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Title:
DEVICE AND METHOD FOR EDITING PILOT SYMBOLS FOR A CHANNEL ESTIMATION BY MEANS OF ADAPTIVE LOW-PASS FILTRATION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2004/040790
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device (10; 21) for editing pilot symbols (110) for a channel estimation, said pilot symbols (110) having been sent from a base station and received by a mobile telephony appliance in which they remain. The inventive device (10; 21) comprises a deep-pass filter device (11, 12, 13, 14) for filtering the received pilot symbols (110), the regulation of the deep-pass filter device (11, 12, 13, 14) depending on the relative speed of the mobile telephony appliance in relation to the base station.

Inventors:
BILGIC ATTILA (DE)
DENK ROBERT (DE)
NEUHAUS HOLGER (DE)
SPETH MICHAEL (DE)
Application Number:
PCT/DE2003/003308
Publication Date:
May 13, 2004
Filing Date:
October 06, 2003
Export Citation:
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Assignee:
INFINEON TECHNOLOGIES AG (DE)
BILGIC ATTILA (DE)
DENK ROBERT (DE)
NEUHAUS HOLGER (DE)
SPETH MICHAEL (DE)
International Classes:
H04B1/707; H04L25/02; (IPC1-7): H04B1/707; H04L25/02
Domestic Patent References:
WO2001015332A12001-03-01
Foreign References:
US6452917B12002-09-17
Other References:
HYUK JUN OH ET AL: "An adaptive channel estimation scheme for DS-CDMA systems", VTC 2000, IEEE, vol. 6, 24 September 2000 (2000-09-24), pages 2839 - 2843, XP010525099
LI H ET AL: "An adaptive filtering technique for pilot aided transmission systems", IEEE, 6 May 1990 (1990-05-06), pages 507 - 512, XP010003619
Attorney, Agent or Firm:
Lambsdorff, Matthias (München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Vorrichtung (10 ; 21) zur Aufbereitung von Pilotsymbolen (110) für eine Kanalschätzung, wobei die Pilotsymbole (110) von einer Basisstation ausgesendet und von einem Mobilfunkge rät empfangen wurden und die Pilotsymbole (110) dem Mobil funkgerät bekannt sind, mit einer Tiefpassfiltervorrichtung (11,12, 13,14) zur Filterung der empfangenen Pilotsymbole (110), wobei die Einstellung der Tiefpassfiltervorrichtung (11,12, 13,14) von der Relativgeschwindigkeit des Mobil funkgeräts gegenüber der Basisstation und insbesondere von dem empfängerseitig vorliegenden SignalzuRauschVerhältnis abhängt.
2. Vorrichtung (10 ; 21) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine von den empfangenen Pilotsymbolen (110) gespeiste Reihenschaltung mit einer Mehrzahl von Tiefpassfilterein heiten (11,12, 13,14), wobei jeder Tiefpassfiltereinheit (11,12, 13,14) ein Abgriff zum Auslesen der gefilterten Pilotsymbole nachgeschaltet ist und wobei die Wahl des Ab griffs der gefilterten Pilotsymbole in Abhängigkeit von der Relativgeschwindigkeit des Mobilfunkgeräts erfolgt.
3. Vorrichtung (10 ; 21) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefpassfiltereinheiten (11,12, 13,14) IIR Filter (16) aufweisen.
4. Vorrichtung (10 ; 21) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefpassfiltereinheiten (11,12, 13,14) feste Filterkoeffizienten aufweisen.
5. Vorrichtung (10 ; 21) nach einem oder mehreren der Ansprü che 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefpassfiltereinheiten (11,12, 13,14) bau gleich sind.
6. Vorrichtung (10 ; 21) nach einem oder mehreren der Ansprü che 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefpassfiltereinheiten (11,12, 13,14) dieselbe Gruppenlaufzeit aufweisen, welche insbesondere auf ein Symbol normiert ist.
7. Vorrichtung (10 ; 21) nach einem oder mehreren der Ansprü che 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede Tiefpassfiltereinheit (11,12, 13,14) eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Tiefpassfiltern (16) und einen in den Signalpfad geschalteten Multiplizierer (20) zur Multiplikation mit einem vorgegebenem Faktor auf weist.
8. Vorrichtung (21) nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 7, gekennzeichnet durch eine Prädiktoreinheit (22), welche mittels Verbindungen zu einer Mehrzahl von Abgriffen mit einer Mehrzahl von gefil terten Pilotsymbolen speisbar ist und aus den gefilterten Pilotsymbolen einen Schätzwert für ein nachfolgendes Pi lotsymbol errechnet.
