DE102004041121B3 - Estimation of signal parameters in radio channels by rotational invariance techniques involves transmission of test signals at intervals and use of test algorithm and complex amplitude values - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Untersuchen eines sich zwischen einem Sender und einem Empfänger befindenden Funkkanals, wobei vom Sender ein periodisches Testsignal ausgesendet wird, das einer Mehrwegeausbreitung unterliegt und dabei in eine Vielzahl von pfadgewichteten Testeinzelsignalen aufgeteilt wird und das aus einer Vielzahl von Blöcken mit einer Blockdauer besteht, die mindestens so groß wie die längste Laufzeit aller zu berücksichtigenden, pfadgewichteten Testeinzelsignale ist. Hierbei werden am Empfänger an mehreren Einzelantennen einer Empfangsantennenanordnung die überlagerten pfadgewichteten Testeinzelsignale jeweils als Mess-Signal eines Messkanals empfangen und diese Mess-Signale werden den Eingängen eines Multiplexers zugeführt, bei dem jeder seiner Eingänge mindestens eine Blockdauer lang an seinen Ausgang durchgeschaltet wird, von dem aus die gemultiplexten Mess-Signale einer Signal- und Datenverarbeitungseinrichtung zugeführt werden, welche die gemultiplexten Mess-Signale eines Messdatensatzes in örtlich komplexe Impulsantworten überführt und daraus als Ergebnis eine richtungsaufgelöste komplexe, die Eigenschaften des Funkkanals widerspiegelnde Impulsantwort berechnet. Ferner bestimmt die Signal- und Datenverarbeitungseinrichtung dazu bei der Verarbeitung der örtlich komplexen Impulsantworten mit Hilfe eines Richtungsschätzalgorithmus, insbesondere eines auf einem "Maximum Likelihood"-Verfahren basierenden ESPRIT-Algorithmus, die Einfallsrichtungen und komplexen Amplitudenwerte, d.h. die Anzahl der Reflexionen, deren Verzögerung, Leistung und Phase, für jede ermittelte Einfallsrichtung zu jedem Abtastzeitpunkt des Funkkanals nach Art eines Schnappschusses.The The invention relates to a method for examining a between a transmitter and a receiver radio channel, where the transmitter is a periodic test signal which is subject to multipath propagation and thereby divided into a plurality of path-weighted single test signals and which consists of a plurality of blocks with a block duration, the at least as big as the longest Duration of all to be considered, path-weighted single test signals. This will be on the receiver a plurality of individual antennas of a receiving antenna array superimposed path-weighted test single signals each as a measurement signal of a Receive measuring channels and these measuring signals are the inputs of a Supplied to multiplexers, at each of its inputs connected through at least one block duration to its output from which the multiplexed measurement signals of a signal and data processing means supplying the multiplexed ones Transferred measurement signals of a measurement data set in locally complex impulse responses and as a result, a direction-resolved complex, the properties of the radio channel reflecting impulse response. Further determined the signal and data processing device for this during processing the local complex impulse responses using a direction estimation algorithm, in particular one based on a "maximum likelihood" method ESPRIT algorithm, the directions of incidence and complex amplitude values, i.e. the number of reflections, their delay, power and phase, for every determined direction of incidence at each sampling time of the radio channel like a snapshot.
In einem der Kommunikation dienenden Funkkanal, insbesondere in einem Mobilfunkkanal, entstehen Mehrwegeausbreitungen des vom Sender der Funkstrecke ausgestrahlten Signals, die sich infolge der Ausbreitung dieses Signals auf unterschiedlichen Wegen ergeben, wobei es zu Reflexionen, Abschattungen, Streuungen und Dopplerverschiebungen dieses Signals kommt. Am Empfänger der Funkstrecke wird dann eine Vielzahl von pfadgewichteten Signalen empfangen, die sich auf den verschiedensten Wegen ausgebreitet haben und überlagern.In one of the communication serving radio channel, in particular in one Mobile radio channel, arise Mehrwegeausbreitungen of the transmitter of the Radio link emitted signal, which is due to the propagation this signal in different ways, giving it to Reflections, shadows, scatters and Doppler shifts this signal comes. At the receiver of The radio link then becomes a plurality of path-weighted signals received, who have spread in various ways and overlay.
