DE602005000860T2

DE602005000860T2 - Chip-Entzerrer für einen Spreizspektrum-Empfänger

Info

Publication number: DE602005000860T2
Application number: DE200560000860
Authority: DE
Inventors: Thanh Ngoc Bui
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2004-07-20
Filing date: 2005-07-19
Publication date: 2007-12-20
Anticipated expiration: 2025-07-20
Also published as: EP1619807A3; EP1619807A2; JP4720360B2; EP1619807B1; JP2006054900A; DE602005000860D1; AU2005203016A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Spreizspektrum-Empfänger und insbesondere Verfahren zur Optimierung der Entzerrung eines Spreizspektrumsignals, das über mehrfach auflösbaren Schwundstreckenkanal übertragen worden ist. Die vorliegende Erfindung ist für die Verwendung bei Anwendungen bezüglich W-CDMA-Übertragungstechniken geeignet und es wird zweckmäßig sein, die Erfindung in Bezug auf dieses Anwendungsbeispiel zu beschreiben.
Beschreibung des Standes der Technik
In W-CDMA-Kommunikationssystemen sind Multicode-Signale am Sender rechtwinklig zueinander. Diese Rechtwinkligkeit geht jedoch verloren, wenn die Signale sich durch einen Mehrweg-Fadingkanal ausbreiten. In dem W-CDMA-Empfänger wird ein Chip-Entzerrer verwendet, um die Rechtwinkligkeit des Signals wieder herzustellen und dadurch die Empfängerleistung zu verbessern.
Typischerweise sind Chip-Entzerrer als ein FIR (nicht-rekursives)-Filter implementiert. Der Chip-Entzerrer versucht, die Mehrweginterferenz durch Invertieren des Kanals zu kompensieren. Ein bekanntes Verfahren zum Berechnen der optimalen Filterkoeffizienten des Chip-Entzerrers, bei dem ein Direktumkehr-Matrixverfahren verwendet wird, enthält eine Schätzung der Matrix G aus dem Ausdruck G = H^HH + βI, wobei H^HH die Kanalkorrelationsmatrix ist, I die Einheitsmatrix ist und β der skalare Rauschfaktor in einem W-CDMA-System ist.
Das Verfahren zur Kanalschätzung zur Erzielung der Kanalkorrelationsmatrix ist üblicherweise geradlinig und die Matrix kann basierend auf dem gemeinsamen Pilot-Signal in den W-CDMA-Systemen geschätzt werden. In dem W-CDMA-System wurde jedoch nicht ein optimales Verfahren zum Berechnen eines Schätzwerts des skalaren Rauschfaktors in Betracht gezogen oder war durch dieses begrenzt. Ein Chip-Entzerrer, der nur das Wissen der Kanalschätzung verwendet und nicht die Rauschvarianz in Rechnung stellt, führt verglichen mit einem Empfänger, der beide Faktoren in Rechnung stellt, zu einer suboptimalen Leistung.
Ein Verfahren zum Berechnen eines Parameters, der für das Kanalrauschen repräsentativ ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus JIANZHONG ZHAN et al., INSTITUTE OF ELECTRICAL AND ELECTRONICS ENGINEERS: "Efficient linear equalization for high data rate downlink CDMA signaling", CONFERENCE RECORD OF THE 37th ASILOMAR CONFERENCE ON SIGNALS, SYSTEMS, & COMPUTERS, PACIFIC GROOVE, CA., 9.–12. NOVEMBER 2003, ASILOMAR CONFERENCE ON SIGNALS, SYSTEMS AND COMPUTERS, NEW YORK, NY: IEEE, US, VOL. 1 DER 2. KONF. 37, 9. November 2003 (2003-11-09), Seiten 141–145, XP010701443, ISBN: 0-7803-8104-1 bekannt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Entzerren des empfangenen Chip-Signals, welches durch mehr Wege gestört ist, zu schaffen, bei dem der eine oder mehrere Nachteile des Standes der Technik verbessern oder überwunden sind.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Rauschfaktorberechnung für einen Chip-Entzerrer in einem Spreizspektrum-Empfänger zu schaffen, bei dem die Entzerrung des empfangenen Chip-Signals optimiert ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Rauschfaktorberechnung für einen Chip-Entzerrer in einem Spreizspektrum-Empfänger zu schaffen, das einfach und praktisch zu implementieren ist.
