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WO1997048192A1 - Process for separating a received mixture of signals - Google Patents

Process for separating a received mixture of signals Download PDF

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WO1997048192A1
WO1997048192A1 PCT/DE1997/001160 DE9701160W WO9748192A1 WO 1997048192 A1 WO1997048192 A1 WO 1997048192A1 DE 9701160 W DE9701160 W DE 9701160W WO 9748192 A1 WO9748192 A1 WO 9748192A1
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WO
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subscriber
matrix
received signal
specific
channel equalization
Prior art date
Application number
PCT/DE1997/001160
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Anja Klein
Paul Walter Baier
Bernd Steiner
Peter Jung
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to EP97928111A priority Critical patent/EP0904640A1/en
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    • H04L25/024Channel estimation channel estimation algorithms
    • H04L25/0242Channel estimation channel estimation algorithms using matrix methods

Definitions

  • the invention relates to a method for separating a received signal mix according to the preamble of claim 1.
  • the reception-side separation of a signal mixture in the context of a multi-subscriber signal transmission system is required, for example, on the reception side of the downlink of mobile radio systems in which a fixed base station communicates with a large number of mobile stations can.
  • the base station wants to communicate with K subscriber stations in a mobile radio system at the same time. It must therefore be ensured that in the downlink the signal coming from the base station and intended for one of the K subscriber stations can be separated from the signals intended for other subscriber stations in the relevant subscriber station. Such separation is made possible by using multiple access methods.
  • FDMA frequency division multiple access
  • TDMA time division multiple access
  • CDMA code division multiple access
  • CDMA Code Division Multiple Access
  • the K subscriber signals which each consist of a data sequence with data symbols strung together, differ in the CDMA spreading codes contained in the data symbols, which are also called signatures.
  • the following considerations gen primarily concern systems using CDMA.
  • the applicability of the method according to the invention is not limited to CDMA systems.
  • the separation of a signal mixture which corresponds to a data estimate in CDMA systems, can be accomplished in a known manner by means of signal-adapted filtering (MF, Matched Filtering), which is adapted to the CDMA spreading code of the subscriber.
  • MF Matched Filtering
  • the transmission of the sum signal s over a mobile radio channel 4 with the impulse response h can be done by multiplication with a matrix
  • a combined channel impulse response arises here by discrete folding of a CDMA code c (k) with a time-discrete channel impulse response h with W channel parameters.
  • the sum signal s is thus transmitted via a mobile radio channel 4 with the impulse response h.
  • the reception signal e results after the addition of a noise signal n symbolized by a summing element 6.
  • the received signal e is processed further in a channel equalizer 7 in order to obtain an estimated value s for the transmitted sum signal s.
  • the method according to the invention is particularly advantageous if the subscriber-specific CDMA codes are orthogonal. In contrast to the JD algorithm and the IC algorithm, only the channel impulse response h and the subscriber-specific CDMA code, but not the CDMA code of the other subscribers, need to be known in the receiver 5 of the subscriber k.
  • the ZF or MMSE criterion can be used in the channel equalizer 7, similarly to the algorithm used in connection with the joint detection (JD, Joint Detection). The estimates for the case of uncorrelated noise n with the variance ⁇ 2 when using the IF criterion and when using the MMSE criterion
  • R s E (s * s * T ) is the covariance matrix of the sum signal s.
  • the data estimates) c, MMSE according to the MMSE criterion additionally contain an intersymbol (ISI) and multiple access (MAI) interference component.
  • ISI intersymbol
  • MAI multiple access
  • the dimension of the matrix is increased. This reduces the systematic error and thus the additional disruption that the right-hand circular expansion causes, particularly with the first and last data symbols of each participant. It also enables the dimension of the matrix to be a power of two, so that the fast Fourier transform (FFT, Fast Fourier Transform) can be used to solve the problem in the frequency domain.
  • FFT Fast Fourier transform
  • the main diagonals of the matrix are added the same value ⁇ 2 z and not a higher value for the more disturbed first and last data symbols of a participant, so that the right-hand circular structure of the matrix is preserved.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

In a multi-subscriber radio system (1) in which the signals are given a subscriber-specific form, after a transmission via one and the same channel (4), the mixture of signals received at a subscriber's station (5) is separated in two steps a manner tailored specifically for the subscriber concerned. In the first step channels are equalised (7). In the subsequent second step the signals are filtered (8), whereby the filter coefficients are determined from the signal form specific to the subscriber concerned. The process of the invention can be used for the down-link of a mobile telephone system operating on CDMA.

Description

Beschreibung  description
VERFAHREN ZUM SEPARIEREN EINES EMPFANGENEN SIGNALGEMISCHES Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Separieren eines empfangenen Signalgemisches gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. METHOD FOR SEPARATING A RECEIVED SIGNAL MIXTURE The invention relates to a method for separating a received signal mix according to the preamble of claim 1.
Die empfangsseitige Separierung eines Signalgemisches im Rahmen eines Mehrteilnehmer-Signalübertragungssystems, wobei die Übertragung der verschiedenen Teilnehmersignale über ein und denselben Übertragungskanal erfolgt, ist beispielsweise auf der Empfangsseite der Abwärtsstrecke (downlink) von Mobilfunksystemen erforderlich, bei denen eine ortsfeste Basisstation mit einer Vielzahl von Mobilstationen kommunizieren kann. The reception-side separation of a signal mixture in the context of a multi-subscriber signal transmission system, the transmission of the different subscriber signals taking place via one and the same transmission channel, is required, for example, on the reception side of the downlink of mobile radio systems in which a fixed base station communicates with a large number of mobile stations can.
