DE19509867C2

DE19509867C2 - Übertragungsverfahren zum gleichzeitigen synchronen oder asynchronen Übertragen von K aus Datensymbolen bestehenden Datenfolgen

Info

Publication number: DE19509867C2
Application number: DE19509867A
Authority: DE
Inventors: Paul Walter Prof Dr Ing Baier; Anja Dipl Ing Klein; Martin Dr Ing Werner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Nokia Solutions and Networks GmbH and Co KG
Priority date: 1995-03-17
Filing date: 1995-03-17
Publication date: 1997-05-15
Anticipated expiration: 2015-03-18
Also published as: DE19509867A1; US5793814A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Übertragungsverfahren zum gleichzeitigen synchronen oder asynchronen Übertragen von K aus Datensymbolen bestehenden Datenfolgen (Eingangsdatenfolgen) über einen Kanal oder K im allgemeinen unterschiedliche Kanäle, wobei jedem der Datensymbole der K Datenfolgen vor der Übertra gung eine den Datenfolgen zugeordnete spezifische Signalform aufmoduliert wird zum Erzeugen der K Sendesignale, die alle durch den einen bzw. einen der K Kanäle verzerrt werden, und das Empfangssignal aus der additiven Überlagerung der K ver zerrten Sendesignale und eines evtl. zusätzlichen Störsignals besteht.

Aus Verdu, S.: "Minimum probability of error for asynchronous Gaussian multiple access channels". IEEE Trans. IT 32 (1986, 85-96 ist ein nichtlinearer optimaler Detektor zur Bestimmung von Schätzwerten der Datensymbole der K Eingangsfolgen bekannt, dessen Komplexität exponentiell mit der Zahl K steigt. Dieser Detektor ist aufgrund seiner hohen Komplexität auch für kleine Zahlen K derzeit nicht realisierbar.

Bekannt sind ferner lineare Verfahren zum Ermitteln von Schätz werten der Datensymbole der K Eingangsdatenfolgen. So sind in Proakis, J.G. "Digital Communications", New York, NcGraw-Hill, 1989 die signalangepaßte Filterung und der RAKE-Empfänger be schrieben. In der DE 41 21 356 A1 werden erwartungstreue line are Schätzungen minimaler Varianz angegeben.

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, 1901-1906 und 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, 98-102 wird ein Ver fahren angegeben, bei dem ein RAKE-Empfänger, der auf dem Prinzip der signalangepaßten Filterung beruht, um eine quan tisierte Rückkopplung erweitert wird. Das Vertrauensmaß, mit dessen Hilfe die Schätzwerte ausgewählt werden, die subtra hiert/eliminiert werden sollen, ist die Energie oder Leistung des Anteils des k-ten Sendesignals (k = 1. . .K) am Empfangsort bzw. eine Schätzung für diese Energie oder Leistung. Das Ver trauensmaß ist somit nur geeignet, um eine Differenzierung zwischen den Datensymbolen, die zu verschiedenen Eingangsda tenfolgen gehören, zu treffen, und nicht, um eine Differen zierung zwischen Datensymbolen derselben Eingangsdatenfolge zu treffen. Das Verfahren ist wenig geeignet, wenn die K Lei stungen oder Energien am Empfangsort näherungsweise gleich sind.

Aus der US-Patentschrift 3,609,682 ist eine Schaltungsanord nung zur Fehlerkorrektur bekannt, durch die nach einer Si gnalübertragung empfangsseitig eintreffende digitale Signale, die sendeseitig kodiert wurden, dekodiert werden. Die in Form von binären Datenbits übertragenen digitalen Signale beziehen sich auf Informationen über Computerdaten, Telemetriedaten, Börsenkurse, Flugreservierungen und andere geschäftliche und wissenschaftliche Daten. Die Schaltungsanordnung erzeugt von ausgewählten Datenbits eines Kodewortes mehrere Schätzbits, aus denen jeweils ein dekodiertes Datenbit ermittelt wird. Darüber hinaus werden Zuverlässigkeitssignale und Gewichts faktoren verwendet, die auf die Schätzbits angewendet werden.

