeichnet wird, da sie aus den Schätzwerten exakt und deterministisch berechnet wird.According to the invention, the estimated channel impulse response the autocorrelation function of the estimated channel pulse response calculated as an exact autocorrelation function the estimated channel impulse response is called as calculated exactly and deterministically from the estimated values becomes.
Die Filterkoeffizienten des Korrekturfilters werden dann unter Verwendung von Hilfs-Filterkoeffizienten berechnet, wobei die Hilfs-Filterkoeffizienten so gewählt sind, daß ein Produkt aus einem Vektor der Hilfs-Filterkoeffizienten und einer Autokorrelationsmatrix, die von der exakten Auto korrelationsfunktion der geschätzten Kanalimpulsantwort ab geleitet ist, gleich der exakten Autokorrelationsfunktion der geschätzten Kanalimpulsantwort ist. Diese Hilfs- Filterkoeffizienten werden durch Lösung der bekannten Wie ner-Hopf-Gleichung bzw. durch Lösung der bekannten Jule- Walker-Gleichung berechnet und beschreiben ein klassisches Prädiktionsfilter dahingehend, daß der Prädiktionsfehler zwischen dem tatsächlichen Signal und dem prädizierten Sig nal nach dem MSE oder MMSE-Kriterium, d. h. nach dem Krite rium der kleinsten Fehlerquadrate, minimal ist.The filter coefficients of the correction filter are then calculated using auxiliary filter coefficients, the auxiliary filter coefficients are chosen so that a product of a vector of the auxiliary filter coefficients and an auto correlation matrix that is based on the exact auto correlation function of the estimated channel impulse response is directed to the exact autocorrelation function is the estimated channel impulse response. This auxiliary Filter coefficients are obtained by solving the known How ner-Hopf equation or by solving the well-known Jule Walker's equation calculates and describes a classic Prediction filter in that the prediction error between the actual signal and the predicted sig nal according to the MSE or MMSE criterion, d. H. according to the criterion rium of least squares, is minimal.
Nachdem bei der nachträglichen Filterung der Schätzung der Kanalimpulsantwort nicht auf vorhergehende Werte zurückge griffen werden kann, reicht dieser Prädiktionsansatz allein nicht aus. Die Korrekturfilterkoeffizienten zur Dimensio nierung des Korrekturfilters werden daher unter Verwendung der Hilfs-Filterkoeffizienten berechnet, wobei die Korrek turfilterkoeffizienten so gewählt sind, daß ein Produkt ei nes Vektors der Korrekturfilterkoeffizienten und der Auto korrelationsmatrix, die von der exakten Autokorrelations funktion der geschätzten Kanalimpulsantwort abgeleitet ist, gleich der geschätzten Autokorrelationsfunktion der Kanal impulsantwort ist.After filtering the estimate of the Channel impulse response not returned to previous values this prediction approach alone is sufficient not from. The correction filter coefficients for the dimension The correction filter is therefore used of the auxiliary filter coefficients, the correction Door filter coefficients are chosen so that a product egg nes vector of correction filter coefficients and auto correlation matrix based on the exact autocorrelation function of the estimated channel impulse response is derived, equal to the channel's estimated autocorrelation function impulse response is.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das ohne Matrixinversion auskommt, wird die Be rechnung der Hilfs-Filterkoeffizienten iterativ unter Ver wendung der bekannten Levinson-Durbin-Rekursion durchge führt. Damit kann die aufwendige Inversion der Autokorrela tionsmatrix, die von der exakten Autokorrelationsfunktion der geschätzten Kanalimpulsantwort abgeleitet ist, umgangen werden.In a preferred embodiment of the present Invention that does not require matrix inversion is the Be calculation of the auxiliary filter coefficients iteratively under Ver application of the well-known Levinson-Durbin recursion leads. This means that the elaborate inversion of the autocorrela tion matrix based on the exact autocorrelation function the estimated channel impulse response is bypassed become.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vor liegenden Erfindung wird ferner die Berechnung der Korrek turfilterkoeffizienten ebenfalls iterativ durchgeführt, und zwar unter Verwendung einer neuen Iterationsvorschrift, die auf den Hilfs-Filterkoeffizienten, der exakten Autokorrela tionsfunktion und der geschätzten Autokorrelationsfunktion basiert.In a further preferred embodiment of the above lying invention will also calculate the corrective door filter coefficients also performed iteratively, and using a new iteration rule, the on the auxiliary filter coefficient, the exact autocorrela tion function and the estimated autocorrelation function based.
Darüber hinaus wird es bevorzugt, sowohl die Kanalimpuls antwort selbst als auch deren Autokorrelierte referenzda tenfrei zu schätzen. Aufgrund der nachträglichen Filterung durch das erfindungsgemäße Korrekturfilter kann die Schät zung der Kanalimpulsantwort und der Autokorrelationsfunkti on der Kanalimpulsantwort relativ grob sein, da der Schätz fehler durch die nachträgliche Korrekturfilterung gemäß der vorliegenden Erfindung erheblich reduziert werden kann.In addition, it is preferred to both the channel pulse answer yourself as well as their auto-correlated reference valued free. Because of the subsequent filtering by the correction filter according to the invention, the estimate channel impulse response and autocorrelation function on the channel impulse response to be relatively rough, since the estimate errors due to the subsequent correction filtering according to the present invention can be significantly reduced.
Das erfindungsgemäße Konzept ist insbesondere dahingehend vorteilhaft, daß die Konvergenzgeschwindigkeit durch eine nachträgliche Filterung der Schätzwerte erhöht wird. In an deren Worten ausgedrückt wird der Schätzfehler nachträg lich, d. h. durch die Korrekturfilterung, minimiert.The concept according to the invention is particularly in this regard advantageous that the rate of convergence by a subsequent filtering of the estimates is increased. In an expressed in words, the estimation error is subsequently added Lich, d. H. through the correction filtering, minimized.
Das erfindungsgemäße Konzept ist insbesondere dahingehend vorteilhaft, daß die Anforderungen an das Schätzverfahren selbst nicht besonders hoch sind. Damit können, wenn Schätzverfahren mit Referenzdaten verwendet werden, relativ kurze Referenzfolgen verwendet werden, was zum einen die Geschwindigkeit der ganzen Schätzung und zum anderen die nutzbare Bandbreite des Übertragungskanals günstig beein flußt.The concept according to the invention is particularly in this regard advantageous that the requirements for the estimation method themselves are not particularly high. So if Estimation methods used with reference data are relative short reference sequences are used, which on the one hand Speed of the whole estimate and secondly the usable bandwidth of the transmission channel favorably influenced influ-.
Werden dagegen referenzdatenfreie Schätzverfahren verwen det, so können auch hier relativ einfache Verfahren verwen det werden, da die Anforderungen an die Schätzqualität nicht wesentlich hoch sind, zumal ohnehin eine nachträgli che Filterung der Kanalimpulsantwort durch das erfindungs gemäße Korrekturfilter durchgeführt wird.On the other hand, reference data-free estimation methods are used det, relatively simple methods can also be used here be because the requirements for the estimation quality are not significantly high, especially since a later one anyway che filtering the channel impulse response by the fiction appropriate correction filter is carried out.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß allgemein die Konvergenzsicherheit, d. h. daß ein Schätzverfahren überhaupt konvergiert, bei gröberen Schätzverfahren höher ist als bei ausgefeilteren Schätzver fahren. Das zweistufige Kanalschätzkonzept gemäß der vor liegenden Erfindung ermöglicht daher die Anwendung von Schätzverfahrens für die Kanalimpulsantwort und für die Au tokorrelationsfunktion der Kanalimpulsantwort, die eine si chere Konvergenz haben, die jedoch typischerweise eine langsame Konvergenzgeschwindigkeit, d. h. wie schnell eine Konvergenz erreicht wird, aufweisen. Durch die nachträgli che Filterung durch das Korrekturfilter wird jedoch bei ei nem Verfahren mit sicherer Konvergenz die Konvergenzge schwindigkeit erhöht, so daß ein Kanalschätzkonzept vor liegt, das zum einen eine sichere Konvergenz an sich und zum anderen eine hohe Konvergenzgeschwindigkeit aufweist.Another advantage of the present invention is in that in general the security of convergence, i. H. that an estimation method converges at all, with coarser ones Estimation method is higher than with more sophisticated estimators drive. The two-stage channel estimation concept according to the before lying invention therefore allows the application of Estimation method for the channel impulse response and for the Au tocorrelation function of the channel impulse response, which is a si convergence, but typically one slow speed of convergence, d. H. how fast one Convergence is achieved. By the later che filtering by the correction filter is however at ei convergence process speed increases, so that a channel estimation concept before lies, on the one hand, a secure convergence in itself and on the other hand has a high rate of convergence.
Das erfindungsgemäße Konzept basiert auf der Theorie der linearen Prädiktion zum Ableiten einer Lösung zur Bestim mung der Filterkoeffizienten der Korrekturfilters unter Verwendung der Wiener-Hopf-Gleichung. Die Wiener-Hopf- Gleichung basiert jedoch auf der Kenntnis der (ungekannten) Kanalimpulsantwort. Da diese unbekannt ist - dieser Wert soll ja geschätzt werden - liefert die vorliegende Erfin dung eine Näherungslösung, wo als statistische Information die Autokorrelationsfunktion der Kanalimpulsantwort ein geht. Diese wird vorzugsweise referenzdatenfrei geschätzt, wobei hierzu aufwandsarme Algorithmen existieren.The concept according to the invention is based on the theory of linear prediction to derive a solution to the determ measurement of the filter coefficients of the correction filter Using the Wiener Hopf equation. The Wiener Hopf However, equation is based on knowledge of the (unknown) Channel impulse response. Since this is unknown - this value should be estimated - provides the present Erfin an approximation, where as statistical information the autocorrelation function of the channel impulse response goes. This is preferably estimated without reference data, low-cost algorithms exist for this.
Das erfindungsgemäße Konzept ist dahingehend vorteilhaft, daß es eine Erhöhung der Konvergenzgeschwindigkeit um einen Faktor 2 erreichen kann.The concept according to the invention is advantageous in that that there is an increase in the rate of convergence by one Can reach factor 2.
Das erfindungsgemäße Konzept kann jedoch die Inversion ei ner Autokorrelationsmatrix in jedem Iterationsschritt er fordern. Es wird jedoch bevorzugt, eine auf der Levinson- Durbin-Rekursion basierende neue Iterationsvorschrift zu verwenden, so daß die Korrekturfilterkoeffizienten ohne Matrixinversion iterativ berechnet werden. Die neue Rekur sion kann zur iterativen Lösung der allgemeinen Wiener- Hopf-Gleichung, wie sie beispielsweise im Zusammenhang mit einer Referenzdaten-gestützten Bestimmung der Entzerrer koeffizienten anhand des Kriteriums des minimalen mittleren Fehlerquadrats auftritt, herangezogen werden. Nachdem der Aufwand zur Bestimmung der Filterkoeffizienten quadratisch mit der Ordnung des Korrekturfilters, d. h. mit der Anzahl von Korrekturfilterkoeffizienten, ansteigt, wird es bevor zugt, die Ordnung des Korrekturfilters im Rahmen zu halten. Insbesondere hat sich herausgestellt, daß das Korrekturfil ter hinsichtlich seiner Ordnung durchaus lediglich halb so groß wie die Ordnung der Kanalimpulsantwort des Übertra gungskanals dimensioniert zu werden braucht, um eine akzep table Verbesserung des Schätzwerts der Kanalimpulsantwort durch das Korrekturfilter herbeizuführen.The concept according to the invention can, however, the inversion ner autocorrelation matrix in each iteration step demand. However, it is preferred to use one on the Levinson Durbin recursion based new iteration rule use so that the correction filter coefficients without Matrix inversion can be calculated iteratively. The new recourse sion can be used to iteratively solve the general Viennese Hopf equation, such as those related to a reference data-based determination of the equalizers coefficients based on the minimum mean criterion Error square occurs. After the Effort to determine the filter coefficients quadratic with the order of the correction filter, d. H. with the number of correction filter coefficients, it will rise before moves to keep the order of the correction filter in the frame. In particular, it has been found that the correction file ter only half as far in terms of its order large as the order of the transmission impulse response channel must be dimensioned in order to accept table Improve the estimate of the channel impulse response through the correction filter.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert erläutert. Es zeigen:Preferred embodiments of the present invention are referred to below with reference to the enclosed Drawings explained in detail. Show it:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vor richtung zum Schätzen einer Kanalimpulsantwort; Fig. 1 is a block diagram of an inventive device for estimating a channel impulse response;
Fig. 2 eine detailliertere Darstellung der Einrichtung zum Berechnen der Korrekturfilterkoeffizienten; Fig. 2 is a more detailed illustration of the means for calculating the correction filter coefficients;
Fig. 3 eine detailliertere Darstellung der Berechnung von Hilfs-Filterkoeffizienten eines Prädiktions filters; Fig. 3 is a more detailed illustration of the calculation of auxiliary filter coefficients of a prediction filter;
Fig. 4 eine detailliertere Darstellung der Berechnung der Korrekturfilterkoeffizienten unter Verwendung der Hilfs-Filterkoeffizienten; Figure 4 is a detailed illustration of the calculation of the correction filter coefficient using the auxiliary filter coefficients.
