DE19616828C2

DE19616828C2 - Verfahren zur Separierung eines empfangenen Signalgemisches

Info

Publication number: DE19616828C2
Application number: DE1996116828
Authority: DE
Inventors: Anja Dipl Ing Klein; Paul Walter Prof Dipl In Baier; Juergen Dipl Ing Mayer; Peter Dipl Phys Dr Ing Jung
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Nokia Solutions and Networks GmbH and Co KG
Priority date: 1996-04-26
Filing date: 1996-04-26
Publication date: 1999-02-25
Anticipated expiration: 2016-04-27
Also published as: DE19616828A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Separieren eines empfangenen Signalgemisches gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine Separierung eines Signalgemisches ist beispielsweise er forderlich jeweils auf der Empfangsseite der Aufwärtsstrecke (uplink) bzw. der Abwärtsstrecke (downlink) von Mobilfunksy stemen, bei denen eine Vielzahl von Mobilstationen mit einer ortsfesten Basisstation kommunizieren kann.

Es ist davon aus zugehen, daß die K Teilnehmerstationen in ei nem Mobilfunksystem gleichzeitig mit der Basisstation kom munizieren möchten. Deshalb muß dafür gesorgt werden, daß in der Aufwärtsstrecke die von den einzelnen Teilnehmerstationen kommenden Sendesignale im Empfänger der Basisstation sepa riert werden können bzw. 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 Frequenzmulti plex (Frequency Division Multiple Access, FDMA) und Zeitmul tiplex (Time Division Multiple Access, TDMA) und das moderne Vielfachzugriffsverfahren Codemultiplex (Code Division Multi ple Access, CDMA). Diese drei Verfahren können auch in Kombi nation angewandt werden. Das Vielfachzugriffsverfahren CDMA beruht auf den Prinzipien der Bandspreiztechnik. In CDMA-Sys temen unterscheiden sich die K Teilnehmersignale, die je weils aus einer Datenfolge mit aneinandergereihten Datensym bolen bestehen, durch die in den Datensymbolen enthaltenen CDMA-Spreizcodes, die auch Signaturen genannt werden. Die folgenden Betrachtungen betreffen in erster Linie Systeme, bei denen CDMA verwendet wird. Allerdings ist die Anwendbar keit 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 eine Bank von Korrelatoren oder als eine Bank von RAKE-Empfängern realisieren, vgl. z. B. das Buch von Proakis, J. G.: "Digital Communications", New York, McGraw-Hill, 1989.

Eine andere bekannte Möglichkeit zur Separierung eines Si gnalgemisches ist die sogenannte Interferenzeliminierung (IC, Interference Cancellation), die z. B. in der deutschen Pa tentanmeldung 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.: "CDMA-IC: A novel code di vision multiple access scheme based on interfence cancella tion", Proc. Symp. Personal, Indoor and Mobile Radio Commun., Boston, 1992, Seiten 98 bis 102 beschrieben ist.

Außerdem läßt sich in bekannter Weise eine Separierung eines Signalgemisches mit Hilfe einer sogenannten gemeinsamen De tektion (JD, Joint Detection) durchführen, die beispielsweise in DE 41 21 356 C2 und DE 43 29 320 A1 beschrieben ist.

Die signalangepaßte Filterung ergibt bei der Separierung ei nes Signalgemisches eine sehr schlechte Leistungsfähigkeit, z. B. in Form von Bitfehlerwahrscheinlichkeiten, bei Mehrwe gekanälen und bei nichtorthogonalen CDMA-Codes.

Bei der Verwendung der Interferenzeliminierung (IC) erreicht man dagegen schon eine relativ gute Leistungsfähigkeit, die jedoch noch schlechter ist als bei der gemeinsamen Detektion (JD). Probleme ergeben sich insbesondere bei Teilnehmersigna len mit nahezu gleicher Empfangsleistung, mit Ausnahme des in der deutschen Patentanmeldung 195 09 867.6 beschriebenen Ver fahrens.