Zur Weiterentwicklung und Optimierung von Mobilfunksystemen werden statistisch relevante Kanalmodelle benötigt, welche das Verhalten eines Funkkanals wirklichkeitsgetreu beschreiben. Zu diesem Zweck müssen die komplexen Eigenschaften des von den jeweiligen örtlichen Bedingungen abhängigen Kanalmodells möglichst vollständig erfasst und beschrieben werden. Zur Vermessung eines realen Funkkanals wird gewöhnlich eine breitbandige Messung der komplexen Übertragungsfunktion des jeweiligen zeitvarianten Funkkanals bewerkstelligt, wobei als Mess-System ein sogenannter Channel-Sounder eingesetzt wird, der sendeseitig ein Testsignal abstrahlt, dessen örtliche, komplexe Impulsantwort am Ende des Funkkanals empfangen und ausgewertet wird.to Further development and optimization of mobile radio systems become statistically relevant channel models needed, which describe the behavior of a radio channel realistically. For this purpose must the complex properties of each of the local Conditions dependent Channel model as possible Completely recorded and described. For measuring a real radio channel becomes ordinary a broadband measurement of the complex transfer function of each Time-variant radio channel accomplished, being used as a measuring system so-called channel sounder is used, the transmitter side a test signal radiates whose local, Complex impulse response at the end of the radio channel received and evaluated becomes.
Bei der Satellitennavigation beispielsweise kommt es in den Empfängern zu Fehlern in der Positionsbestimmung durch Reflexionen des vom Satelliten ausgesendeten Funksignals an Objekten, z.B. an Gebäuden, im Ausbreitungskanal. Diese Reflexionen erreichen den Empfänger verzögert zum direkten LOS(Line of Sight)-Signal. Entscheidend für den Positionsbestimmungsfehler sind die Leistung, die Verzögerung (Delay) und die Modulation der Reflexionen. Vor allem statische Reflexionen mit einer Verzögerung, die kleiner als die Dauer eines Chips des verwendeten Spreizcodes ist, können heute bei Satellitennavigationsempfängern nicht eliminiert werden. Sie überlagern das direkte Signal und führen zu einer fehlerhaften Laufzeitmessung der Satellitensignale. Beim bekannten, vielfach benutzten GPS (Global Positioning System) können diese Fehler einige 10 Meter betragen. Die notwendige Auflösung zur Charakterisierung des Kanals liegt in Verzögerungsrichtung im Bereich von Nanosekunden (ns).at satellite navigation, for example, happens in the receivers Errors in positioning due to reflections from the satellite transmitted radio signal to objects, e.g. on buildings, in the Propagation channel. These reflections reach the receiver delayed for Direct LOS (Line of Sight) signal. Decisive for the positioning error are the power, the delay (Delay) and the modulation of the reflections. Especially static Reflections with a delay, less than the duration of a chip of the spreading code used is, can are not eliminated today in satellite navigation receivers. They overlap the direct signal and lead to a faulty transit time measurement of the satellite signals. At the known, widely used GPS (Global Positioning System) can this Error some 10 meters. The necessary resolution for Characterization of the channel lies in the direction of deceleration in the area from nanoseconds (ns).
Um derartige Mehrwege-Funkkanäle exakt beschreiben zu können, sind viele Messungen durchzuführen, in deren Verlauf ländliche und städtische Kanäle für Fußgänger und Kraftfahrzeuge gemessen werden. Dies trifft nicht nur auf die Satellitennavigation zu, sondern auch auf andere, auf einer Synchronisation basierende Systeme und darüber hinaus auch auf alle von Mehrwegeproblemen betroffenen Funkkommunikationssysteme zu. Vor allem bei zukünftigen Breitbandsystemen ist die genaue Beschreibung des Funkkanals notwendig.Around Such multipath radio channels to be able to describe exactly are many measurements to perform in the course of which rural and urban canals for pedestrians and Motor vehicles are measured. This does not only apply to satellite navigation to, but also to other, based on a synchronization Systems and above in addition to all radio communication systems affected by multipath problems to. Especially in future Broadband systems, the exact description of the radio channel is necessary.