Fig. 5 eine Übersichtsdarstellung der bei der Darstel lung der Fig. 3 und 4 verwendeten Größen; Fig. 5 is an overview of the sizes used in the presen- tation of Figures 3 and 4.
Fig. 6a ein klassisches Prädiktionsfilter; FIG. 6a, a classical prediction filter;
Fig. 6b ein "Prädiktionsfilter" ohne Verzögerungsglied; FIG. 6b is a "prediction" without delay;
Fig. 7 eine Aufstellung der Erläuterung der Begriffe Au tokorrelationsmatrix und Autokorrelationsfunkti on; FIG. 7 is a list of the explanation of the terms Au tokorrelationsmatrix and Autokorrelationsfunkti one;
Fig. 8 eine Darstellung einer Empfängerschaltung mit Entzerrerfunktion, in der das erfindungsgemäße Schätzkonzept implementiert ist; Fig. 8 is an illustration of a receiver circuit having equalizing function, in the estimation approach according to the invention is implemented;
Fig. 9 eine schematische Darstellung eines verzerrenden Übertragungskanals mit nachgeschaltetem erfin dungsgemäßem Entzerrer; und Fig. 9 is a schematic representation of a distorting transmission channel with a downstream OF INVENTION dungsgemäßem equalizer; and
Fig. 10 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vor richtung zum Entzerren eines zweiten Signals, das eine verzerrte Version eines ersten Signals ist. Fig. 10 is a block diagram of an inventive device for equalizing a second signal, which is a distorted version of a first signal.
Fig. 1 zeigt ein Prinzipblockschaltbild der erfindungsgemä ßen Vorrichtung zum Schätzen einer Kanalimpulsantwort eines Übertragungskanals. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt eine erste Schätzeinrichtung zum Schätzen der Kanalimpuls antwort (KIA) des Kanals, die in Fig. 1 mit 10 bezeichnet ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt ferner eine zweite Schätzeinrichtung zum Schätzen der Autokorrelations funktion der Kanalimpulsantwort des Übertragungskanals, die in Fig. 1 mit 12 bezeichnet ist. Die erste Schätzeinrich tung liefert ausgangsseitig eine geschätzte Kanalimpulsant wort, während die zweite Schätzeinrichtung ausgangsseitig die geschätzte Autokorrelationsfunktion der Kanalimpulsant wort aufweist. Die geschätzte Kanalimpulsantwort, die von der Einrichtung 10 geliefert wird, wird in eine Einrichtung 14 zum Berechnen der Autokorrelationsfunktion der geschätz ten Kanalimpulsantwort eingespeist. Die Einrichtung 14 lie fert ausgangsseitig die exakte Autokorrelationsfunktion der geschätzten Kanalimpulsantwort. Die geschätzte Kanalimpuls antwort, die von der Einrichtung 10 geliefert wird, wird ferner in ein Korrekturfilter 16 eingespeist, das ausgangsseitig eine verbesserte geschätzte Kanalimpulsantwort des Übertragungskanals liefert. Die Korrekturfilterkoeffizien ten des Korrekturfilters 16 werden mittels einer Einrich tung 18 zum Berechnen der Korrekturfilterkoeffizienten be rechnet und dem Korrekturfilter 16 zugeführt. Fig. 1 shows a basic block diagram of the inventive device for estimating a channel impulse response of a transmission channel. The device according to the invention comprises a first estimating device for estimating the channel impulse response (KIA) of the channel, which is designated by 10 in FIG. 1. The device according to the invention further comprises a second estimating device for estimating the autocorrelation function of the channel impulse response of the transmission channel, which is denoted by 12 in FIG. 1. The first estimator delivers an estimated channel impulse response on the output side, while the second estimator has the estimated autocorrelation function of the channel impulse response on the output side. The estimated channel impulse response provided by device 10 is fed to means 14 for calculating the autocorrelation function of the estimated channel impulse response. On the output side, the device 14 provides the exact autocorrelation function of the estimated channel impulse response. The estimated channel impulse response, which is provided by the device 10 , is further fed into a correction filter 16 , which provides an improved estimated channel impulse response of the transmission channel on the output side. The correction filter coefficients of the correction filter 16 are calculated by means of a device 18 for calculating the correction filter coefficients and fed to the correction filter 16 .
Der Übertragungskanal, von dem die in die erste Schätzein richtung 10 und die zweite Schätzeinrichtung 12 eingespeis ten Daten stammen, kann z. B. ein Freiraumübertragungskanal sein, wie er für Mobiltelephone oder Rundfunkanwendungen auftritt. Ein solcher Kanal ist besonders variabel, d. h. hat eine stark variierende Kanalimpulsantwort bzw. anders ausgedrückt, eine stark variierende Übertragungsfunktion, die bekanntlich die Fourier-Transformierte der Kanalimpuls antwort ist. Die verbesserte geschätzte Kanalimpulsantwort des Übertragungskanals, die von dem Korrekturfilter 16 ge liefert wird, kann dazu verwendet werden, um eine empfän gerseitige Entzerrung durchzuführen, wie es später Bezug nehmend auf Fig. 8 dargelegt wird.The transmission channel, from which the data fed into the first treasure device 10 and the second treasure device 12 originate, can, for. B. be a free space transmission channel, as occurs for mobile phones or radio applications. Such a channel is particularly variable, ie it has a strongly varying channel impulse response or, in other words, a strongly varying transfer function which is known to be the Fourier transform of the channel impulse response. The improved estimated channel impulse response of the transmission channel provided by the correction filter 16 can be used to perform receiver-side equalization, as will be explained later with reference to FIG. 8.
Die Einrichtung 18 zum Berechnen der Korrekturfilterkoeffi zienten ist ausgebildet, um Hilfs-Filterkoeffizienten zu verwenden, die so gewählt sind, daß ein Produkt aus einem Vektor der Hilfs-Filterkoeffizienten und einer Autokorrela tionsmatrix, die von der exakten Autokorrelationsfunktion der geschätzten Kanalimpulsantwort abgeleitet ist, welche von der Einrichtung 14 geliefert wird, gleich der exakten Autokorrelationsfunktion der geschätzten Kanalimpulsantwort ist, die ebenfalls von der Einrichtung 14 geliefert wird.The device 18 for calculating the correction filter coefficients is designed to use auxiliary filter coefficients which are selected such that a product of a vector of the auxiliary filter coefficients and an autocorrelation matrix which is derived from the exact autocorrelation function of the estimated channel impulse response, which is provided by the device 14 is equal to the exact autocorrelation function of the estimated channel impulse response, which is also provided by the device 14 .
Die Einrichtung 18 zum Berechnen der Korrekturfilterkoeffi zienten ist ferner ausgebildet, um unter Verwendung der Hilfs-Filterkoeffizienten die Korrekturfilterkoeffizienten zu berechnen, die wiederum so gewählt sind, daß ein Produkt eines Vektors der Korrekturfilterkoeffizienten und der Au tokorrelationsmatrix, die von der exakten Autokorrelations funktion der geschätzten Kanalimpulsantwort abgeleitet ist, welche von der Einrichtung 14 geliefert wird, gleich der geschätzten Autokorrelationsfunktion der Kanalimpulsantwort ist, die von der Einrichtung 12 geliefert wird.The device 18 for calculating the correction filter coefficients is also designed to calculate, using the auxiliary filter coefficients, the correction filter coefficients, which in turn are chosen such that a product of a vector of the correction filter coefficients and the auto-correlation matrix is derived from the exact autocorrelation function of the estimated ones Channel impulse response derived from device 14 is equal to the estimated auto-correlation function of the channel impulse response provided from device 12 .
Im nachfolgenden wird Bezug nehmend auf Fig. 2 auf eine de tailliertere Ausgestaltung der Einrichtung 18 zum Berechnen der Korrekturfilterkoeffizienten eingegangen. Die Einrich tung 18 umfaßt eine erste Teileinrichtung 18a zum Berechnen von Hilfs-Filterkoeffizienten eines Prädiktionsfilters, die die Hilfs-Filterkoeffizienten pm des Prädiktionsfilters liefert. Die Einrichtung 18 von Fig. 1 umfaßt ferner eine zweite Teileinrichtung 18b, die unter Verwendung der Hilfs- Filterkoeffizienten pm die Korrekturfilterkoeffizienten entsprechend der in dem Block 18b gezeigten Gleichung er mittelt.A detailed description of the device 18 for calculating the correction filter coefficients is discussed below with reference to FIG. 2. The device 18 comprises a first sub-device 18 a for calculating auxiliary filter coefficients of a prediction filter, which supplies the auxiliary filter coefficients p m of the prediction filter. The device 18 of FIG. 1 further comprises a second sub-device 18 b, which he averages using the auxiliary filter coefficients p m, the correction filter coefficients according to the equation shown in block 18 b.
Der Vektor pm ist ein Vektor der Hilfs-Filterkoeffizienten, wobei das Hilfs-Filter die Ordnung m hat, d. h. eine Anzahl m von Hilfs-Filterkoeffizienten. Wie es nachfolgend ausge führt werden wird, ist das Hilfs-Filter ein klassisches Prädiktionsfilter. Die Einrichtung 18a erhält ferner ein gangsseitig die von der Einrichtung 14 von Fig. 1 berechne te exakte Autokorrelationsfunktion rx,m der geschätzten Ka nalimpulsantwort. Der Vektor rx,m umfaßt eine zeitdiskrete Darstellung der Autokorrelationsfunktion der geschätzten Kanalimpulsantwort, wobei m die Ordnung der Autokorrelati onsfunktion angibt, d. h. die Nummer des höchstwertigen E lements der Autokorrelationsfunktion, das größer oder gleich einer vorbestimmten unteren Schwelle ist. Die Auto korrelationsfunktion der Kanalimpulsantwort des Übertra gungskanals hat bekanntlich eine Länge, d. h. eine Anzahl von Elementen, die von Übertragungskanal zu Übertragungska nal variieren kann. Bei einer Schätzung der Kanalimpulsant wort, bei der die Länge der Autokorrelationsfunktion der Kanalimpulsantwort nicht von vorneherein bekannt ist, wer den üblicherweise mehr Elemente der Kanalimpulsantwort bzw. der Autokorrelationsfunktion der Kanalimpulsantwort ge schätzt, wobei sich dann herausstellt, daß ab einer gewissen Elementnummer die Elemente sehr kleine Werte annehmen, und daher zu 0 gesetzt werden können.The vector p m is a vector of the auxiliary filter coefficients, the auxiliary filter having the order m, ie a number m of auxiliary filter coefficients. As will be explained below, the auxiliary filter is a classic prediction filter. The device 18 a also receives on the aisle side the exact autocorrelation function r x, m calculated by the device 14 of FIG. 1 of the estimated channel impulse response. The vector r x, m comprises a discrete-time representation of the autocorrelation function of the estimated channel impulse response, where m indicates the order of the autocorrelation function, ie the number of the most significant element of the autocorrelation function, which is greater than or equal to a predetermined lower threshold. As is known, the auto-correlation function of the channel impulse response of the transmission channel has a length, ie a number of elements, which can vary from transmission channel to transmission channel. In an estimate of the channel impulse response, in which the length of the auto-correlation function of the channel impulse response is not known from the outset, who usually estimates more elements of the channel impulse response or the auto-correlation function of the channel impulse response, which then reveals that from a certain element number the elements are very much accept small values and can therefore be set to 0.
Die Einrichtung 18a zum Berechnen von Hilfs- Filterkoeffizienten von Fig. 2 basiert ferner prinzipiell auf der Autokorrelationsmatrix Rx,m, wobei diese Autokorre lationsmatrix, wie es später dargestellt wird, aus der Au tokorrelationsfunktion rx,m konstruierbar ist.The device 18 a for calculating auxiliary filter coefficients of FIG. 2 is also based in principle on the autocorrelation matrix R x, m , this autocorrelation matrix, as will be shown later, can be constructed from the autocorrelation function r x, m .
