DE19523327C2 - Verfahren zur verbesserten Schätzung der Impulsantwort eines Übertragungskanals - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln des Über­ tragungsverhaltens eines Übertragungssystems, welches von ei­ nem Sender ein Signal an einen Empfänger überträgt, bei dem das Signal ein Trainingssignal einer Trainingssequenz mit be­ kanntem Informationsgehalt enthält, der Verlauf des Trai­ ningssignals am empfängerseitigen Ende des Übertragungssy­ stems zu bestimmten Zeitpunkten abgetastet und gespeichert wird und bei dem aus dem Trainingssignal eine geschätzte Im­ pulsantwort des Übertragungssystems oder seine geschätzte Übertragungsfunktion ermittelt wird.

Ein derartiges Verfahren ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 40 07 989 A1 bekannt. Bei diesem Verfahren zum Bestimmen der Koeffizienten eines Transversal- Entzerrers wird eine vorausbestimmte, zyklische Symbolfolge (Trainingsfolge) in einem Übertragungskanal vor einer Information gesendet, um die Übertragungsfunktion eines Entzerrers berechnen zu können.

Ein weiteres derartiges Verfahren ist aus dem Fachaufsatz von A. Baier, "Correlation and Iterative Channel Estimation in Adaptive Viterbi Equalizers for TDMA Mobile Radio Systems", ITG Fachbericht zur Fachtagung "Stochastische Modelle und Methoden der Informationstechnik", Bd. 107, Nürnberg, April 1989, S. 363-368, bekannt. Bei der Übertragung von Signalen zwischen einem Sender und einem Empfänger wird wie dort be­ schrieben zur Sicherung der Übertragungsqualität bei stark schwankendem Übertragungsverhalten des Kanals zusammen mit dem Nutzsignal ein Trainingssignal, bestehend aus einer Trainingssequenz, gesendet. Diese Trainingssequenz enthält auch am Empfänger bekannte Informationen und hat in bestimm­ ten Bereichen eine impulsförmige Autokorrelationsfunktion. Diese Eigenschaften der Trainingssequenz werden am Empfänger dazu genutzt, das aktuelle Übertragungsverhalten des Kanals bei der Übertragung der Trainingssequenz abzuschätzen. Dazu wird unterstellt, daß der Kanal während der Empfangszeit der Trainingssequenz ein unverändertes Übertragungsverhalten hat. Aus der empfangenen, abgetasteten und gespeicherten Trai­ ningssequenz und der gespeicherten bekannten Trainingssequenz wird die Impulsantwort des Übertragungskanals durch korrela­ tive Filterung im Empfänger bestimmt.

Die so ermittelten Übertragungskoeffizienten werden für die Entzerrung der Informationssignale genutzt. Bei dem bekannten Verfahren wird die während der Übertragung der Trainingsse­ quenz ermittelte Impulsantwort oder Übertragungsfunktion des Übertragungssystems durch ein Gradientenabstiegsverfahren während des Empfangs der Nutzsignale iterativ an ein verän­ dertes Übertragungsverhalten angepaßt. Dafür werden klassi­ sche Verfahren wie das LMS-Verfahren (least mean square), das auch unter dem Namen Fehlerquadratverfahren bekannt ist, oder das RLS-Verfahren (recursive least square) angewendet. Mit den aktualisierten Übertragungskoeffizienten erreicht man ei­ ne verbesserte Entzerrung, bei der die Fehleranzahl gerade in den Bits, die von der Trainingssequenz weiter entfernt sind - und bei deren Übertragung der Kanal wahrscheinlich ein gegen­ über der Trainingssequenz verändertes Übertragungsverhalten aufweist - die Fehleranzahl in der Nähe der Trainingssequenz nicht wesentlich übersteigt.

Trotz dieser Aktualisierung der Koeffizienten der Impulsant­ wort oder der Übertragungsfunktion des Übertragungssystems ist die Fehlerhäufigkeit noch zu hoch. Da von ihr sowohl die Übertragungsqualität als auch der Aufwand für Fehlerkorrek­ turschaltungen und andere Maßnahmen zur Kompensation, wie z. B. stärkere Sender und Empfänger, abhängen, ist es wün­ schenswert, die Fehlerhäufigkeit zu verringern.

Dafür müssen die Ursachen für das Auftreten von Fehlern be­ seitigt werden. So ist die durch die Korrelation gewonnene Schätzung der Impulsantwort fehlerbehaftet, da die empfangene Trainingssequenz z. B. durch Rauschen gestört ist. Je kleiner die Anzahl der zur Korrelation verwendeten Bits ist, desto größer ist deshalb der Schätzfehler. Ein weiterer Nachteil der korrelativen Schätzung ist, daß auf direktem Weg keine Aussage über die Qualität der Schätzung möglich ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur verbesserten Schätzung der Impulsantwort oder Übertragungsfunktion eines Übertragungssystems anzugeben.