Aus
An einer räumlichen Antennenanordnung mit mehreren jeweils eine Empfangsantenne umfassenden Messkanälen werden die überlagerten pfadgewichteten Testsignale am anderen Ende der Funkübertragungsstrecke empfangen, wobei jede Empfangsantenne ein Mess-Signal abgibt, das dann an jeweils einen Eingang eines Multiplexers geleitet wird. Der Multiplexer wird über eine Steuereinheit zum zyklischen Umschalten zwischen den Eingängen angesteuert, wobei jeder Eingang mindestens für die Dauer einer Blocklänge an den Ausgang des Multiplexers durchgeschaltet wird.At a spatial Antenna arrangement with several each comprising a receiving antenna measurement channels become the superimposed ones path-weighted test signals at the other end of the radio transmission path received, each receiving antenna emits a measurement signal, the then passed to each one input of a multiplexer. The multiplexer is over a control unit for cyclically switching between the inputs is activated, each input at least for the duration of a block length is switched through to the output of the multiplexer.
Es wird dann ein Messdatensatz gebildet, der jeweils einen Block aus jedem der Mess-Signale enthält. Es werden dann zyklisch weitere Messdatensätze gebildet, wobei die Zeit zwischen dem aufeinanderfolgenden Abtasten desselben Messkanals so gewählt ist, dass einerseits das Abtasttheorem bezüglich der Dopplerbandbreite des Funkkanals für jeden Messkanal erfüllt ist und andererseits für jeden Messdatensatz alle Messkanäle abgetastet werden können.It Then, a measurement data set is formed, each one block contains each of the measurement signals. It then cyclically more measurement records are formed, the time between successively scanning the same measurement channel so chosen is that on the one hand, the sampling theorem with respect to the Dopplerbandbreite of the radio channel for fulfilled each measuring channel is and on the other hand for every measuring data set all measuring channels can be sampled.
Danach werden durch Interpolation die Werte der örtlichen komplexen Impulsantworten aller Messkanäle zu einem gemeinsamen Zeitpunkt bestimmt. Schließlich wird aus den interpolierten Werten die richtungsaufgelöste komplexe Impulsantwort berechnet, die Auskunft über die Charakteristiken des untersuchten Funkkanals gibt. Aus den örtlichen komplexen Impulsantworten werden mit Hilfe eines Richtungsschätzalgorithmus die Einfallsrichtungen und mit Hilfe dieser durch einen Strahlbilder (Beamformer) die komplexen Amplituden ermittelt.After that become the values of the local complex impulse responses by interpolation all measuring channels determined at a common time. Finally, the interpolated Values the direction-resolved complex impulse response, which provides information about the characteristics of the examined radio channel gives. From the local complex impulse responses are using a direction estimation algorithm, the directions of incidence and with the help of this through a beam images (beamformer) the complex Amplitudes determined.
Als Richtungsschätzalgorithmus kann hierbei vorzugsweise ein sogenannter ESPRIT-Algorithmus verwendet werden, der wohlbekannt ist und beispielsweise in dem Artikel von Roy Kailath: "ESPRIT – Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques" in IEEE Transactions on Acoustics, Speech and Signal Processing, Vol. 37, No. 7, 07.07.1989 beschrieben wird.When Direction estimation algorithm can preferably use a so-called ESPRIT algorithm which is well known and, for example, in the article by Roy Kailath: "ESPRIT - Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques "in IEEE Transactions on Acoustics, Speech and Signal Processing, Vol. 7, 07.07.1989 is described.
Damit sich eine hohe Auflösung in Verzögerungsrichtung ergibt, ist eine möglichst hohe Messbandbreite erforderlich, und für die Bestimmung von Dopplerverschiebungen und Dopplerbandbreiten wird eine hohe Abtastrate benötigt. Die Messdaten bilden sich nun auf diesem Abtastratenraster ab. Mit der zum Channel-Sounder gehörenden Software lassen sich dann Verzögerungs- und Doppler Spektren aus den Messdaten berechnen. Es ist jedoch nicht möglich einzelne Reflexionen zu isolieren und deren Charakteristiken unabhängig darzustellen.In order to a high resolution in the direction of delay results, one is possible high measurement bandwidth required, and for the determination of Doppler shifts and Doppler bandwidths, a high sampling rate is needed. The Measurement data is now displayed on this sampling rate grid. With the belonging to the channel sounder Software can then be delayed and calculate Doppler spectra from the measured data. However, it is not possible Isolate individual reflections and represent their characteristics independently.