Diese Aufgaben werden durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorstehenden und weitere Aufgabe, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung anhand der begleitenden Zeichnungen hervor, in welchen zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Spreizspektrum-Empfängers gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
2 ein schematisches Schaltbild eines Chip-Entzerrers, der einen Teil eines Entspreizer-Blocks bildet, welcher einen Teil des Spreizspektrum-Empfängers gemäß 1 bildet.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Beschreibung bezieht sich im Einzelnen auf die verschiedenen Merkmale der Erfindung. Um ein Verständnis der Erfindung zu erleichtern, wird in der Beschreibung auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, in welchen ein Verfahren zur Rauschfaktorberechnung für einen Chip-Entzerrer in einem Spreizspektrum-Emp fänger in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt ist. Es ist jedoch selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf die in den Zeichnungen dargestellte bevorzugte Ausführungsform begrenzt ist.
Nunmehr mit Bezug auf 1 zeigt diese allgemein einen Spreizspektrum-Empfänger 10 mit einer Antenne 12 zum Empfangen von Spreizspektrum-Signalen, einem Demodulator 14 zum Demodulieren der Spreizspektrum-Signale, die an der Antenne 12 empfangen worden sind, und einen Analog/Digital-Wandler 16 zur Digitalisierung der demodulierten Signale. Der Spreizspektrum-Empfänger 10 verwendet eine kohärente Demodulation, um das demodulierte Signal unter Verwendung einer lokal erzeugten Code-Sequenz von einem Code-Generator 20 in Verbindung mit einem Entspreizer 18 zu entspreizen. Um in der Lage zu sein, den Entspreizvorgang durchzuführen, muss der Spreizspektrum-Empfänger 10 nicht nur die Kanalisierungscodesequenz, die zum Spreizen des Signals verwendet worden ist, sondern auch die Codes des empfangenen Signals kennen und der lokal erzeugte Code muss synchronisiert sein. Der Code-Synchronisations/Verfolgungsblock 22 führt diesen Vorgang durch. Nach dem Entspreizen werden in einer Datenmodulation und einem Kanalcodierblock 24 Datensymbole demoduliert und der Kanal decodiert, um Informationsdaten zu erhalten.
Der Entspreizerblock 18 in einem herkömmlichen Rake-Empfänger besteht aus einer Anzahl von Entspreizblöcken, jeweils zum Empfangen eines unterschiedlichen Mehrwegsignals. In jedem Finger ist das empfangene Signal durch einen Spreizcode korreliert, der mit der Verzögerung des Mehrwegsignals zeitausgerichtet ist. Für jeden Mehrweg wird das entspreizte Signal dann mit dem komplexen Kehrwert des Kanalschätzwerts multipliziert (gewichtet) und durch einen RAKE-Kombinierer kohärent summiert, um das Ausgangssignal zu bilden.
2 zeigt den Entspreizerblock 18, in welchem die Chip-Entzerrfunktion durchgeführt wird und verschiedene Rechenblöcke des Entspreizerblocks 18. Die Hauptfunktion des Chip-Entzerrers ist es, Koeffizienten zur Verwendung durch das FIR-Filter 40 zu schätzen, um das Eingangssignal zu filtern und die Rechtwinkligkeit der Multicode- Signale wieder herzustellen. Die Ausgangsdaten von einem Ein-Codesignal werden dann zum Entspreizblock 41 geschickt. Im Fall des Multicode-Signalempfangs wird der Ausgang des FIR-Filters 40 mehreren Entspreizblöcken 41 zugeleitet, um entsprechende Multicode-Ausgangsdaten zu bilden. Um die FIR-Filterkoeffizienten zu schätzen, werden ein Mehrwegkanal-Schätzblock 42, ein Rauschfaktor-Rechenblock 44 und ein Koeffizienten-Rechenblock 46 benötigt.