Diese Aufgabe wird für das eingangs genannte bekannte Verfah­ ren dadurch gelöst, daß unter Berücksichtigung der geschätz­ ten Impulsantwort oder der geschätzten Übertragungsfunktion aus den bekannten Informationen der Trainingssequenz ein be­ rechneter Verlauf des Trainingssignals am empfangsseitigen Ende des Übertragungssystems zu den genannten Zeitpunkten rekonstruiert wird, daß die Abweichung zwischen dem tatsäch­ lichen Verlauf und dem berechneten Verlauf des Trainingssi­ gnals ermittelt wird, daß die geschätzte Impulsantwort oder die geschätzte Übertragungsfunktion in einem oder mehreren Schritten so geändert wird, daß die Abweichung zwischen den beiden Verläufen minimal ist, und daß zum Beschreiben des Übertragungsverhaltens des Übertragungssystems diejenige Im­ pulsantwort oder Übertragungsfunktion verwendet wird, bei der die Abweichung minimal ist.

Bei der Erfindung wird also eine erste Schätzung der Kanalim­ pulsantwort als Ausgangspunkt für eine verbesserte Schätzung verwendet. Mit Hilfe dieser ersten Schätzung der Impulsant­ wort oder Übertragungsfunktion des Übertragungssystems zum Zeitpunkt der Übertragung der Trainingssequenz wird der Ver­ lauf des Trainingssignals rekonstruiert und es wird die Ab­ weichung zwischen dem tatsächlichen Verlauf und dem Verlauf des rekonstruierten Trainingssignals ermittelt. Die ge­ schätzte Impulsantwort oder die Übertragungsfunktion werden anschließend in einem oder mehrere Schritten so geändert, daß die Abweichung zwischen den beiden Verläufen minimal ist. Zur Beschreibung des Übertragungsverhaltens des Übertragungssy­ stems wird diejenige Impulsantwort oder Übertragungsfunktion verwendet, bei der die Abweichung minimal ist.

Da die Übertragungsfunktion als die Fouriertransformierte der Impulsantwort und umgekehrt die Impulsantwort als Fourier­ transformierte der Übertragungsfunktion angesehen werden kann, kann das Verfahren sowohl im Frequenz- als auch im Zeitbereich durchgeführt werden kann. Sollte im folgenden deshalb der Begriff Impulsantwort bei der Erläuterung auftre­ ten, so kann als Alternative auch die Übertragungsfunktion anstelle der Impulsantwort verwendet werden.

Es erweist sich, daß durch die verbesserte Schätzung der Im­ pulsantwort oder Übertragungsfunktion des Übertragungssystems zur Zeit der Übermittlung der Trainingssequenz ein besserer Ausgangspunkt für die Entzerrung der übertragenen Funktionen gegeben ist. Insgesamt sinkt die Fehleranzahl bei der auf der verbesserten Schätzung beruhenden Entzerrung der empfangenen Signale. Damit steigt die Übertragungsqualität des Kanals. Durch die Möglichkeit, gestörte Signale korrekt zu demodulieren, ist es möglich, den Gesamtempfänger hinsicht­ lich Preis und/oder Leistungsfähigkeit zu optimieren.

Da mehr Bits als bei der korrelativen Schätzung im erfin­ dungsgemäßen Verfahren für die Schätzung der Impulsantwort oder Übertragungsfunktion des Übertragungssystems verwendet werden, ist der Einfluß des Rauschens gemindert und somit verringert sich der Schätzfehler, der durch das Rauschen ver­ ursacht wird. Weiterhin wird der durch nicht ideale Korrela­ tionseigenschaften entstehende systematische Schätzfehler ausgeglichen.

Durch die Auswertung der Abweichungen zwischen dem berechne­ ten und tatsächlichen Trainingssignal für eine Fehlerabschät­ zung sind Aussagen über den Zustand des Kanals möglich.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß zur Ermittlung der geschätzten Impulsantwort oder der Übertragungsfunktion des Übertragungssystems das Trainingssi­ gnal einer Autokorrelationsanalyse unterzogen wird. Dadurch wird gewährleistet, daß für die verbesserte Schätzung ein günstiger Ausgangspunkt gewählt ist.

Das Verfahren nach der Erfindung mit der verbesserten Schät­ zung der Übertragungseigenschaften läßt sich zweckmäßig so gestalten, daß zur Änderung der geschätzten Impulsantwort oder der geschätzten Übertragungsfunktion das an sich bekann­ te RLS- und/oder das LMS-Verfahren eingesetzt wird.

Alternativ zu dem erstgenannten RLS- oder LMS-Verfahren kann auch ein Verfahren eingesetzt werden, das zur Änderung der geschätzten Impulsantwort oder der geschätzten Übertragungs­ funktion ein schnell konvergierendes Iterationsverfahren verwendet, bei dem die Änderung der Koeffizienten der Impuls­ antwort oder der Übertragungsfunktion in jedem Schritt durch eine Summation über die mit den Fehlersignalen gewichteten Koeffizienten erfolgt. Durch den Einsatz dieser Weiterbildung der Erfindung wird erreicht, daß bereits nach einem oder we­ nigen Schritten die Abweichung zwischen dem rekonstruierten Trainingssignal und dem bekannten Signal minimal ist. Weiter­ hin wird erreicht, daß diese Koeffizienten nur einmal neu be­ rechnet werden müssen. Da häufig nur ein Iterationsschritt erforderlich ist, treten Stabilitätsprobleme in den Hinter­ grund. Auch die Robustheit des Verfahrens gegenüber Störquel­ len läßt sich durch Anwendung des neuen beschleunigten Ver­ fahrens verbessern.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß die Abweichungen zwischen der berechneten und tatsächlichen Trainingssequenz für die Abschätzung des Zustandes des Über­ tragungssystems verwendet werden. Aufgrund dieser Kanalzu­ standsinformation ist es möglich, die Leistungsfähigkeit von Fehlerkorrekturverfahren zu verbessern.