9. Vorrichtung (21) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Prädiktoreinheit (22) das nachfolgende Pilotsym bol mittels einer polynominalen Extrapolation der abge griffenen gefilterten Pilotsymbole errechnet, wobei die polynominale Extrapolation insbesondere linear oder quad ratisch ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefpassfiltervorrichtung ein FIRFilter mit ein stellbaren Koeffizienten aufweist.
11. Vorrichtung (10 ; 21) nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalübertragung zwischen der Basisstation und dem Mobilfunkgerät auf dem UMTSStandard basiert.
12. Kanalschätzer mit einer Berechnungseinheit zur Multipli kation von empfangenen Pilotsymbolen mit komplex konjugierten bekannten Pilotsymbolen und einer Vorrichtung (10 ; 21) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Berechnungseinheit und die Vorrichtung in Reihe geschaltet sind.
13. Verfahren zur Aufbereitung von Pilotsymbolen (110) für eine Kanalschätzung, wobei die Pilotsymbole (110) von einer Basisstation ausgesendet und von einem Mobilfunkgerät empfangen wurden und die Pi lotsymbole dem Mobilfunkgerät bekannt sind, und eine Tiefpassfilterung der empfangenen Pilotsymbole (110) mittels einer Tiefpassfiltervorrichtung (11,12, 13,14) durchgeführt wird, wobei die Einstellung der Tiefpassfil tervorrichtung (11,12, 13,14) von der Relativgeschwin digkeit des Mobilfunkgeräts gegenüber der Basisstation und insbesondere von dem empfängerseitig vorliegenden Signal zuRauschVerhältnis abhängt.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die empfangenen Pilotsymbole (110) eine Reihenschal tung mit einer Mehrzahl von Tiefpassfiltereinheiten (11, 12,13, 14) durchlaufen, wobei jeder Tiefpassfiltereinheit (11,12, 13,14) ein Abgriff zum Auslesen der gefilterten Pilotsymbole nachgeschaltet ist und wobei die Wahl des Ab griffs der gefilterten Pilotsymbole in Abhängigkeit von der Relativgeschwindigkeit des Mobilfunkgeräts erfolgt.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefpassfiltereinheiten (11,12, 13,14) IIR Filter (16) aufweisen.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefpassfiltereinheiten (11,12, 13,14) feste Filterkoeffizienten aufweisen.
17. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefpassfiltereinheiten (11,12, 13,14) bau gleich sind.
18. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefpassfiltereinheiten (11,12, 13,14) dieselbe Gruppenlaufzeit aufweisen, welche insbesondere auf ein Symbol normiert ist.
19. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass jede Tiefpassfiltereinheit (11,12, 13,14) eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Tiefpassfiltern (16) und einen in den Signalpfad geschalteten Multiplizierer (20) zur Multiplikation mit einem vorgegebenem Faktor auf weist.
20. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Prädiktoreinheit (22) mittels Verbindungen zu einer Mehrzahl von Abgriffen mit einer Mehrzahl von gefil terten Pilotsymbolen gespeist wird, und dass die Prädiktoreinheit (22) aus den gefilterten Pilot symbolen einen Schätzwert für ein nachfolgendes Pilotsym bol errechnet.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Prädiktoreinheit (22) das nachfolgende Pilotsym bol mittels einer polynominalen Extrapolation der abge griffenen gefilterten Pilotsymbole errechnet, wobei die polynominale Extrapolation insbesondere linear oder quad ratisch ist.
22. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die empfangenen Pilotsymbole (110) ein FIRFilter mit einstellbaren Koeffizienten durchlaufen.
23. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalübertragung zwischen der Basisstation und dem Mobilfunkgerät auf dem UMTSStandard basiert.
24. Verfahren zur Kanalschätzung, bei welchem empfangene Pi lotsymbole mit komplex konjugierten bekannten Pilotsymbolen multipliziert werden und ein Verfahren zur Aufbereitung der empfangenen Pilotsymbole nach einem oder mehreren der Ansprü che 13 bis 23 vor oder nach der Multiplikation durchgeführt wird.
Description:
Beschreibung Vorrichtung und Verfahren zur Aufbereitung von Pilotsymbolen für eine Kanalschätzung mittels adaptiver Tiefpassfilterung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren, mit welchen Pilotsymbole, die von einer Basisstation ausge- sendet wurden und von einem Mobilfunkgerät empfangen wurden und außerdem dem Mobilfunkgerät bekannt sind, durch eine a- daptive Tiefpassfilterung aufbereitet werden können.