Es ist dabei davon auszugehen, daß die Basisstation mit K Teilnehmerstationen in einem Mobilfunksystem gleichzeitig kommunizieren möchte. Deshalb ist dafür zu sorgen, daß in der Abwärtsstrecke das für eine der K Teilnehmerstationen bestimmte, von der Basisstation kommende Signal in der zutreffenden Teilnehmerstation von den für andere Teilnehmerstationen bestimmten Signalen getrennt werden kann. Ein solches Separieren wird durch das Verwenden von Vielfachzugriffsverfahren ermöglicht. Man unterscheidet die eher klassischen Vielfachzugriffsverfahren Frequenzmultiplex (Frequency Division Multiple Access, FDMA) und Zeitmultiplex (Time Division Multiple Access, TDMA) sowie das moderne Vielfachzugriffsverfah- ren Codemultiplex (Code Division Multiple Access, CDMA) . It can be assumed that the base station wants to communicate with K subscriber stations in a mobile radio system at the same time. It must therefore be ensured that in the downlink the signal coming from the base station and intended for one of the K subscriber stations can be separated from the signals intended for other subscriber stations in the relevant subscriber station. Such separation is made possible by using multiple access methods. A distinction is made between the more classic multiple access methods frequency division multiple access (FDMA) and time division multiple access (TDMA) as well as the modern multiple access method code division multiple access (CDMA).
Diese drei Verfahren können auch in Kombination angewandt werden. Das Vielfachzugriffsverfahren CDMA beruht auf den Prinzipien der Bandspreiztechnik. In CDMA-Systemen unterscheiden sich die K Teilnehmersignale, die jeweils aus einer Datenfolge mit aneinandergereihten Datensymbolen bestehen, durch die in den Datensymbolen enthaltenen CDMA-Spreizcodes, die auch Signaturen genannt werden. Die folgenden Betrachtun gen betreffen in erster Linie Systeme, bei denen CDMA verwendet wird. Allerdings ist die Anwendbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht auf CDMA-Systeme beschränkt. Die Separierung eines Signalgemisches, der bei CDMA-Systemen eine Datenschätzung entspricht, läßt sich in bekannter Weise durch eine signalangepaßte Filterung (MF, Matched Filtering) bewerkstelligen, die jeweils auf den CDMA-Spreizcode des Teilnehmers angepaßt ist . Ein diese signalangepaßte Filterung durchführender Empfänger läßt sich beispielsweise als Korrelator oder als RAKE-Empfänger realisieren, vgl. z.B. das Buch von Proakis, J.G.:„Digital Communications", New York, McGrawHill, 1989. Eine andere bekannte Möglichkeit zur Separierung eines einfallenden Signalgemisches ist die sogenannte Interferenzeliminierung (IC, Interference Cancellation), die z. B. in der deutschen Patentanmeldung 195 09 867.6, in Ewerbring, M.; Gudmundson, B.; Larrson, G.; Teder, P.: „CDMA with interference cancellation: A technique for high capacity wireless Systems", Proc. Int. Conf . Commun., Genf, 1993, Seiten 1901 bis 1906 und in Dent, P.; Gudmundson, B.; Ewerbring, M.: These three methods can also be used in combination. The multiple access procedure CDMA is based on the principles of the spreading technique. In CDMA systems, the K subscriber signals, which each consist of a data sequence with data symbols strung together, differ in the CDMA spreading codes contained in the data symbols, which are also called signatures. The following considerations gen primarily concern systems using CDMA. However, the applicability of the method according to the invention is not limited to CDMA systems. The separation of a signal mixture, which corresponds to a data estimate in CDMA systems, can be accomplished in a known manner by means of signal-adapted filtering (MF, Matched Filtering), which is adapted to the CDMA spreading code of the subscriber. A receiver performing this signal-adapted filtering can be implemented, for example, as a correlator or as a RAKE receiver, cf. eg the book by Proakis, JG: "Digital Communications", New York, McGrawHill, 1989. Another known possibility for separating an incident signal mixture is the so-called interference cancellation (IC, interference cancellation), which is described, for example, in German patent application 195 09 867.6, in Ewerbring, M .; Gudmundson, B .; Larrson, G .; Teder, P .: "CDMA with interference cancellation: A technique for high capacity wireless Systems", Proc. Int. Conf. Commun., Geneva, 1993, pages 1901 to 1906 and in Dent, P .; Gudmundson, B .; Ewerbring, M .:
„CDMA-IC: A novel code division multiple access scheme based on interference cancellation", Proc. Symp. Personal, Indoor and Mobile Radio Commun., Boston, 1992, Seiten 98 bis 102 beschrieben ist. "CDMA-IC: A novel code division multiple access scheme based on interference cancellation", Proc. Symp. Personal, Indoor and Mobile Radio Commun., Boston, 1992, pages 98-102.
Außerdem läßt sich in bekannter Weise eine Separierung eines Signalgemisches mit Hilfe einer sogenannten gemeinsamen Detektion (JD, Joint Detection) durchführen, die beispielsweise in DE 41 21 356 C2 und DE 43 29 320 A1 beschrieben ist. In addition, a signal mixture can be separated in a known manner with the aid of a so-called joint detection (JD, joint detection), which is described, for example, in DE 41 21 356 C2 and DE 43 29 320 A1.