Ein Ausführungsbeispiel mit weiteren zweckmäßigen Ausgestal­ tungen der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein typisches Signalformat für ein digitales Mehrka­ nalmobilfunksystem,

Fig. 2 die digitale Signalverarbeitung im Demodulator des Empfängers als Blockschaltbild,

Fig. 3 die verbesserte Schätzung der Koeffizienten der Kana­ limpulsantwort mit einem Iterationsverfahren

Fig. 4 das Verfahren nach der Erfindung zur verbesserten Schätzung der Koeffizienten der Kanalimpulsantwort unter Verwendung des bekannten LMS-Verfahrens in ei­ nem Flußdiagramm,

Fig. 5 Verfahren zur verbesserten Schätzung der Koeffizien­ ten der Kanalimpulsantwort unter Verwendung des neuen beschleunigten Verfahrens,

Fig. 6 ein Blockschaltbild der Koeffizientenschätzung mit dem beschleunigten Verfahren, und

Fig. 7 ein Blockschaltbild für die Berechnung der Kanalzu­ standsinformation.

Fig. 1 zeigt die Struktur der Information im Funkkanal eines Mobilfunksystems. Um die sich ständig ändernden Kanaleigen­ schaften technisch ausgleichen zu können, wird ein Signal 10 in Zeitschlitze TS1, TS2, . . ., TSm, sogenannte Bursts, unter­ teilt. In Fig. 1 sind ein erster Burst 12, ein zweiter Burst 14 und ein letzter Burst 16 dargestellt. Zwischen dem Burst 14 und dem Burst 16 können sich weitere nicht dargestellte Bursts befinden. Die Struktur eines typischen Bursts wird anhand des Bursts 12 dargestellt. Er enthält Einleitungs- und Abschlußbits 18, Datenbits 20 (z. B. Data 1, Data 2) und eine Trainingssequenz 22.

Die Einleitungs- und Abschlußbits 18 bleiben im folgenden au­ ßer Betracht. Die Datenbits 20 enthalten die zu übertragenden Informationen. Bei diesen Informationen kann es sich sowohl um Signalisierungs- als auch Verkehrsinformationen handeln. Die Trainingssequenz 22 dient zur Rahmensynchronisation und dazu, die Übertragungsfunktion oder Impulsantwort des Übertragungskanals, die sich zwischen den einzelnen Bursts und auch während der Übertragung eines einzelnen Bursts ändern kann, zu bestimmen.

Anhand der Fig. 2 wird die Einbeziehung des Verfahrens ent­ sprechend der Erfindung in die digitale Signalverarbeitung eines Demodulators eines Empfängers erläutert. In der Fig. 2 wandelt ein erster A-D-Wandler 30, der ein empfangenes und bereits demoduliertes analoges Signal Q in ein digitales Si­ gnal umwandelt. Ein zweiter A-D-Wandler 32 wandelt ein zwei­ tes empfangenes und ebenfalls demoduliertes analoges Signal I in ein digitales Signal Re um. Da die Trennung des empfange­ nen Signals für die Erläuterung der Erfindung unwesentlich ist, wird im folgenden nur noch von einem empfangenen Signal gesprochen. Auch Fig. 2 zeigt die digitale Signalverarbei­ tung nur für eines dieser Signale Q oder I.

Das digitalisierte empfangene Signal wird in einem Speicher 34 abgespeichert, so dab im Verlauf des Verfahrens bei Bedarf auf das empfangene Signal zurückgegriffen werden kann. Ein weiterer Speicher 36 speichert die geschätzten Koeffizienten der Kanalimpulsantwort. Auf die empfangenen Daten im Speicher 34 wird unter anderem von einem Entzerrer 38 zugegriffen, der diese Daten entzerrt und an seinem Ausgang für die nachfol­ gende Verarbeitung zur Verfügung stellt.

Der Entzerrer 38 benötigt für die Durchführung der Entzerrung der empfangenen Daten die Koeffizienten der Kanalimpulsant­ wort aus dem Speicher 36. Beim erstmaligen Festlegen dieser Koeffizienten befindet sich ein Schalter 40 in der Position 1. In dieser Stellung werden die Koeffizienten der Kanalim­ pulsantwort zur Zeit der Übertragung der Trainingssequenz nach dem in Fig. 3 näher erläuterten erfindungsgemäßen Ver­ fahren in einem Abschätzbaustein 42 bestimmt und anschließend im Speicher 36 abgelegt, wo sie vom Entzerrer 38 entnommen werden können. Dazu wird die empfangene und digitalisierte Trainingssequenz 22 entsprechend der Fig. 1 dem Speicher 34 entnommen und die im Empfänger gespeicherte Trainingssequenz 44 dem Abschätzbaustein 42 zugeführt.