Mit dem bekannten Messverfahren können Reflexionen bei statischen Messungen nur näherungsweise, bei dynamischen Messungen nur sehr eingeschränkt analysiert werden. Insbesondere über die Häufigkeiten von Echos, die Dauer von Echos, "Geburten-" bzw. "Sterberaten", die Anzahl von Reflexionen, mittlere Leistungen und Verzögerungen, Variationen von Leistung und Verzögerung können keine statistischen Aussagen getroffen werden.With The known measuring method can reflections in static measurements only approximately, be analyzed very limited in dynamic measurements. In particular about the frequencies of echoes, the duration of echoes, "birth" or "death rates", the number of Reflections, mean powers and delays, variations of power and delay can not statistical statements are made.
Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zu Grunde, das bekannte Funkkanal-Untersuchungsverfahren so weiterzubilden, dass es möglich wird, einzelne Reflexionen in den Messdaten zu isolieren und deren Charakteristik unabhängig darzustellen, vor allem auch bei dynamischen Kanalmessungen. Überdies soll es ermöglicht werden, statistische Aussagen über eine Vielfalt von Eigenschaften des gemessenen Kanals zu machen, was bislang nicht möglich war, aber zur Modellierung des Sa tellitennavigationskanals, zum Entwurf von Navigationssystemen und zur Erarbeitung von Lösungen notwendig ist, um den Fehlereinfluss durch Reflexionen in Zukunft weiter zu vermindern. Analog zum Einsatz bei diesen speziellen Satellitennavigationssystemen und anderen auf Synchronisation basierenden Funksystemen soll das durch die Erfindung zu schaffende Verfahren auch auf Messdaten anderer Mehrwegekanäle, wie sie in der Funkkommunikation und insbesondere beim Mobilfunk auftreten, anwendbar sein. Vor allem bei zukünftigen Breitbandsystemen ist eine genauere Beschreibung des Kanals notwendig.Of the Invention is now the object of the known radio channel investigation method so educate that it is possible is to isolate individual reflections in the measured data and their Characteristic independent especially with dynamic channel measurements. moreover it should be possible become, statistical statements about to make a variety of characteristics of the measured channel, which was not possible until now was, but to model the satellite navigation channel, to Design of navigation systems and for the development of solutions is necessary to reduce the influence of errors by reflections in the future on. Similar to the use in these special satellite navigation systems and other synchronization-based radio systems, the method to be created by the invention also on measured data of others Multipath channels as in radio communication and especially in mobile communications occur, be applicable. Especially in future broadband systems is a more detailed description of the channel necessary.
Gemäß der Erfindung, die sich auf ein Verfahren zum Untersuchen eines Funkkanals der eingangs genannten Art bezieht, wird diese Aufgabe in vorteilhafter Weise dadurch gelöst, dass das Ergebnis dieser Berechnung zur Rauschunterdrückung bandbegrenzt und sowohl in Zeit- als auch in Verzögerungsrichtung gefiltert wird, dass dann mittels eines vierdimensionalen "Minimum Distance Search"-Algorithmus in Zeit-, Verzögerungs-, Leistungs- und Bewegungsrichtung Ketten von Reflexionen detektiert und anschließend durch Polynome approximiert werden, so dass das Ergebnis ein sehr genaue Information über den Verzögerungsverlauf jeder Reflexion im Beobachtungszeitraum sowie über deren Beginn und Ende ist, und dass mit Hilfe dieser Informationen durch Interpolation der Messdaten der Signalverlauf und das Spektrum für jede einzelne Reflexion aus den Messdaten extrahiert werden.According to the invention, relating to a method for examining a radio channel of relates initially mentioned type, this object is achieved in advantageous Way solved by that the result of this calculation for noise suppression band limited and filtered in both time and delay directions, then using a four-dimensional minimum distance search algorithm in time, delay, Power and direction of movement Detected chains of reflections and subsequently be approximated by polynomials, so that the result is a very exact information about the delay course every reflection in the observation period as well as its beginning and end, and that with the help of this information through interpolation of Measured data of the waveform and the spectrum for each reflection be extracted from the measured data.