Dabei erhalten die zuverlässigeren Schätzbits jeweils einen höheren Gewichtsfaktor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Übertragungs verfahren zum Übertragen von Datenfolgen anzugeben, durch das empfangsseitig eine Differenzierung zwischen Datensymbolen derselben Datenfolge und/oder unterschiedlicher Datenfolgen möglichst flexibel erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, daß im Empfänger wertkontinuierliche vorläufige Schätzwerte einiger oder aller Datensymbole der K Eingangsdatenfolgen nach einem linearen Verfahren und ein Vertrauensmaß oder des sen Schätzung für jeden vorläufigen Schätzwert entsprechend einem Vertrauenskriterium ermittelt werden, und daß eine An zahl von V vorläufigen, als vertrauenswürdig einzustufenden Schätzwerten ausgewählt und direkt oder nach einer Quantisie rung als endgültige Schätzwerte verwendet wird und der Ein fluß der V quantisierten ausgewählten Schätzwerte auf das Empfangssignal oder bisher nicht ausgewählte wertkontinuier liche vorläufige Schätzwerte subtrahiert/eliminiert wird.

Durch die bei dem erfindungsgemäßen Übertragungsverfahren vorgesehene Kombination eines linearen Schätzverfahrens mit einer quantisierten Rückkopplung, wobei die rückzukoppelnden Daten anhand eines für jeden Schätzwert zu bestimmenden, spe ziellen Vertrauensmaßes ausgewählt werden, kann je nach ge wähltem Vertrauenskriterium entweder die Leistungsfähigkeit gegenüber bis her bekannten Verfahren gesteigert oder der Rechenaufwand ver ringert werden. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht eine hö here Flexibilität und eine universellere Anwendbarkeit im Ver gleich zu bekannten Verfahren.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfin dungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben.

Das lineare Verfahren zum Ermitteln der wertkontinuierlichen vorläufigen Schätzwerte im Empfänger kann dabei in vorteilhaf ter Weise eine signalangepaßte Filterung sein, bei der eine An passung auf die K spezifischen Signalformen oder auf die Fal tungsprodukte aus spezifischer Signalform und zugehöriger Im pulsantwort des Kanals möglich ist, eine dekorrelierende si gnalangepaßte Filterung oder ein RAKE-Empfänger, eine erwar tungstreue lineare Schätzung minimaler Varianz oder eine opti male lineare Schätzung.

Vorteilhafte Angaben über das Vertrauensmaß beinhalten die An sprüche 7 bis 13.

In vorteilhafter Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ist ferner vorgesehen, daß die Schätzwerte und das Vertrauensmaß in einem weiteren Verfahrensschritt einer rückkoppelnden Einrich tung zugeführt werden. Dabei ist vorgesehen, daß eine Anzahl von V, V∈(1, 2, 3, . . .), vorläufigen. Schätzwerten, die entspre chend dem zugeordneten Vertrauensmaß als vertrauenswürdiger als andere vorläufige Schätzwerte einzustufen sind, ausgewählt und direkt oder nach einer Modifikation als endgültige Schätzwerte verwendet werden und ggf. zu wenigstens einigen der ausgewähl ten Schätzwerte ein Zuverlässigkeitsmaß ermittelt wird, daß der Einfluß der V ausgewählten Schätzwerte auf das Empfangssignal oder auf alle oder einige der bisher nicht ausgewählten wert kontinuierlichen vorläufigen Schätzungswerte durch Subtraktion eliminiert wird unter Bildung neuer Schätzwerte, die als nun mehr gültige wertkontinuierliche vorläufige Schätzwerte inter pretiert werden, mit denen der gesamte Vorgang erneut durchlau fen wird, bis alle gesuchten endgültigen Schätzwerte vorliegen.

Dabei ist es ferner von Vorteil, daß codierte Datensymbole vor gesehen sind und beim Decodieren Schätzwerte und Vertrauensmaß verwendet werden, daß die Modifikation der Schätzwerte entspre chend einer Menge in der Art erfolgt, daß die Schätzwerte auf eine endliche Menge abgebildet werden, daß die endliche Menge gleich der Menge der gesendeten Patensymbole ist und daß die Subtraktion des Einflusses der V ausgewählten Schätzwerte im Zeit- oder Frequenzbereich oder durch Walsh-Hadamard-Transfor mation erfolgt.

Vorteilhafte Abläufe der empfängerseitigen Signalverarbeitung sind in den Ansprüchen 20 bis 22 angegeben.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dar gestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 und 2 Übertragungsmodelle im Blockschaltbild,

Fig. 3 Datensymbole und den euklidischen Abstand am Bei spiel von 8-PSK-Modulation und

Fig. 4 eine Entscheidungsrückkopplung im Empfänger.