Für die Entzerrung der Datensequenzen 20 innerhalb des Bursts 12 entsprechend der Fig. 1 wird der Schalter 40 in die Posi­ tion 2 gebracht. Die Koeffizienten der Kanalimpulsantwort werden nun mit Hilfe einer iterativen Kanalnachführung 46 be­ rechnet, bevor sie wiederum im Speicher 36 abgelegt werden, von wo sie der Entzerrer 38 entnimmt. Die iterative Kanal­ nachführung 46 wird entsprechend dem Stand der Technik durch­ geführt. Die Koeffizienten der Kanalimpulsantwort werden da­ bei mit Hilfe eines Gradientenabstiegsverfahrens den Über­ tragungsverhältnissen während der Übertragung der Datense­ quenz 20 nach Fig. 1 angepaßt. Dazu entnimmt die iterative Kanalnachführung 46 dem Speicher 34 die empfangenen verzerr­ ten Daten. Dem Speicher 36 entnimmt die Kanalnachführung 46 in jedem Schritt die alten Koeffizienten der Kanalimpulsant­ wort. Als dritte Eingangssignalfolge werden die entzerrten Daten zeitverzögert dem Entzerrer 38 entnommen und der Kanal­ nachführung 46 zugeführt.

Die Signalverarbeitung wird mit Hilfe einer Steuerung 48 ko­ ordiniert und synchronisiert. Die Steuerung 48 enthält übli­ cherweise einen Mikroprozessor, der von einem Programm ge­ steuert wird.

Die Fig. 3 zeigt als Blockschaltbild die Abschätzung der Koeffizienten der Kanalimpulsantwort nach dem erfindungsgemä­ ßen Verfahren. Ein erster Funktionsblock 50 führt eine korre­ lative Schätzung der Koeffizienten der Kanalimpulsantwort durch. Dem Funktionsblock 50 ist ein weiterer Funktionsblock 52 nachgestellt, in welchem die Verbesserung der Schätzung durchgeführt wird. In Fig. 3 bezeichnen weiterhin u die Se­ quenz der empfangenen verzerrten Trainingssignale, a die Se­ quenz der bekannten im Empfänger gespeicherten Trainingssi­ gnale, h' die erste Schätzung der Koeffizienten der Impuls­ antwort des Kanals und h" die verbesserte Schätzung dieser Koeffizienten.

Die Bestimmung der Koeffizienten der Impulsantwort des Über­ tragungskanals mit Hilfe der korrelativen Kanalschätzung 50 ist möglich, weil die Trainingssequenz eine impulsförmige Au­ tokorrelationsfunktion in ihrem zentralen Teil gemäß der Be­ ziehung

hat, wobei N die Anzahl der Bits im zentralen Teil der Trai­ ningssequenz 22 entsprechend der Fig. 1 und L die Anzahl der Bits an den Enden der Trainingssequenz ist, und m und k Lauf­ variablen sind. Mit a werden wie auch in Fig. 3 die bekann­ ten und im Empfänger gespeicherten Trainingssignale bezeich­ net. Resultat der korrelativen Schätzung entsprechend dem Stand der Technik ist eine erste Näherung h' für maximal L + 1 Koeffizienten der Kanalimpulsantwort.

Diese erste Schätzung wird mit Hilfe eines Iterationsverfah­ rens im Funktionsblock 52 verbessert. Dieses Verfahren wird in zwei Ausführungsformen weiter unten anhand der Fig. 4 und 5 erläutert. Das jeweils angewandte Iterationsverfahren benötigt die empfangenen Daten der Trainingssequenz u, die geschätzten Koeffizienten der Impulsantwort h' und die im Empfänger gespeicherte bekannte Trainingssequenz a. Ergebnis der Iteration ist die Kanalimpulsantwort h" sowie ein Signal CSI (channel state information) zum Abschätzen der Güte des Übertragungskanals.

Die Fig. 4 zeigt den Ablauf des Iterationsverfahrens in ei­ ner ersten Ausführungsform. Dabei wird für die verbesserte Schätzung der Koeffizienten der Kanalimpulsantwort das be­ kannte LMS-Verfahren verwendet. Das Verfahren nach Fig. 4 beinhaltet zum einen eine korrelative Schätzung der Koeffizi­ enten der Kanalimpulsantwort und zum anderen eine Verbesse­ rung dieser geschätzten Werte mit Hilfe des LMS-Verfahrens.

Zu Beginn des Verfahrens in Schritt 60 wird davon ausgegan­ gen, daß die bekannte Trainingssequenz a und die empfangene Trainingssequenz u vorliegen und die Konstanten N_T, L und K vorgegeben sind. N_T bezeichnet die Anzahl der im Verfahren verwendeten Bits der Trainingssequenz. L + 1 bezeichnet die An­ zahl der Koeffizienten der Kanalimpulsantwort, wobei die In­ dizierung der Koeffizienten der Impulsantwort mit Null be­ ginnt. Im Gegensatz dazu werden die empfangene Trainingsse­ quenz u und die unverfälschte Trainingssequenz mit "1" be­ ginnend indiziert. K bezeichnet eine Konstante, die die Kon­ vergenz des LMS-Verfahrens beeinflußt.