Nachdem die Messdaten in bekannter Weise zuerst mit dem in der Channel-Sounder-Software verfügbaren „Super Resolution Algorithmus" ESPRIT, der auf einem "Maximum Likelihood"-Verfahren beruht, postprozessiert worden ist, dessen Ergebnis eine Schätzung der Anzahl der Reflexionen, deren Verzögerung, Leistung und Phase zu jedem Abtastzeitpunkt (Schnappschuss) des Kanals ist, wird das Ergebnis dieser Berechnung gemäß der Erfindung nun bandbegrenzt und sowohl in Zeit- als auch Verzögerungsrichtung gefiltert, um Rauschen im ESPRIT-Ergebnis zu unterdrücken.After the measurement data has been postprocessed in a known manner firstly with the "Super Resolution Algorithm" ESPRIT, which is based on a maximum likelihood method, in the channel sounder software, the result of which is an estimate of the number of reflections, their delay , Performance and phase to each Is the sampling time (snapshot) of the channel, the result of this calculation according to the invention is now band-limited and filtered in both the time and delay directions to suppress noise in the ESPRIT result.
Mittels des vierdimensionalen „Minimum Distance Search"-Algorithmus, der in Zeit-, Verzögerungs-, Leistungs- und Bewegungsrichtung wirkt, werden dann Ketten von Reflexionen detektiert und anschließend durch Polynome approximiert. Das Ergebnis ist eine sehr genaue Ermittlung des Verzögerungsverlaufes der Reflexion im Beobachtungszeitraum sowie die Bestimmung von deren Beginn und Ende. Mit diesen Informationen können anschließend aus dem Messdatenraster durch Interpolation der Signalverlauf und das Spektrum für jede einzelne Reflexion im gemessenen Kanal berechnet werden.through of the four-dimensional "minimum Distance Search "algorithm that in time, delay, Power and movement direction then become chains of reflections detected and then approximated by polynomials. The result is a very accurate determination the delay course reflection during the observation period and the determination of their Beginning and end. With this information can subsequently off the measurement data grid by interpolating the waveform and the Spectrum for every single reflection in the measured channel can be calculated.
Auf Grund der Informationen über den Verzögerungsverlauf jeder Reflexion sowie über deren Beginn und Ende können in vorteilhafter Weise statistische Aussagen insbesondere über Häufigkeiten von Reflexionen, Dauer der Reflexionen, "Geburten-" bzw. "Sterberaten", Anzahl von Reflexionen, mittlere Leistungen und Verzögerungen, Variationen von Leistung und Verzögerung der Reflexionen getroffen werden. Damit ist man auch in der Lage, den Funkkanal sehr genau zu beschreiben und zu modellieren.On Reason of information about the delay course every reflection as well as over whose beginning and end can advantageously statistical statements, in particular about frequencies of reflections, duration of reflections, "birth" or "death rates", number of reflections, mean powers and delays, Variations of power and delay of reflections are taken. This also makes it possible to describe the radio channel very accurately and to model.
Was die Detektion von einzelnen Reflexionen in den Messdaten betrifft, so konnten bisher nur für statische Messungen, d.h. für zeitlich konstante Verzögerungsverläufe die Charakteristiken von Reflexionen bestimmt werden. Für diesen Fall ist der Verzögerungsverlauf von Reflexionen konstant. Durch Auswahl eines Verzögerungsbereiches in den Messdaten lassen sich diese Reflexionen isolieren und untersuchen. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, für den statischen und dynamischen Fall jede einzelne Reflexion mit ihren Kenndaten, also Verzögerung, Leistung und Phase, aus den Messdaten zu extrahieren.What relates to the detection of individual reflections in the measured data, so far only for static measurements, i. For temporally constant delay curves the Characteristics of reflections are determined. For this Case is the delay history constant from reflections. By selecting a delay range in the measured data, these reflections can be isolated and investigated. The inventive method makes it possible for the static and dynamic case every single reflection with their characteristics, so Delay, Performance and phase to extract from the measurement data.