Der Mehrwegkanal-Schätzblock 42 dient zum Berechnen von Kanal- und Rauschvarianzschätzwerten für mehrfach auflösbare Schwundstrecken der Chip-Signale, die an dem Spreizspektrum-Empfänger empfangen werden. Der Block 42 leitet von der I-ten Schwundstrecke einen Kanalschätzwert h ^_I, durch Mittelwertbildung einer Anzahl von entspreizten Pilotsymbolen des Wegs gemäß der Gleichung (5) ab:
wobei p(k)* der komplexe Kehrwert eines Pilotsymbols ist und |p(k)| = 1 ist, K gleich die Anzahl der Pilotsymbole ist, die für die Schätzung verwendet werden, y_l(k) das entspreizte Pilotsymbol des I-ten Wegs ist.
Der entzerrte Schätzwert der Rauschvarianz σ ^2l am Ausgang des I-ten Entspreizers wird durch den Mehrwegschätzblock 42 gemäß der Gleichung (6) berechnet:
Der Rauschfaktorrechenblock 44 hat einen stärksten Kanalschätzblock 48, einen Kanalleistungsrechenblock 50, einen Chip-Energieschätzblock 52 und einen Rechenblock 54 für den skalaren Rauschfaktor. Um den skalaren Rauschfaktor β basierend auf Statistiken des I-ten Wegs zu schätzen, wurden die folgenden Überlegungen bei der Ge staltung der Chip-Entzerrer berücksichtigt. Als Erstes kann die mittlere empfangene Chip-Energie E_chip aus der Gleichung (7) erhalten werden:
wobei M die Anzahl der Chips ist, die bei der Schätzung verwendet werden und r(m) ein Chip ist.
Zweitens kann die Summe P ^ der Leistung der Kanalschätzwerte und der Index m der Schwundstrecke mit der stärksten Kanalschätzleistung aus den Gleichungen (8) und (9) berechnet werden:

wobei h ^_l der Kanalschätzwert der I-ten Schwundstrecke ist.
Schließlich kann der Rauschfaktorschätzwert β ^ unter Verwendung der Gleichung (10) geschätzt werden:
wobei SF der Spreizfaktor des Pilotsignals ist, das an dem Spreizspektrum-Empfänger empfangen worden ist.
Demgemäß berechnet der Mehrwegkanalschätzblock 42 des Chip-Entzerrers einen Kanalschätzwert
und einen Rauschvarianzschätzwert σ ^2l gemäß den vorstehend angegebenen Gleichungen 5 und 6. Die Kanalschätzwerte und Rauschvarianzschätzwerte für jede der mehrfach auflösbaren Schwundstrecken der Chipsignale werden dem Kanalleistungsrechenblock 50 bereitgestellt, wo die Summe P ^ der Leistung der Kanalschätzwerte aus den Kanalschätzwerten h ^_I einfach erhalten wird. Die Summe der Leistung der Kanalschätzwerte wird dann dem Beta-Rechenblock 54 bereitgestellt. Der Chip-Energieschätzblock 52 leitet die geschätzte Chip-Energie E ^_chip aus dem Eingang von I/Q Chip-Abtastungen in Übereinstimmung mit der Gleichung 7 ab.
Es ist vorzuziehen, dass der Rauschfaktor durch Wählen der Kanal- und Rauschvarianzschätzwerte von der Schwundstrecke mit der größten Leistung berechnet wird. In dieser Hinsicht dient der stärkste Kanalschätzblock 48 zum Ableiten der Kanal- und Rauschvarianzschätzwerte h ^_m und σ 2 / m aus der Schwundstrecke mit der größten Leistung.
Der Kanalschätzwert h ^_m und der Rauschvarianzschätzwert σ 2 / m werden dann dem Rechenblock 54 für den skalaren Rauschfaktor bereitgestellt, der dann den Chip-Energieschätzwert, den Kanal- und Rauschvarianzschätzwert der stärksten Schwundstrecke, die Summe der Leistung der Kanalschätzwerte und den Spreizfaktor des Pilotsignals verwendet, um einen Schätzwert für den Rauschfaktor zur Verwendung bei der Berechnung der Filterkoeffizienten abzuleiten.