In Mobilfunksystemen erfolgt die Signalausbreitung in Form von Mehrwegepfaden, deren Einfluss auf das Signal in Form ei- ner linearen zeitvarianten Transformation beschrieben werden kann. Derartige Signalverzerrungen machen ein korrektes De- tektieren der zwischen der Basisstation und dem Mobilfunkge- rät übertragenen Daten unmöglich. Aus diesem Grund werden beispielsweise bei einer auf dem UMTS (Universal Mobile Tele- communications System) -Standard basierenden Datenübertragung die Kanalverzerrungen mit Hilfe eines Pilotsignals (Common Pilot Channel ; CPICH) geschätzt. Das Pilotsignal ist ein von der Basisstation ausgesendetes Signal, mittels welchem fort- laufend das gleiche Pilotsymbol oder ein kontinuierlich wie- derkehrendes Muster aus zwei verschiedenen Pilotsymbolen ü- bertragen wird.

In einem einfachen Kanalmodell lassen sich die von dem Mobil- funkgerät empfangenen Symbole rx mathematisch folgendermaßen beschreiben : rk = Sk Ck + nk (1) Hierbei stehen sx für die von der von der Basisstation ausge- sendeten Symbole, cx für einen Kanalparameter und nk für ei- nen Rauschbeitrag. Der Kanalparameter cx beschreibt die Dreh- streckung der Symbole sx im Übertragungskanal. Der ganzzahli-

ge Index k gibt die zeitliche Reihenfolge der Symbole an. Al- le Variablen in Gleichung (1) stehen für komplexe Zahlen.

Gleichung (1) lässt sich selbstverständlich auch auf die ü- bertragenen Pilotsymbole anwenden. Vernachlässigt man den Rauschbeitrag nk, so kann der Kanalparameter ck durch eine Multiplikation der empfangenen Pilotsymbole rk mit den kom- plex konjugierten bekannten Pilotsymbolen sk ermittelt wer- den. Mit Hilfe des so gewonnenen Kanalparameters ck lässt sich der Einfluss des Übertragungskanals auf die übertragenen Symbole nach ihrem Empfang im Mobilfunkgerät gemäß Gleichung (1) eliminieren. Allerdings werden aufgrund physikalischer Effekte im Hochfrequenzempfänger die empfangenen Signale ver- rauscht, wodurch die Schätzung des Kanalparameters ck nur mit endlicher Genauigkeit möglich ist.

Um die Genauigkeit der Kanalschätzung zu verbessern, können optimale adaptive Algorithmen verwendet werden, welche sta- tistische Parameter des Übertragungskanals, wie etwa die Kor- relation benachbarter Kanalwerte und Rauschen, berücksichti- gen.

Bekannte Kanalschätzer beruhen im Wesentlichen auf zwei Prin- zipien.

Bei einer ersten Art von Kanalschätzern werden keine oder Ad- hoc-Annahmen über die statistischen Eigenschaften des Über- tragungskanals gemacht. Die Komplexität dieser Kanalschätzer ist gering, da für ihre Realisierung beispielsweise Filter mit festen, komplexitätsoptimierten Koeffizienten verwendet werden können. Sofern allerdings die tatsächlichen Kanalei- genschaften von den getroffenen Annahmen stark abweichen, führt die Verwendung fester Schätzkoeffizienten zu nur unzu- reichenden Ergebnissen.

Eine zweite Art von Kanalschätzern kommt zum Einsatz, wenn hohe Anforderungen an die Qualität der Schätzung gestellt

werden. Diese Kanalschätzer sind in der Lage, ihre Eigen- schaften adaptiv einzustellen, d. h. die Koeffizienten dieser Kanalschätzer werden an die zu dem jeweiligen Zeitpunkt tat- sächlich vorliegenden Kanalverhältnisse angepasst. Zu dieser Art von Kanalschätzern zählen beispielsweise adaptive Wiener- Kanalschätzer. Die Arbeitsweise der adaptiven Kanalschätzer führt zwar zu guten Ergebnissen, jedoch ist der Komplexitäts- grad für die adaptive Optimierung der Koeffizienten sehr hoch.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zu schaffen, welche die Pilotsymbole für die Kanalschätzung op- timal aufbereitet und welche dennoch mit relativ geringem Aufwand zu realisieren ist. Ferner soll ein entsprechendes Verfahren zur Aufbereitung von Pilotsymbolen angegeben wer- den.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 und 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei einer Kanalschätzung müssen grundsätzlich das Signal-zu- Rausch-Verhältnis und die Dynamik, mit welcher sich die Ka- naleigenschaften ändern, berücksichtigt werden. Untersuchun- gen haben jedoch gezeigt, dass die Kanaldynamik einen wesent- lich größeren Einfluss auf die Ergebnisse der Kanalschätzung ausübt als das Signal-zu-Rausch-Verhältnis. Deshalb kann in manchen Fällen darauf verzichtet werden, den verwendeten Ka- nalschätzer an das vorliegende Signal-zu-Rausch-Verhältnis anzupassen.

Zeitliche Änderungen der Kanaleigenschaften bewirken eine Verbreiterung des Pilotsignals im Frequenzbereich. Die zeit- lichen Änderungen der Kanaleigenschaften werden insbesondere durch eine Relativbewegung des Mobilfunkgeräts gegenüber der Basisstation hervorgerufen. Folglich weisen die von dem Mo-

bilfunkgerät empfangenen Pilotsymbole im Frequenzbereich die Form eines Dopplerspektrums mit einer Bandbreite, die von der Relativgeschwindigkeit des Mobilfunkgeräts gegenüber der Ba- sisstation abhängt, auf. Diese Bandbreite beträgt im UMTS- Standard beispielsweise etwa 1 kHz bei einer Relativgeschwin- digkeit des Mobilfunkgeräts von 500 km/h. Die Pilotsymbolrate beträgt dabei 15 kHz und ist somit für alle relevanten Ge- schwindigkeiten deutlich größer als die Signalbandbreite.