In einem nächsten Verfahrensschritt 62 werden die Koeffizien­ ten der Impulsantwort des Übertragungskanals mit Hilfe einer korrelativen Schätzung bestimmt. Dabei handelt es sich um ei­ ne matched-Filterkorrelation, wie sie dem Stand der Technik entspricht und auf den bereits bei der Beschreibung der Fig. 3 hingewiesen wurde. Ausgehend von den geschätzten Werten der Impulsantwort h' wird durch Faltung der bekannten Trainings­ sequenz a mit den geschätzten Koeffizienten h' das empfangene Signal u rekonstruiert und mit u' bezeichnet.

Anschließend wird in einem Verfahrensschritt 64 das Fehlersi­ gnal e_k als Differenz zwischen der empfangenen Sequenz u und der rekonstruierten Sequenz u' entsprechend der Formel (2) gebildet, wobei der zweite Term der Differenz die erwähnte Faltung darstellt und u' entspricht:

wobei N_T wiederum die Anzahl der Bits der Trainingssequenz bezeichnet, sowie i und k Laufvariablen sind. L bezeichnet jeweils die Anzahl der Bits an den Enden der Trainingssequenz 22 und stimmt aufgrund der Indizierung bei der Addition von "1" mit der Anzahl der zu bestimmenden Koeffizienten der Ka­ nalimpulsantwort überein. In einem folgenden Verfahrens­ schritt 66 wird der Iterationsschrittzähler k auf den Wert L + 1 gesetzt, da das beschriebene Verfahren erst mit dem L + 1- ten Datensymbol beginnt.

Im darauf folgenden Verfahrensschritt 68 werden L + 1 neue Koeffizienten h'_j der Impulsantwort bestimmt. Dabei wird die Formel (3) verwendet:

wobei j und k Laufvariablen sind und die anderen Größen be­ reits erläutert wurden.

In einem nächsten Verfahrensschritt 70 wird gefragt, ob der letzte Iterationsschritt schon erreicht ist. Dies ist der Fall, wenn der Iterationsindex k mit dem Wert von N_T überein­ stimmt. Solange k < N_T ist, wird der Iterationsindex im Ver­ fahrensschritt 72 inkrementiert und das Verfahren mit dem Schritt 68 fortgesetzt. Wird im Verfahrensschritt 70 dagegen festgestellt, daß der letzte Iterationsschritt erreicht ist, so wird die Iteration abgebrochen und das Verfahren mit dem Schritt 74 fortgesetzt.

Im Verfahrensschritt 74 erfolgt die formale Übernahme der Koeffizienten der Impulsantwort des Kanals im letzten Itera­ tionsschritt entsprechend der Formel (4):

wobei h"_j die Koeffizienten der verbesserten Schätzung der Kanalimpulsantwort bezeichnet und j eine Laufvariable ist.

Das Ende des Verfahrens im Schritt 76 ist nunmehr erreicht. Die verbesserte Schätzung der Kanalimpulsantwort h" wird im Speicher 38 der Fig. 2 gespeichert. Diese verbesserten Werte bilden die Voraussetzung für die Entzerrung der empfangenen Datensequenzen.

Die Fig. 5 zeigt den Ablauf des Verfahrens zur verbesserten Schätzung der Impulsantwort eines Übertragungskanals unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung der Korrekturwerte für die einzelnen Koeffizienten der Im­ pulsantwort oder Übertragungsfunktion des Übertragungssy­ stems. Dieses neue Verfahren hat u. a. die Eigenschaft, daß es schnell konvergiert.

Wie auch bei der Beschreibung der Fig. 4 wird davon ausge­ gangen, daß zu Beginn in einem Schritt 80 die bekannte Trai­ ningssequenz a und die empfangene Trainingssequenz u vorlie­ gen. Auch die Anzahl N_T der im Verfahren verwendeten Bits der Trainingssequenz, die Anzahl L der Koeffizienten der Kanalim­ pulsantwort und die Konstante K müssen vorgegeben werden.

In einem nächsten Verfahrensschritt 82 wird die korrelative Schätzung der Koeffizienten des Übertragungskanals durchge­ führt. Ergebnis sind L + 1 Koeffizienten h' die von h'₀ bis h'_L indiziert sind. In einem nachfolgenden Schritt 84 wird ein Iterationsschrittzähler l auf den Anfangswert Null gesetzt.

Anschließend werden in einem Verfahrensschritt 86 die Fehler­ signale nach der Formel (2) bestimmt:

wobei die Bedeutung der einzelnen Größen bereits weiter oben erläutert wurde.

In einem folgenden Verfahrensschritt 88 werden die L + 1 neuen Koeffizienten der Impulsantwort des Kanals nach der Formel (5) berechnet:

wobei j und l Laufvariablen sind. Der Buchstabe M bezeichnet den Index des letzten Iterationsschrittes. Die anderen auf­ tretenden Zeichen entsprechen denen der Formel (3).