Die signalangepaßte Filterung ergibt bei der Separierung eines Signalgemisches eine sehr schlechte Leistungsfähigkeit, z. B. in Form von Bitfehlerwahrscheinlichkeiten, bei Mehrwegekanälen. Bei der Verwendung der Interferenzeliminierung (IC) und bei der gemeinsamen Detektion (JD) besteht der Nachteil, daß bei der Separierung eines Signalgemisches auf der Empfangsseite die Spreizcodes aller aktiven Teilnehmer, die mit IC oder JD bearbeitet werden sollen, in jedem Empfänger bekannt sein müssen. Im Falle der Abwärtsstrecken (downlinks) in Mobilfunksystemen müssen damit die Spreizcodes, z.B. die CDMA- Codes, die zur Übertragung von der Basisstation zu allen Mobilstationen verwendet werden, in jeder der Mobilstationen bekannt sein und damit zu jeder Mobilstation übertragen werden, was einen hohen zusätzlichen Aufwand bedeutet. Darüber hinaus ist der erforderliche Rechenaufwand bei der Anwendung der Interferenzeliminierung (IC) und der gemeinsamen Detektion (JD) relativ hoch. The signal-adapted filtering results in a very poor performance when separating a signal mixture, e.g. B. in the form of bit error probabilities, with multi-way channels. When using interference elimination (IC) and joint detection (JD) there is the disadvantage that when separating a signal mixture on the receiving side, the spreading codes of all active subscribers that are to be processed with IC or JD must be known in each receiver . In the case of downlinks in mobile radio systems, the spreading codes, for example the CDMA codes, which are used for the transmission from the base station to all mobile stations, must therefore be known in each of the mobile stations and thus transmitted to each mobile station, which is a high additional Effort means. In addition, the computing effort required when using interference elimination (IC) and joint detection (JD) is relatively high.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der empfangsseitigen Separierung eines Signalgemisches in der Abwärtsstrecke (downlink) eine Verbesserung der Leistungsfähigkeit gegenüber der signalangepaßten Filterung zu erzielen und dabei eine ähnlich gute Leistungsfähigkeit wie bei Durchführung einer Interferenzeliminierung (IC) oder einer gemeinsamen Detektion (JD) zu erreichen. Gegenüber der Interferenzeliminierung und der gemeinsamen Detektion soll dabei die Notwendigkeit vermieden werden, die Spreizcodes (CDMA-Codes) aller Teilnehmer an alle Empfänger zu übermitteln. Darüber hinaus soll noch, zumindest in den meisten Fällen, der Rechenaufwand im Vergleich zur Interferenzeliminierung und zur gemeinsamen Detektion verringert werden. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem gattungsgemäßen Verfahren durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst . Zu der im ersten Schritt durchgeführten Kanalentzerrung läßt sich prinzipiell jeder beliebige, z.B. aus der Literatur (beispielsweise das bereits genannte Buch von Proakis, J.G.:„Digital Communications", New York, McGraw-Hill, 1989) bekannte Entzerrer einsetzen. Zweckmäßige Weiterbildungen und Ausführungsmöglichkeiten des Verfahrens nach der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Einige der Unteransprüche enthalten besonders vorteilhafte Möglichkeiten zur Kanalentzerrung. The object of the invention is to achieve an improvement in performance compared to signal-matched filtering in the separation of a signal mixture in the downlink (downlink) at the receiving end, and a performance similar to that in performing interference elimination (IC) or joint detection (JD). to reach. In contrast to interference elimination and joint detection, the need to transmit the spreading codes (CDMA codes) of all participants to all receivers is to be avoided. In addition, at least in most cases, the computational effort is to be reduced in comparison with interference elimination and for joint detection. According to the invention, this object is achieved in a generic method by the features specified in the characterizing part of claim 1. In principle, any equalizer known from the literature (for example the book by Proakis, JG: "Digital Communications", New York, McGraw-Hill, 1989) mentioned in the literature can be used for the channel equalization carried out in the first step. Appropriate further developments and possible embodiments of the method according to the invention are specified in the subclaims. Some of the subclaims contain particularly advantageous options for channel equalization.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Separierung eines Signalgemisches wird im folgenden noch anhand eines beispielhaften Systemmodells für die Abwärtsstrecke eines digitalen CDMA-Mobilfunksystems erläutert. Es zeigen: The method according to the invention for separating a signal mixture is explained below using an exemplary system model for the downlink of a digital CDMA mobile radio system. Show it:
Fig. 1 das Blockschaltbild dieses Systemmodells für die Fig. 1 shows the block diagram of this system model for the
Abwärtsstrecke eines Mobilfunksystems,  Downlink of a mobile radio system,
Fig. 2 die Struktur der Kovarianzmatrix RQ , 2 shows the structure of the covariance matrix RQ,
Fig. 3 die Struktur der Matrix undFig. 3 shows the structure of the matrix and
Figure imgf000006_0001
Figure imgf000006_0001
Fig. 4 Schritte zur Modifikation der Matrix und
Figure imgf000006_0002
Fig. 4 steps to modify the matrix and
Figure imgf000006_0002
Matrixinversion.  Matrix inversion.