Das im Empfänger erzeugte Rauschen verteilt sich spektral gleichmäßig über die Bandbreite des Pilotsignals und kann durch Tiefpassfilterung in seiner Leistung deutlich verrin- gert werden. Idealerweise würde bei der Tiefpassfilterung die Eckfrequenz des verwendeten Tiefpassfilters an die momentane Dopplerbreite der empfangenen Pilotsymbole angepasst. Dadurch würde die relevante Information ungefiltert durch das Tief- passfilter gelangen, während das adaptive Rauschen oberhalb der Eckfrequenz optimal unterdrückt würde.

Bei der Tiefpassfilterung der Pilotsymbole ist zu beachten, dass die Tiefpassfilterung zu Laufzeitverzögerungen führt.

Ohne weitere Maßnahmen führt eine reine Tiefpassfilterung zu einer Verschlechterung der Kanalschätzung, da die zur Kanal- schätzung verwendeten tiefpassgefilterten Pilotsymbole in der Vergangenheit liegen und sich der Kanalzustand je nach Ge- schwindigkeit bereits merklich verändert hat. Es muss also ein Kompromiss zwischen Tiefpassfilterung und Laufzeitverzö- gerung gefunden werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung berücksichtigt die Kanaldy- namik mittels einer Filterung der eingehenden Pilotsymbole, wobei die Filterung von der gemessenen Relativgeschwindigkeit zwischen dem Mobilfunkgerät und der Basisstation abhängt. Für die Filterung der von der Basisstation ausgesendeten und von Mobilfunkgerät empfangenen Pilotsymbole weist die erfindungs- gemäße Vorrichtung eine Tiefpassfiltervorrichtung auf, welche in Abhängigkeit von der Relativgeschwindigkeit des Mobilfunk-

geräts eingestellt wird. Insbesondere erfolgt die Einstellung der Tiefpassfiltervorrichtung auch unter Berücksichtigung des empfängerseitig vorliegenden Signal-zu-Rausch-Verhältnisses der Pilotsymbole.

Bei der Einstellung der Tiefpassfiltervorrichtung kann es sich zum Beispiel um die Einstellung ihrer Filterkoeffizien- ten oder um die Einstellung einer Einheit zur Auswertung der gefilterten Pilotsymbole handeln. Beispielsweise kann vorge- sehen sein, dass bei einer hohen Relativgeschwindigkeit des Mobilfunkgeräts eine nur geringe Tiefpassfilterung vorgenom- men wird, um eine geringe Laufzeitverzögerung zu verursachen.

Demgegenüber ist bei einer relativ kleinen Relativgeschwin- digkeit des Mobilfunkgeräts die Laufzeitverzögerung aufgrund der hier sehr langsamen Kanaländerungen recht unkritisch und eine effektive Filterung der Pilotsymbole wesentlich ent- scheidender.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung liefert folglich Pilotsymbo- le, die entsprechend der momentanen Relativgeschwindigkeit des Mobilfunkgeräts optimal für die Kanalschätzung aufberei- tet sind. Des Weiteren lässt sich die erfindungsgemäße Vor- richtung aufwandsgünstig realisieren, da die Einstellung der Tiefpassfiltervorrichtung nur anhand eines oder weniger Kri- terien erfolgt und daher die Komplexität der erfindungsgemä- ßen Vorrichtung gering ist.

Die eigentliche Kanalschätzung kann durch Multiplikation der empfangenen Pilotsymbole mit den komplex konjugierten bekann- ten Pilotsymbolen im Anschluss an die erfindungsgemäße Tief- passfilterung erfolgen. Gemäß obiger Gleichung (1) und dem sich daran anschließenden Text lässt sich mittels dieser Mul- tiplikation der Kanalparameter berechnen.

Die vorstehend beschriebene Multiplikation kann ferner auch vor der erfindungsgemäßen Tiefpassfilterung erfolgen. Im Er-

gebnis unterscheiden sich die beiden genannten Vorgehen zur Kanalschätzung nicht.

Zum Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung muss die Rela- tivgeschwindigkeit des Mobilfunkgeräts gegenüber der Basis- station gemessen werden. Zu diesem Zweck sind dem Fachmann verschiedene Messverfahren bekannt. Beispielsweise kann die Geschwindigkeit anhand des Dopplerspektrums des Pilotsignals ermittelt werden.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird mit den empfangenen Pilotsymbolen eine Reihenschaltung gespeist, die eine Mehrzahl von hintereinander geschalteten Tiefpassfiltereinheiten umfasst. Jede Tiefpassfiltereinheit weist an ihrem Ausgang einen Abgriff zum Auslesen der gefil- terten Pilotsymbole auf. Der Abgriff der gefilterten Pilot- symbole erfolgt in Abhängigkeit von der Relativgeschwindig- keit des Mobilfunkgeräts gegenüber der Basisstation.