Die Bestimmungsgleichung im Block 18a von Fig. 2 wird in der Technik als Wiener-Hopf-Gleichung bezeichnet, und wird beispielsweise in dem Fachbuch "Digitale Signalverarbei tung, Filterung und Spektralanalyse mit MATLAB-Übungen" von K. D. Kammeyer, K. Kroschel, Teubner Studienbücher Elektro technik, Teubner Verlag, behandelt. Die Wiener-Hopf- Gleichung ergibt sich bei der Lösung des Prädikti onsproblems, wenn eine Minimierung der Leistung des Prädik tionsfehlers angestrebt wird. Diese Zusammenhänge sind in der Technik bekannt und in dem Fachbuch "Nachrichtenüber tragung", K. D. Kammeyer, Verlag B. G. Teubner Stuttgart, Reihe Informationstechnik, dargestellt.The determination equation in block 18 a of FIG. 2 is referred to in the art as the Wiener-Hopf equation, and is described, for example, in the specialist book "Digital signal processing, filtering and spectral analysis with MATLAB exercises" by KD Kammeyer, K. Kroschel, Teubner Study books electrical engineering, Teubner Verlag, treated. The Wiener-Hopf equation results from the solution of the prediction problem if the aim is to minimize the performance of the prediction error. These relationships are known in the art and presented in the specialist book "Nachrichtenübertragung", KD Kammeyer, Verlag BG Teubner Stuttgart, Information Technology series.
Die Einrichtung 18b zum Berechnen der Korrekturfilterkoef fizienten basiert ebenfalls auf einer Wiener-Hopf- Gleichung, wobei die Korrelationsfunktion rm, die die ge schätzte Autokorrelationsfunktion der Kanalimpulsantwort ist, die von der Einrichtung 12 geliefert wird, zu der ex akten Autokorrelationsfunktion rm unterschiedlich ist. Ins besondere umfaßt die Autokorrelationsfunktion rm einen Ko effizienten r(0), der in rx,m nicht auftritt. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß, wie es Bezug nehmend auf Fig. 6a und Fig. 6b erläutert werden wird, das Korrektur filter, das zum Filtern der geschätzten Kanalimpulsantwort verwendet wird, kein Verzögerungsglied aufweist, was im Ge gensatz zum klassischen Prädiktionsfilter steht.The device 18 b for calculating the correction filter coefficients is also based on a Wiener-Hopf equation, the correlation function r m , which is the estimated autocorrelation function of the channel impulse response provided by the device 12 , being different from the exact autocorrelation function r m is. In particular, the autocorrelation function r m includes a coefficient r (0) that does not occur in r x, m . This is due to the fact that, as will be explained with reference to Fig. 6a and Fig. 6b, the correction filter used for filtering the estimated channel impulse response, having no delay element, which contrast in Ge is for classic prediction ,
Zur näheren Erläuterung dieses Sachverhalts wird nunmehr auf Fig. 6a und 6b Bezug genommen. Fig. 6a zeigt prinzipiell ein Prädiktionsfilter p(z) 60 und umfaßt bekanntlich ein Verzögerungsglied 62. Es sei ferner angenommen, daß xk ein stationärer und mittelwertfreier Prozeß ist, dessen Schätzwert mit einer Schlange über xk bezeichnet wird, und dessen Schätzwert bekannterweise anhand der Vergangenheits wert gesucht wird. Diese Problemstellung ergibt sich bei spielsweise bei der parametrischen Spektralschätzung. Die ses Schätzproblem wird in der Technik mit Hilfe eines line aren Prädiktionsfilters gelöst, dessen Koeffizienten p zu bestimmen sind. Hierzu werden die Eingangs-Werte xk und die geschätzten Ausgangswerte anhand des Summierers 64 mitein ander verglichen. Ausgangsseitig vom Summierer ergibt sich der Prädiktionsfilter, der nach dem MSE-Kriterium minimiert werden soll. Es wird also ein Satz von Filterkoeffizienten p gesucht, die dazu führen, daß die Leistung des Fehlers minimal ist. Die Lösung dieses Problems liefert die Wiener- Hopf-Gleichung, die im Block 18a in Fig. 2 angeführt ist.For a more detailed explanation of this fact, reference is now made to FIGS. 6a and 6b. FIG. 6a shows in principle a prediction filter P (z) 60 and is well known, comprises a delay member 62. It is further assumed that x k is a steady-state and mean-free process, the estimated value of which is denoted by a queue above x k , and whose estimated value is known to be sought based on the past value. This problem arises for example in parametric spectral estimation. This estimation problem is solved in technology with the aid of a linear prediction filter, the coefficients p of which are to be determined. For this purpose, the input values x k and the estimated output values are compared with one another using the summer 64 . The prediction filter, which is to be minimized according to the MSE criterion, results on the output side of the summer. A set of filter coefficients p is therefore sought which result in the performance of the error being minimal. The solution to this problem is provided by the Wiener-Hopf equation, which is given in block 18 a in FIG. 2.
Fig. 6b zeigt ein "Prädiktionsfilter", das dem Korrektur filter 16 entspricht, und dessen Koeffizienten mit f(z) be zeichnet sind, wobei das Prädiktionsfilter 66 nunmehr ge wissermaßen alleine vorhanden ist, nämlich ohne Zeitverzö gerungsglied wie in Fig. 6a. Im Unterschied zu der in Fig. 6a dargestellten Prädiktionsfilterstruktur werden bei der in Fig. 6b dargestellten Filterstruktur keine kontinuier lich empfangenen Koeffizienten eines weißen Leistungspro zesses verarbeitet. Die Schätzwerte der Kanalimpulsantwort sowie die Kanalimpulsantwort selbst können jedoch als di mensionslose Energiesignale, d. h. Signale mit beschränkter Energie, behandelt werden. Fig. 6b shows a "prediction filter", which corresponds to the correction filter 16 , and whose coefficients are marked with f (z) be, the prediction filter 66 is now, as it were, alone, namely without a time delay element as in Fig. 6a. In contrast to the prediction filter structure shown in FIG. 6a, no continuously received coefficients of a white power process are processed in the filter structure shown in FIG. 6b. However, the estimated values of the channel impulse response and the channel impulse response itself can be treated as dimensionless energy signals, ie signals with limited energy.
Unter der Voraussetzung, daß bei der Bestimmung des Schätz werts für die Kanalimpulsantwort die Kanalimpulsantwort mit einem weißen, unkorrelierten und mittelwertfreien Prozeß erregt worden ist, können die Filterkoeffizienten f eben falls aus der Minimierung des Fehlers am Ausgang des Sum mierglieds 68 bestimmt werden. Hierbei treten Erwartungs werte auf, die durch einen Operator E {. . .} in der Technik bezeichnet werden. Es gibt mehrere Möglichkeiten, einen Er wartungswert zu berechnen, beispielsweise einfach durch ei ne zeitliche Mittelung oder andere Maßnahmen, die bekannt sind, um Rauschprozesse zu eliminieren. Die Erwartungswerte können als Systemkorrelationsfunktionen verstanden werden. Obgleich es im nachfolgenden nicht immer ausgeführt ist, sei darauf hingewiesen, daß es sich bei einer Korrelation mit der Kanalimpulsantwort, die ja keine Signalfolge ist, um eine sogenannte Energiekorrelation handelt, was z. B. in einem Block 50 von Fig. 5 durch den hochgestellten Groß buchstaben E dargelegt ist.Provided that the channel impulse response has been excited with a white, uncorrelated and mean-free process when determining the estimated value for the channel impulse response, the filter coefficients f can also be determined from the minimization of the error at the output of the sum element 68 . Here expectation values occur, which are represented by an operator E {. , .} in technology. There are several ways of calculating an expected value, for example simply by averaging over time or other measures known to eliminate noise processes. The expected values can be understood as system correlation functions. Although it is not always stated in the following, it should be pointed out that a correlation with the channel impulse response, which is not a signal sequence, is a so-called energy correlation, which, for. B. is set out in a block 50 of FIG. 5 by the superscript capital letter E.
Der Ansatz zur Berechnung des Prädiktionsfilters f 66 von Fig. 6b ergibt wieder eine Wiener-Hopf-Gleichung, die je doch, wie es vorhin ausgeführt worden ist, im Unterschied zur Wiener-Hopf-Gleichung des Prädiktionsfilters 60 von Fig. 6a einen Koeffizienten r(0) der Autokorrelationsfunk tion auf der rechten Seite der Gleichung hat, der bei der Wiener-Hopf-Gleichung für das klassische Prädiktionsfilter in Fig. 6a aufgrund des Verzögerungsglieds 62 nicht auf tritt.The approach for calculating the prediction filter f 66 from FIG. 6b again results in a Wiener-Hopf equation, which, however, as has been explained above, in contrast to the Wiener-Hopf equation of the prediction filter 60 from FIG. 6a has a coefficient r (0) has the autocorrelation function on the right side of the equation, which does not occur in the Wiener-Hopf equation for the classic prediction filter in FIG. 6a due to the delay element 62 .
Bevor detaillierter auf die Fig. 3 und 4 eingegangen wird, um eine iterative Lösung der in den Blöcken 18a und 18b aufgeführten Wiener-Hopf-Gleichungen darzustellen, die ohne explizite Matrixinversion, also Inversion der Autokorrela tionsmatrix Rx,m auskommt, darzustellen, sei anhand von Fig. 7 noch einmal der Zusammenhang zwischen Autokorrelations matrix und Autokorrelationsfunktion dargelegt.Before going into more detail on FIGS. 3 and 4, in order to present an iterative solution to the Wiener-Hopf equations listed in blocks 18 a and 18 b, which does not require an explicit matrix inversion, i.e. inversion of the autocorrelation matrix R x, m , whether with reference to FIG. 7 again, the relationship between autocorrelation matrix and autocorrelation function set.
In einem Block 70 ist die Definitionsgleichung der Autokor relationsmatrix dargestellt, wobei y z. B. ein Ausgangssig nal eines Übertragungskanals ist. Der Operator E {. . .} be zeichnet, wie es ausgeführt worden ist, den Erwartungswert, der z. B. durch zeitliche Mittelung oder andere Maßnahmen zur Elimination von Rauschprozessen berechnet werden kann. Der Ausdruck (. . .)H stellt den hermiteschen Operator dar, der bekanntlich eine Transposition sowie eine Konjugation umfaßt. Ein Block 72 gibt eine Definition für eine diskrete Darstellung der Autokorrelationsfunktion ryy des Signals y, wobei die Autokorrelationsfunktion in der digitalen Signal verarbeitung typischerweise als Folge von diskreten Werten der Autokorrelationsfunktion angegeben wird. Aus diesem Grund wird die Autokorrelationsfunktion oftmals auch als Autokorrelationsfolge bezeichnet. Die Autokorrelationsfunk tion, wie sie in dem Block 72 dargestellt ist, kann man sich als Folge von Abtastwerten der kontinuierlichen Auto korrelationsfunktion vorstellen, die in Abhängigkeit von τ aufgetragen ist und an bestimmten τ-Werten abgetastet wor den ist.The definition equation of the Autokor relations matrix is shown in a block 70 , where y z. B. is an output signal of a transmission channel. The operator E {. , .} denotes, as has been carried out, the expected value which, for. B. can be calculated by time averaging or other measures to eliminate noise processes. The expression (...) H represents the Hermitian operator, which is known to include a transposition and a conjugation. A block 72 gives a definition for a discrete representation of the autocorrelation function r yy of the signal y, the autocorrelation function in the digital signal processing typically being specified as a sequence of discrete values of the autocorrelation function. For this reason, the autocorrelation function is often referred to as the autocorrelation sequence. The autocorrelation function, as shown in block 72 , can be thought of as a sequence of samples of the continuous auto-correlation function, which is plotted as a function of τ and has been sampled at certain τ values.
In der Technik ist ferner bekannt, daß eine Autokorrelati onsmatrix aus der Autokorrelationsfunktion konstruiert wer den kann, wie es in einem Block 74 von Fig. 7 dargestellt ist. Hierbei ist zu sehen, daß die erste Zeile der Autokor relationsmatrix Ryy identisch zu der Autokorrelationsfunk tion von dem Block 72 ist. Die restlichen Zeilen der Auto korrelationsmatrix werden durch zyklische Vertauschung der Elemente der Autokorrelationsfunktion und durch Eintragen des konjugiert komplexen des zyklisch vertauschten Werts unterhalb der Hauptdiagonale berechnet. Damit ist ersicht lich, daß jede Zeile einerseits und jede Spalte anderer seits die komplette Autokorrelationsfunktion umfaßt, jedoch je nach Zeilen- und Spaltennummer in veränderter Reihenfol ge und entsprechend konjugiert komplex.It is also known in the art that an autocorrelation matrix can be constructed from the autocorrelation function, as shown in block 74 of FIG. 7. It can be seen here that the first line of the autocorrection matrix R yy is identical to the autocorrelation function of block 72 . The remaining lines of the auto correlation matrix are calculated by cyclically interchanging the elements of the autocorrelation function and by entering the conjugate complex of the cyclically interchanged value below the main diagonal. So it is evident that each row on the one hand and each column on the other hand includes the complete autocorrelation function, but depending on the row and column number in a different order and correspondingly conjugated complex.