Bei der gemeinsamen Detektion (JD) wird zwar bei der Separie rung eines Signalgemisches auf der Empfangsseite eine sehr gute Leistungsfähigkeit erzielt. Diese ist jedoch in nachtei liger Weise mit einem stark überproportionalen Anstieg der erforderlichen Rechenleistung mit zunehmender Teilnehmerzahl verbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der empfangs seitigen Separierung eines Signalgemisches eine Verbesserung der Leistungsfähigkeit gegenüber der signalangepaßten Filte rung und auch gegenüber der Interferenzeliminierung zu erzie len und dabei eine ähnlich gute Leistungsfähigkeit wie bei Durchführung einer gemeinsamen Detektion zu erreichen. Dabei soll jedoch der Rechenaufwand im Vergleich zur gemeinsamen Detektion verringert werden.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem gattungsge mäßen Verfahren durch die im kennzeichnenden Teil des Patent anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Das Verfahren nach der Erfindung bringt besondere Vorteile beispielsweise für den Fall, daß es eine Anzahl K₁ von Teilnehmersignalen gibt, deren Empfangsleistungen etwa gleich sind (in der Größenord nung von P₁) und eine weitere Anzahl K₂ von Teilnehmersigna len, deren Empfangsleistungen ebenfalls etwa gleich (in der Größenordnung von P₂), jedoch sehr viel geringer als P₁ sind. In einem solchen Fall ist die Leistungsfähigkeit nicht nur der signalangepaßten Filterung, sondern auch aller mit Inter ferenzeliminierung (IC) arbeitenden Verfahren mit Ausnahme des in der deutschen Patentanmeldung 195 09 867.6 beschriebe nen Verfahrens relativ schlecht.

Zweckmäßige Weiterbildungen und Ausführungsmöglichkeiten sind in den Unteransprüchen angegeben. Insbesondere enthalten ei nige der Unteransprüche Auswahlkriterien zur Auswahl einer Untermenge von K₁ Teilnehmersignalen aus einer Gesamtmenge der K aktiven Teilnehmersignale.

Die Erfindung wird im folgenden noch anhand eines in einer Figur dargestellten Ausführungsbeispiels für insgesamt zwei gemeinsame Detektions-Durchläufe erläutert.

Die Figur zeigt in Blockschaltbildform eine empfangsseitige Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Separieren eines empfangenen Signalgemisches e. Das z. B. über verschiedene Übertragungskanäle kommende Signalgemisch e gelangt zusammen mit einem Rauschsignal zuerst an eine Aus wahlstufe 1 mit nachfolgender gemeinsamer Detektion. In die ser Auswahlstufe 1 wird zunächst in einem ersten Schritt aus K verschiedenen Teilnehmersignalen eine aus einer Untermenge bestehende Anzahl K₁, 1≦K₁≦K, von Teilnehmersignalen nach ei nem Auswahlkriterium ausgewählt. In einem zweiten Schritt wird dort eine gemeinsame Detektion (JD) dieser ausgewählten K₁ Teilnehmersignale vorgenommen. Die nicht ausgewählten (K-K₁) Teilnehmersignale werden dabei wie Rauschen behandelt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind in der Auswahlstufe 1 die Datenfolgen d ⁽¹⁾, d ⁽²⁾, . . . d ^(K₁) nach einem Auswahlkriterium ausgewählt worden und mittels einer gemeinsamen Detektion JD ausgewertet worden, so daß sich die geschätzten Datenfolgen ⁽¹⁾, ⁽²⁾, . . . ^(K₁) nach der Detektion ergeben. Die Daten ^(k) sind Datenschätzwerte der Datensymbolfolge des k-ten Teilneh mersignals. Innerhalb einer Einrichtung 2 zur Interferenzeli minierung wird in einer Einrichtung 3 ein Rekonstruktions signal e' geschaffen, durch welches der Einfluß der K₁ detek tierten Teilnehmersignale durch Subtraktion in einem Addier glied 4 vom empfangenen Signalgemisch e eliminiert wird. Das Ausgangssignal des Addierglieds 4, das zugleich das Ausgangs signal der Einrichtung 2 zur Interferenzeliminierung bildet, wird einer Einrichtung 5 zur gemeinsamen Detektion JD für die restlichen (K-K₁) Teilnehmersignale zugeführt. Am Ausgang der Einrichtung 5 für die gemeinsame Detektion stehen dann die geschätzten Daten folgen ^(K₁+1), ^(K₁+2), . . . ^(K) an.