In diesem Zusammenhang wird ein Datenschätzalgorithmus zur Einzeldetektion, nämlich ein sogenannter SD (Single User Detection) -Algorithmus entwickelt. Bei der folgenden Beschreibung des zeitdiskreten Systemmodells werden Vektoren und Matrizen in kleinen bzw. großen Buchstaben fettgeschrieben, komplexe Größen sind unterstrichen. Die komplexe Konjugation bzw. die Transposition werden durch (.)* bzw. (.)T, die Bildung des Erwartungswertes wird durch E(.) beschrieben. Wie Fig. l zeigt, überträgt eine Basisstation 1 K Datensymbolfolgen d(k) , k=1 . . . K, zu K Teilnehmerstationen, die gleichzeitig im gleichen Frequenzband in der gleichen Funkzelle bedient werden. Die Datensymbolfolgen d(k), k=1 . . . K, repräsentieren einen Datenblock entweder vor oder nach der Mittambel. JedesIn this context, a data estimation algorithm for single detection, namely a so-called SD (single user detection) algorithm, is being developed. In the following description of the discrete-time system model, vectors and matrices are bolded in small and large letters, complex sizes are underlined. The complex conjugation or transposition is described by (.) * Or (.) T , the formation of the expected value is described by E (.). As shown in FIG. 1, a base station 1 transmits K data symbol sequences d (k) , k = 1. , , K, to K subscriber stations that are operated simultaneously in the same frequency band in the same radio cell. The data symbol sequences d (k) , k = 1. , , K, represent a data block either before or after the midamble. each
Datensymbol der Datensymbolfolge d (k) wird in der Basisstation 1 unter Einsatz von Einrichtungen 2 zum Beaufschlagen mit den teilnehmerspezifischen Codes mit einem jeweils teilnehmer- spezifischen CDMA-Code c (k) , k=1 . . . K, gespreizt. In der Basiss Station 1 wird dann mittels eines Summierglieds 3 ein Summensignal s. gebildet. Das Summensignal s ergibt sich zu The data symbol of the data symbol sequence d (k) is generated in the base station 1 using devices 2 for loading the subscriber-specific codes with a subscriber-specific CDMA code c (k) , k = 1. , , K, spread. In the base Station 1 is then a sum signal s by means of a summing element 3. educated. The sum signal s results in
8 = (S1,S2...SNQ)T = C·d (1) mit der Matrix 8 = (S 1 , S 2 ... S NQ ) T = CD (1) with the matrix
C = (Ci,j); i=1...QN; j=1...KN; Q = Chipzahl des Codes C = (C i, j ); i = 1 ... QN; j = 1 ... KN; Q = number of chips in the code
CQ(n-1)+g, k+K(n-1) =C Q (n-1) + g, k + K (n-1) =
Figure imgf000007_0001
die die teilnehmerspezifischen CDMA-Codes enthält, und mit einem kombinierten Datenvektor d = (d1d2...dKN)T. (3)
Figure imgf000007_0001
which contains the subscriber-specific CDMA codes, and with a combined data vector d = (d 1 d 2 ... d KN ) T. (3)
Die Übertragung des Summensignals s über einen Mobilfunkkanal 4 mit der Impulsantwort h kann durch eine Multiplikation mit einer Matrix The transmission of the sum signal s over a mobile radio channel 4 with the impulse response h can be done by multiplication with a matrix
F = (Fi,j); i=1...QN+W-1; j=1...QN;
Figure imgf000007_0002
dargestellt werden. Das Empfangssignal e ergibt sich zu e = F·s+n = F·C·d+n = A d + n (5) mit der additiven Rauschfolge n. Die Systemmatrix
F = (F i, j ); i = 1 ... QN + W-1; j = 1 ... QN;
Figure imgf000007_0002
being represented. The received signal e results in e = F · s + n = F · C · d + n = A d + n (5) with the additive noise sequence n. The system matrix
A = F·C (6) zur Darstellung des Empfangssignals e lautet A = F · C (6) to represent the received signal e
A = (Ai,j); i=1...NQ+WQ-1; j=1...KN;
Figure imgf000008_0001
A = (A i, j ); i = 1 ... NQ + WQ-1; j = 1 ... KN;
Figure imgf000008_0001
Die K Teilnehmersignale werden von der Basisstation 1 zu den einzelnen Teilnehmern über K unterschiedliche Kanäle übertragen, die durch die K kombinierten Impulsantworten b(k)= (b1 (k), b2 (k)...
Figure imgf000008_0003
(8) charakterisiert werden. Eine kombinierte Kanalimpulsantwort entsteht hierbei durch diskrete Faltung eines CDMA-Codes c(k) mit einer zeitdiskreten Kanalimpulsantwort h mit W Kanalparametern. Wie bereits beschrieben, wird das Summensignal s also über einen Mobilfunkkanal 4 mit der Impulsantwort h übertragen. Im Empfänger 5 eines Teilnehmers k, 1. . . K, ergibt sich dann nach der durch ein Summierglied 6 symbolisierten Addition eines Rauschsignals n das Empfangssignal e. Das Empfangssignal e wird in einem ersten Schritt in einem Kanalentzerrer 7 weiterverarbeitet, um einen Schätzwert s für das gesendete Summensignal s zu erhalten. In einem zweiten Schritt wird dann mittels eines signalangepaßten Filters 8, das speziell auf den spezifischen Code c(k), k=1 . . . K, des interessierenden Teilnehmers k angepaßt ist , eine codeangepaßte Filterung durchgeführt . Durch diese Maßnahme werden wertkontinuierliche
The K subscriber signals are transmitted from the base station 1 to the individual subscribers via K different channels, which are combined by the K combined impulse responses b (k) = (b 1 (k) , b 2 (k) ...
Figure imgf000008_0003
(8) can be characterized. A combined channel impulse response arises here by discrete folding of a CDMA code c (k) with a time-discrete channel impulse response h with W channel parameters. As already described, the sum signal s is thus transmitted via a mobile radio channel 4 with the impulse response h. In the receiver 5 of a participant k, 1.. , K, the reception signal e then results after the addition of a noise signal n symbolized by a summing element 6. In a first step, the received signal e is processed further in a channel equalizer 7 in order to obtain an estimated value s for the transmitted sum signal s. In a second step, using a signal-adapted filter 8, which is specific to the specific code c (k) , k = 1. , , K, the subscriber of interest k is adapted, code-matched filtering is carried out. This measure makes the value continuous
Schätzwerte
Figure imgf000008_0002