Im nachfolgenden wird auf Fig. 3 eingegangen, um eine Lö sung der in der Einrichtung 18a gezeigten Wiener-Hopf- Gleichung darzustellen, die iterativ ist und ohne explizite Inversion der Autokorrelationsmatrix Rx.m auskommt, die von der exakten Autokorrelationsfunktion der geschätzten Kanal impulsantwort abgeleitet ist. Wie es bereits ausgeführt worden ist, liefert diese Wiener-Hopf-Gleichung, die in ei nem Block 30 von Fig. 3 gezeigt ist die Filterkoeffizienten pm eines klassischen Prädiktionsfilters gemäß der Struktur von Fig. 6a, also eines Prädiktionsfilters mit Verzögerungsglied. Für eine solche Vektor-Matrix-Gleichung, wie sie im Block 30 dargestellt ist, kann eine Levinson-Durbin- Rekursion eingesetzt werden, wie sie in K. D. Kammeyer, "Nachrichtenübertragung", Verlag B. G. Teubner Stuttgart, im Anhang A5 beschrieben ist.In the following, Fig. 3 is discussed in order to illustrate a solution of the Wiener-Hopf equation shown in the device 18 a, which is iterative and does not require an explicit inversion of the autocorrelation matrix R xm , which is derived from the exact autocorrelation function of the estimated channel impulse response is. As has already been explained, this Wiener-Hopf equation, which is shown in a block 30 of FIG. 3, provides the filter coefficients p m of a classic prediction filter according to the structure of FIG. 6a, that is to say a prediction filter with a delay element. A Levinson-Durbin recursion can be used for such a vector-matrix equation, as it is shown in block 30 , as described in Appendix A5 in KD Kammeyer, "News Transmission", published by BG Teubner Stuttgart.
Die Levinson-Durbin-Rekursion umfaßt einen Funktionsblock 31 zum Berechnen des m-ten Hilfs-Filterkoeffizienten eines Hilfs-Filters gemäß Fig. 6a der Ordnung m + 1, der in dem Funktionsblock 31 als pm+1(m) bezeichnet wird. Die in dem Funktionsblock 31 gegebene Vorschrift zur Berechnung dieses Hilfs-Filterkoeffizienten ist die Haupt- Iterationsvorschrift. Anhand der in dem Funktionsblock 31 gegebenen Haupt-Iterationsvorschrift können dann die Hilfs- Filterkoeffizienten des Hilfs-Filters der Ordnung m + 1 mit niedrigerer Nummer, also mit den Nummern 0, . . ., m - 1, be rechnet werden. Diese Berechnungsvorschrift ist in einem Funktionsblock 32 dargestellt.The Levinson-Durbin recursion comprises a function block 31 for calculating the mth auxiliary filter coefficient of an auxiliary filter according to FIG. 6a of the order m + 1, which is referred to in the functional block 31 as p m + 1 (m). The rule given in function block 31 for calculating this auxiliary filter coefficient is the main iteration rule. On the basis of the main iteration rule given in function block 31 , the auxiliary filter coefficients of the auxiliary filter of the order m + 1 with a lower number, ie with the numbers 0,. , ., m - 1, be calculated. This calculation rule is shown in a function block 32 .
Die Iterationsberechnung wird mit einem Iterationsstartwert für den Ordnungsindex bzw. Iterationsindex m = 0 gestartet, der, wie es in Fig. 3 in einem Funktionsblock 33 gezeigt ist, dem Quotienten aus dem ersten Element der exakten Au tokorrelationsfunktion der geschätzten Kanalimpulsantwort, die von der Einrichtung 14 von Fig. 1 ermittelt wird (rx(1)) und deren 0-tem Element (rx(0)) bestimmt. p1 be schreibt somit den "Satz" von Hilfs-Filterkoeffizienten. Da p1 ein Filter für die Ordnung m = 1 ist, hat dieses Filter nur den einzigen in dem Funktionsblock 33 gezeigten Koeffi zienten.The iteration calculation is started with an iteration start value for the order index or iteration index m = 0, which, as shown in FIG. 3 in a function block 33 , is the quotient from the first element of the exact auto-correlation function of the estimated channel impulse response, which is provided by the device 14 of FIG. 1 is determined (r x (1)) and its 0th element (r x (0)) is determined. p 1 be thus describes the "set" of auxiliary filter coefficients. Since p 1 a filter for the order m = 1, this filter has only coefficients of the single Koeffi shown in the functional block 33rd
Nun wird der Ordnungsindex auf m = 1 inkrementiert. Gemäß der in dem Funktionsblock 31 gegebenen Iterationsvorschrift wird nunmehr der erste Hilfs-Filterkoeffizient eines Hilfs- Filters der Ordnung 2 berechnet. Unter Verwendung der in dem Funktionsblock 32 gegebenen Rechenvorschrift wird dann der 0-te Hilfs-Filterkoeffizient des Hilfs-Filters der Ord nung 2 berechnet. Dann wird in einem Entscheidungsblock 34 untersucht, ob m weiter inkrementiert werden soll. Ferner kann bei einem Ausführungsbeispiel eine Abspeicherung der Hilfs-Filterkoeffizientenvektoren erfolgen, wie es in einem Funktionsblock 35 dargestellt ist, um dann, wie es in einem Funktionsblock 36 dargestellt ist, den Iterationsindex m um 1 zu inkrementieren. m hat bei dem hier behandelten Bei spiel nunmehr die Zahl 2. Der Funktionsblock 31 gibt nun mehr die Vorschrift zur Berechnung des zweiten Hilfs- Filterkoeffizienten eines Hilfs-Filters der Ordnung 3. Der erste und der 0-te Hilfs-Filterkoeffizient des Hilfs- Filters der Ordnung 3 werden dann in dem Funktionsblock 32 berechnet. Es sei darauf hingewiesen, daß, wie es in der unteren Hälfte des Funktionsblocks 32 dargestellt ist, der Vektor p *|m,r der konjugierte Koeffizientenvektor in umge drehter Reihenfolge ist, wie es durch den Index r darge stellt, der für "reverse" steht.Now the order index is incremented to m = 1. In accordance with the iteration rule given in function block 31 , the first auxiliary filter coefficient of an auxiliary filter of order 2 is now calculated. The 0th auxiliary filter coefficient of the auxiliary filter of order 2 is then calculated using the calculation rule given in function block 32 . A decision block 34 then examines whether m is to be incremented further. Furthermore, in one exemplary embodiment, the auxiliary filter coefficient vectors can be stored, as shown in a function block 35 , in order then, as shown in a function block 36 , to increment the iteration index m by 1. In the example dealt with here, m now has the number 2. The function block 31 now gives more the specification for calculating the second auxiliary filter coefficient of an auxiliary filter of order 3. The first and the 0th auxiliary filter coefficient of the auxiliary filter of order 3 are then calculated in function block 32 . It should be noted that, as shown in the lower half of function block 32 , the vector p * | m, r is the conjugate coefficient vector in reverse order, as represented by the index r representing reverse stands.
Dieses iterative Prozedere wird so lange wiederholt, bis die Hilfs-Filterkoeffizienten für das Hilfsfilter der ge suchten Ordnung m = max berechnet worden ist. Die Ordnung des Hilfs-Filters entspricht der Ordnung des letztendlich zu berechnenden Korrekturfilters 16 von Fig. 1. Wenn die Berechnung der verschiedenen Hilfs-Filter verschiedener Ordnungen unabhängig von der Berechnung der tatsächlichen Korrekturfilterkoeffizienten durchgeführt wird, müssen das Hilfs-Filter der Ordnung m = max genauso wie die berechne ten Hilfs-Filter niedrigerer Ordnungen gespeichert werden, da diese, wie es anhand von Fig. 4 dargestellt wird, bei einer iterativen Berechnung der Korrekturfilterkoeffizien ten benötigt werden, wobei die in Fig. 4 dargestellte ite rative Berechnung der Korrekturfilterkoeffizienten dahinge hend vorteilhaft ist, daß hier ebenfalls keine explizite Inversion der Autokorrelationsmatrix Rx,m erforderlich ist.This iterative procedure is repeated until the auxiliary filter coefficients for the auxiliary filter of the order sought m = max have been calculated. The order of the auxiliary filter corresponds to the order of the correction filter 16 of FIG. 1 that is ultimately to be calculated . If the calculation of the different auxiliary filters of different orders is carried out independently of the calculation of the actual correction filter coefficients, the auxiliary filter of the order m = max as well as the compute th subsidiary filter of lower orders are stored, since this is represented as reference to FIG. 4, are needed th in an iterative calculation of the Korrekturfilterkoeffizien, wherein the dahinge in Fig. 4 shown ite rative calculation of the correction filter coefficients based It is advantageous that no explicit inversion of the autocorrelation matrix R x, m is required here either.
Wenn die in Fig. 3 dargestellte Levinson-Durbin-Rekursion beendet ist, d. h. wenn alle Hilfs-Filter der gesuchten Ordnung m berechnet sind, wird das Iterationsverfahren be endet (Block 37). When the Levinson-Durbin recursion shown in FIG. 3 has ended, ie when all auxiliary filters of the order m sought have been calculated, the iteration process is ended (block 37 ).
Im nachfolgenden wird anhand von Fig. 4 auf eine iterative Lösung der Wiener-Hopf-Gleichung 40 in Fig. 4 eingegangen, die den Vorteil hat, daß keine explizite Matrixinversion von Rx,m erforderlich ist.In the following, with reference to FIG. 4 in an iterative solution of the Wiener-Hopf equation 40 in FIG. 4 is received, which has the advantage that no explicit matrix inversion of R x, m is required.
Die erfindungsgemäße iterative Lösung der Wiener-Hopf- Gleichung 40 von Fig. 4 umfaßt wiederum einen Funktions block 41 zum Berechnen des m-ten Filterkoeffizienten für ein Korrekturfilter der Ordnung m + 1. Die Korrekturfilterko effizienten mit niedrigerer Nummer können durch einen Funk tionsblock 42 und insbesondere durch die darin gegebene Re chenvorschrift bestimmt werden. Der Startwert der Iterati on, d. h. der Vektor von Filterkoeffizienten für ein Filter der Ordnung 1, d. h. wenn der Iterationsindex m = 0 ist, wird durch Block 43 gegeben, und zwar insbesondere durch den Quotienten des 0-ten Elements der geschätzten Autokor relationsfunktion der Kanalimpulsantwort, die durch die Einrichtung 12 geliefert wird, und des 0-ten Elements der exakten Autokorrelationsfunktion der geschätzten Kanalim pulsantwort, die durch die Einrichtung 14 geliefert wird.The iterative solution according to the invention of the Wiener-Hopf equation 40 from FIG. 4 in turn comprises a function block 41 for calculating the mth filter coefficient for a correction filter of the order m + 1. The correction filter coefficients with a lower number can be determined by a function block 42 and be determined in particular by the calculation rule given therein. The starting value of the iteration, ie the vector of filter coefficients for a filter of order 1, ie if the iteration index m = 0, is given by block 43 , in particular by the quotient of the 0th element of the estimated autocorporation function of the channel impulse response , which is provided by the device 12 , and the 0th element of the exact autocorrelation function of the estimated channel impulse response, which is provided by the device 14 .
Die in Fig. 4 gezeigte Iterationsvorschrift umfaßt ferner einen Entscheidungsblock 44 zum Feststellen, ob die Itera tion zu Ende ist, um dann den Vektor der Korrekturfilterko effizienten auszugeben und dem Korrekturfilter 16 zuzufüh ren, wobei das Korrekturfilter die gewünschte Dimension m = max hat. Ist max noch nicht erreicht, so wird m in einem Inkrementierungsblock 46 inkrementiert, um die Iterations schleife zu durchlaufen.The iteration rule shown in FIG. 4 further includes a decision block 44 for determining whether the iteration has ended, in order then to output the vector of the correction filter coefficients and to supply the correction filter 16, the correction filter having the desired dimension m = max. If max has not yet been reached, m is incremented in an increment block 46 in order to run through the iteration loop.
Aus den in den Blöcken 41 und 42 gezeigten Gleichungen wird ersichtlich, daß an entsprechenden Stellen die Hilfs- Filterkoeffizienten in konjugiert komplexer Form benötigt werden. Wenn die in Fig. 3 gezeigte Iterationsberechnung getrennt von der in Fig. 4 gezeigten Iterationsberechnung durchgeführt wird, liegen die Hilfs- Filterkoeffizientenvektoren pm in dem Speiche 35 von Fig. 3 vor und können von diesem den beiden Blöcken 41 und 42 zu geführt werden.It can be seen from the equations shown in blocks 41 and 42 that the auxiliary filter coefficients in conjugate complex form are required at corresponding points. If the iteration calculation shown in FIG. 3 is carried out separately from the iteration calculation shown in FIG. 4, the auxiliary filter coefficient vectors p m are present in the spoke 35 of FIG. 3 and can be supplied to the two blocks 41 and 42 from this.