Generell gilt, dass je weiter hinten eine Tiefpassfilterein- heit in der erfindungsgemäßen Reihenschaltung angeordnet ist, desto besser die Tiefpasscharakteristik der an ihrem Ausgang abgegriffenen Pilotsymbole ist und desto größer allerdings auch die Laufzeitverzögerung ist. In der Regel wird daher bei einer hohen Relativgeschwindigkeit des Mobilfunkgeräts der Abgriff weiter vorne erfolgen, da in diesem Fall die Lauf- zeitverzögerung möglichst klein gehalten werden soll. Bei ei- ner relativ kleinen Relativgeschwindigkeit des Mobilfunkge- räts ist eine effektive Filterung der Pilotsymbole entschei- dender, sodass die Pilotsymbole in diesem Fall vor ihrer Wei- terverarbeitung mehrere Tiefpassfiltereinheiten durchlaufen.

Die vorstehend beschriebene Maßnahme hat zum Vorteil, dass die einzelnen Tiefpassfiltereinheiten nur eine relativ gerin- ge Komplexität aufweisen müssen und dennoch eine adaptive An- passung der Vorrichtung an die vorliegenden Kanaleigenschaf- ten möglich ist.

Vorteilhafterweise erfolgt der Abgriff an dem Ausgang einer Tiefpassfiltereinheit mittels eines Schaltmittels.

Bislang bekannte Kanalschätzer sind im Allgemeinen mit FIR (Finite Impulse Response) -Filtern ausgestattet. Die Komplexi- tät dieser Filter ist jedoch relativ groß, zumal wenn sie an den Kanalzustand anpassbar ausgelegt sind. Aus diesem Grund werden für die erfindungsgemäßen Tiefpassfiltereinheiten vor- zugsweise wesentlich aufwandsgünstigere IIR (Infinite Impulse Response) -Filter verwendet.

Eine weitere Reduzierung der Komplexität der Tiefpassfilter- einheiten ergibt sich aus vorzugsweise fest eingestellten Filterkoeffizienten der Tiefpassfiltereinheiten. Des Weiteren ist es in diesem Sinne vorteilhaft, die Tiefpassfiltereinhei- ten baugleich auszulegen.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Tiefpassfiltereinheiten eine normierte Gruppenlaufzeit aufweisen. Insbesondere ist die Gruppenlaufzeit auf ein Sym- bol normiert.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst jede Tiefpassfiltereinheit eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Tiefpassfiltern und einen in den Signalpfad ge- schalteten Multiplizierer zur Multiplikation mit einem vorge- gebenem Faktor. Durch die Multiplikation mit dem vorgegebenen Faktor lässt sich die Amplitudenübertragungsfunktion normie- ren.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist durch eine Prädiktoreinheit gekennzeichnet. Die Prädiktorein- heit weist Verbindungen zu mehreren und insbesondere zu sämt- lichen an den Ausgängen der Tiefpassfiltereinheiten angeord- neten Abgriffen auf. Anhand der gleichzeitig in die Prädik- toreinheit eingehenden Pilotsymbole lässt sich ein Schätzwert

für ein nachfolgendes Pilotsymbol errechnen. Insbesondere kann es sich dabei um das zu diesem Zeitpunkt in die erfin- dungsgemäße Vorrichtung eingehende Pilotsymbol handeln. Diese Maßnahme ist besonders bei hohen Relativgeschwindigkeiten des Mobilfunkgeräts von Vorteil, da aufgrund der endlichen Lauf- zeiten der Pilotsymbole durch die Tiefpassfiltereinheiten an den Ausgängen der Tiefpassfiltereinheiten nur Pilotsymbole aus der Vergangenheiten abgegriffen werden können. Bei hohen Relativgeschwindigkeiten ist aufgrund der schnellen Änderung der Kanaleigenschaften eine Voraussage für das zu dem jewei- ligen Zeitpunkt gültige Pilotsymbol günstig.

Vorteilhafterweise errechnet die Prädiktoreinheit das nach- folgende Pilotsymbol mittels einer polynominalen Extrapolati- on aus den gefilterten Pilotsymbolen. Die polynominale Extra- polation ist insbesondere linear oder quadratisch.

Als Alternative zu den vorstehend beschriebenen hintereinan- der geschalteten Tiefpassfiltereinheiten kann die Tiefpass- filtervorrichtung auch mittels eines FIR-Filters, dessen Ko- effizienten einstellbar sind, realisiert werden. Die Einstel- lung der Filterkoeffizienten erfolgt anhand der genannten Kriterien.

Vorzugsweise liegt der Signalübertragung zwischen der Basis- station und dem Mobilfunkgerät der UMTS-Standard zugrunde.

