WO1997048192A1 - Process for separating a received mixture of signals - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for separating a received signal mix according to the preamble of claim 1.
- the reception-side separation of a signal mixture in the context of a multi-subscriber signal transmission system is required, for example, on the reception side of the downlink of mobile radio systems in which a fixed base station communicates with a large number of mobile stations can.
- the base station wants to communicate with K subscriber stations in a mobile radio system at the same time. It must therefore be ensured that in the downlink the signal coming from the base station and intended for one of the K subscriber stations can be separated from the signals intended for other subscriber stations in the relevant subscriber station. Such separation is made possible by using multiple access methods.
- FDMA frequency division multiple access
- TDMA time division multiple access
- CDMA code division multiple access
- CDMA Code Division Multiple Access
- the K subscriber signals which each consist of a data sequence with data symbols strung together, differ in the CDMA spreading codes contained in the data symbols, which are also called signatures.
- the following considerations gen primarily concern systems using CDMA.
- the applicability of the method according to the invention is not limited to CDMA systems.
- the separation of a signal mixture which corresponds to a data estimate in CDMA systems, can be accomplished in a known manner by means of signal-adapted filtering (MF, Matched Filtering), which is adapted to the CDMA spreading code of the subscriber.
- MF Matched Filtering
- the transmission of the sum signal s over a mobile radio channel 4 with the impulse response h can be done by multiplication with a matrix
- a combined channel impulse response arises here by discrete folding of a CDMA code c (k) with a time-discrete channel impulse response h with W channel parameters.
- the sum signal s is thus transmitted via a mobile radio channel 4 with the impulse response h.
- the reception signal e results after the addition of a noise signal n symbolized by a summing element 6.
- the received signal e is processed further in a channel equalizer 7 in order to obtain an estimated value s for the transmitted sum signal s.
- the method according to the invention is particularly advantageous if the subscriber-specific CDMA codes are orthogonal. In contrast to the JD algorithm and the IC algorithm, only the channel impulse response h and the subscriber-specific CDMA code, but not the CDMA code of the other subscribers, need to be known in the receiver 5 of the subscriber k.
- the ZF or MMSE criterion can be used in the channel equalizer 7, similarly to the algorithm used in connection with the joint detection (JD, Joint Detection). The estimates for the case of uncorrelated noise n with the variance ⁇ 2 when using the IF criterion and when using the MMSE criterion
- R s E (s * s * T ) is the covariance matrix of the sum signal s.
- the data estimates) c, MMSE according to the MMSE criterion additionally contain an intersymbol (ISI) and multiple access (MAI) interference component.
- ISI intersymbol
- MAI multiple access
- the dimension of the matrix is increased. This reduces the systematic error and thus the additional disruption that the right-hand circular expansion causes, particularly with the first and last data symbols of each participant. It also enables the dimension of the matrix to be a power of two, so that the fast Fourier transform (FFT, Fast Fourier Transform) can be used to solve the problem in the frequency domain.
- FFT Fast Fourier transform
- the main diagonals of the matrix are added the same value ⁇ 2 z and not a higher value for the more disturbed first and last data symbols of a participant, so that the right-hand circular structure of the matrix is preserved.
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Abstract
Description
Beschreibung description
VERFAHREN ZUM SEPARIEREN EINES EMPFANGENEN SIGNALGEMISCHES Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Separieren eines empfangenen Signalgemisches gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. METHOD FOR SEPARATING A RECEIVED SIGNAL MIXTURE The invention relates to a method for separating a received signal mix according to the preamble of claim 1.
Die empfangsseitige Separierung eines Signalgemisches im Rahmen eines Mehrteilnehmer-Signalübertragungssystems, wobei die Übertragung der verschiedenen Teilnehmersignale über ein und denselben Übertragungskanal erfolgt, ist beispielsweise auf der Empfangsseite der Abwärtsstrecke (downlink) von Mobilfunksystemen erforderlich, bei denen eine ortsfeste Basisstation mit einer Vielzahl von Mobilstationen kommunizieren kann. The reception-side separation of a signal mixture in the context of a multi-subscriber signal transmission system, the transmission of the different subscriber signals taking place via one and the same transmission channel, is required, for example, on the reception side of the downlink of mobile radio systems in which a fixed base station communicates with a large number of mobile stations can.