Was die Analyse von Reflexionen mit zeitlich veränderlichem Verzögerungsverlauf anbelangt, so kann erst durch die erfindungsgemäße Detektion des Verzögerungsverlaufes und von Beginn bzw. Ende der Reflexionen jede einzelne Reflexion für sich genau analysiert werden. Bisher konnten vor allem bei dynamischen Messungen nur Aussagen über Bereiche des Funkkanals gemacht werden, zu dem in typischer Weise mehrere Reflexionen Beiträge liefern.What the analysis of reflections with a time-varying delay curve As far as the detection of the delay curve according to the invention is concerned and from the beginning or end of the reflections each individual reflection for themselves be analyzed exactly. So far, especially in dynamic Measurements only statements about Areas of the radio channel are made, to which typically several reflections posts deliver.
Was die statistische Auswertung betrifft, so wird es erst durch die erfindungsgemäße Detektion der einzelnen Reflexionen möglich, statistische Aussagen über Häufigkeiten von Echos, deren Dauer, "Geburten-" bzw. "Sterberaten", Anzahl von Reflexionen, mittlere Leistungen und Verzögerungen, Variationen von Leistung und Verzögerung und vieles mehr zu machen. Bisher war dies nicht möglich.What As far as statistical analysis is concerned, it is only through the Inventive detection of individual reflections possible, statistical statements about frequencies of echoes, their duration, "birth" or "death rate", number of reflections, mean performances and delays, To make variations of power and delay and much more. So far this was not possible.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens zum Untersuchen eines Funkkanals gemäß der Erfindung sind in den unmittelbar oder mittelbar auf den Patentanspruch 1 rückbezogenen Unteransprüchen angegeben.advantageous Embodiments of the method for examining a radio channel according to the invention are in the direct or indirect to the claim 1 referred back Subclaims specified.
Anhand von Diagrammen, die sich aus im Rahmen einer Mehrwegekanalmessung entstandenen Messergebnissen ergaben, wird nachfolgend das Verfahren zum Untersuchen von Funkkanälen nach der Erfindung erläutert. Es zeigen:Based of graphs that are in the context of a multipath channel measurement resulting measurement results, is the procedure below for examining radio channels of the invention explained. Show it:
In
Das dabei gemessene Signal stellt also die Impulsantwort des Kanals auf das Testsignal dar. Das direkte Signal wird zuerst empfangen, nämlich nach ca. 5200 ns zu Beginn der Messung, gefolgt von Reflexionen. Die empfangene Signalenergie ist entsprechend dem rechten, senkrechten Balken codiert in dB dargestellt, wobei die in reiner Grautönung graduierte Codierung von etwa -70 dB bis -25 dB reicht und die mit Punkten versehene Grautönung den Bereich von etwa -25 dB bis 0 dB abdeckt.The The measured signal thus represents the impulse response of the channel to the test signal. The direct signal is received first, namely after about 5200 ns at the beginning of the measurement, followed by reflections. The received signal energy is according to the right, vertical Bars coded in dB, with the graduation graded in pure gray scale ranges from about -70dB to -25dB and the dotted ones gray tint covers the range from about -25 dB to 0 dB.
In
Hierin ist τ die zusätzliche Verzögerung der betreffenden Reflexion des Testsignals, also diejenige Verzögerung, die zur Verzögerung t des sich direkt ausbreitenden Siganls (LOS-Signal) hinzukommt.Here in is τ the additional delay the relevant reflection of the test signal, ie the delay, the delay t of the directly propagating signal (LOS signal) is added.