Ein erfindungsgemäßer Kanalschätzer weist eine Berechnungs- einheit und eine erfindungsgemäße Vorrichtung auf. Die Bere- chungseinheit dient zur Multiplikation der empfangenen Pilot- symbole mit den komplex konjugierten bekannten Pilotsymbolen.

Daraus ergibt sich, wie bereits weiter oben beschrieben, der Kanalparameter. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist entweder vor oder hinter die Berechnungseinheit geschaltet.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Aufbereitung von Pi- lotsymbolen für eine Kanalschätzung. Die aufzubereitenden Pi-

lotsymbole wurden ursprünglich von einer Basisstation ausge- sendet und wurden von einem Mobilfunkgerät empfangen. Die von der Basisstation ausgesendeten Pilotsymbole sind dem Mobil- funkgerät bekannt. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Tiefpassfilterung der empfangenen Pilotsymbole mit- tels einer Tiefpassfiltervorrichtung durchgeführt. Dabei hängt die Einstellung der Tiefpassfiltervorrichtung von der Relativgeschwindigkeit des Mobilfunkgeräts gegenüber der Ba- sisstation und insbesondere von dem empfängerseitig vorlie- genden Signal-zu-Rausch-Verhältnis ab.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden die empfangenen Pilotsymbole für die Kanalschätzung optimal aufbereitet. Au- ßerdem lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren mit relativ geringem Aufwand realisieren.

Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen : Fig. 1 eine Darstellung des Prinzips der erfindungsgemäßen Vorrichtung und deren Implementierung in ein Mobil- funkgerät ; Fig. 2 ein schematisches Schaltbild eines ersten Ausfüh- rungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung ; Fig. 3 eine beispielhafte Übertragungsfunktion einer Tief- passfiltereinheit 11 bis 14 ; Fig. 4 eine beispielhafte Auftragung der Gruppenlaufzeit einer Tiefpassfiltereinheit 11 bis 14 gegen die Frequenz ; und Fig. 5 ein schematisches Schaltbild eines zweiten Ausfüh- rungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In Fig. 1 ist schematisch das Prinzip der erfindungsgemäßen Vorrichtung und ihre Einbindung in ein Mobilfunkgerät darge- stellt. Der Datenübertragung zwischen der Basisstation und dem Mobilfunkgerät liegt in den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung stets der UMTS-Standard zugrunde.

In einen RAKE-Empfänger 1 eingehende Chips 100 werden nach- einander einer Entwürfelungseinheit 2, einer Entspreizungs- einheit 3 und einer"Integrate & Dump"-Einheit 4 zugeführt.

Dadurch werden die Chips 100 in Symbole 101 umgewandelt. So- fern es sich dabei um über den CPICH-Kanal übertragene Pilot- symbole 102 handelt, werden diese an eine Einheit 5 zur Rela- tivgeschwindigkeitsbestimmung und an einen Kanalschätzer 6 weitergeleitet. Die Einheit 5 dient zur Messung der Relativ- geschwindigkeit des Mobilfunkgeräts gegenüber der Basisstati- on. Anhand der gemessenen Relativgeschwindigkeit wird der Ka- nalschätzer 6 mittels eines Steuersignals 103 konfiguriert.

Dabei kann beispielsweise zwischen den Konfigurationen 6a, 6b und 6c des Kanalschätzers 6 gewählt werden. Zwei mögliche Ausgestaltungen des Kanalschätzers 6 werden nachfolgend an- hand zweier Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.

Die beiden Ausführungsbeispiele sind schematisch in den Fig.

2 und 5 dargestellt. Der Kanalschätzer 6 errechnet in seiner jeweiligen Konfiguration 6a, 6b oder 6c einen Kanalparameter 104, welcher eine Gewichtungseinheit 7 speist. In der Gewich- tungseinheit 7 werden mittels des Kanalparameters 104 die durch den Kanal bedingten Verzerrungen aus den Symbolen 101 herausgerechnet und es ergeben sich Symbole 105, welche zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung stehen.

In Fig. 2 ist das schematische Schaltbild einer Vorrichtung 10 als erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vor- richtung gezeigt. Die Vorrichtung 10 kann beispielsweise in den in Fig. 1 gezeigten Kanalschätzer 6 integriert sein.

In der Vorrichtung 10 sind vier Tiefpassfiltereinheiten 11, 12,13 und 14 in Reihe angeordnet. Ausgangsseitig weisen die Tiefpassfiltereinheiten 11 bis 14 jeweils eine Verbindung zu einem Wechselschalter 15 auf.

In die in der Reihenschaltung der Tiefpassfiltereinheiten 11 bis 14 als erste angeordnete Tiefpassfiltereinheit 11 gehen eingangsseitig Pilotsymbole 110 ein. Der Wechselschalter 15 wird von dem Steuersignal 103 gesteuert. Am Ausgang des Wech- selschalters 15 werden Pilotsymbole 111 ausgegeben.