Es ist dabei davon auszugehen, daß die Basisstation mit K Teilnehmerstationen in einem Mobilfunksystem gleichzeitig kommunizieren möchte. Deshalb ist dafür zu sorgen, daß in der Abwärtsstrecke das für eine der K Teilnehmerstationen bestimmte, von der Basisstation kommende Signal in der zutreffenden Teilnehmerstation von den für andere Teilnehmerstationen bestimmten Signalen getrennt werden kann. Ein solches Separieren wird durch das Verwenden von Vielfachzugriffsverfahren ermöglicht. Man unterscheidet die eher klassischen Vielfachzugriffsverfahren Frequenzmultiplex (Frequency Division Multiple Access, FDMA) und Zeitmultiplex (Time Division Multiple Access, TDMA) sowie das moderne Vielfachzugriffsverfah- ren Codemultiplex (Code Division Multiple Access, CDMA) . It can be assumed that the base station wants to communicate with K subscriber stations in a mobile radio system at the same time. It must therefore be ensured that in the downlink the signal coming from the base station and intended for one of the K subscriber stations can be separated from the signals intended for other subscriber stations in the relevant subscriber station. Such separation is made possible by using multiple access methods. A distinction is made between the more classic multiple access methods frequency division multiple access (FDMA) and time division multiple access (TDMA) as well as the modern multiple access method code division multiple access (CDMA).
Diese drei Verfahren können auch in Kombination angewandt werden. Das Vielfachzugriffsverfahren CDMA beruht auf den Prinzipien der Bandspreiztechnik. In CDMA-Systemen unterscheiden sich die K Teilnehmersignale, die jeweils aus einer Datenfolge mit aneinandergereihten Datensymbolen bestehen, durch die in den Datensymbolen enthaltenen CDMA-Spreizcodes, die auch Signaturen genannt werden. Die folgenden Betrachtun gen betreffen in erster Linie Systeme, bei denen CDMA verwendet wird. Allerdings ist die Anwendbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht auf CDMA-Systeme beschränkt. Die Separierung eines Signalgemisches, der bei CDMA-Systemen eine Datenschätzung entspricht, läßt sich in bekannter Weise durch eine signalangepaßte Filterung (MF, Matched Filtering) bewerkstelligen, die jeweils auf den CDMA-Spreizcode des Teilnehmers angepaßt ist . Ein diese signalangepaßte Filterung durchführender Empfänger läßt sich beispielsweise als Korrelator oder als RAKE-Empfänger realisieren, vgl. z.B. das Buch von Proakis, J.G.:„Digital Communications", New York, McGrawHill, 1989. Eine andere bekannte Möglichkeit zur Separierung eines einfallenden Signalgemisches ist die sogenannte Interferenzeliminierung (IC, Interference Cancellation), die z. B. in der deutschen Patentanmeldung 195 09 867.6, in Ewerbring, M.; Gudmundson, B.; Larrson, G.; Teder, P.: „CDMA with interference cancellation: A technique for high capacity wireless Systems", Proc. Int. Conf . Commun., Genf, 1993, Seiten 1901 bis 1906 und in Dent, P.; Gudmundson, B.; Ewerbring, M.: These three methods can also be used in combination. The multiple access procedure CDMA is based on the principles of the spreading technique. In CDMA systems, the K subscriber signals, which each consist of a data sequence with data symbols strung together, differ in the CDMA spreading codes contained in the data symbols, which are also called signatures. The following considerations gen primarily concern systems using CDMA. However, the applicability of the method according to the invention is not limited to CDMA systems. The separation of a