k=1 . . . K, der gesendeten Datensymbolfolgen d( k), k=1 . . . K, bestimmt. Besonders vorteilhaft ist das Verfahren nach der Erfindung, wenn die teilnehmerspezifischen CDMA- Codes orthogonal sind. Im Empfänger 5 des Teilnehmers k müssen somit im Gegensatz zum JD-Algorithmus und zum IC-Algorithmus nur die Kanalimpulsantwort h und der eigene teilnehmerspezifische CDMA-Code, dagegen nicht der CDMA-Code der übrigen Teilnehmer bekannt sein. Zur Bestimmung des Schätzwertes für die gesendete Symbolfolge s kann im Kanalentzerrer 7 ähnlich wie bei dem im Zusammenhang mit der gemeinsamen Detektion (JD, Joint Detection) eingesetzten Algorithmus das ZF- oder MMSE-Kriterium angewandt werden. Die Schätzwerte
Figure imgf000009_0004
ergeben sich für den Fall unkorrelierten Rauschens n mit der Varianz σ2 bei Anwendung des ZF-Kriteriums zu
Figure imgf000009_0002
und bei Anwendung des MMSE-Kriteriums zu
Figure imgf000009_0003
Estimates
Figure imgf000008_0002
k = 1. , , K, the transmitted data symbol sequences d (k) , k = 1. , , K, definitely. The method according to the invention is particularly advantageous if the subscriber-specific CDMA codes are orthogonal. In contrast to the JD algorithm and the IC algorithm, only the channel impulse response h and the subscriber-specific CDMA code, but not the CDMA code of the other subscribers, need to be known in the receiver 5 of the subscriber k. To determine the estimated value for the transmitted symbol sequence s, the ZF or MMSE criterion can be used in the channel equalizer 7, similarly to the algorithm used in connection with the joint detection (JD, Joint Detection). The estimates
Figure imgf000009_0004
for the case of uncorrelated noise n with the variance σ 2 when using the IF criterion
Figure imgf000009_0002
and when using the MMSE criterion
Figure imgf000009_0003
Die Datenschätzwerte nach der codeangepaßten Filterung im teilnehmerspezifisch signalangepaßten Filter 8 ergeben sich zu  The estimated data values after the code-matched filtering in the subscriber-specific signal-matched filter 8 result in
Figure imgf000009_0001
Figure imgf000009_0001
wobei Rs=E(s·s*T) die Kovarianzmatrix des Summensignals s ist. Die Datenschatzwerte c,ZF nach dem ZF-Kriterium enthalten einen Nutz- und einen Rauschanteil, die Datenschätzwerte ) c,MMSE nach dem MMSE-Kriterium enthalten zusätzlich einen Intersymbol (ISI) - und Vielfachzugriffs (MAI) -Interferenzanteil . where R s = E (s * s * T ) is the covariance matrix of the sum signal s. Contain the data values c, ZF according to the ZF criterion a useful and a noise component, the data estimates) c, MMSE according to the MMSE criterion additionally contain an intersymbol (ISI) and multiple access (MAI) interference component.
Im Falle der MMSE-Entzerrung muß die Kovarianzmatrix Rs , die davon abhängig ist, wieviele Teilnehmer momentan aktiv sind und welche CDMA-Codes verwendet werden, mit jedem dazukommenden oder wegfallenden Teilnehmer neu bestimmt werden. Die Kovarianzmatrix Rs besitzt eine Band- und Blockstruktur gemäß Fig. 2 und ist hermitesch. Für den Fall, daß die Betragsquadrate der Komponenten des Datenvektors d und der teilnehmerspezifischen CDMA-Codes c(k), k=1 . . . K, gleich Eins sind, haben alle Elemente auf der Hauptdiagonalen von Rs den Wert K. Die Beträge der Werte auf den Q- 1 besetzten Nebendiagonalen sind kleiner als K. Um die rechenaufwendige Inversion der Kovarianzmatrix Rs zu vermeiden, wird diese Matrix, da sie nur dünn belegt ist, angenähert durch Rs ≈ K·I (13) mit der (NO) · (NO) -Einheitsmatrix I. Hiermit ergeben sich aus der Gleichung (12) die Datenschätzwerte im Falle der MMSE- Entzerrung zu
Figure imgf000010_0001
In the case of MMSE equalization, the covariance matrix R s , which depends on how many subscribers are currently active and which CDMA codes are used, must be redetermined with each subscriber who is added or is dropped. The covariance matrix R s has a band and block structure according to FIG. 2 and is Hermitian. In the event that the amount squares of the components of the data vector d and the subscriber-specific CDMA codes c (k) , k = 1. , , K, equal to one, all elements on the main diagonal of R s have the value K. The amounts of the values on the Q-1-occupied secondary diagonals are smaller than K. In order to avoid the computationally inverse inversion of the covariance matrix R s , this matrix, since it is only sparsely occupied, approximated by R s ≈ K · I (13) with the (NO) · (NO) unit matrix I. This gives the data estimates in the case of MMSE equalization from equation (12)
Figure imgf000010_0001
Die Datenschätzwerte entsprechend der Gleichungen (11) und (14) können entweder direkt mittels Matrixinversion oder indirekt mittels Cholesky-Zerlegung bestimmt werden. Bei der indirekten Bestimmung werden zunächst die Schätzwerte s mittels Cholesky-Zerlegung bestimmt, und anschließend wird die Multiplikation mit der Matrix C*T zur Bestimmung des Schätzwertes
Figure imgf000010_0002
ausgeführt. Im folgenden wird am Beispiel des MMSE-Kanalentzerrers nach der Gleichung (14) ein Verfahren zur suboptimalen rechenaufwandgünstigen Bestimmung der Datenschätzwerte im Frequenzbereich hergeleitet. Dazu wird ein bereits bekanntes Verfahren angewandt, das eine aufwandsgünstige Matrixinversion im Frequenzbereich erlaubt, sofern die zu invertierende Matrix rechtszirkulant ist. Die in der Gleichung (14) zu invertierende Matrix X hat die in Fig. 3 dargestellte Struktur
Figure imgf000011_0001
The estimated data values according to equations (11) and (14) can be determined either directly by means of matrix inversion or indirectly by means of Cholesky decomposition. In the indirect determination, the estimated values s are first determined using Cholesky decomposition, and then the multiplication with the matrix C * T is used to determine the estimated value
Figure imgf000010_0002
executed. In the following, using the example of the MMSE channel equalizer according to equation (14), a method for the suboptimal calculation of the data estimates in the frequency domain, which is inexpensive in terms of computing power, is derived. For this purpose, an already known method is used, which allows an inexpensive matrix inversion in the frequency domain, provided that the matrix to be inverted is right-handed. The matrix X to be inverted in equation (14) has the structure shown in FIG. 3
Figure imgf000011_0001
und ist somit nur näherungsweise rechtszirkulant. In der Fig. 3 sind gleiche Elemente durch gleiche Schraffur dargestellt. and is therefore only approximately right-wing. In Fig. 3, the same elements are shown by the same hatching.