Die Tiefpassfiltereinheiten 11 bis 14 weisen in dem vorlie- genden Ausführungsbeispiel den gleichen Aufbau auf. Jede der Tiefpassfiltereinheiten 11 bis 14 enthält drei nacheinander angeordnete, gleich aufgebaute IIR-Tiefpassfilter.

Exemplarisch ist in Fig. 2 das in der Tiefpassfiltereinheit 11 enthaltene IIR-Tiefpassfilter 16 mit Bezugszeichen verse- hen. Hinter den Eingang des IIR-Tiefpassfilters 16 ist ein Addierer 17 geschaltet. Der Addierer 17 wird des Weiteren von einem Rückkoppelzweig gespeist, in welchem ein Verzögerungs- glied 18 und ein Dividierer 19 angeordnet sind. Der Dividie- rer 19 teilt seinen Eingangswert durch 4.

Hinter die drei IIR-Tiefpassfilter der Tiefpassfiltereinhei- ten 11 bis 14 ist jeweils ein Multiplizierer 20 geschaltet, welcher seinen Eingangswert mit dem Faktor 27/64 beauf- schlagt.

Die Tiefpassfiltereinheiten 11 bis 14 verhalten sich wie IIR- Tiefpassfilter und weisen folgende Übertragungsfunktion Hall,..., zu (z) im Frequenzbereich auf : <BR> <BR> <BR> 27 (2)<BR> <BR> <BR> <BR> H11,...,14(z) = (2)<BR> 64 - 48z-1 + 12z-2 - z-3

Die Koeffizienten der Übertragungsfunktion Hll,..., 14 (z) sind so bestimmt, dass die Gruppenlaufzeit 1 Symbol und die In-Band- Verstärkung 0 dB betragen.

Das IIR-Tiefpassfilter 16 und alle weiteren gleich aufgebau- ten IIR-Tiefpassfilter weisen folgende Übertragungsfunktion Hie (z) im Frequenzbereich auf : Die von dem Multiplizierer 20 vorgenommene Multiplikation mit dem Faktor 27/64 dient zur Normierung der Amplitudenübertra- gungsfunktion. Dieser Faktor könnte auch durch den Faktor 32/64 = 1/2 angenähert werden. In diesem Fall wäre die Multi- plikation mittels einer einfachen Schiebeoperation realisier- bar.

Es wurde bereits erwähnt, dass die Gruppenlaufzeit für jede Tiefpassfiltereinheit 11 bis 14 ein Symbol beträgt. Demnach ergibt sich bei einem Abgriff eines gefilterten Pilotsymbols am Ausgang der Tiefpassfiltereinheit 11 eine Verzögerung die- ses Pilotsymbols gegenüber seinem Eingangszeitpunkt in die Vorrichtung 10 von einem Symbol. Bei einem Abgriff nach der Tiefpassfiltereinheit 14 erscheint das Pilotsymbol um vier Symbole verzögert.

Die Einstellung des Wechselschalters 15 erfolgt mittels des Steuersignals 103. In dem Beschreibungstext zu Fig. 1 wurde bereits erwähnt, dass das Steuersignal 103 aus der Messung der Relativgeschwindigkeit des Mobilfunkgeräts gegenüber der Basisstation hervorgeht. In Abhängigkeit von der Relativge- schwindigkeit wird durch die Einstellung des Wechselschalters 15 die Tiefpassfiltereinheit 11 bis 14 ausgewählt, an deren Ausgang die gefilterten Pilotsymbole 111 abgegriffen werden.

Sofern die Relativgeschwindigkeit hoch ist, wird ein relativ früher Abgriff gewählt, um so die durch die Tiefpassfilterung verursachte Laufzeitverzögerung der Pilotsymbole gering zu halten. Bei einer niedrigen Relativgeschwindigkeit ist eine gute Filterung der Pilotsymbole möglich, sodass ein weiter hinten liegender Abgriff gewählt wird. Folglich muss für die Wahl des jeweiligen Abgriffs anhand der vorliegenden Relativ- geschwindigkeit des Mobilfunkgeräts zwischen effektiver Rauschunterdrückung und tolerierbarer Signallaufzeitverzöge- rung abgewogen werden.

Bei der Einstellung des Wechselschalters 15 kann insbesondere auch das Signal-zu-Rausch-Verhältnis berücksichtigt werden.

Zur Ermittlung eines Kanalparameters 104 müssen die empfange- nen Pilotsymbole gemäß obiger Gleichung (1) und dem der Glei- chung (1) nachfolgenden Beschreibungstext noch mit den kom- plex konjugierten bekannten Pilotsymbolen multipliziert wer- den. Diese Multiplikation kann in dem Kanalschätzer 6 der Vorrichtung 10 vor-oder nachgeschaltet sein.