signal mixture, which corresponds to a data estimate in CDMA systems, can be accomplished in a known manner by means of signal-adapted filtering (MF, Matched Filtering), which is adapted to the CDMA spreading code of the subscriber. A receiver performing this signal-adapted filtering can be implemented, for example, as a correlator or as a RAKE receiver, cf. eg the book by Proakis, JG: "Digital Communications", New York, McGrawHill, 1989. Another known possibility for separating an incident signal mixture is the so-called interference cancellation (IC, interference cancellation), which is described, for example, in German patent application 195 09 867.6, in Ewerbring, M .; Gudmundson, B .; Larrson, G .; Teder, P .: "CDMA with interference cancellation: A technique for high capacity wireless Systems", Proc. Int. Conf. Commun., Geneva, 1993, pages 1901 to 1906 and in Dent, P .; Gudmundson, B .; Ewerbring, M .:
„CDMA-IC: A novel code division multiple access scheme based on interference cancellation", Proc. Symp. Personal, Indoor and Mobile Radio Commun., Boston, 1992, Seiten 98 bis 102 beschrieben ist. "CDMA-IC: A novel code division multiple access scheme based on interference cancellation", Proc. Symp. Personal, Indoor and Mobile Radio Commun., Boston, 1992, pages 98-102.
Außerdem läßt sich in bekannter Weise eine Separierung eines Signalgemisches mit Hilfe einer sogenannten gemeinsamen Detektion (JD, Joint Detection) durchführen, die beispielsweise in DE 41 21 356 C2 und DE 43 29 320 A1 beschrieben ist. In addition, a signal mixture can be separated in a known manner with the aid of a so-called joint detection (JD, joint detection), which is described, for example, in DE 41 21 356 C2 and DE 43 29 320 A1.
Die signalangepaßte Filterung ergibt bei der Separierung eines Signalgemisches eine sehr schlechte Leistungsfähigkeit, z. B. in Form von Bitfehlerwahrscheinlichkeiten, bei Mehrwegekanälen. Bei der Verwendung der Interferenzeliminierung (IC) und bei der gemeinsamen Detektion (JD) besteht der Nachteil, daß bei der Separierung eines Signalgemisches auf der Empfangsseite die Spreizcodes aller aktiven Teilnehmer, die mit IC oder JD bearbeitet werden sollen, in jedem Empfänger bekannt sein müssen. Im Falle der Abwärtsstrecken (downlinks) in Mobilfunksystemen müssen damit die Spreizcodes, z.B. die CDMA- Codes, die zur Übertragung von der Basisstation zu allen Mobilstationen verwendet werden, in jeder der Mobilstationen bekannt sein und damit zu jeder Mobilstation übertragen werden, was einen hohen zusätzlichen Aufwand bedeutet. Darüber hinaus ist der erforderliche Rechenaufwand bei der Anwendung der Interferenzeliminierung (IC) und der gemeinsamen Detektion (JD) relativ hoch. The signal-adapted filtering results in a very poor performance when separating a signal mixture, e.g. B. in the form of bit error probabilities, with multi-way channels. When using interference elimination (IC) and joint detection (JD) there is the disadvantage that when separating a signal mixture on the receiving side, the spreading codes of all active subscribers that are to be processed with IC or JD must be known in each receiver . In the case of downlinks in mobile radio systems, the spreading codes, for example the CDMA codes, which are used for the transmission from the base station to all mobile stations, must therefore be known in each of the mobile stations and thus transmitted to each mobile station, which is a high additional Effort means. In addition, the computing effort required when using interference elimination (IC) and joint detection (JD) is relatively high.