Die Matrix ist hermitesch, dünn belegt und besitzt
Figure imgf000011_0004
The matrix is Hermitian, thinly coated and possesses
Figure imgf000011_0004
eine Bänderstruktur, wobei die Haupt- und jede der Nebendiagonalen jeweils aus gleichen Werten besteht. Die Matrix a band structure, the main and each of the secondary diagonals each consisting of the same values. The matrix
wird derart modifiziert, daß die aufwandsgünstige
Figure imgf000011_0003
is modified so that the inexpensive
Figure imgf000011_0003
Inversion im Frequenzbereich möglich wird, und die daraus resultierende Inverse wird als Näherungslösung für Inversion in the frequency domain becomes possible, and the resulting inverse is used as an approximation for
Figure imgf000011_0002
Figure imgf000011_0002
in der Gleichung (14) verwendet. Folgende Modifikationen der Matrix werden vorgenommen: used in equation (14). The following modifications to the matrix are made:
Die Matrix wird rechtszirkulant erweitert, d.h. die zur Rechtszirkulanz fehlenden Matrixelemente werden ergänzt. Dadurch wird die aufwandsgünstige Matrixinversion im Frequenzbereich möglich. The matrix is expanded to the right, i.e. the matrix elements that are missing for the right-hand circle are added. This enables the cost-effective matrix inversion in the frequency domain.
Die Dimension der Matrix wird erhöht. Dadurch wird der systematische Fehler und damit die zusätzliche Störung, die die rechtszirkulante Erweiterung besonders bei den ersten und letzten Datensymbolen jedes Teilnehmers bewirkt, verringert. Weiterhin wird dadurch ermöglicht, daß die Dimension der Matrix eine Zweierpotenz ist, so daß zur Lösung im Frequenzbereich die schnelle Fourier- Transformation (FFT, Fast Fourier Transform) angewendet werden kann. Zu jedem Element der Hauptdiagonalen der Matrix wird zusätzlich zum Term siehe Gleichung (14), der die
Figure imgf000012_0001
The dimension of the matrix is increased. This reduces the systematic error and thus the additional disruption that the right-hand circular expansion causes, particularly with the first and last data symbols of each participant. It also enables the dimension of the matrix to be a power of two, so that the fast Fourier transform (FFT, Fast Fourier Transform) can be used to solve the problem in the frequency domain. For each element of the main diagonals of the matrix, in addition to the term, see equation (14), which is the
Figure imgf000012_0001
Varianz des Rauschens repräsentiert, eine zusätzliche Varianz σ2 z addiert. Diese Varianz σ2 z repräsentiert den zusätzlichen Störterm, der durch das rechtszirkulante Erweitern der ursprünglich nicht rechtszirkulanten Represents variance of the noise, an additional variance σ 2 z is added. This variance σ 2 z represents the additional perturbation caused by the right-hand circular expansion of the originally non-right-hand circulants
Matrix eingefügt wird. Zu jedem Element der  Matrix is inserted. To every element of the
Hauptdiagonalen der Matrix wird der gleiche Wert σ2 z addiert und nicht ein für die stärker gestörten ersten und letzten Datensymbole eines Teilnehmers höherer Wert, damit die rechtszirkulante Struktur der Matrix erhalten bleibt. Die Schritte zur Modifikation der Matrix und Matrix-
Figure imgf000012_0002
The main diagonals of the matrix are added the same value σ 2 z and not a higher value for the more disturbed first and last data symbols of a participant, so that the right-hand circular structure of the matrix is preserved. The steps to modify the matrix and matrix
Figure imgf000012_0002
inversion sind in Fig. 4 dargestellt. Nach der Berechnung der Inversen im Frequenzbereich wird eine Teilmatrix aus der Inversen ausgeschnitten, die die Dimension der ursprünglichen Matrix hat. Diese Teilmatrix wird in der Gleichung (14) anstelle der Matrix verwendet.inversion are shown in Fig. 4. After calculating the inverse in the frequency domain, a sub-matrix is cut out of the inverse, which has the dimension of the original matrix. This sub-matrix is used in equation (14) instead of the matrix.
Figure imgf000012_0003
Figure imgf000012_0003

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Separieren eines empfangenen Signalgemisches e zur Anwendung in den Empfängern der Teilnehmer eines Mehrteilnehmer-Signalübertragungssystems, in welchem die Übertragung der K verschiedenen Teilnehmersignale 1. Method for separating a received signal mixture e for use in the receivers of the participants of a multi-participant signal transmission system, in which the transmission of the K different participant signals
(d(k), k=1...K), die sendeseitig jeweils mit einer unterschiedlichen teilnehmerspezifischen Signalform (d (k) , k = 1 ... K), each with a different subscriber-specific signal form on the transmission side
(c(k), k=1...K,) beaufschlagt sind, als Summensignal s über ein und denselben Übertragungskanal erfolgt, (c (k) , k = 1 ... K,) are applied as a sum signal s over one and the same transmission channel,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , characterized ,
daß im Empfänger eines Teilnehmers k in einem ersten Schritt eine Kanalentzerrung des empfangenen Signalgemisches e durchgeführt wird, die einen Schätzwert
Figure imgf000013_0002
des gesendeten Summen- signals s liefert, und daß in einem sich daran anschließenden zweiten Schritt eine teilnehmerspezifische Filterung vorgenommen wird, bei der die Filterkoeffizienten nur aus der teilnehmerspezifischen Signalform (c ( k), k=1...K,) des jeweils interessierenden Teilnehmers k bestimmt werden und die somit an ihrem Ausgang ein geschätztes Signal (
Figure imgf000013_0001
k=1...K,) des interessierenden Teilnehmers k liefert
that in the receiver of a subscriber k, in a first step, a channel equalization of the received signal mixture e is carried out, which has an estimated value
Figure imgf000013_0002
of the transmitted sum signal s, and that in a subsequent second step a subscriber-specific filtering is carried out, in which the filter coefficients only from the subscriber-specific signal form (c (k) , k = 1 ... K,) of the person of interest Participant k are determined and thus have an estimated signal at their output (
Figure imgf000013_0001
k = 1 ... K,) of the interested subscriber k
2. Verfahren nach Anspruch 1, 2. The method according to claim 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , characterized ,
daß zur Kanalentzerrung des empfangenen Signalgemisches e ein nach dem Maximum-Likelihood-Prinzip arbeitender Entzerrer verwendet wird. that an equalizer operating according to the maximum likelihood principle is used for channel equalization of the received signal mixture e.