Aus einem Vergleich mit Fig. 3 und Fig. 4 ist ersichtlich, daß die Iterationsvorschriften in den Blöcken 41 bzw. 31 und 42 bzw. 32 eine ähnliche Struktur aufweisen, wobei je doch bei der Berechnung der Korrekturfilterkoeffizienten auf die Hilfs-Filterkoeffizienten in den Blöcken 41 und 42 zurückgegriffen werden muß.From a comparison with FIG. 3 and FIG. 4 it can be seen that the iteration rules in blocks 41 and 31 and 42 and 32 have a similar structure, however, when calculating the correction filter coefficients on the auxiliary filter coefficients in the blocks 41 and 42 must be used.
Der Übersichtlichkeit halber wird nunmehr anhand von Fig. 5 eine Übersicht der in Fig. 2 dargestellten wesentlichen Größen gegeben. In einem Block 50 ist die für das Problem der Kanalimpulsantwort einschlägige Bestimmungsgleichung gegeben. Eine Schlange über einer Variable deutet auf eine Schätzung hin. Der hochgestellte Index E deutet auf eine Energiekorrelation hin. Großbuchstaben stellen Matrizen dar, so lange sie fettgedruckt sind, während Kleinbuchsta ben, so lange sie fettgedruckt sind, Vektoren darstellen.For the sake of clarity, an overview of the essential variables shown in FIG. 2 will now be given with reference to FIG . The determination equation relevant to the problem of the channel impulse response is given in a block 50 . A snake above a variable indicates an estimate. The superscript index E indicates an energy correlation. Uppercase letters represent matrices as long as they are bold, while lowercase letters as long as they are bolded represent vectors.
Der Buchstabe h steht für die Impulsantwort des Übertra gungskanals im Zeitbereich, während, wie es auf der linken Seite der Gleichung in Block 50 ersichtlich ist, das Dach über dem h für die Schätzung der Kanalimpulsantwort steht. Die Schlange über dem Vektor f deutet darauf hin, daß die Korrekturfilterkoeffizienten ebenfalls geschätzt sind, d. h. daß sie nicht den idealen Korrekturfilterkoeffizienten entsprechen, die benötigt werden würden, um die erste Schätzung der Kanalimpulsantwort zu filtern, damit die ge filterte Schätzung dem exakten Wert genau entspricht.The letter h stands for the impulse response of the transmission channel in the time domain, while, as can be seen on the left side of the equation in block 50 , the roof above the h stands for the estimation of the channel impulse response. The queue above the vector f indicates that the correction filter coefficients are also estimated, that is, they do not correspond to the ideal correction filter coefficients that would be needed to filter the first estimate of the channel impulse response so that the ge filtered estimate exactly matches the exact value ,
Die verbesserte geschätzte Kanalimpulsantwort der Übertra gungsfunktion, die durch das Korrekturfilter 16 von Fig. 1 geliefert wird, liegt jedoch näher an dem Wert der tatsäch liche Kanalimpulsantwort h als die Schätzung der Kanalimpulsantwort, die mit dem Dach über h in dem Block 50 von Fig. 5 bezeichnet wird. However, the improved estimated channel impulse response of the transfer function provided by the correction filter 16 of FIG. 1 is closer to the value of the actual channel impulse response h than the estimate of the channel impulse response associated with the roof over h in block 50 of FIG. 5 is referred to.
In einem Block 51 von Fig. 5 sind die Korrespondenzen mit den beispielsweise in den Fig. 1, 2, 3 und 4 gezeigten Va riablen dargestellt. In einem Block 52 ist die geschätzte Autokorrelationsfunktion der Kanalimpulsantwort darge stellt, wie sie in der Wiener-Hopf-Gleichung im Block 40 von Fig. 4 auftritt. In einem Block 53 ist die Autokorrela tionsfunktion der geschätzten Kanalimpulsantwort aufge führt, wie sie in einem Block 30 der Wiener-Hopf-Gleichung von Fig. 3 auftritt. In einem Block 54 ist schließlich die von der exakten Autokorrelationsfunktion der geschätzten Kanalimpulsantwort abgeleitete Autokorrelationsmatrix dar gestellt, wie sie in den Blöcken 30 und 40 der Fig. 3 und 4 auftritt. Die Autokorrelationsmatrix wird aus der Autokor relationsfunktion der geschätzten Kanalimpulsantwort wie üblich aufgebaut, und zwar genauso, wie es im Block 74 dar gestellt ist.In a block 51 of FIG. 5, the correspondences with the variables shown for example in FIGS . 1, 2, 3 and 4 are shown. In block 52 , the estimated autocorrelation function of the channel impulse response is shown as it occurs in block 40 of FIG. 4 in the Wiener-Hopf equation. In block 53 , the autocorrelation function of the estimated channel impulse response is performed, as occurs in block 30 of the Wiener-Hopf equation of FIG. 3. Finally, the autocorrelation matrix derived from the exact autocorrelation function of the estimated channel impulse response is represented in a block 54 , as occurs in blocks 30 and 40 of FIGS. 3 and 4. The autocorrelation matrix is constructed as usual from the autocorelation function of the estimated channel impulse response, and in exactly the same way as is shown in block 74 .
Aus der im Block 50 von Fig. 5 dargestellten Bestimmungs gleichung wird ersichtlich, daß noch eine unbekannte Ska lierungskonstante existiert. Die erfindungsgemäße Bestim mung der Korrekturfilterkoeffizienten liefert diese Korrek turfilterkoeffizienten skaliert mit einer unbekannten Ska lierungskonstante. Diese Skalierungskonstante, die alle Korrekturfilterkoeffizienten gleichermaßen betrifft, stellt eine Mehrdeutigkeit dar, die beispielsweise dadurch aufge löst werden kann, daß die Skalierungskonstante ebenfalls geschätzt wird oder auf einen vorbestimmten Wert festgelegt wird.From the determination equation shown in block 50 of FIG. 5 it can be seen that an unknown scaling constant still exists. The determination of the correction filter coefficients according to the invention provides these correction filter coefficients scaled with an unknown scaling constant. This scaling constant, which affects all correction filter coefficients equally, represents an ambiguity that can be resolved, for example, by the scaling constant also being estimated or being set to a predetermined value.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß die Schätzung der Kanalimpulsantwort des Kanals durch die Einrichtung 10 von Fig. 1 und die Schätzung zum Schätzen der Autokorrela tionsfunktion der Kanalimpulsantwort des Übertragungskanals durch die zweite Schätzeinrichtung 12 von Fig. 1 unabhängig voneinander durchgeführt werden, um zwei statistische In formationen über den Übertragungskanal zu erhalten. Als re ferenzdatenloses Verfahren zum Schätzen der Autokorrelati onsfunktion der Kanalimpulsantwort des Übertragungskanals, wie es durch die zweite Schätzeinrichtung 12 durchgeführt werden kann, kann ein multiplikationsloser und damit auf wandsarm implementierbarer Schätzalgorithmus eingesetzt werden, der in der deutschen Patentanmeldung mit dem amtli chen Aktenzeichen 100 56 824.6-35 mit dem Titel "Vorrichtung und Verfahren zum Schätzen eines Übertragungskanals und Empfänger", eingereicht am 16. November 2000, beschrieben ist. Die Beschreibung des multiplikationslosen Algorithmus aus dieser Patentanmeldung wird hiermit durch Bezugnahme aufgenommen. Dieser Algorithmus hat den Vorteil der refe renzlosen Schätzung einerseits und der Möglichkeit der auf wandsarmen Implementation andererseits. Es sei jedoch dar auf hingewiesen, daß zum Schätzen der Autokorrelationsfunk tion jeder andere bekannte Algorithmus eingesetzt werden kann, ebenso wie für das Schätzen der Kanalimpulsantwort des Kanals.At this point, it should be noted that the estimation of the channel impulse response of the channel by the device 10 of FIG. 1 and the estimation of the autocorrelation function of the channel impulse response of the transmission channel by the second estimator 12 of FIG. 1 are performed independently of each other by two obtain statistical information via the transmission channel. As a reference data-free method for estimating the autocorrelation function of the channel impulse response of the transmission channel, as can be carried out by the second estimating device 12 , a multiplication-free and therefore easy to implement estimation algorithm can be used, which in the German patent application has the official file number 100 56 824.6 -35 entitled "Device and Method for Estimating a Transmission Channel and Receiver" filed on November 16, 2000. The description of the multiplicationless algorithm from this patent application is hereby incorporated by reference. This algorithm has the advantage of the unlimited estimation on the one hand and the possibility of a low-wall implementation on the other. However, it should be noted that any other known algorithm can be used to estimate the autocorrelation function, as well as to estimate the channel impulse response of the channel.
Nachfolgend wird auf Fig. 8 eingegangen, um eine erfin dungsgemäße Empfängerschaltung darzustellen. Die Empfänger schaltung umfaßt ein Empfänger-Front-End 80, das ein Nach richtensignal aus einem Übertragungskanal 81 empfängt. Das Empfänger-Front-End ist irgend eine bekannte Schaltung, die ausgebildet ist, um eine Umsetzung des Datensignals vom Übertragungskanal 81 in das Basisband durchzuführen. Das Basisbandsignal wird dann einem A/D-Wandler 82 zugeführt, der ausgangsseitig eine Folge von digitalen Abtastwerten des Basisbandsignals liefert, die in einem Speicher 83 für die abgetasteten digitalen Abtastwerte 83 abgespeichert werden können. Die Empfängerschaltung umfaßt ferner eine erfindungsgemäße Vorrichtung 84 zum Schätzen der Kanalim pulsantwort des Kanals, die aus dem Ausgangssignal des A/D- Wandlers die aktuelle Kanalimpulsantwort des Kanals schätzt. Die geschätzte Kanalimpulsantwort des Übertra gungskanals, die durch das Korrekturfilter 16 von Fig. 1 ausgegeben wird, wird dann einer Entzerrerschaltung 85 zu geführt, um die in dem Speicher 83 zwischengespeicherten digitalen Basisband-Abtastwerte zu entzerren. Unter Verwen dung der entzerrten Abtastwerte kann dann eine Demodulation beispielsweise in Form einer Fourier-Transformation durch zuführen, wenn an OFDM-Systeme gedacht wird. Die Vorrich tung zum Schätzen der Kanalimpulsantwort des Übertragungs kanals, die in Fig. 8 mit 84 bezeichnet ist, kann ferner mit einem Viterbi-Decodierer verschaltet sein, der ausge bildet ist, um bei der Berechnung der Pfad-Metriken die Ka nalimpulsantwort des Übertragungskanals direkt zu verwen den.8 is hereinafter referred to Fig. Addressed to represent a dung OF INVENTION proper receiver circuit. The receiver circuit comprises a receiver front end 80 which receives a message signal from a transmission channel 81 after. The receiver front end is any known circuit that is designed to convert the data signal from the transmission channel 81 to the baseband. The baseband signal is then fed to an A / D converter 82 , which on the output side supplies a sequence of digital samples of the baseband signal, which can be stored in a memory 83 for the sampled digital samples 83 . The receiver circuit further comprises a device 84 according to the invention for estimating the channel impulse response of the channel, which estimates the current channel impulse response of the channel from the output signal of the A / D converter. The estimated channel impulse response of the transmission channel, which is output by the correction filter 16 of FIG. 1, is then fed to an equalizer circuit 85 to equalize the digital baseband samples cached in the memory 83 . Using the equalized sample values, demodulation can then be carried out, for example in the form of a Fourier transform, when OFDM systems are being considered. The device for estimating the channel impulse response of the transmission channel, which is denoted by 84 in FIG. 8, can also be connected to a Viterbi decoder which is designed to directly calculate the channel impulse response of the transmission channel when calculating the path metrics to use.
Während Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung zeigt, bei dem die Kanalimpulsantwort durch die Einrichtung 84 bestimmt wird, um daraus Entzerrer- Koeffizienten für den Entzerrer 85 zu berechnen, wird nach folgend bezug nehmend auf die Fig. 9 und 10 auf ein weite res Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung einge gangen, bei dem die Entzerrer-Koeffizienten direkt, d. h. ohne den Umweg über die Kanalimpulsantwort, berechnet wer den. Im Gegensatz zu dem vorstehenden Ausführungsbeispiel, bei dem keine Referenzdaten benötigt werden, wird für das anhand der Fig. 9 und 10 beschriebene Ausführungsbeispiel das in den Übertragungskanal eingespeiste Signal benötigt, um wie es später ausgeführt werden wird, eine Kreuzkorrela tionsfunktion zwischen dem Kanalausgangssignal und dem Ka naleingangssignal berechnen zu können.While Fig. 8 shows an embodiment of the present is invention, in which the channel impulse response is determined by the means 84 to calculate equalizer coefficients for the equalizer 85, after following with reference to FIGS. 9 and 10 to a wide Res embodiment of the present invention was received, in which the equalizer coefficients directly, ie without the detour via the channel impulse response, who calculated. In contrast to the above embodiment, in which no reference data are required, for the embodiment described with reference to FIGS. 9 and 10, the signal fed into the transmission channel is required, in order to be carried out later, a cross-correlation function between the channel output signal and the To be able to calculate the channel input signal.