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der empfangsseitigen Separierung eines Signalgemisches in der Abwärtsstrecke (downlink) eine Verbesserung der Leistungsfähigkeit gegenüber der signalangepaßten Filterung zu erzielen und dabei eine ähnlich gute Leistungsfähigkeit wie bei Durchführung einer Interferenzeliminierung (IC) oder einer gemeinsamen Detektion (JD) zu erreichen. Gegenüber der Interferenzeliminierung und der gemeinsamen Detektion soll dabei die Notwendigkeit vermieden werden, die Spreizcodes (CDMA-Codes) aller Teilnehmer an alle Empfänger zu übermitteln. Darüber hinaus soll noch, zumindest in den meisten Fällen, der Rechenaufwand im Vergleich zur Interferenzeliminierung und zur gemeinsamen Detektion verringert werden. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem gattungsgemäßen Verfahren durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst . Zu der im ersten Schritt durchgeführten Kanalentzerrung läßt sich prinzipiell jeder beliebige, z.B. aus der Literatur (beispielsweise das bereits genannte Buch von Proakis, J.G.:„Digital Communications", New York, McGraw-Hill, 1989) bekannte Entzerrer einsetzen. Zweckmäßige Weiterbildungen und Ausführungsmöglichkeiten des Verfahrens nach der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Einige der Unteransprüche enthalten besonders vorteilhafte Möglichkeiten zur Kanalentzerrung. The object of the invention is to achieve an improvement in performance compared to signal-matched filtering in the separation of a signal mixture in the downlink (downlink) at the receiving end, and a performance similar to that in performing interference elimination (IC) or joint detection (JD). to reach. In contrast to interference elimination and joint detection, the need to transmit the spreading codes (CDMA codes) of all participants to all receivers is to be avoided. In addition, at least in most cases, the computational effort is to be reduced in comparison with interference elimination and for joint detection. According to the invention, this object is achieved in a generic method by the features specified in the characterizing part of claim 1. In principle, any equalizer known from the literature (for example the book by Proakis, JG: "Digital Communications", New York, McGraw-Hill, 1989) mentioned in the literature can be used for the channel equalization carried out in the first step. Appropriate further developments and possible embodiments of the method according to the invention are specified in the subclaims. Some of the subclaims contain particularly advantageous options for channel equalization.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Separierung eines Signalgemisches wird im folgenden noch anhand eines beispielhaften Systemmodells für die Abwärtsstrecke eines digitalen CDMA-Mobilfunksystems erläutert. Es zeigen: The method according to the invention for separating a signal mixture is explained below using an exemplary system model for the downlink of a digital CDMA mobile radio system. Show it:
Fig. 1 das Blockschaltbild dieses Systemmodells für die Fig. 1 shows the block diagram of this system model for the
Abwärtsstrecke eines Mobilfunksystems, Downlink of a mobile radio system,
Fig. 2 die Struktur der Kovarianzmatrix RQ , 2 shows the structure of the covariance matrix RQ,
Fig. 3 die Struktur der Matrix undFig. 3 shows the structure of the matrix and
Fig. 4 Schritte zur Modifikation der Matrix und Fig. 4 steps to modify the matrix and
Matrixinversion. Matrix inversion.