In dem Filterkoeffizienten-Rechenblock 46 ist die Verstärkungsfaktormatrix G = H^HH + βI aufgebaut, um die Filterkoeffizienten des FIR-Filters zu berechnen, wobei H^HH die Kanalkorrelationsmatrix ist, I die Einheitsmatrix ist und β der Skalarrauschfaktor in einem W-CDMA-System ist.
Die verschiedenen Rechenblöcke des Chip-Entzerrers, die in der 2 gezeigt sind, sowie auch die anderen Elemente des Spreizspektrum-Empfängers, wie in der 1 gezeigt, können unter Verwendung von digitalen Signalverarbeitungstechniken realisiert sein.

Claims

Verfahren zum Berechnen (54) eines Parameters, der ein Kanalrauschen repräsentiert, in Entzerrungsalgorithmen zur Verwendung in einem Chip-Entzerrer, der einen Spreizspektrumempfänger (10) bildet, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Berechnen (42) von Kanal- und Rauschvarianzschätzwerten für mehrfach auflösbare Schwundstrecken von Chip-Signalen, die an dem Spreizspektrumempfänger (10) empfangen werden; Berechnen (50) der Summe der Leistung der Kanalschätzwerte; Schätzen (52) der Chip-Energie der Chip-Signale; und Berechnen (54) des Parameters, der das Kanalrauschen repräsentiert, aus dem Chip-Energieschätzwert, den Kanal- und Rauschvarianzschätzwerten, der Summe der Leistung der Kanalschätzwerte, und einem Spreizfaktor eines Pilotsignals, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt Berechnen (54) des für das Kanalrauschen repräsentativen Parameters dadurch ausgeführt wird, dass die Kanal- und Rauschvarianzschätzwerte aus der Schwundstrecke mit der größten Leistung gewählt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt Berechnen (42) der Kanal- und Rauschvarianzschätzwerte durchgeführt wird, indem ein Despread-Pilotsignal entsprechend jeder Schwundstrecke verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt Berechnen (50) der Summe P ^ der Leistung der Kanalschätzwerte gemäß der Gleichung (1) durchgeführt wird:
wobei h ^_l der Kanalschätzwert der I-ten Schwundstrecke ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Wählens der Schätzwerte des Kanals h ^_m und der Rauschvarianz σ 2 / m aus der Schwundstrecke mit der größten Leistung gemäß der Gleichung (2) durchgeführt wird:
wobei m ein Index der Schwundstrecke mit der größten Leistung ist und h ^l der Kanalschätzwert der I-ten Schwundstrecke ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt Berechnen (54) des für das Kanalrauschen repräsentativen Parameters β in Übereinstimmung mit der Gleichung (3) durchgeführt wird:
wobei E ^_c die geschätzte Chip-Energie der Chip-Signale ist, h ^_m der Kanalschätzwert der Schwundstrecke mit der stärksten Leistung ist, σ 2 / m der Rauschvarianzschätzwert der Schwundstrecke mit der stärksten Leistung ist, SF der Spreizfaktor des Pilotsignals ist, welches an dem Spreizspektrumempfänger (10) empfangen wird und P ^ die Summe der Leistung der Kanalschätzwerte ist.
Verfahren zum Bestimmen der Filterkoeffizienten zur Verwendung in einem Chip-Entzerrer-FIR (Finite Impulse Response) – Filter, das einen Spreizspektrumempfänger (10) bildet, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es aufweist: Berechnen (54) des Parameters, der für das Kanalrauschen repräsentativ ist, unter Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5; Aufbauen einer Matrix G gemäß der Gleichung (4): G = HHH + βI (4)wobei H^HH eine Kanalkorrelationsmatrix ist, I die Einheitsmatrix und β ein Skalarparameter ist, der das Kanalrauschen repräsentiert; und Berechnen (46) der Filterkoeffizienten basierend auf der Matrix G.
Chip-Entzerrer zur Verwendung in einem Spreizspektrumempfänger (10), mit einem oder mehreren Rechenblöcken zur Implementierung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5.