Die im Rahmen der Einrichtung 2 zur Interferenzeliminierung im Addierglied 4 stattfindende Subtraktion des Einflusses der beim ersten Durchlauf gemeinsam detektierten Teilnehmersi gnale vom ankommenden Empfangssignalgemisch e kann auch an den Ausgängen von signalangepaßten Filtern durchgeführt wer den, die in der Einrichtung 1 zur gemeinsamen Detektion der ausgewählten K₁ Teilnehmersignale enthalten sind.

Claims

1. Verfahren zum Separieren eines empfangenen Signalgemi sches zur Anwendung in den Empfängern eines Mehrteilnehmer Signalübertragungssystems, in welchem die Übertragung der K verschiedenen Teilnehmersignale, wovon alle oder einige zeit lich und/oder spektral nicht disjunkt sind, über Verschiedene Übertragungskanäle bzw. über ein und denselben Übertragungs kanal erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Schritt aus den K verschiedenen Teilneh mersignalen eine aus einer Untermenge bestehende Anzahl K₁, 1≦K₁≦K, von Teilnehmersignalen nach einem Auswahlkriterium ausgewählt wird, daß in einem zweiten Schritt eine gemeinsame Detektion (LTD, Joint Detection) dieser ausgewählten K₁ Teil nehmersignale vorgenommen wird und die nicht ausgewählten (K-K₁) Teilnehmersignale dabei wie Rauschen behandelt werden, daß in einem dritten Schritt der Einfluß der K₁ detektierten Teilnehmersignale mittels eines Verfahrens zur Interferenz eliminierung (IC, Interference Cancellation) durch Subtrak tion vom empfangenen Signalgemisch eliminiert wird, daß an schließend die angegebenen drei Schritte für die noch nicht detektierten Teilnehmersignale erneut durchlaufen werden, wo bei dann K die Anzahl der noch nicht detektierten Teilnehmer signale bedeutet und K₁ im erneuten Durchlauf einen neuen Wert annehmen kann, und daß insgesamt so viele Durchläufe durchgeführt werden, bis die Teilnehmersignale aller interes sierenden Teilnehmer detektiert sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein beliebiges, der Art der jeweiligen Teilnehmersignale angepaßtes Verfahren zur gemeinsamen Detektion (LTD, Joint De tection) verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein beliebiges, der Art der jeweiligen Teilnehmersignale angepaßtes Verfahren zur Interferenzeliminierung (IC, Inter ference Cancellation) verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß das empfangene Signalgemisch aus gleichzeitig übertrage nen synchronen oder asynchronen, aus digitalen Datensymbolen zusammengesetzten Datenfolgen besteht, die auf dem Übertra gungsweg verzerrt werden, wobei jedem der Datensymbole der Datenfolgen vor der Übertragung ein der jeweiligen Datenfolge zugeordneter Spreizcode aufmoduliert wird, und daß im Empfän ger quantisierte oder unquantisierte Datenschätzwerte der Da tensymbolfolge des k-ten (k=1, . . . K₁) Teilnehmers durch gemein same Detektion der jeweils nach dem Auswahlkriterium ausge wählten bzw. der am Ende aller Durchläufe noch Verbleibenden Teilnehmersignale gebildet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die im Rahmen der Interferenzeliminierung (IC, Interfe rence Cancellation) stattfindende Subtraktion des Einflusses der bei einem Durchlauf gemeinsam detektierten Teilnehmersig nale vom vor dem jeweiligen Durchlauf existenten Signalge misch an den Ausgängen von signalangepaßten Filtern durchge führt wird, die in einer Einrichtung zur gemeinsamen Detek tion vorhanden sind.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Auswahlkriterium die Empfangsenergie/leistung der Teilnehmersignale herangezogen wird, d. h. es werden solche Teilnehmersignale ausgewählt, deren Empfangsenergie/leistung eine gewisse Schwelle überschreitet.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwelle für jeden Durchlauf neu festgelegt wird