Fig. 1 zeigt ein Übertragungsmodell mit den Datenfolgen (Eingangsdatenfolgen) 1 . . . k . . . K. Nach einer Modulation mit der Signalfolge 1, k bzw. K in den Modulatoren 1 gelangen die je weiligen Ausgangssignale als Sendesignal 1, Sendesignal k und Sendesignal K auf die Kanäle 1, k und K, die ausgangsseitig über ein Summierglied 3 zusammengeführt sind. Über ein weiteres Summierglied 4 gelangt ein Störsignal auf den Übertragungsweg. Das Ausgangssignal des Summiergliedes 4 gelangt als Empfangssi gnal an den Empfänger 5. Dessen Aufbau und Funktion wird nach folgend im Zusammenhang mit dem entsprechenden Empfänger des Übertragungsmodells nach Fig. 2 näher beschrieben.

Das Übertragungsmodell nach Fig. 2 unterscheidet sich dadurch von dem nach Fig. 1, daß die Sendesignale am Ausgang der Modu latoren 1 zunächst in dem Summierglied 3 zusammengeführt und dann gemeinsam auf den Kanal 2 gegeben werden, dem nachfolgend ein Summierglied 4 zur Zuführung eines Störsignals und ein Emp fänger 5 angeschaltet sind.

Im Empfänger werden wertkontinuierliche vorläufige Schätzwerte einiger oder aller Datensymbole der K Eingangsdatenfolgen nach einem linearen Verfahren ermittelt. Ferner wird im Empfänger, der einen linearen Schätzalgorithmus (Block 6) aufweist, ein Vertrauensmaß oder dessen Schätzung für jeden vorläufigen Schätzwert entsprechend einem Vertrauenskriterium ermittelt. Das Vertrauensmaß bzw. der Schätzwert des Vertrauensmaßes kann eine Funktion des geometrischen Ortes der wertkontinuierlichen vorläufigen Schätzwerte in der komplexen Ebene oder eine Funk tion sowohl des Signal-Stör-Verhältnisses oder der Varianz der wertkontinuierlichen verläufigen Schätzwerte als auch des geo metrischen Ortes der wertkontinuierlichen vorläufigen Schätz werte in der komplexen Ebene sein. Die Weiterverarbeitung der Schätzwerte und des Vertrauensmaßes in einer rückkoppelnden Einrichtung wird später anhand von Fig. 4 beschrieben.

Fig. 3 zeigt die Datensymbole und den Euklid′schen Abstand am Beispiel von 8-PSK-Modulation. In der komplexen Ebene sind die Datensymbole 0 bis 7 mit ihrem Realteil (x-Achse) und Imaginär teil (y-Achse) eingetragen. Dabei liegen die Datensymbole 0 und 4 auf der x-Achse, die Datensymbole 2 und 6 auf der y-Achse und die Datensymbole 1, 3, 5 und 7 auf einem Kreisbogen innerhalb jeweils eines Quadranten des Koordinatensystems. Am Punkt P au ßerhalb des Kreisbogens befindet sich ein Schätzwert. Dessen Abstand zum nächstgelegenen Datensymbol (im Beispiel Datensym bol 1) ist der Euklidische Abstand.

Fig. 4 zeigt eine Entscheidungsrückkopplung im Empfänger bei blockweiser Übertragung (Schalterstellung S1) und Nutzung der Pausen zwischen den Übertragungen zur Entscheidungsrückkopplung (Schalterstellung S2). Das Empfangssignal gelangt über den Schalter S1 an den im Empfänger befindlichen linearen Schätz algorithmus 6. In diesem werden wertkontinuierliche vorläufige Schätzwerte für die gesendeten Datenfolgen und ein Vertrauens maß für die Schätzwerte ermittelt. In einer nachfolgenden Ein heit 7 werden eine Anzahl von vorläufigen Schätzwerten, die entsprechend dem zugeordneten Vertrauensmaß als vertrauenswür diger als andere vorläufige Schätzwerte einzustufen sind, aus gewählt. Diese ausgewählten Schätzwerte werden direkt oder nach einer Quantisierung als endgültige Schätzwerte verwendet. Mög licherweise wird zu allen oder einigen dieser ausgewählten Schätzwerte ein Zuverlässigkeitsmaß ermittelt, das gleich oder ungleich dem zugeordneten Vertrauensmaß sein kann. Der Einfluß der quantisierten ausgewählten Schätzwerte auf das Empfangssi gnal oder auf alle oder einige der bisher nicht ausgewählten wertkontinuierlichen vorläufigen Schätzwerte, der in der Ein heit 8 bestimmt wird, wird subtrahiert/eliminiert (Subtrahierer 9, dessen zweiter Eingang über einen Speicher 10 mit dem Ein gang der Einheit 6 verbunden und dessen Ausgang an den Schalter in Stellung S2 geführt ist), wodurch neue Schätzwerte gebildet werden. Werden diese neuen Schätzwerte als nunmehr gültige wertkontinuierliche vorläufige Schätzwerte interpretiert, mit denen der gesamte bisher beschriebene Vorgang erneut durchlau fen wird, liegen alle gesuchten endgültigen Schätzwerte vor; der Vorgang kann beendet werden.