Die neuen Koeffizienten der Impulsantwort berechnen sich aus den alten Koeffizienten durch die Summation eines Korrektur­ terms. Dieser Korrekturterm ist die Summe der mit den aktuel­ len Fehlern e_k(l) gewichteten unverfälschten Koeffizienten der Trainingssequenz multipliziert mit dem Faktor K.

In einem Verfahrensschritt 90 wird gefragt, ob der letzte Iterationsschritt schon erreicht ist. Bei dem erfindungsgemä­ ßen Verfahren mit der Berechnung der Korrekturwerte für die Koeffizienten nach Formel (5) ist dies meist schon nach der ersten Korrektur der Fall. Somit folgt bei Bejahung der Ab­ frage ein Schritt 94. Müssen jedoch noch weitere Korrekturen durchgeführt werden, wird also die Abfrage 90 verneint, so wird in einem Schritt 92 der Iterationsschrittzähler l inkre­ mentiert und das Verfahren mit einer erneuten Berechnung der Fehlersignale auf der Grundlage der korrigierten Kanalim­ pulsantwort mit dem Verfahrensschritt 86 fortgesetzt.

In dem Verfahrensschritt 94, der im Falle der Bejahung der Frage 90 diesem Schritt folgt, erfolgt die formale Übernahme der Koeffizienten der Impulsantwort des Kanals entsprechend der Formel (6):

wobei M der Index des letzten Iterationsschrittes ist.

Das Ende des Verfahrens im Schritt 96 ist damit erreicht. Die verbesserte Schätzung der Kanalimpulsantwort h" wird wiederum im Speicher 38 der Fig. 2 gespeichert und bildet die Voraus­ setzung für die Entzerrung der Datensequenzen.

Fig. 6 zeigt das Blockschaltbild der Koeffizientenschätzung mit dem erfindungsgemäßen schnellen Verfahren für eine bevor­ zugte Ausführungsform. Mit den Elementen dieses Blockschalt­ bilds werden die Formeln (5) und (6) realisiert, wobei M = 0 ist und demzufolge nur ein Iterationsschritt ausgeführt wird.

Aus dem im Empfänger bekannten Trainingssignal a werden mit Hilfe von Verzögerungsgliedern 100, 102, 104 die für das Ver­ fahren notwendigen diskreten Werte zur Verfügung gestellt. Das erste Verzögerungsglied 100, an dessen Eingang der Wert a_k liegt, hat an seinem Ausgang den Wart a_k-1, d. h. den Wert, der zeitlich vor dem Signal a_k gemäß der Verzögerung z^-1 liegt. Zwischen diesem ersten Verzögerungsglied 100 und dem zweiten vorletzten Verzögerungsglied 102 sind weitere, nur durch Punkte angedeutete Verzögerungsglieder vorhanden.

Am Ausgang des zweiten Verzögerungsgliedes 102 liegt der Wert a_k-L+1 an, der den Eingangswert für das dritte Verzögerungs­ glied 104 bildet. Das Verzögerungsglied 104 ist das letzte Verzögerungsglied und hat am Ausgang den Wert des Signals a_k-L.

Die Ausgangswerte der Verzögerungsglieder 100, 102, 104 sowie das Eingangssignal a_k des ersten Verzögerungsgliedes 100 die­ nen jeweils als ein Eingangswert für Multiplizierglieder 106, 108, 110 und bilden somit einen ersten Faktor bei der Berech­ nung des Produktes durch das jeweilige Multiplizierglied 106, 108, 110. Ein zweiter Faktor wird aus dem Fehlersignal e_k abgeleitet, indem es mit dem Faktor K multipliziert wird. Die Berechnung des Fehlersignals e_k wird unten erläutert.

Das erste Multiplizierglied 106 bildet das Produkt K . e_k . a_k, das die erste Teilsumme entsprechend dem zweiten Term auf der rechten Seite in der Formel (5) für j = 0 bildet. Zwischen die­ sem ersten Multiplizierglied 106 und dem zweiten Multipli­ zierglied 108 sind weitere nicht dargestellte Multiplizier­ glieder in analoger Weise angeordnet. Das zweite gezeigte Multiplizierglied 108 bildet das Produkt K . e_k . a_k-L+1, also die vorletzte Teilsumme (j = L - 1) auf der rechten Seite der Formel (5). Ein drittes und letztes Multiplizierglied 110 bildet das Produkt K . e_k . a_k-L. Dies entspricht der letzten Teilsumme des erwähnten Terms für j = L.

Die Summation der Teilsummen erfolgt durch Summierglieder 112, 114, 116. Um kenntlich zu machen, daß die Summation nach der Fig. 6 nicht unmittelbar zu entnehmen ist, wird anstelle eines Pluszeichens das Summenzeichen Σ zur Darstellung dieser Summation verwendet.

So hat das Summierglied 112 als ersten Eingangswert das Er­ gebnis K . e_k . a_k der Produktbildung 106. Da das Berechnungs­ schema nach der Fig. 6 für alle k von L + 1 bis N_T gilt, ist zur Realisierung des Verfahrens jeweils für jedes k in diesem Bereich ein derartiges Berechnungsschema entsprechend dem gezeigten Blockschaltbild vorhanden.