In Fig. 3 und 4 sind die Übertragungsfunktionen der Tiefpass- filtereinheiten 11 bis 14 und ihre Gruppenlaufzeiten gegen die Frequenz aufgetragen. Die 3 dB-Frequenz der Tiefpassfil- tereinheiten 11 bis 14 beträgt 3,7 kHz. Um aus Fig. 3 auf die Übertragungsfunktion für einen Abgriff nach mehreren Tief- passfiltereinheiten zu schließen, muss die in Fig. 3 gezeigte Übertragungsfunktion mit der jeweiligen Anzahl der Tiefpabs- filtereinheiten potenziert werden.

In Fig. 5 ist das schematische Schaltbild einer Vorrichtung 21 als zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vor- richtung gezeigt. Die Vorrichtung 21 kann beispielsweise ge- nauso wie die Vorrichtung 10 in den in Fig. 1 gezeigten Ka- nalschätzer 6 integriert sein.

Die Vorrichtung 21 weist wie die Vorrichtung 10 die gleiche kaskadierte, aus den Tiefpassfiltereinheiten 11 bis 14 aufge- baute Struktur auf. Die Vorrichtungen 10 und 21 unterscheiden sich in nur wenigen Baugruppen. Daher sind die Bauelemente der Vorrichtung 21, die bereits aus der Vorrichtung 10 be- kannt sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Vorrichtung 21 unterscheidet sich von der Vorrichtung 10 durch eine unterschiedliche Weiterverarbeitung der von den Tiefpassfiltereinheiten 11 bis 14 an ihren Ausgängen zur Ver- fügung gestellten gefilterten Pilotsymbole. In der Vorrich- tung 21 sind die Ausgänge der Tiefpassfiltereinheiten 11,12 und 14 mit einer Prädiktoreinheit 22 verbunden. In der Prä- diktoreinheit 22 werden die gleichzeitig von den Tiefpassfil- tereinheiten 12 und 14 ausgegebenen Pilotsymbole mittels der Dividierer 25 und 26 durch 2 dividiert. Nach der Division werden die Pilotsymbole mit dem gleichzeitig von der Tief- passfiltereinheit 11 ausgegebenen Pilotsymbol mittels der Ad- dierer 23 und 24 addiert, wobei das Vorzeichen des von der Tiefpassfiltereinheit 14 erzeugten Pilotsymbols invertiert wird.

Die Prädiktoreinheit 22 führt eine lineare Extrapolation der von den Tiefpassfiltereinheiten 11 bis 14 ausgegebenen Pilot- symbole durch. Sofern dem aktuellen Pilotsymbol 110, welches zu einem angenommenen Zeitpunkt in die Vorrichtung 21 ein- geht, der Laufindex N zugeordnet ist, erhält man an den Aus- gängen der Tiefpassfiltereinheiten 11,12, 13 und 14 zu dem- selben Zeitpunkt die Schätzwerte für die Pilotsymbole mit den Laufindizes N-1, N-2, N-3 und N-4. Anhand dieser Werte kann durch lineares Fitten die Gerade berechnet werden, welche den quadratischen Abstand zu den vier Schätzwerten minimiert. Die Prädiktoreinheit 22 liefert den Wert, den die Gerade für den Laufindex N annehmen würde. Somit gibt die Prädiktoreinheit 22 an ihrem Ausgang einen Schätzwert für das aktuelle Pilot- symbol 110 aus.

Die von der Prädiktoreinheit 22 durchgeführte Extrapolation hängt in linearer Weise von den an den Ausgängen der Tief- passfiltereinheiten 11 bis 14 abgegriffenen Werten ab und weist somit die Struktur eines FIR-Filters auf. Mit den in der Prädiktoreinheit 22 eingestellten Parametern ergeben sich für die Koeffizienten dieses FIR-Filters die Werte 1, X, 0 und-M. Diese Koeffizienten können in einfacher Weise durch Schiebeoperationen realisiert werden.

Mittels eines Wechselschalters 27 wird zwischen den von der Prädiktoreinheit 22 ausgegebenen Pilotsymbolen und den von der Tiefpassfiltereinheit 14 ausgegebenen Pilotsymbolen aus- gewählt. Zur Steuerung des Wechselschalters 27 wird das Steu- ersignal 103 verwendet.

Da der Wechselschalter 27 in der Vorrichtung 21 eingangssei- tig zweipolig ist, ist lediglich eine binäre Entscheidung zwischen niedrigen und hohen Relativgeschwindigkeiten des Mo- bilfunkgeräts erforderlich. Bei niedrigen Relativgeschwindig- keiten erfolgt der Abgriff nach der Tiefpassfiltereinheit 14, wohingegen bei hohen Relativgeschwindigkeiten der Ausgangs- wert der Prädiktoreinheit 22 verwendet wird.

Die in den Fig. 2 und 5 gezeigten Vorrichtungen 10 und 21 weisen hohe Freiheitsgrade auf. U. a. können die Anzahl der betrachteten Geschwindigkeitsstufen, der Grad des extrapolie- renden Polynoms und die Anzahl der zur Prädiktion verwendeten Stützstellen variiert und optimiert werden.