3. Verfahren nach Anspruch 1, 3. The method according to claim 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , characterized ,
daß zur Kanalentzerrung des empfangenen Signalgemisches e ein suboptimal arbeitender Entzerrer eingesetzt wird. that a suboptimal equalizer is used for channel equalization of the received signal mixture e.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 4. The method according to claim 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , characterized ,
daß zur Kanalentzerrung des empfangenen Signalgemisches e ein nach dem Zero-Forcing-Prinzip (ZF), d.h. mit erwartungstreuer Schätzung minimaler Varianz arbeitender Entzerrer verwendet wird. that for channel equalization of the received signal mixture e one according to the zero-forcing principle (IF), ie with expectations Minimum variance estimation is used for working equalizers.
5. Verfahren nach Anspruch 1, 5. The method according to claim 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , characterized ,
daß zur Kanalentzerrung des empfangenen Signälgemisches e ein nach dem Minimum-Mean-Square-Error-Prinzip (MMSE), d.h. mit optimaler linearer Schätzung arbeitender Entzerrer verwendet wird. that for channel equalization of the received signal mixture e according to the minimum mean square error principle (MMSE), i.e. equalizer operating with optimal linear estimate is used.
6. Verfahren nach Anspruch 1, 6. The method according to claim 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , characterized ,
daß die teilnehmerspezifische Filterung im zweiten Schritt eine signalangepaßte Filterung, angepaßt auf die teilnehmer- spezifische Signalform (c(k), k=1...K,) des jeweils interessierenden Teilnehmers k, ist. that the subscriber-specific filtering in the second step is a signal-adapted filtering, adapted to the subscriber-specific signal form (c (k) , k = 1 ... K,) of the subscriber k in question.
7. Verfahren nach Anspruch 1, 7. The method according to claim 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , characterized ,
daß die teilnehmerspezifischen Signalformen (c(k), k=1...K,) der Teilnehmer orthogonal sind. that the participant-specific signal forms (c (k) , k = 1 ... K,) of the participants are orthogonal.
8. Verfahren nach Anspruch 1, 8. The method according to claim 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , characterized ,
daß das empfangene Signalgemisch e aus K gleichzeitig übertragenen, jeweils aus endlich langen Datenblöcken that the received signal mixture e from K transmitted simultaneously, each from finitely long data blocks
d(k), k=1...K, mit digitalen Datensymbolen zusammengesetzten Datenfolgen (= Teilnehmersignale) besteht, die auf dem Übertragungsweg verzerrt werden, wobei jedem der Datensymbole einer Datenfolge vor der Übertragung ein der jeweiligen Datenfolge zugeordneter teilnehmerspezifischer Spreizcode d (k) , k = 1 ... K, data sequences composed of digital data symbols (= subscriber signals) exist which are distorted on the transmission path, with each of the data symbols of a data sequence prior to transmission having a subscriber-specific spreading code assigned to the respective data sequence
(= teilnehmerspezifische Signalform) c(k), k=1...K, (CDMA- Code) aufmoduliert wird, und daß im Empfänger des k-ten Teilnehmers die Schätzwerte k=1...K, der Datensymbolfolge (= Teilnehmersignal) des k-ten Teilnehmers unter Durchführung der beiden aufeinanderfolgenden Schritte, nämlich der Kanal entzerrung des empfangenen Signalgemisches g und der teilnehmerspezifischen Filterung, gebildet werden. (= subscriber-specific signal form) c (k) , k = 1 ... K, (CDMA code) is modulated, and that in the receiver of the kth subscriber the estimated values k = 1 ... K, the data symbol sequence (= subscriber signal ) of the k-th participant by performing the two successive steps, namely the channel equalization of the received signal mixture g and the subscriber-specific filtering.
9. Verfahren nach Anspruch 8, 9. The method according to claim 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , characterized ,
daß zur Kanalentzerrung des empfangenen Signalgemisches e ein nach dem Maximum-Likelihood-Prinzip arbeitender Entzerrer verwendet wird. that an equalizer operating according to the maximum likelihood principle is used for channel equalization of the received signal mixture e.
10. Verfahren nach Anspruch 8, 10. The method according to claim 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , characterized ,
daß zur Kanalentzerrung des empfangenen Signalgemisches e ein suboptimal arbeitender Entzerrer eingesetzt wird. that a suboptimal equalizer is used for channel equalization of the received signal mixture e.
11. Verfahren nach Anspruch 10, 11. The method according to claim 10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , characterized ,
daß zur Kanalentzerrung des empfangenen Signalgemisches e ein sogenannter linearer Zero-Forcing-Blockentzerrer (ZF-BLE = Zero Forcing Block Linear Equalizer) verwendet wird. that a so-called linear zero-forcing block equalizer (ZF-BLE = Zero Forcing Block Linear Equalizer) is used for channel equalization of the received signal mixture e.
12. Verfahren nach Anspruch 10, 12. The method according to claim 10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , characterized ,
daß zur Kanalentzerrung des empfangenen Signalgemisches e ein sogenannter Minimum-Mean-Square-Error-Blockentzerrer (MMSE- BLE = Minimum Mean Square Error Block Linear Equalizer) verwendet wird. that a so-called minimum mean square error block equalizer (MMSE-BLE = minimum mean square error block linear equalizer) is used for channel equalization of the received signal mixture e.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, 13. The method according to any one of claims 8 to 12,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , characterized ,
daß die im zweiten Schritt durchgeführte Filterung auf den teilnehmerspezifischen CDMA-Code des interessierenden Teilnehmers k angepaßt ist. that the filtering carried out in the second step is adapted to the subscriber-specific CDMA code of the subscriber k of interest.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, 14. The method according to any one of claims 8 to 13,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , characterized ,
daß die CDMA-Codes der Teilnehmer orthogonal sind. that the participants' CDMA codes are orthogonal.