Die Verbindung zwischen der Vielzahl an Berechnungsschemen erfolgt jeweils an den Summiergliedern, die mit dem Summen­ zeichen Σ gekennzeichnet sind.

So erfolgt am Summierglied 112 die Summation über alle Teil­ summen entsprechend dem zweiten Term auf der rechten Seite der Formel (5) für j = 0. Das bereits erwähnte Multiplizier­ glied 106 liefert an seinem Ausgang den ersten Summanden für k = L + 1. Die weiteren Summanden kommen von den Multiplizier­ gliedern 106, wenn K schrittweise bis auf den Wert N_T erhöht wird.

Zwischen dem ersten Summierglied 112 und dem zweiten Sum­ mierglied 114 befinden sich in gleicher Art und Weise weitere nicht dargestellte Summierglieder. Das zweite Summierglied 114 bildet analog dem Summierglied 112 die Summe im zweiten Term der rechten Seite der Formel (5) für alle K = L + 1 bis N_T für j = L - 1. Das dritte Summierglied 116 schließlich summiert die Teilsummen am Ausgang des Multiplizierers 110 für alle k = L + 1 bis N_T auf und bildet damit den zweiten Term auf der rechten Seite der Formel (5) für j = L.

Der zweite Term auf der rechten Seite der Formel (5) be­ schreibt die Größe, um die sich die Koeffizienten h' der Im­ pulsantwort des Übertragungssystems ändern sollen. Die Ände­ rung wird durch Summierglieder 118, 120, 122 durchgeführt, die in der Fig. 6 mit einem Pluszeichen gekennzeichnet sind.

Das erste Summierglied 118 für zwei Summanden berechnet den korrigierten Koeffizienten h"₀ durch Addition von h'₀ und dem Korrekturwert, der durch das Glied 112 geliefert wird.

Wiederum nicht dargestellt sind weitere Summierglieder für zwei Summanden, die sich in analoger Anordnung zwischen dem ersten Summierglied 118 für zwei Summanden und einem zweiten Summierglied 120 für zwei Summanden befinden. Das Summier­ glied 120 bildet einen verbesserten Wert h"_L-1 für h'_L-1 durch Summation von h'_L-1 mit dem Korrekturterm der am Aus­ gang des Summierglieds 114 anliegt.

In analoger Weise berechnet das dritte Summierglied 122 für zwei Summanden die Korrektur des Koeffizienten h'_L durch die Addition des Korrekturwertes, der vom Glied 116 geliefert wird. Das Ergebnis ist der verbesserte Wert h"_L.

In der Fig. 6 ist ebenfalls die Berechnung der Fehlersignale e_k nach Formel (2) dargestellt. Für die Berechnung der Feh­ lersignale e_k für alle K = L + 1 bis N_T wird jeweils für alle i = 0 bis L das Produkt a_k-i . h'_i gebildet. Dazu werden Multipli­ zierglieder 124, 126, 128 verwendet. Das erste Multiplizier­ glied 124 bildet das Produkt a_k . h'₀. Weitere Multiplizier­ glieder zur Berechnung der Produkte für i = 1 bis i = L - 2 zwi­ schen diesem Multiplizierglied 124 und dem zweiten darge­ stellten Multiplizierglied 126 für die Fehlersignalberechnung für i = L - 1 sind nicht dargestellt.

Das Multiplizierglied 126 bildet das Produkt a_k-L+1 . h'_L-1, also die vorletzte Teilsumme des zweiten Terms auf der rech­ ten Seite der Formel (2). Das weitere Multiplizierglied 128 bildet das Produkt a_k-L . h'_L. Dieses Produkt bildet die Teil­ summe für j = L im erwähnten Term der Formel (5).

Die Summation über diese Teilsummen erfolgt mit einem Sum­ mierglied 130, dessen Ausgangswert negiert wird und über ein weiteres Summierglied 132 mit u_k addiert wird, wobei das Feh­ lersignal e_k entsteht. Damit wurde das Fehlersignal entspre­ chend Formel (2) berechnet.

Auf das Fehlersignal e_k wird, wie bereits oben beschrieben, während des Verfahrens zugegriffen. Dazu wird es mit dem Fak­ tor K in einem Multiplizierglied 134 multipliziert. Das Er­ gebnis dient als Eingangswert für die Multiplizierer 106, 108 und 110 sowie für die dazwischenliegenden nicht dargestellten Multiplizierer.

In der Fig. 7 ist dargestellt, wie aus dem Fehlersignal e_k die Kanalzustandsinformation entsprechend der Formel (7)

gebildet wird, wobei e_k die Fehlersignale und u_k die empfan­ genen Signale sind. k bezeichnet die Laufvariable bei den Summationen. Der Operator "MAX" bezeichnet die Maximumbildung zwischen den Werten in der nachfolgenden Klammer.