In diesem Zusammenhang wird ein Datenschätzalgorithmus zur Einzeldetektion, nämlich ein sogenannter SD (Single User Detection) -Algorithmus entwickelt. Bei der folgenden Beschreibung des zeitdiskreten Systemmodells werden Vektoren und Matrizen in kleinen bzw. großen Buchstaben fettgeschrieben, komplexe Größen sind unterstrichen. Die komplexe Konjugation bzw. die Transposition werden durch (.)* bzw. (.)T, die Bildung des Erwartungswertes wird durch E(.) beschrieben. Wie Fig. l zeigt, überträgt eine Basisstation 1 K Datensymbolfolgen d(k) , k=1 . . . K, zu K Teilnehmerstationen, die gleichzeitig im gleichen Frequenzband in der gleichen Funkzelle bedient werden. Die Datensymbolfolgen d(k), k=1 . . . K, repräsentieren einen Datenblock entweder vor oder nach der Mittambel. JedesIn this context, a data estimation algorithm for single detection, namely a so-called SD (single user detection) algorithm, is being developed. In the following description of the discrete-time system model, vectors and matrices are bolded in small and large letters, complex sizes are underlined. The complex conjugation or transposition is described by (.) * Or (.) T , the formation of the expected value is described by E (.). As shown in FIG. 1, a base station 1 transmits K data symbol sequences d (k) , k = 1. , , K, to K subscriber stations that are operated simultaneously in the same frequency band in the same radio cell. The data symbol sequences d (k) , k = 1. , , K, represent a data block either before or after the midamble. each
Datensymbol der Datensymbolfolge d (k) wird in der Basisstation 1 unter Einsatz von Einrichtungen 2 zum Beaufschlagen mit den teilnehmerspezifischen Codes mit einem jeweils teilnehmer- spezifischen CDMA-Code c (k) , k=1 . . . K, gespreizt. In der Basiss Station 1 wird dann mittels eines Summierglieds 3 ein Summensignal s. gebildet. Das Summensignal s ergibt sich zu The data symbol of the data symbol sequence d (k) is generated in the base station 1 using devices 2 for loading the subscriber-specific codes with a subscriber-specific CDMA code c (k) , k = 1. , , K, spread. In the base Station 1 is then a sum signal s by means of a summing element 3. educated. The sum signal s results in
8 = (S1,S2...SNQ)T = C·d (1) mit der Matrix 8 = (S 1 , S 2 ... S NQ ) T = CD (1) with the matrix
C = (Ci,j); i=1...QN; j=1...KN; Q = Chipzahl des Codes C = (C i, j ); i = 1 ... QN; j = 1 ... KN; Q = number of chips in the code
CQ(n-1)+g, k+K(n-1) =C Q (n-1) + g, k + K (n-1) =
die die teilnehmerspezifischen CDMA-Codes enthält, und mit einem kombinierten Datenvektor d = (d1d2...dKN)T. (3) which contains the subscriber-specific CDMA codes, and with a combined data vector d = (d 1 d 2 ... d KN ) T. (3)
Die Übertragung des Summensignals s über einen Mobilfunkkanal 4 mit der Impulsantwort h kann durch eine Multiplikation mit einer Matrix The transmission of the sum signal s over a mobile radio channel 4 with the impulse response h can be done by multiplication with a matrix
F = (Fi,j); i=1...QN+W-1; j=1...QN; dargestellt werden. Das Empfangssignal e ergibt sich zu e = F·s+n = F·C·d+n = A d + n (5) mit der additiven Rauschfolge n. Die Systemmatrix F = (F i, j ); i = 1 ... QN + W-1; j = 1 ... QN; being represented. The received signal e results in e = F · s + n = F · C · d + n = A d + n (5) with the additive noise sequence n. The system matrix
A = F·C (6) zur Darstellung des Empfangssignals e lautet A = F · C (6) to represent the received signal e
A = (Ai,j); i=1...NQ+WQ-1; j=1...KN; A = (A i, j ); i = 1 ... NQ + WQ-1; j = 1 ... KN;