15 . Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 12 , 15. Process according to claims 5 and 12,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , characterized ,
daß sich die Datenschatzwerte
Figure imgf000016_0004
c , MMSE aus der folgenden Gleichung ergeben :
Figure imgf000016_0001
that the data values
Figure imgf000016_0004
c, MMSE result from the following equation:
Figure imgf000016_0001
worin C eine die teilnehmerspezifischen Codes enthaltende Matrix, F eine die Kanalimpulsantworten h enthaltende Matrix, σ2 die Varianz des Rauschens n sowie I die Einheitsmatrix darstellen und K·I die Kovarianzmatrix Rs=E (s·s*T) des Summen- signals s annähert, wobei Vektoren und Matrizen in kleinen bzw. großen Buchstaben fettgeschrieben, komplexe Größen unterstrichen, die komplexe Konjugation bzw. die Transposition durch (.)* bzw. (.)T und die Bildung des Erwartungswertes durch E(.) beschrieben sind, daß zur suboptimalen Bestimmung der Datenschätzwerte im Frequenzbereich die Matrixwhere C is a matrix containing the subscriber-specific codes, F is a matrix containing the channel impulse responses h, σ 2 is the variance of the noise n and I is the unit matrix and K · I is the covariance matrix R s = E (s · s * T ) of the sum signal s approximates, where vectors and matrices are written in bold or capital letters, complex sizes are underlined, the complex conjugation or transposition is described by (.) * or (.) T and the formation of the expected value by E (.), that for the suboptimal determination of the data estimates in the frequency domain the matrix
Figure imgf000016_0002
Figure imgf000016_0002
die hermitesch und dünn belegt ist sowie eine Bänderstruktur besitzt, wobei die Haupt- und jede der Nebendiagonalen jeweils aus gleichen Werten besteht, derart modifiziert wird, daß eine aufwandgünstige Inversion im Frequenzbereich möglich wird, wobei dann die daraus resultierende Inverse als Näherungslösung für X - verwendet wird, daß folgende Mo
Figure imgf000016_0003
which is hermitian and thin, and has a band structure, the main and each of the secondary diagonals each consisting of the same values, is modified in such a way that an inexpensive inversion in the frequency domain is possible, the inverse resulting from this being used as an approximate solution for X - is that the following Mon
Figure imgf000016_0003
difikationen der Matrix vorgenommen werden: of the matrix:
- Die Matrix wird rechtszirkulant erweitert, d.h. die zur  - The matrix is expanded to the right, i.e. the for
Rechtszirkulanz fehlenden Matrixelemente werden ergänzt, wodurch die aufwandsgünstige Matrixinversion im Frequenzbereich möglich wird;  Right-hand circulatory missing matrix elements are added, which enables the cost-effective matrix inversion in the frequency domain;
- die Dimension der Matrix wird erhöht, wodurch der systematische Fehler und damit die zusätzliche Störung, die die rechtszirkulante Erweiterung besonders bei den ersten und letzten Datensymbolen jedes Teilnehmers bewirkt, verringert wird und es darüber hinaus ermöglicht wird, daß die Dimension der Matrix eine Zweierpotenz ist, so daß zur Lösung im Frequenzbereich die schnelle Fourier-Transformation (FFT, Fast Fourier Transform) angewendet werden kann; - zu jedem Element der Hauptdiagonalen der Matrix wird zusätzlich zum Term der die Varianz des Rauschens reprä
Figure imgf000017_0001
- The dimension of the matrix is increased, whereby the systematic error and thus the additional disturbance, which causes the right-hand circular expansion especially in the first and last data symbols of each participant, is reduced and, moreover, it enables the dimension of the matrix to be a power of two , so that the fast Fourier transform (FFT, Fast Fourier Transform) can be used for the solution in the frequency domain; - For each element of the main diagonals of the matrix, the variance of the noise is represented in addition to the term
Figure imgf000017_0001
sentiert, eine zusätzliche Varianz o*t addiert, welche den zusätzlichen Störterm repräsentiert, der durch das rechtszirkulante Erweitern der ursprünglich nicht rechtszirkulanten Matrix eingefügt wird, wobei zu jedem Element der sent, an additional variance o * t is added, which represents the additional disturbance term which is inserted by the right-hand circular expansion of the originally non-right-circulating matrix, with for each element the
Hauptdiagonalen der Matrix der gleiche Wert σ2 z und nicht ein für die stärker gestörten ersten und letzten Datensymbole eines Teilnehmers höherer Wert addiert wird, damit die rechtszirkulante Struktur der Matrix erhalten bleibt, und daß nach der Berechnung der Inversen im Frequenzbereich eine Teilmatrix aus der Inversen ausgeschnitten wird, die die Dimension der ursprünglichen Matrix hat, und diese Teilmatrix dann in der oben angegebenen Gleichung anstelle der Matrix verwendet wird.Main diagonals of the matrix the same value σ 2 z and not a higher value for the more disturbed first and last data symbols of a participant is added so that the right-hand circular structure of the matrix is preserved and that after calculating the inverses in the frequency domain, a submatrix from the inverses is cut out, which has the dimension of the original matrix, and this sub-matrix is then used instead of the matrix in the equation given above.
Figure imgf000017_0002
Figure imgf000017_0002
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t 16. The method according to any one of the preceding claims, g e k e n n z e i c h n e t
durch die Anwendung in der Abwärtsstrecke (downlink) einesby using it in the downlink
Mobilfunksystems in den Empfängern der K Teilnehmerstationen. Mobile radio system in the receivers of the K subscriber stations.
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