Claims

1. Übertragungsverfahren zum gleichzeitigen synchronen oder asynchronen Übertragen von K aus Datensymbolen bestehenden Da tenfolgen (Eingangsdatenfolgen) über einen Kanal oder K im all gemeinen unterschiedliche Kanäle, wobei jedem der Datensymbole der K Datenfolgen vor der Übertragung eine den Datenfolgen zu geordnete spezifische Signalform aufmoduliert wird zum Erzeugen der K Sendesignale, die alle durch den einen bzw. einen der K Kanäle verzerrt werden, und das Empfangssignal aus der additi ven Überlagerung der K verzerrten Sendesignale und eines evtl. zusätzlichen Störsignals besteht, dadurch gekennzeichnet, daß im Empfänger wert kontinuierliche vorläufige Schätzwerte einiger oder aller Datensymbole der K Eingangsdatenfolgen nach einem linearen Verfahren und ein Vertrauensmaß oder dessen Schätzung für jeden vorläufigen Schätzwert entsprechend einem Vertrauens kriterium ermittelt werden, daß eine Anzahl von V vorläufigen, als vertrauenswürdig einzustufenden Schätzwerten ausgewählt und direkt oder nach einer Quantisierung als endgültige Schätzwerte verwendet wird und der Einfluß der V quantisierten ausgewählten Schätzwerte auf das Empfangssignal oder bisher nicht ausgewähl te wertkontinuierliche vorläufige Schätzwerte subtrahiert/eli miniert wird.

2. Übertragungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das lineare Verfahren zum Ermitteln der wertkontinu ierlichen vorläufigen Schätzwerte im Empfänger eine signalange paßte Filterung ist, bei der eine Anpassung auf die K spezifi schen Signal formen oder auf die Faltungsprodukte aus spezifi scher Signalform und zugehöriger Impulsantwort des Kanals mög lich ist.

3. Übertragungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das lineare Verfahren zum Ermitteln der wertkontinu ierlichen vorläufigen Schätzwerte im Empfänger eine dekorrelie rende signalangepaßte Filterung ist.

4. Übertragungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das lineare Verfahren zum Ermitteln der wertkontinu ierlichen vorläufigen Schätzwerte im Empfänger ein RAKE-Empfän ger ist.

5. Übertragungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das lineare Verfahren zum Ermitteln der wertkontinu ierlichen vorläufigen Schätzwerte im Empfänger eine erwar tungstreue lineare Schätzung minimaler Varianz ist.

6. Übertragungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das lineare Verfahren zum Ermitteln der wertkontinu ierlichen vorläufigen Schätzwerte im Empfänger eine optimale lineare Schätzung ist.

7. Übertragungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß das Vertrauensmaß umso größer ist, je kleiner die Symbolfehlerwahrscheinlichkeit bei einer Quantisie rung des wertkontinuierlichen vorläufigen Schätzwertes ist.

8. Übertragungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß das Vertrauensmaß eine Funktion des geometrischen Ortes der wertkontinuierlichen vorläufigen Schätzwerte in der komplexen Ebene und des geometrischen Ortes der möglichen gesendeten Datensymbole ist.

9. Übertragungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß das Vertrauensmaß eine Funktion so wohl des Signal/Stör-Verhältnisses oder der Varianz der wert kontinuierlichen vorläufigen Schätzwerte als auch des geometri schen Ortes der wertkontinuierlichen Schätzwerte in der komple xen Ebene und des geometrischen Ortes der möglichen gesendeten Datensymbole ist.

10. Übertragungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Vertrauensmaß umso größer ist, je kleiner das Euklidische Abstandsquadrat eines wertkontinu ierlichen vorläufigen Schätzwertes zum nächstgelegenen mögli chen gesendeten Datensymbol in der komplexen Ebene ist, wobei das nächstgelegene mögliche Datensymbol dasjenige mit der ge ringsten Euklidischen Distanz zum wertkontinuierlichen vorläu figen Schätzwert ist.

11. Übertragungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Vertrauensmaß umso größer ist, je kleiner der Quotient aus dem Euklidischen Abstandsquadrat eines wertkontinuierlichen vorläufigen Schätzwertes zum nächst gelegenen möglichen gesendeten Datensymbol in der komplexen Ebene und dem Signal/Stör-Verhältnis oder dem Kehrwert der Va rianz dieses wertkontinuierlichen vorläufigen Schätzwertes ist.

12. Übertragungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Vertrauensmaß umso größer ist, je kleiner der Quotient aus dem Euklidischen Abstandsquadrat eines wertkontinuierlichen vorläufigen Schätzwertes zum nächst gelegenen möglichen gesendeten Datensymbol in der komplexen Ebene und der Summe der Euklidischen Abstandsquadrate dieses wertkontinuierlichen vorläufigen Schätzwertes zu den anderen möglichen gesendeten Datensymbolen ist.

13. Übertragungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Vertrauensmaß umso größer ist, je kleiner der Quotient aus dem Euklidischen Abstandsquadrat eines wertkontinuierlichen vorläufigen Schätzwertes zum nächst gelegenen möglichen gesendeten Datensymbol in der komplexen Ebene und dem Produkt aus der Summe der Euklidischen Abstands quadrate dieses wertkontinuierlichen vorläufigen Schätzwertes zu den anderen möglichen gesendeten Datensymbolen und dem Si gnal/Stör-Verhältnis oder dem Kehrwert der Varianz dieses wert kontinuierlichen vorläufigen Schätzwertes ist.

14. Übertragungsverfahren nach einem oder mehreren der Ansprü che 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schätzwerte und das Vertrauensmaß in einem weiteren Verfahrensschritt einer rückkoppelnden Einrichtung zugeführt werden.

15. Übertragungsverfahren nach Anspruch 14, dadurch gekenn zeichnet, daß eine Anzahl von V, V∈(1, 2, 3 . . .), vorläufigen Schätzwerten, die entsprechend dem zugeordneten Vertrauensmaß als vertrauenswürdiger als andere vorläufige Schätzwerte einzu stufen sind, ausgewählt und direkt oder nach einer Modifikation als endgültige Schätzwerte verwendet werden und ggf. zu wenig stens einigen der ausgewählten Schätzwerte ein Zuverlässig keitsmaß ermittelt wird, daß der Einfluß der V ausgewählten Schätzwerte auf das Empfangssignal oder auf alle oder einige der bisher nicht ausgewählten wertkontinuierlichen vorläufigen Schätzungswerte durch Subtraktion eliminiert wird unter Bildung neuer Schätzwerte, die als nunmehr gültige wertkontinuierliche vorläufige Schätzwerte interpretiert werden, mit denen der ge samte Vorgang erneut durchlaufen wird, bis alle gesuchten end gültigen Schätzwerte vorliegen.

16. Übertragungsverfahren nach einem oder mehreren der Ansprü che 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß codierte Datensymbole vorgesehen sind und beim Decodieren Schätzwerte und Vertrauens maß verwendet werden.

17. Übertragungsverfahren nach einem oder mehreren der Ansprü che 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Modifikation der Schätzwerte entsprechend einer Menge in der Art erfolgt, daß die Schätzwerte auf eine endliche Menge abgebildet werden.

18. Übertragungsverfahren nach Anspruch 17, dadurch gekenn zeichnet, daß die endliche Menge gleich der Menge der gesende ten Datensymbole ist.

19. Übertragungsverfahren nach einem oder mehreren der Ansprü che 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Subtraktion des Einflusses der V ausgewählten Schätzwerte im Zeit- oder Fre quenzbereich oder durch Walsh-Hadamard-Transformation erfolgt.

20. Übertragungsverfahren nach einem oder mehreren der Ansprü che 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die empfängerseitige Signalverarbeitung mit digitalen Signalprozessoren oder Mikro prozessoren erfolgt.

21. Übertragungsverfahren nach einem oder mehreren der Ansprü che 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die empfängerseitige Signalverarbeitung derart abläuft, daß das Empfangssignal vor der Weiterverarbeitung gespeichert wird und dadurch einer nicht in Echtzeit erfolgenden Weiterverarbeitung zugeführt werden kann.

22. Übertragungsverfahren nach einem oder mehreren der Ansprü che 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die empfängerseitige Signalverarbeitung in der Weise erfolgt, daß Schätzwerte und/oder Vertrauensmaße und/oder Zuverlässigkeitsmaße in quan tisierter Form vorliegen.