Die Bestimmung einer zuverlässigen Kanalzustandsinformation erfolgt auf der Grundlage der Fehlersignale e_k und der emp­ fangenen Signale u. Wie in Fig. 7 gezeigt, werden die Feh­ lersignale e_k mit Hilfe eines Multiplizierers 140 für jedes K = L + 1 bis N_T quadriert, indem an beiden Eingängen des Multi­ plizierers 140 das Signal e_k angelegt wird. Die Ausgangssi­ gnale der Multiplizierer 140 bilden jeweils eine Teilsumme für die nachfolgende Summierung. Analog erfolgt in einem Mul­ tiplizierer 142 die Quadratur der empfangenen Signale u_k. In einem Summierer 144 erfolgt die Zusammenfassung der Teil­ summen für die quadrierten Fehlersignale für alle K = L + 1 bis N_T. Damit ist der Zähler im Bruch der Formel 7 berechnet.

Analog dazu faßt ein Summierer 146 die Teilsummen, die durch die quadrierten empfangenen Signale gebildet werden, zusam­ men, womit an dessen Ausgang der Nenner des Bruchs in Formel (7) vorliegt.

An einem Divisionsglied 148 wird das Ergebnis des Summierers 104 durch das Ergebnis des Summierers 146 geteilt. In einem weiteren Summierglied 150 wird das Ergebnis am Ausgang des Divisionsgliedes 148 vom Wert 1 abgezogen, indem es vor der Addition negiert wird.

Ein Funktionsblock 152 realisiert die noch verbleibende Maxi­ mumbildung zur Umsetzung der Formel (7), indem der eine Ein­ gang dieses Blockes 152 auf den Wert Null gesetzt wird und der zweite Eingang mit dem Ausgang des Summierers 150 verbun­ den ist. Am Ausgang des Maximierers 152 liegt nunmehr das Si­ gnal CSI (channel state information) an, das ein Maß für den Zustand des Übertragungskanals ist.

Bei ungestörtem Übertragungskanal ist CSI gleich eins. Bei schlechterem Übertragungskanal werden die e_k größer und somit auch das Quadrat der Fehlersignale, welches ein Maß für deren Energie ist. Dadurch wird das Signal für den Kanalzustand kleiner als eins und nähert sich dem Wert null, wenn die Energie der Fehlersignale gleich der Energie des Empfangssi­ gnals ist. Durch die Maximumbildung wird verhindert, daß die Kanalzustandsinformation negative Werte erreicht, da negative Werte technisch nicht sinnvoll sind.

Claims (8)

1. Verfahren zum Ermitteln des Übertragungsverhaltens eines Übertragungssystems, welches von einem Sender ein Signal an einen Empfänger überträgt,
bei dem das Signal ein Trainingssignal (22) einer Trai­ ningssequenz (a) mit bekanntem Informationsgehalt enthält,
der Verlauf des Trainingssignals (22) am empfängerseiti­ gen Ende des Übertragungssystems zu bestimmten Zeitpunkten abgetastet und gespeichert wird und bei dem
aus dem Trainingssignal (22) eine geschätzte Impulsant­ wort (h') des Übertragungssystems oder seine geschätzte Über­ tragungsfunktion ermittelt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß unter Berücksichtigung der geschätzten Impulsant­ wort (h') oder der geschätzten Übertragungsfunktion aus den bekannten Informationen der Trainingssequenz (a) ein berech­ neter Verlauf des Trainingssignals am empfangsseitigen Ende des Übertragungssystems zu den genannten Zeitpunkten rekon­ struiert wird,
daß die Abweichung (e) zwischen dem tatsächlichen Ver­ lauf (u) und dem berechneten Verlauf des Trainingssignals er­ mittelt wird,
daß die geschätzte Impulsantwort (h') oder die geschätz­ te Übertragungsfunktion in einem oder mehreren Schritten so geändert wird, daß die Abweichung (e) zwischen den beiden Verläufen minimal ist,
und daß zum Beschreiben des Übertragungsverhaltens des Übertragungssystems diejenige Impulsantwort (h") oder Über­ tragungsfunktion verwendet wird, bei der die Abweichung (e) minimal ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der geschätzten Impulsantwort (h') oder der Übertragungsfunktion des Übertragungssystems das empfangene Trainingssignal (u) einer Autokorrelationsanalyse unterzogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Änderung der geschätzten Impulsantwort (h') oder der geschätzten Übertragungsfunktion das an sich bekannte RLS- und/oder das LMS-Verfahren eingesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Änderung der geschätzten Impulsantwort (h') oder der geschätzten Übertragungsfunktion ein schnell konvergie­ rendes Iterationsverfahren eingesetzt wird, bei dem die Ände­ rung der Koeffizienten der Impulsantwort oder der Übertra­ gungsfunktion in jedem Schritt durch eine Summation über die mit den Fehlersignalen (e) gewichteten Koeffizienten der be­ kannten Trainingssequenz (a) erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Abweichungen (e) zwischen der berechneten Trainingssequenz (u) und der bekannten Trainings­ sequenz (a) für die Abschätzung des Zustandes des Übertra­ gungssystems verwendet werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß es für ein digitales zellulares Mo­ bilfunksystem, vorzugsweise das GSM-Mobilfunksystem, einge­ setzt wird, bei dem das Funkübertragungssystem auf der Basis des TDMA-Verfahrens (Time Division Multiple Access) arbeitet.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Trainingssignal (22) das in jedem gesendeten Burst (12, 14, 16) enthaltene Trainingssignal (22) verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es für jeden Burst (12, 14, 16) eingesetzt wird.