Fig. 9 zeigt ein allgemeines Beispiel für einen verzerren den Übertragungskanal 90, in den ein erstes Signal, das nicht durch den Übertragungskanal 90 verzerrt ist, einge speist wird, um ausgangsseitig ein zweites Signal zu erhal ten, das eine verzerrte Version des ersten Signals ist. Das verzerrte zweite Signal wird in einen erfindungsgemäßen Entzerrer 92 eingespeist, der intern so aufgebaut ist, wie es nachfolgend bezugnehmend auf Fig. 10 gezeigt ist, und der ausgangsseitig ein entzerrtes zweites Signal liefert. Die in Fig. 9 gezeigte Entzerrung ist somit eine Entzerrung ohne Berechnung der Kanalimpulsantwort. Dafür muß das erste Signal, d. h. das in den Übertragungskanal eingespeiste Sig nal, dem Entzerrer auf irgendeine Art und Weise bereitge stellt werden. Die Bereitstellung des unverzerrten ersten Signals kann beispielsweise in der Verwendung von Trai ningssequenzen bzw. Referenz-Sequenzen oder Referenzfolgen bestehen. Beispielhafte Verfahren hierfür sind, daß z. B. am Anfang jedes Rahmens vereinbarungsgemäß eine festgelegte Trainingssequenz übertragen wird, die in den Entzerrer 92 eingespeichert ist, d. h. fest vereinbart ist. Das unver zerrte erste Signal muß somit nicht unbedingt von dem Ka naleingang zum Entzerrer 92 geliefert werden, sondern kann auch im Entzerrer 92 nach einer entsprechenden Vereinbarung eingespeichert sein. Aus diesem Grund ist eine "Übertra gungsleitung" 93 für das erste Signal in Fig. 9 gepunktet gezeichnet. Fig. 9 shows a general example of a distorting transmission channel 90, which is not distorted by the transmission channel 90 in which a first signal is fed, is to output a second signal TEN to preserver, which is a distorted version of the first signal , The distorted second signal is fed into an equalizer 92 according to the invention, which is constructed internally as shown below with reference to FIG. 10 and which supplies an equalized second signal on the output side. The equalization shown in FIG. 9 is thus an equalization without calculation of the channel impulse response. For this, the first signal, ie the signal fed into the transmission channel, must be provided to the equalizer in some way. The provision of the undistorted first signal can consist, for example, in the use of training sequences or reference sequences or reference sequences. Exemplary methods for this are that, for. B. at the beginning of each frame, as agreed, a defined training sequence is transmitted, which is stored in the equalizer 92, that is to say is firmly agreed. The undistorted first signal thus does not necessarily have to be supplied from the channel input to the equalizer 92 , but can also be stored in the equalizer 92 after a corresponding agreement. For this reason, a "transmission line" 93 is shown dotted for the first signal in FIG. 9.
Die direkte Entzerrung unter Verwendung von Referenzdaten ist in der Fachveröffentlichung "Nachrichtenübertragung" von K. D. Kammeyer, Reihe Informationstechnik, B. G. Teubner Verlag Stuttgart, Seiten 508 ff beschrieben. Ein Entzerrer filter mit Filterkoeffizienten f wird unter Verwendung des MSE-Kriteriums (MSE = Mean Square Error) berechnet. Die so genannte MSE-Zielfunktion besteht darin, daß der Fehler zwischen dem entzerrten zweiten Signal und dem ersten Sig nal minimal sein soll. Hierbei erhält man wieder die Wie ner-Hopf-Gleichung, die in Block 40 von Fig. 4 dargestellt ist, wobei nun jedoch, im Unterschied zu den vorherigen Ausführungen, der Vektor fm ein Entzerrerfilter m-ter Ord nung darstellt. Die Autokorrelationsmatrix Rx,m ist die Au tokorrelationsmatrix der Empfangswerte, d. h. des zweiten Signals, während der Vektor rm die Kreuzkorrelationsfunkti on zwischen dem Empfangssignal und dem Referenzsignal, d. h. zwischen dem zweiten Signal und dem ersten Signal, dar stellt.The direct equalization using reference data is described in the specialist publication "News Transmission" by KD Kammeyer, Series Information Technology, BG Teubner Verlag Stuttgart, pages 508 ff. An equalizer filter with filter coefficients f is calculated using the MSE criterion (MSE = Mean Square Error). The so-called MSE target function is that the error between the equalized second signal and the first signal should be minimal. Here again the Wie-Hopf equation is obtained, which is shown in block 40 of FIG. 4, but now, in contrast to the previous explanations, the vector f m represents an equalization filter of the m-th order. The autocorrelation matrix R x, m is the autocorrelation matrix of the received values, ie the second signal, while the vector r m represents the cross-correlation function between the received signal and the reference signal, ie between the second signal and the first signal.
Aus dem obigen ist zu sehen, daß sich zur direkten Berech nung der Entzerrerkoeffizienten dieselbe Wiener-Hopf- Gleichung anbietet wie zur Berechnung der verbesserten ge schätzten Kanalimpulsantwort, welche anhand der Fig. 1 bis 8 beschrieben worden ist.From the above it can be seen that the same Wiener-Hopf equation offers itself for the direct calculation of the equalizer coefficients as for the calculation of the improved estimated channel impulse response, which has been described with reference to FIGS . 1 to 8.
Wenn eine entsprechende Variablensubstitution durchgeführt wird, kann dasselbe Lösungskonzept, das in den Fig. 3 und 4 für das Problem der Berechnung einer verbesserten Kanalim pulsantwort dargelegt worden ist, auch für die direkte Be rechnung der Entzerrer-Koeffizienten eingesetzt werden.If a corresponding variable substitution is carried out, the same solution concept that has been shown in FIGS. 3 and 4 for the problem of calculating an improved channel impulse response can also be used for the direct calculation of the equalizer coefficients.
Im einzelnen wird nachfolgend bezugnehmend auf Fig. 10 auf eine entsprechende Vorrichtung bzw. ein entsprechendes Ver fahren zum Entzerren eines zweiten Signals, das eine ver zerrte Version eines ersten Signals ist, eingegangen. Um die Korrespondenz zu Fig. 1 zu zeigen, haben die entspre chenden Blöcke in Fig. 10 Bezugszeichen, die den Bezugszei chen von Fig. 1 abgesehen von einer Multiplikation mit "10" entsprechen.10, a corresponding device or a corresponding method for equalizing a second signal, which is a distorted version of a first signal, is discussed in detail below with reference to FIG. 10. In order to show the correspondence to FIG. 1, the corresponding blocks in FIG. 10 have reference numerals which correspond to the reference characters of FIG. 1 apart from a multiplication by "10".
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt zunächst eine Ein richtung 100 zum Erhalten des verzerrten zweiten Signals. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt ferner eine Ein richtung 120 zum Ermitteln der Kreuzkorrelationsfunktion des zweiten Signals und des ersten Signals. Dazu benötigt die Einrichtung 120 nicht nur die Daten vom Übertragungska nal, d. h. das zweite Signal, sondern auch das "unverzerrte" erste Signal, zumal für die direkte Berechnung der Entzerrer-Koeffizienten bekannte Referenzdaten zur Verfügung ste hen.The device according to the invention first comprises a device 100 for obtaining the distorted second signal. The device according to the invention further comprises a device 120 for determining the cross-correlation function of the second signal and the first signal. For this purpose, the device 120 requires not only the data from the transmission channel, ie the second signal, but also the "undistorted" first signal, especially since known reference data are available for the direct calculation of the equalizer coefficients.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt ferner eine Ein richtung 140 zum Ermitteln der Autokorrelationsfunktion des von der Einrichtung 100 erhaltenen Signals und eine Ein richtung 180 zum Berechnen der Entzerrungsfilter- Koeffizienten f. Die Einrichtung 180 liefert die berechne ten Entzerrungsfilter-Koeffizienten zu dem Entzerrungsfil ter 160, um das von der Einrichtung 100 erhaltene verzerrte zweite Signal zu entzerren, um das (direkt) entzerrte zwei te Signal zu erhalten.The device according to the invention further comprises a device 140 for determining the autocorrelation function of the signal received by the device 100 and a device 180 for calculating the equalization filter coefficients f. The device 180 supplies the calculated equalization filter coefficients to the equalization filter 160 to equalize the distorted second signal received by the device 100 to obtain the (directly) equalized second signal.
Vorzugsweise wird wieder, wie es bezugnehmend auf die Fig. 1 bis 8 ausgeführt worden ist, das zweistufige Rekursions verfahren verwendet, so daß keine Inversion der Autokorre lationsmatrix Rx,m nötig ist, um die Entzerrungsfilter- Koeffizienten f zu berechnen. Auf jeden Fall wird wieder zweistufig unter Verwendung von Hilfs-Filterkoeffizienten vorgegangen, wobei das Hilfsfilter ein Entzerrungsfilter unter Verwendung einer klassischen Prädiktion ist, für das die bekannte Levinson-Durbin-Rekursion verwendet werden kann, während dann, unter Verwendung der Hilfs- Filterkoeffizienten die anhand von Fig. 4 dargestellte er findungsgemäße "erweiterte" Levinson-Durbin-Rekursion ein gesetzt werden kann, wenn die entsprechende Variablen substitution durchgeführt wird.Again, as has been explained with reference to FIGS. 1 to 8, the two-stage recursion method is used, so that no inversion of the autocorrection matrix R x, m is necessary to calculate the equalization filter coefficients f. In any case, the process is again carried out in two stages using auxiliary filter coefficients, the auxiliary filter being an equalization filter using a classic prediction for which the known Levinson-Durbin recursion can be used, while then using the auxiliary filter coefficients of Fig. 4 shown he invention modern "extended" Levinson-Durbin recursion can be set if the corresponding variable is performed substitution.
Claims (27)
einer ersten Einrichtung (10) zum Schätzen der Kanal impulsantwort des Übertragungskanals unter Verwendung eines aus dem Übertragungskanal empfangenen Signals, um eine geschätzte Kanalimpulsantwort des Übertra gungskanals zu erhalten;
einer Einrichtung (14) zum Berechnen einer Autokorre lationsfunktion der geschätzten Kanalimpulsantwort, um eine exakte Autokorrelationsfunktion der geschätzten Kanalimpulsantwort zu erhalten;
einer zweiten Einrichtung (12) zum Schätzen einer Au tokorrelationsfunktion der Kanalimpulsantwort des Übertragungskanals unter Verwendung eines aus dem Übertragungskanal empfangenen Signals, um eine ge schätzte Autokorrelationsfunktion der Kanalimpulsant wort zu erhalten;
einem Korrekturfilter (16) mit Korrekturfilterkoeffi zienten zum Filtern der geschätzten Kanalimpulsantwort des Übertragungskanals, um eine verbesserte geschätzte Kanalimpulsantwort des Übertragungskanals zu erhalten; und
einer Einrichtung (18) zum Berechnen der Korrekturfil terkoeffizienten, wobei die Einrichtung zum Berechnen ausgebildet ist, um Hilfs-Filterkoeffizienten zu ver wenden (18a), die so gewählt sind, daß ein Produkt aus einem Vektor der Hilfs-Filterkoeffizienten und einer Autokorrelationsmatrix, die von der exakten Autokorre lationsfunktion der geschätzten Kanalimpulsantwort ab geleitet ist, gleich der exakten Autokorrelationsfunktion der geschätzten Kanalimpulsantwort ist (30), und um unter Verwendung der Hilfs-Filterkoeffizienten die Korrekturfilterkoeffizienten zu berechnen, die so ge wählt sind, daß ein Produkt eines Vektors der Korrek turfilterkoeffizienten und der Autokorrelationsmatrix, die von der exakten Autokorrelationsfunktion der ge schätzten Kanalimpulsantwort abgeleitet ist, gleich der geschätzten Autokorrelationsfunktion der Kanalim pulsantwort ist (40).1. Device for estimating a channel impulse response of a transmission channel, with the following features:
first means ( 10 ) for estimating the channel impulse response of the transmission channel using a signal received from the transmission channel to obtain an estimated channel impulse response of the transmission channel;
means ( 14 ) for calculating an autocorrelation function of the estimated channel impulse response to obtain an exact autocorrelation function of the estimated channel impulse response;
second means ( 12 ) for estimating an auto-correlation function of the channel impulse response of the transmission channel using a signal received from the transmission channel to obtain an estimated auto-correlation function of the channel impulse response;
a correction filter ( 16 ) with correction filter coefficients for filtering the estimated channel impulse response of the transmission channel to obtain an improved estimated channel impulse response of the transmission channel; and
means ( 18 ) for calculating the correction filter coefficients, the means for calculating being designed to use auxiliary filter coefficients ( 18 a) which are selected such that a product of a vector of the auxiliary filter coefficients and an autocorrelation matrix, which is derived from the exact autocorrelation function of the estimated channel impulse response, is equal to the exact autocorrelation function of the estimated channel impulse response ( 30 ), and to calculate, using the auxiliary filter coefficients, the correction filter coefficients chosen so that a product of a vector of Correction turf filter coefficients and the autocorrelation matrix, which is derived from the exact autocorrelation function of the estimated channel impulse response, is equal to the estimated autocorrelation function of the channel impulse response ( 40 ).