Die K Teilnehmersignale werden von der Basisstation 1 zu den einzelnen Teilnehmern über K unterschiedliche Kanäle übertragen, die durch die K kombinierten Impulsantworten b(k)= (b1 (k), b2 (k)... (8) charakterisiert werden. Eine kombinierte Kanalimpulsantwort entsteht hierbei durch diskrete Faltung eines CDMA-Codes c(k) mit einer zeitdiskreten Kanalimpulsantwort h mit W Kanalparametern. Wie bereits beschrieben, wird das Summensignal s also über einen Mobilfunkkanal 4 mit der Impulsantwort h übertragen. Im Empfänger 5 eines Teilnehmers k, 1. . . K, ergibt sich dann nach der durch ein Summierglied 6 symbolisierten Addition eines Rauschsignals n das Empfangssignal e. Das Empfangssignal e wird in einem ersten Schritt in einem Kanalentzerrer 7 weiterverarbeitet, um einen Schätzwert s für das gesendete Summensignal s zu erhalten. In einem zweiten Schritt wird dann mittels eines signalangepaßten Filters 8, das speziell auf den spezifischen Code c(k), k=1 . . . K, des interessierenden Teilnehmers k angepaßt ist , eine codeangepaßte Filterung durchgeführt . Durch diese Maßnahme werden wertkontinuierlicheThe K subscriber signals are transmitted from the base station 1 to the individual subscribers via K different channels, which are combined by the K combined impulse responses b (k) = (b 1 (k) , b 2 (k) ... (8) can be characterized. A combined channel impulse response arises here by discrete folding of a CDMA code c (k) with a time-discrete channel impulse response h with W channel parameters. As already described, the sum signal s is thus transmitted via a mobile radio channel 4 with the impulse response h. In the receiver 5 of a participant k, 1.. , K, the reception signal e then results after the addition of a noise signal n symbolized by a summing element 6. In a first step, the received signal e is processed further in a channel equalizer 7 in order to obtain an estimated value s for the transmitted sum signal s. In a second step, using a signal-adapted filter 8, which is specific to the specific code c (k) , k = 1. , , K, the subscriber of interest k is adapted, code-matched filtering is carried out. This measure makes the value continuous
Schätzwerte k=1 . . . K, der gesendeten Datensymbolfolgen d( k), k=1 . . . K, bestimmt. Besonders vorteilhaft ist das Verfahren nach der Erfindung, wenn die teilnehmerspezifischen CDMA- Codes orthogonal sind. Im Empfänger 5 des Teilnehmers k müssen somit im Gegensatz zum JD-Algorithmus und zum IC-Algorithmus nur die Kanalimpulsantwort h und der eigene teilnehmerspezifische CDMA-Code, dagegen nicht der CDMA-Code der übrigen Teilnehmer bekannt sein. Zur Bestimmung des Schätzwertes für die gesendete Symbolfolge s kann im Kanalentzerrer 7 ähnlich wie bei dem im Zusammenhang mit der gemeinsamen Detektion (JD, Joint Detection) eingesetzten Algorithmus das ZF- oder MMSE-Kriterium angewandt werden. Die Schätzwerte ergeben sich für den Fall unkorrelierten Rauschens n mit der Varianz σ2 bei Anwendung des ZF-Kriteriums zu und bei Anwendung des MMSE-Kriteriums zu Estimates k = 1. , , K, the transmitted data symbol sequences d (k) , k = 1. , , K, definitely. The method according to the invention is particularly advantageous if the subscriber-specific CDMA codes are orthogonal. In contrast to the JD algorithm and the IC algorithm, only the channel impulse response h and the subscriber-specific CDMA code, but not the CDMA code of the other subscribers, need to be known in the receiver 5 of the subscriber k. To determine the estimated value for the transmitted symbol sequence s, the ZF or MMSE criterion can be used in the channel equalizer 7, similarly to the algorithm used in connection with the joint detection (JD, Joint Detection). The estimates for the case of uncorrelated noise n with the variance σ 2 when using the IF criterion and when using the MMSE criterion
Die Datenschätzwerte nach der codeangepaßten Filterung im teilnehmerspezifisch signalangepaßten Filter 8 ergeben sich zu The estimated data values after the code-matched filtering in the subscriber-specific signal-matched filter 8 result in
wobei Rs=E(s·s*T) die Kovarianzmatrix des Summensignals s ist. Die Datenschatzwerte c,ZF nach dem ZF-Kriterium enthalten einen Nutz- und einen Rauschanteil, die Datenschätzwerte ) c,MMSE nach dem MMSE-Kriterium enthalten zusätzlich einen Intersymbol (ISI) - und Vielfachzugriffs (MAI) -Interferenzanteil . where R s = E (s * s * T ) is the covariance matrix of the sum signal s. Contain the data values c, ZF according to the ZF criterion a useful and a noise component, the data estimates) c, MMSE according to the MMSE criterion additionally contain an intersymbol (ISI) and multiple access (MAI) interference component.