Das
Ergebnis der "Super
Resolution"-Prozessierung
ist in
Da
in der Messung Rauschen vorhanden ist und da der verwendete ESPRIT-Algorithmus
ein Schätzverfahren
darstellt, ist natürlich
auch in dem Ergebnis der "Super
Resolution"- Prozessierung Rauschen
vorhanden. Dies bedeutet, dass selbst im statischen Fall das ESPRIT-Ergebnis
variiert. Die geschätzten
Verzögerungen
können
um einige ns variieren; auch die Leistung variiert um einige dB
und manchmal wird ein einzelnes Echo im mathematischen Sinn durch
zwei Reflexionen "genauer" approximiert. Um
die eigentliche Reflexionsdetektion zu erleichtern, wird nach der
Erfindung im ersten Schritt eine Filterung zur Eliminierung von
Mehrdeutigkeiten vorgenommen. Als Methode zur Filterung wurde eine zweidimensionale
Mittelwertbildung in einem elliptischen Ausschnitt, also sowohl
in Schnappschuss- als. auch in Verzögerungsrichtung implementiert,
wie die in
Im nächsten Schritt des Verfahrens nach der Erfindung werden diese Daten mit Hilfe einer Art "Minimum Distance Search"-Algorithmus prozessiert, welcher die eigentliche Reflexionsdetektion darstellt. Diese Detektion wurde wie folgt implementiert:
- – Ausgehend von lokalen Leistungsmaxima wird jeweils eine Suche in Schnappschussrichtung vorwärts sowie rückwärts durchgeführt.
- – Für alle Reflexionen in einem Abschnitt um den aktuellen Punkt wird nun eine "Distanz" aus den gewichteten Abweichungen von Verzögerung, Ableitung der Verzögerung, Leistung und Zeit (Schnappschussrichtung) berechnet.
- – Jener Punkt mit der niedrigsten Distanz wird nun an die aktuelle Reflexionskette angeknüpft.
- – Eine obere Schranke für diese Distanz führt zum Abbruch der Suche und somit zum Ende bzw. Beginn einer Reflexionskette.
- - Based on local performance maxima, a search in the snapshot direction forward and backward is performed.
- - For all reflections in a section around the current point, a "distance" is calculated from the weighted deviations of delay, derivative of deceleration, power and time (snapshot direction).
- - That point with the lowest distance is now linked to the current reflection chain.
- - An upper bound for this distance leads to the termination of the search and thus to the end or beginning of a reflection chain.
In
Diese
Reflexionsketten werden gemäß einem
weiteren Schritt des Verfahrens nach der Erfindung nun durch Polynome
approximiert, die den Verzögerungsverlauf
der einzelnen Echos widerspiegeln. Das Diagramm, das sich nach Bewerkstelligung dieses
Verfahrensschrittes im gemessenen Beispiel ergeben hat, ist in
In
Mit Hilfe des Verzögerungsverlaufs der einzelnen Reflexionen (Echos) lässt sich nun durch Interpolation der Messdaten das Signal jeder einzelnen Reflexion aus den Messdaten extrahieren. Man ist damit in der Lage, sehr genau den Verlauf der Signalenergie und das Doppler-Spektrum der so detektierten Reflexionen einzeln zu bestimmen. Vor allem können auch insbesondere über Häufigkeiten von Echos, deren Dauer, "Geburten-" bzw. "Sterberaten", die Anzahl von Reflexionen, mittlere Leistungen und Verzögerungen, Variationen von Leistung und Verzögerung und viel mehr statistische Aussagen getroffen werden.With Help of the delay course The individual reflections (echoes) can now be determined by interpolation the measured data the signal of each individual reflection from the measured data extract. One is thus able to very precisely track the signal energy and the Doppler spectrum of the thus detected reflections individually to determine. Above all, you can also in particular about frequencies of echoes whose duration, "birth" or "death rate", the number of Reflections, mean powers and delays, variations of power and delay and much more statistical statements are made.
Damit ist man aber auch in der Lage, den vermessenen Kanal zu beschreiben und zu modellieren. Für in Zukunft immer breitbandigere Kommunikations- bzw. Navigationssysteme ist es notwendig, den Funkübertragungskanal mit sehr hoher Genauigkeit zu kennen. Das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht es, einzelne Reflexionen zu extrahieren und zu analysieren, was die genaueste Art der Charakterisierung eines Kanals darstellt. Dies ist nicht nur für Simulationszwecke zum Entwurf von Signalen, sondern auch zur Verbesserung von Empfängerstrukturen unumgänglich.In order to but you are also able to describe the measured channel and to model. For in the future increasingly broadband communication and navigation systems it is necessary to use the radio transmission channel to know with very high accuracy. The method of the invention allows to extract individual reflections and analyze what represents the most accurate way of characterizing a channel. This is not just for simulation purposes to design signals, but also to improve receiver structures unavoidable.
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