wobei m ein Iterationsindex ist, der bei m = 0 star tet,
wobei k ein Summationsindex ist, der von 0 bis (m - 1) läuft,
wobei r(m) ein m-tes Element der geschätzten Autokor relationsfunktion der Kanalimpulsantwort ist,
wobei rx(0) ein 0-tes Element der exakten Autokorrela tionsfunktion der geschätzten Kanalimpulsantwort ist,
wobei pm(k) ein k-ter Hilfs-Filterkoeffizient eines Hilfs-Filters der Ordnung m ist,
wobei rx(m - k) ein (m - k)-tes Element der exakten Auto korrelationsfunktion der geschätzten Kanalimpulsant wort ist,
wobei rx(k + 1) ein (k + 1)-tes Element der exakten Auto korrelationsfunktion der geschätzten Kanalimpulsant wort ist, und
wobei fm+1(m) der m-te Filterkoeffizient des Korrektur filters der Ordnung m + 1 ist.5. Device according to one of the preceding claims, in which the device ( 18 ) is designed to calculate to calculate an m-th filter coefficient for a correction filter of an order m + 1 according to the following rule ( 41 ):
where m is an iteration index that starts at m = 0,
where k is a summation index that runs from 0 to (m - 1),
where r (m) is an mth element of the estimated auto-correlation function of the channel impulse response,
where r x (0) is a 0th element of the exact autocorrelation function of the estimated channel impulse response,
where p m (k) is a kth auxiliary filter coefficient of an auxiliary filter of order m,
where r x (m - k) is an (m - k) th element of the exact auto correlation function of the estimated channel impulse response,
where r x (k + 1) is a (k + 1) th element of the exact auto correlation function of the estimated channel impulse response, and
where f m + 1 (m) is the mth filter coefficient of the correction filter of the order m + 1.
[fm+1(0), . . ., fm+1(m - 1)] = fm - fm+1(m).p*m,r
wobei fm+1(i) ein Filterkoeffizient des Korrekturfil ters der Ordnung m+1 mit einer Nummer i ist;
wobei fm ein Vektor der Filterkoeffizienten des Kor rekturfilters der Ordnung m ist, und
wobei p*mr ein Vektor der konjugiert komplexen Hilfs- Filterkoeffizienten in umgekehrter Reihenfolge ist.6. The device as claimed in claim 5, in which the device ( 18 ) for calculating the correction filter coefficients is designed to calculate the correction filter coefficients from a number 0 to a number m − 1 of the correction filter of the order m + 1 according to the following regulation ( 42 ):
[f m + 1 (0),. , ., f m + 1 (m - 1)] = f m - f m + 1 (m) .p * m, r
where f m + 1 (i) is a filter coefficient of the correction filter of order m + 1 with a number i;
where f m is a vector of the filter coefficients of the correction filter of order m, and
where p * mr is a vector of the conjugate complex auxiliary filter coefficients in reverse order.
f1 = r(0) : rx(0),
wobei f1 der einzige Filterkoeffizient des Korrektur filters der Ordnung 0 ist,
wobei r(0) das 0-te Element der geschätzten Autokorre lationsfunktion der Kanalimpulsantwort ist; und
wobei rx(0) das 0-te Element der exakten Autokorrela tionsfunktion der geschätzten Kanalimpulsantwort ist.7. The device as claimed in claim 5 or 6, in which the device ( 18 ) is designed to calculate in order to use the following value ( 33 ) as the starting value for the iteration specification for a value of the iteration index m = 0:
f 1 = r (0): r x (0),
where f 1 is the only filter coefficient of the correction filter of order 0,
where r (0) is the 0th element of the estimated auto-correlation function of the channel impulse response; and
where r x (0) is the 0th element of the exact autocorrelation function of the estimated channel impulse response.
bei der die Einrichtung (18) zum Berechnen ausgebildet ist, um die Hilfs-Filterkoeffizienten durch folgende Iterationsvorschrift zu berechnen:
wobei pm+1(m) der m-te Hilfs-Filterkoeffizient eines Hilfs-Filters der Ordnung m + 1 ist,
wobei m ein Iterationsindex ist,
wobei k ein Summationsindex ist, der von 0 bis (m - 1) läuft,
wobei pm(k) der k-te Hilfs-Filterkoeffizient eines Hilfs-Filters der Ordnung m ist,
wobei rx(0) ein 0-tes Element der exakten Autokorrela tionsfunktion der geschätzten Kanalimpulsantwort ist,
wobei rx(m + 1) das (m + 1)-te Element der exakten Auto korrelationsfunktion der geschätzten Kanalimpulsant wort ist,
wobei rx(m - k) das (m - k)-te Element der exakten Auto korrelationsfunktion der geschätzten Kanalimpulsant wort ist, und
wobei rx(k + 1) ein (k + 1)-tes Element der exakten Auto korrelationsfunktion der geschätzten Kanalimpulsant wort ist.8. Device according to one of the preceding claims,
in which the device ( 18 ) is designed to calculate in order to calculate the auxiliary filter coefficients using the following iteration rule:
where p m + 1 (m) is the mth auxiliary filter coefficient of an auxiliary filter of the order m + 1,
where m is an iteration index,
where k is a summation index that runs from 0 to (m - 1),
where p m (k) is the kth auxiliary filter coefficient of an auxiliary filter of order m,
where r x (0) is a 0th element of the exact autocorrelation function of the estimated channel impulse response,
where r x (m + 1) is the (m + 1) th element of the exact auto correlation function of the estimated channel impulse response,
where r x (m - k) is the (m - k) th element of the exact auto correlation function of the estimated channel impulse response, and
where r x (k + 1) is a (k + 1) th element of the exact auto-correlation function of the estimated channel impulse response.
bei der die Einrichtung (18) zum Berechnen ausgebildet ist, um die Hilfs-Filterkoeffizienten von einer Nummer 0 bis zu einer Nummer m - 1 des Korrekturfilters der Ordnung (m + 1) gemäß folgender Vorschrift zu berechnen (32):
[pm+1(0), . . ., pm+1(m - 1)] = pm - pm+1(m).p *|m,r
wobei pm+1(m) der m-te Hilfs-Filterkoeffizienten des Hilfs-Filters der Ordnung m + 1 ist,
wobei pm ein Vektor von Hilfs-Filterkoeffizienten des Hilfs-Filters der Ordnung m ist,
wobei pm+1(i) ein Hilfs-Filterkoeffizient des Hilfs- Filters der Ordnung m+1 mit einer Nummer i ist; und
wobei p *|m,r folgendermaßen gegeben ist:
p *|m,r = [p *|m(m - 1), . . ., p *|m(0)].9. The device according to claim 8,
in which the means ( 18 ) for calculating is designed to calculate ( 32 ) the auxiliary filter coefficients from a number 0 to a number m-1 of the correction filter of the order (m + 1):
[p m + 1 (0),. , ., p m + 1 (m - 1)] = p m - p m + 1 (m) .p * | m, r
where p m + 1 (m) is the m-th auxiliary filter coefficient of the auxiliary filter of order m + 1,
where p m is a vector of auxiliary filter coefficients of the auxiliary filter of order m,
where p m + 1 (i) is an auxiliary filter coefficient of the auxiliary filter of order m + 1 with a number i; and
where p * | m, r is given as follows:
p * | m, r = [p * | m (m - 1),. , ., p * | m (0)].
Schätzen (10) der Kanalimpulsantwort des Übertragungs kanals unter Verwendung eines aus dem Übertragungska nal empfangenen Signals, um eine geschätzte Kanalim pulsantwort des Übertragungskanals zu erhalten;
Berechnen (14) einer Autokorrelationsfunktion der ge schätzten Kanalimpulsantwort, um eine exakte Autokor relationsfunktion der geschätzten Kanalimpulsantwort zu erhalten;
Schätzen (12) einer Autokorrelationsfunktion der Ka nalimpulsantwort des Übertragungskanals unter Verwen dung eines aus dem Übertragungskanal empfangenen Si gnals, um eine geschätzte Autokorrelationsfunktion der Kanalimpulsantwort zu erhalten;
Filtern (16) der geschätzten Kanalimpulsantwort des Übertragungskanals unter Verwendung von Korrekturfil terkoeffizienten, um eine verbesserte geschätzte Ka nalimpulsantwort des Übertragungskanals zu erhalten; und
Berechnen (18) der Korrekturfilterkoeffizienten unter Verwendung von Hilfs-Filterkoeffizienten (18a), die so gewählt sind, daß ein Produkt aus einem Vektor der Hilfs-Filterkoeffizienten und einer Autokorrelations matrix, die von der exakten Autokorrelationsfunktion der geschätzten Kanalimpulsantwort abgeleitet ist, gleich der exakten Autokorrelationsfunktion der ge schätzten Kanalimpulsantwort ist (30), wobei die Kor rekturfilterkoeffizienten so berechnet werden, daß ein Produkt eines Vektors der Korrekturfilterkoeffizienten und der Autokorrelationsmatrix, die von der exakten Autokorrelationsfunktion der geschätzten Kanalimpuls antwort abgeleitet ist, gleich der geschätzten Auto korrelationsfunktion der Kanalimpulsantwort ist (40). 13. A method for estimating a channel impulse response of a transmission channel, comprising the following steps:
Estimating ( 10 ) the channel impulse response of the transmission channel using a signal received from the transmission channel to obtain an estimated channel impulse response of the transmission channel;
Calculating ( 14 ) an autocorrelation function of the estimated channel impulse response to obtain an exact autocorrelation function of the estimated channel impulse response;
Estimating ( 12 ) an autocorrelation function of the channel impulse response of the transmission channel using a signal received from the transmission channel to obtain an estimated autocorrelation function of the channel impulse response;
Filtering ( 16 ) the estimated channel impulse response of the transmission channel using correction filter coefficients to obtain an improved estimated channel impulse response of the transmission channel; and
Calculate ( 18 ) the correction filter coefficients using auxiliary filter coefficients ( 18 a), which are chosen so that a product of a vector of the auxiliary filter coefficients and an autocorrelation matrix derived from the exact autocorrelation function of the estimated channel impulse response is equal to that is the exact autocorrelation function of the estimated channel impulse response ( 30 ), the correction filter coefficients being calculated so that a product of a vector of the correction filter coefficients and the autocorrelation matrix derived from the exact autocorrelation function of the estimated channel impulse response is equal to the estimated auto correlation function of the channel impulse response ( 40 ).
einer Entzerrungseinrichtung (85), die ausgebildet ist, um ein von einem Übertragungskanal empfangenes Signal zu entzerren, wobei eine Dimensionierung von Entzerrerkoeffizienten auf einer Kanalimpulsantwort des Übertragungskanals basiert;
einer Vorrichtung (84) zum Schätzen der Kanalimpuls antwort des Übertragungskanals gemäß einem der Patent ansprüche 1 bis 12;
einer Ablaufsteuerungseinrichtung, die ausgebildet ist,
um eine Speicherung einer Anzahl von Abtastwerten des Signals in einem Speicher (83) zu veranlassen,
um eine Schätzung der Kanalimpulsantwort des Übertra gungskanals, die für die Anzahl von Abtastwerten rele vant war, durch die Vorrichtung (84) zum Schätzen zu veranlassen,
um eine Dimensionierung der Entzerrerkoeffizienten auf der Basis der geschätzten Kanalimpulsantwort durch die Entzerrungseinrichtung (85) zu veranlassen, und
um die Entzerrungseinrichtung (85) zu veranlassen, die Mehrzahl von Abtastwerten, die in dem Speicher (83) gespeichert sind, unter Verwendung der dimensionierten Entzerrerkoeffizienten zu entzerren.14. Receiver circuit with the following features:
equalization means ( 85 ) configured to equalize a signal received from a transmission channel, wherein dimensioning of equalizer coefficients is based on a channel impulse response of the transmission channel;
a device ( 84 ) for estimating the channel impulse response of the transmission channel according to one of the claims 1 to 12;
a sequence control device which is designed
to cause a number of samples of the signal to be stored in a memory ( 83 ),
to cause the device ( 84 ) to estimate the channel impulse response of the transmission channel, which was relevant to the number of samples,
to cause the equalization coefficients to be dimensioned on the basis of the estimated channel impulse response by the equalization device ( 85 ), and
to cause the equalizer ( 85 ) to equalize the plurality of samples stored in the memory ( 83 ) using the dimensioned equalizer coefficients.