Im Falle der MMSE-Entzerrung muß die Kovarianzmatrix Rs , die davon abhängig ist, wieviele Teilnehmer momentan aktiv sind und welche CDMA-Codes verwendet werden, mit jedem dazukommenden oder wegfallenden Teilnehmer neu bestimmt werden. Die Kovarianzmatrix Rs besitzt eine Band- und Blockstruktur gemäß Fig. 2 und ist hermitesch. Für den Fall, daß die Betragsquadrate der Komponenten des Datenvektors d und der teilnehmerspezifischen CDMA-Codes c(k), k=1 . . . K, gleich Eins sind, haben alle Elemente auf der Hauptdiagonalen von Rs den Wert K. Die Beträge der Werte auf den Q- 1 besetzten Nebendiagonalen sind kleiner als K. Um die rechenaufwendige Inversion der Kovarianzmatrix Rs zu vermeiden, wird diese Matrix, da sie nur dünn belegt ist, angenähert durch Rs ≈ K·I (13) mit der (NO) · (NO) -Einheitsmatrix I. Hiermit ergeben sich aus der Gleichung (12) die Datenschätzwerte im Falle der MMSE- Entzerrung zu In the case of MMSE equalization, the covariance matrix R s , which depends on how many subscribers are currently active and which CDMA codes are used, must be redetermined with each subscriber who is added or is dropped. The covariance matrix R s has a band and block structure according to FIG. 2 and is Hermitian. In the event that the amount squares of the components of the data vector d and the subscriber-specific CDMA codes c (k) , k = 1. , , K, equal to one, all elements on the main diagonal of R s have the value K. The amounts of the values on the Q-1-occupied secondary diagonals are smaller than K. In order to avoid the computationally inverse inversion of the covariance matrix R s , this matrix, since it is only sparsely occupied, approximated by R s ≈ K · I (13) with the (NO) · (NO) unit matrix I. This gives the data estimates in the case of MMSE equalization from equation (12)
Die Datenschätzwerte entsprechend der Gleichungen (11) und (14) können entweder direkt mittels Matrixinversion oder indirekt mittels Cholesky-Zerlegung bestimmt werden. Bei der indirekten Bestimmung werden zunächst die Schätzwerte s mittels Cholesky-Zerlegung bestimmt, und anschließend wird die Multiplikation mit der Matrix C*T zur Bestimmung des Schätzwertes ausgeführt. Im folgenden wird am Beispiel des MMSE-Kanalentzerrers nach der Gleichung (14) ein Verfahren zur suboptimalen rechenaufwandgünstigen Bestimmung der Datenschätzwerte im Frequenzbereich hergeleitet. Dazu wird ein bereits bekanntes Verfahren angewandt, das eine aufwandsgünstige Matrixinversion im Frequenzbereich erlaubt, sofern die zu invertierende Matrix rechtszirkulant ist. Die in der Gleichung (14) zu invertierende Matrix X hat die in Fig. 3 dargestellte Struktur The estimated data values according to equations (11) and (14) can be determined either directly by means of matrix inversion or indirectly by means of Cholesky decomposition. In the indirect determination, the estimated values s are first determined using Cholesky decomposition, and then the multiplication with the matrix C * T is used to determine the estimated value executed. In the following, using the example of the MMSE channel equalizer according to equation (14), a method for the suboptimal calculation of the data estimates in the frequency domain, which is inexpensive in terms of computing power, is derived. For this purpose, an already known method is used, which allows an inexpensive matrix inversion in the frequency domain, provided that the matrix to be inverted is right-handed. The matrix X to be inverted in equation (14) has the structure shown in FIG. 3
und ist somit nur näherungsweise rechtszirkulant. In der Fig. 3 sind gleiche Elemente durch gleiche Schraffur dargestellt. and is therefore only approximately right-wing. In Fig. 3, the same elements are shown by the same hatching.