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Auswahlkriterium das Signal/Stör-Verhältnis der Teil nehmersignale herangezogen wird, d. h. es werden solche Teil nehmersignale ausgewählt, deren Signal-Stör-Verhältnis eine gewisse Schwelle überschreitet.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwelle für jeden Durchlauf neu festgelegt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Auswahlkriterium das jeweils verwendete Symbolalpha bet herangezogen wird, d. h. es werden solche Teilnehmersi gnale ausgewählt, bei denen die Mächtigkeit des verwendeten Symbolalphabets einen bestimmten Wert unterschreitet.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der bestimmte Wert für jeden Durchlauf neu festgelegt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Auswahlkriterium der jeweils verwendete Spreizungs faktor herangezogen wird, d. h. die Teilnehmersignale werden abhängig vom verwendeten Spreizungsfaktor ausgewählt.

13. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Auswahlkriterium die jeweils verwendete Bandbreite herangezogen wird, d. h. die Teilnehmersignale werden abhängig der verwendeten Bandbreite ausgewählt.

14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Auswahlkriterium die jeweils Verwendete Rate des Ka nalcodierers herangezogen wird, d. h. die Teilnehmersignale werden abhängig von der verwendeten Rate des Kanalcodierers ausgewählt.

15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Auswahlkriterium der jeweils verwendete Dienst (service) herangezogen wird, d. h. die Teilnehmersignale wer den abhängig vom verwendeten Dienst (service) ausgewählt.

16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Auswahlkriterium die jeweils geforderte Bitfehler wahrscheinlichkeit, Rahmenfehlerwahrscheinlichkeit od. dergl. herangezogen wird, d. h. die Teilnehmersignale werden abhängig von der geforderten Bitfehlerwahrscheinlichkeit, Rahmen fehlerwahrscheinlichkeit od. dergl. ausgewählt.

17. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine beliebige Kombi nation zweier oder mehrerer der in den Ansprüchen 6 bis 16 angegebenen Auswahlkriterien.

18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die K₁ Teilnehmersignale für jeden Durchlauf vor dem Durchführen der Durchläufe ausgewählt werden.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die K₁ Teilnehmersignale für jeden Durchlauf nach dem Durchführen des vorhergehenden Durchlaufs ausgewählt werden.

20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die (K-K₁) nicht ausgewählten Teilnehmersignale wie un korreliertes Rauschen behandelt werden.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die (K-K₁) nicht ausgewählten Teilnehmersignale wie kor reliertes Rauschen behandelt werden.

22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß insgesamt zwei Durchläufe vorgesehen sind, daß im ersten Schritt aus den K verschiedenen Teilnehmersignalen eine aus einer Untermenge bestehende Anzahl K₁, 1≦K₁≦K, von Teilneh mersignalen nach einem Auswahlkriterium ausgewählt wird, daß im zweiten Schritt eine gemeinsame Detektion (LTD) dieser aus gewählten K₁ Teilnehmersignale vorgenommen wird und die nicht ausgewählten (K-K₁) Teilnehmersignale dabei wie Rauschen be handelt werden, daß im dritten Schritt der Einfluß der K₁ de tektierten Teilnehmersignale mittels eines Verfahrens zur In terferenzeliminierung (IC) durch Subtraktion vom empfangenen Signalgemisch eliminiert wird und daß nach der Subtraktion eine gemeinsame Detektion (LTD) der restlichen (K-K₁) Teilneh mersignale durchgeführt wird.