Entzerren eines von einem Übertragungskanal empfange nen Signals, wobei eine Dimensionierung von Entzerrerkoeffizienten auf einer Kanalimpulsantwort des Über tragungskanals basiert;
Schätzen der Kanalimpulsantwort durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 13;
Speichern einer Anzahl von Abtastwerten des Signals;
Schätzen der Kanalimpulsantwort des Übertragungska nals, die für die Anzahl von Abtastwerten relevant ist;
Dimensionieren der Entzerrerkoeffizienten auf der Ba sis der geschätzten Kanalimpulsantwort; und
Entzerren der Mehrzahl von Abtastwerten unter Verwen dung der dimensionierten Entzerrerkoeffizienten.15. A method of receiving a signal, comprising the following steps:
Equalizing a signal received from a transmission channel, wherein dimensioning of equalizer coefficients is based on a channel impulse response of the transmission channel;
Estimating the channel impulse response by a method according to claim 13;
Storing a number of samples of the signal;
Estimating the channel impulse response of the transmission channel that is relevant to the number of samples;
Dimensioning the equalizer coefficients based on the estimated channel impulse response; and
Equalize the plurality of samples using the dimensioned equalizer coefficients.
einer Einrichtung (100) zum Erhalten des zweiten Si gnals;
einer Einrichtung (140) zum Ermitteln einer Autokorre lationsfunktion des zweiten Signals;
einer Einrichtung (120) zum Ermitteln einer Kreuzkor relationsfunktion zwischen dem zweiten Signal und dem ersten Signal;
einem Entzerrungsfilter (160) mit Entzerrungsfilterko effizienten zum Filtern des zweiten Signals, um ein entzerrtes zweites Signal zu erhalten; und
einer Einrichtung (180) zum Berechnen der Entzerrungs filterkoeffizienten, wobei die Einrichtung zum Berechnen ausgebildet ist, um Hilfs-Filterkoeffizienten zu verwenden (18a), die so gewählt sind, daß ein Produkt aus einem Vektor der Hilfs-Filterkoeffizienten und ei ner Autokorrelationsmatrix, die von der Autokorrelati onsfunktion des zweiten Signals abgeleitet ist, gleich der Autokorrelationsfunktion des zweiten Signals ist (30), und um unter Verwendung der Hilfs- Filterkoeffizienten die Entzerrungsfilterkoeffizienten zu berechnen, die so gewählt sind, daß ein Produkt ei nes Vektors der Entzerrungsfilterkoeffizienten und der Autokorrelationsmatrix, die von der Autokorrelations funktion des zweiten Signals abgeleitet ist, gleich der Kreuzkorrelationsfunktion ist (40).16. Device for equalizing a second signal, which is a distorted version of a first signal, having the following features:
means ( 100 ) for obtaining the second signal;
means ( 140 ) for determining an auto-correlation function of the second signal;
means ( 120 ) for determining a cross correlation function between the second signal and the first signal;
an equalization filter ( 160 ) having equalization filter coefficients for filtering the second signal to obtain an equalized second signal; and
means ( 180 ) for calculating the equalization filter coefficients, the means for calculating being designed to use auxiliary filter coefficients ( 18 a) which are selected such that a product of a vector of the auxiliary filter coefficients and an autocorrelation matrix, which is derived from the autocorrelation function of the second signal is equal to the autocorrelation function of the second signal ( 30 ), and to calculate, using the auxiliary filter coefficients, the equalization filter coefficients chosen to be a product of a vector of the equalization filter coefficients and Autocorrelation matrix, which is derived from the autocorrelation function of the second signal, is equal to the cross-correlation function ( 40 ).
wobei m ein Iterationsindex ist, der bei m = 0 star tet,
wobei k ein Summationsindex ist, der von 0 bis (m - 1) läuft,
wobei r(m) ein m-tes Element der Kreuzkorrelations funktion zwischen dem ersten und dem zweiten Signal ist,
wobei rx(0) ein 0-tes Element der Autokorrelations funktion des zweiten Signals ist,
wobei pm(k) ein k-ter Hilfs-Filterkoeffizient eines Hilfs-Filters der Ordnung m ist,
wobei rx(m - k) ein (m - k)-tes Element der Autokorrelati onsfunktion des zweiten Signals ist,
wobei rx(k + 1) ein (k + 1)-tes Element der Autokorrelati onsfunktion des zweiten Signals ist, und
wobei fm+1(m) der m-te Filterkoeffizient des Entzer rungsfilters der Ordnung m + 1 ist.20. Device according to one of claims 16 to 19, wherein the means ( 180 ) for calculating is designed to calculate an m-th filter coefficient for an equalization filter of an order m + 1 according to the following rule ( 41 ):
where m is an iteration index that starts at m = 0,
where k is a summation index that runs from 0 to (m - 1),
where r (m) is an mth element of the cross-correlation function between the first and the second signal,
where r x (0) is a 0th element of the autocorrelation function of the second signal,
where p m (k) is a kth auxiliary filter coefficient of an auxiliary filter of order m,
where r x (m - k) is an (m - k) th element of the autocorrelation function of the second signal,
where r x (k + 1) is a (k + 1) th element of the autocorrelation function of the second signal, and
where f m + 1 (m) is the mth filter coefficient of the equalization filter of order m + 1.
[fm+1(0), . . ., fm+1(m - 1)] = fm - fm+1(m).p *|m,r
wobei fm+1(i) ein Filterkoeffizient des Entzerrungsfil ters der Ordnung m + 1 mit einer Nummer i ist;
wobei fm ein Vektor der Filterkoeffizienten des Ent zerrungsfilters der Ordnung m ist, und
wobei p*mr ein Vektor der konjugiert komplexen Hilfs- Filterkoeffizienten in umgekehrter Reihenfolge ist.21. The apparatus of claim 20, wherein the means ( 180 ) for calculating the equalization filter coefficients is designed to calculate the equalization filter coefficients from a number 0 to a number m - 1 of the equalization filter of order m + 1 according to the following provision ( 42 ):
[f m + 1 (0),. , ., f m + 1 (m - 1)] = f m - f m + 1 (m) .p * | m, r
where f m + 1 (i) is a filter coefficient of the equalization filter of order m + 1 with a number i;
where f m is a vector of the filter coefficients of the equalization filter of order m, and
where p * mr is a vector of the conjugate complex auxiliary filter coefficients in reverse order.
f1 = r(0) : rx(0),
wobei f1 der einzige Filterkoeffizient des Entzer rungsfilters der Ordnung 0 ist,
wobei r(0) das 0-te Element der Kreuzkorrelationsfunk tion zwischen dem ersten und dem zweiten Signal ist; und
wobei rx(0) das 0-te Element der Autokorrelationsfunk tion des zweiten Signals ist.22. The apparatus of claim 20 or 21, wherein the device ( 180 ) is designed for calculation in order to use ( 33 ) as the starting value for the iteration specification for a value of the iteration index m = 0:
f 1 = r (0): r x (0),
where f 1 is the only filter coefficient of the equalization filter of order 0,
wherein r (0) is the 0th element of the cross-correlation function between the first and the second signal; and
where r x (0) is the 0th element of the autocorrelation function of the second signal.
bei der die Einrichtung (180) zum Berechnen ausgebil det ist, um die Hilfs-Filterkoeffizienten durch fol gende Iterationsvorschrift zu berechnen:
wobei pm+1(m) der m-te Hilfs-Filterkoeffizient eines Hilfs-Filters der Ordnung m + 1 ist,
wobei m ein Iterationsindex ist,
wobei k ein Summationsindex ist, der von 0 bis (m - 1) läuft,
wobei pm(k) der k-te Hilfs-Filterkoeffizient eines Hilfs-Filters der Ordnung m ist,
wobei rx(0) ein 0-tes Element der Autokorrelations funktion des zweiten Signals ist,
wobei rx(m + 1) das (m + 1)-te Element der Autokorrelati onsfunktion des zweiten Signals ist,
wobei rx(m - k) das (m - k)-te Element der Autokorrelati onsfunktion des zweiten Signals ist, und
wobei rx(k + 1) ein (k + 1)-tes Element der Autokorrelati onsfunktion des zweiten Signals ist.23. The device according to one of claims 16 to 22,
in which the means ( 180 ) for calculating is designed to calculate the auxiliary filter coefficients by the following iteration rule:
where p m + 1 (m) is the mth auxiliary filter coefficient of an auxiliary filter of the order m + 1,
where m is an iteration index,
where k is a summation index that runs from 0 to (m - 1),
where p m (k) is the kth auxiliary filter coefficient of an auxiliary filter of order m,
where r x (0) is a 0th element of the autocorrelation function of the second signal,
where r x (m + 1) is the (m + 1) th element of the autocorrelation function of the second signal,
where r x (m - k) is the (m - k) th element of the autocorrelation function of the second signal, and
where r x (k + 1) is a (k + 1) th element of the autocorrelation function of the second signal.
bei der die Einrichtung (18) zum Berechnen ausgebildet ist, um die Hilfs-Filterkoeffizienten von einer Nummer 0 bis zu einer Nummer m - 1 des Korrekturfilters der Ordnung (m + 1) gemäß folgender Vorschrift zu berechnen (32):
[pm+1(0), . . ., pm+1(m - 1)] = pm - pm+1(m).p *|m,r
wobei pm+1(m) der m-te Hilfs-Filterkoeffizienten des Hilfs-Filters der Ordnung m+1 ist,
wobei pm ein Vektor von Hilfs-Filterkoeffizienten des Hilfs-Filters der Ordnung m ist,
wobei pm+1(i) ein Hilfs-Filterkoeffizient des Hilfs- Filters der Ordnung m + 1 mit einer Nummer i ist; und
wobei p *|m,r folgendermaßen gegeben ist:
p *|m,r = [p *|m(m - 1), . . ., p *|m(0)].24. The device according to claim 23,
in which the means ( 18 ) for calculating is designed to calculate ( 32 ) the auxiliary filter coefficients from a number 0 to a number m-1 of the correction filter of the order (m + 1):
[p m + 1 (0),. , ., p m + 1 (m - 1)] = p m - p m + 1 (m) .p * | m, r
where p m + 1 (m) is the m-th auxiliary filter coefficient of the auxiliary filter of order m + 1,
where p m is a vector of auxiliary filter coefficients of the auxiliary filter of order m,
where p m + 1 (i) is an auxiliary filter coefficient of the auxiliary filter of order m + 1 with a number i; and
where p * | m, r is given as follows:
p * | m, r = [p * | m (m - 1),. , ., p * | m (0)].
bei der das erste Signal ein Sendesignal ist, das in einen Übertragungskanal einspeisbar ist,
bei der das zweite Signal ein Empfangssignal ist, das aus dem Übertragungskanal extrahierbar ist, und das eine durch den Übertragungskanal verzerrte Version des ersten Signals ist.25. The device according to one of claims 16 to 24,
in which the first signal is a transmission signal that can be fed into a transmission channel,
wherein the second signal is a receive signal that is extractable from the transmission channel and that is a version of the first signal distorted by the transmission channel.
Erhalten (100) des zweiten Signals;
Ermitteln (140) einer Autokorrelationsfunktion des zweiten Signals;
Ermitteln (120) einer Kreuzkorrelationsfunktion zwi schen dem zweiten Signal und dem ersten Signal;
Filtern (160) des zweiten Signals mit Entzerrungsfil terkoeffizienten, um ein entzerrtes zweites Signal zu erhalten; und
Berechnen (180) der Entzerrungsfilterkoeffizienten, unter Verwendung von Hilfs-Filterkoeffizienten (18a), die so gewählt sind, daß ein Produkt aus einem Vektor der Hilfs-Filterkoeffizienten und einer Autokorrelati onsmatrix, die von der Autokorrelationsfunktion des zweiten Signals abgeleitet ist, gleich der Autokorre lationsfunktion des zweiten Signals ist (30), und wo bei die Entzerrungsfilterkoeffizienten ferner so be rechnet werden, daß ein Produkt eines Vektors der Ent zerrungsfilterkoeffizienten und der Autokorrelations matrix, die von der Autokorrelationsfunktion des zwei ten Signals abgeleitet ist, gleich der Kreuzkorrelati onsfunktion ist (40).27. A method of equalizing a second signal, which is a distorted version of a first signal, comprising the following steps:
Receiving ( 100 ) the second signal;
Determining ( 140 ) an autocorrelation function of the second signal;
Determining ( 120 ) a cross-correlation function between the second signal and the first signal;
Filtering ( 160 ) the second signal with equalization filter coefficients to obtain an equalized second signal; and
Calculate ( 180 ) the equalization filter coefficients, using auxiliary filter coefficients ( 18 a), which are chosen so that a product of a vector of the auxiliary filter coefficients and an autocorrelation matrix derived from the autocorrelation function of the second signal is equal to that Autocorrelation function of the second signal is ( 30 ), and where the equalization filter coefficients are further calculated so that a product of a vector of the equalization filter coefficients and the autocorrelation matrix derived from the autocorrelation function of the second signal is equal to the cross correlation function ( 40 ).
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| DE2002105742 DE10205742C1 (en) | 2002-02-12 | 2002-02-12 | Transmission channel pulse response estimation device has channel pulse response estimation passed through correction filter |
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