Die Matrix ist hermitesch, dünn belegt und besitzt The matrix is Hermitian, thinly coated and possesses
eine Bänderstruktur, wobei die Haupt- und jede der Nebendiagonalen jeweils aus gleichen Werten besteht. Die Matrix a band structure, the main and each of the secondary diagonals each consisting of the same values. The matrix
wird derart modifiziert, daß die aufwandsgünstige is modified so that the inexpensive
Inversion im Frequenzbereich möglich wird, und die daraus resultierende Inverse wird als Näherungslösung für Inversion in the frequency domain becomes possible, and the resulting inverse is used as an approximation for
in der Gleichung (14) verwendet. Folgende Modifikationen der Matrix werden vorgenommen: used in equation (14). The following modifications to the matrix are made:
Die Matrix wird rechtszirkulant erweitert, d.h. die zur Rechtszirkulanz fehlenden Matrixelemente werden ergänzt. Dadurch wird die aufwandsgünstige Matrixinversion im Frequenzbereich möglich. The matrix is expanded to the right, i.e. the matrix elements that are missing for the right-hand circle are added. This enables the cost-effective matrix inversion in the frequency domain.
Die Dimension der Matrix wird erhöht. Dadurch wird der systematische Fehler und damit die zusätzliche Störung, die die rechtszirkulante Erweiterung besonders bei den ersten und letzten Datensymbolen jedes Teilnehmers bewirkt, verringert. Weiterhin wird dadurch ermöglicht, daß die Dimension der Matrix eine Zweierpotenz ist, so daß zur Lösung im Frequenzbereich die schnelle Fourier- Transformation (FFT, Fast Fourier Transform) angewendet werden kann. Zu jedem Element der Hauptdiagonalen der Matrix wird zusätzlich zum Term siehe Gleichung (14), der die The dimension of the matrix is increased. This reduces the systematic error and thus the additional disruption that the right-hand circular expansion causes, particularly with the first and last data symbols of each participant. It also enables the dimension of the matrix to be a power of two, so that the fast Fourier transform (FFT, Fast Fourier Transform) can be used to solve the problem in the frequency domain. For each element of the main diagonals of the matrix, in addition to the term, see equation (14), which is the
Varianz des Rauschens repräsentiert, eine zusätzliche Varianz σ2 z addiert. Diese Varianz σ2 z repräsentiert den zusätzlichen Störterm, der durch das rechtszirkulante Erweitern der ursprünglich nicht rechtszirkulanten Represents variance of the noise, an additional variance σ 2 z is added. This variance σ 2 z represents the additional perturbation caused by the right-hand circular expansion of the originally non-right-hand circulants
Matrix eingefügt wird. Zu jedem Element der Matrix is inserted. To every element of the
Hauptdiagonalen der Matrix wird der gleiche Wert σ2 z addiert und nicht ein für die stärker gestörten ersten und letzten Datensymbole eines Teilnehmers höherer Wert, damit die rechtszirkulante Struktur der Matrix erhalten bleibt. Die Schritte zur Modifikation der Matrix und Matrix- The main diagonals of the matrix are added the same value σ 2 z and not a higher value for the more disturbed first and last data symbols of a participant, so that the right-hand circular structure of the matrix is preserved. The steps to modify the matrix and matrix
inversion sind in Fig. 4 dargestellt. Nach der Berechnung der Inversen im Frequenzbereich wird eine Teilmatrix aus der Inversen ausgeschnitten, die die Dimension der ursprünglichen Matrix hat. Diese Teilmatrix wird in der Gleichung (14) anstelle der Matrix verwendet.inversion are shown in Fig. 4. After calculating the inverse in the frequency domain, a sub-matrix is cut out of the inverse, which has the dimension of the original matrix. This sub-matrix is used in equation (14) instead of the matrix.
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