用于在移动无线通信系统中无线信号滤波的适配滤波方法和滤波器 本发明涉及具有权利要求1或者7前序部分的无线信号的滤波方法以及实施该方法的滤波装置。
在目前存在的、例如根据标准GSM(Global System for Mobilecommunication)的蜂窝式移动无线系统中，一个或多个网络方面的基站与静止或移动的用户方面的站经过无线接口进行通信。为了在有限的频带范围内能够覆盖较大的空间区域，通常蜂窝式地建立这样的移动无线系统。
对此给每个无线小区分配至少一个无线信道，其中给每一个无线信道再度分配整个可支配的频率带宽的一个有限频率范围。对此在无线小区中通常不应用相邻无线小区的信道，以便避免相互干扰。但是由于在这种无线系统中限制中继站之间的衰耗，所以在每个无线小区中特别由于直接相邻的无线小区的无线信道引起干扰。这尤其分别涉及在两个相邻无线小区的边界范围，如果一个无线小区的无线信道的频带与另一个相邻无线小区的无线信道地频带直接相邻，当然引起干扰。如此干扰称作相邻信道干扰。相邻信道的信噪比、也就是说相邻信道的信号功率和干扰功率之比、显著影响无线系统的频谱效率。
在移动无线接收机中接收的移动无线信号通常供给一个接收滤波器以便滤波。正如从图3中可以看出的，如此接收滤波器的作用基本依赖于相邻信道干扰的频谱位置和功率密度S(f)。如此在图3指出的实例中在接收滤波器之后不仅在无线信道Nr.1的频谱的下面、黑色标记的末端范围18上而且也在无线信道Nr.1的频谱的上面、阴影线标记的末端范围19上出现基于相邻无线小区的无线信道Nr.0或者Nr.2的相邻信道干扰。然而在下面末端范围18内残留的相邻信道干扰是可以忽略的，在上面的末端范围19内残留的相邻信道干扰相对大。与图3不同实际的接收滤波器基本上没有无限的边缘陡度，由此进一步提高相邻信道的干扰影响。
可是不是如此对接收滤波器选择参数，即其一方面抑制相邻信道强干扰，并因此改善误码率，另一方面在不出现相邻信道干扰时不使误码率变坏。不可能针对这两种情况调整接收滤波器参数。
从WO 00/72454 A1中公开了一种移动无线信号的滤波方法，在该方法中经过移动无线信道接收的移动无线信号在其进一步处理之前进行滤波，其中对所接收的移动无线信号在出现相邻信道干扰方面进行分析并且在确定所接收移动无线信号中有相邻信道干扰的情况下有选择地在移动无线信号被进一步处理之前对其进行滤波以便抑制相邻信道干扰。对此最好以突发方式进行所述分析，其中分别分析各个突发的频谱。尤其是确定在突发的频谱的上面末端包含的能量和在突发的频谱的下面末端包含的能量并彼此进行比较，以便当在如此确定的能量之间有定义的偏差的情况下推断出存在相邻信道干扰。因此接下来有选择地将已滤波的移动无线信号供给例如均衡器用于进一步处理。
目前对于现行的移动无线系统GSM采用一个新的无线接口技术，其称作EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution)或者也称为EGPRS(Enhanced General Packet Radio System)。这个新技术使高级移动的图像应用和因特网应用成为可能，其中数据通过量提高到目前每载频384kbits/s。为了实现该技术，在EDGE中用一个八值的PSK调制(PSK：Phase Shift Keying)代替在GSM中目前通常采用的二进制GMSK(Gaussian Minimum Shift Keying)。该调制方式对选择带通滤波器一般比GMSK调制有更灵敏的选择。为了按照目前拟定的GSM规定值达到EDGE所要求的接收灵敏度，应当用一个适配的滤波代替迄今通用的、固定选择的接收带通滤波。对于GMSK该滤波同样可能是最佳的，其中该滤波方法在前面提到的WO 00/72454 A1中进行了描述。其中也描述了适配的接收带通滤波的可能方式。
本发明的任务在于，如此扩展现存的可能性，使得充分地预先处理EDGE接收机的信号。对此以有益的方式根据优选实施形式以尽可能低的范围与现行技术和方法衔接。
通过具有权利要求1、4或者7的特征的方法或者具有权利要求13或者14的特征的滤波器装置解决这个任务。有益的扩展是附属权利要求的目标。
这种可能性对于确定是否和/或在无线信道的哪一侧频谱存在干扰的相邻信道信号尤其有利。即：确定信噪比并且信噪比应用在滤波器的调整中。对此在接收的突发的一个训练序列期间以有益的方式可以确定信噪比。尤其能够一次以一个窄带并且一次以一个宽带地接收带通滤波确定信噪比，并且将两个阈值的关系相关确定的信噪比的差同一个或多个考虑为相邻信道干扰的标准。然而在有相邻信道能量存在较大的差值的情况下，同信道干扰和噪声干扰、特别是高斯噪声几乎不对如此估算的或者确定的信噪比值产生影响。
对此以适当的方式根据干扰的强度调整适配滤波器的参数以便滤出相邻信道的干扰信号。干扰信号的、在此是相邻信道干扰的能量强度和/或信噪比可以确定为干扰的强度量度。
然而原则上能够确定一个单独的滤波器，从一个确定达到的阈值起应用该滤波器，也能够确定一个可变的适配滤波，其中在各种干扰信号的情况下产生一个独特的滤波器。可是对于节约使用的角度这个方法是有益的，在该方法中通过相应的重新确定，既不产生一个单独的滤波器也不产生无限多个滤波器，而是在该方法中确定多个阈值，当超过阈值时对于某个频率范围各使用一个相应的适配滤波器。
一个这样的无线信号滤波方法是特别有益的，该方法在接收站中把已经滤波的信号供给一个专用的信号处理装置，在该信号处理装置中在还要进一步的信号处理之前取消至少一部分先前的滤波作用。由此可以应用传统的接收设备，该接收设备的功能性已经得到检验并且拥有市场许可，以便扩展这种设备用于其它功能性。对此可以通过反转滤波器(Inversionfilter)和传播滤波器(Verbreiterungsfilter)特别有益地取消滤波器作用。为此例如能够使用高斯赛德尔(Gauss-Seidel)方法。以适当的方式该信号、在该信号中至少部分取消先前的滤波作用的所述信号，然后提供给另一个专用的滤波装置。一个适配的滤波尤其可用作另外的滤波，根据检测的干扰实施该适配滤波。特别能够例如通过使用相应的模块在传统的GMSK接收机中截取接收滤波器的输出信号以便提供传统的GMSK信号。除了用于输出以前的GMSK信号的输出端外，所述截取的信号当然也可以供给用于取消以前滤波作用的模块或者功能，接下来借助于例如适配的接收带通滤波器能够处理信号，以便最后产生EDGE信号。通过这种方式方法能够装备现存的接收机，使得该接收机输出一个EDGE信号或一个EDGE信号与一个GMSK信号。
下面根据附图详细阐述实施例。图示：
图1概括指出了无线通信系统的各个站；
图2指出了在一个接收站中部分部件或者模块；
图3指出了用于阐述相邻信道干扰的普通图示；
图4概括指出了用于阐述接收机的基本原理的滤波器布置。
正如从图1中可以看出的，一个通信系统、特别是一个移动无线通信系统、包括多个网络方面彼此连接的设备。为了简便起见在这些网络方面的设备中仅仅描述了一个基站控制中心BSC和两个与其连接连接的基站BS和BS0。每个基站BS或者BS0形成一个或多个无线小区Z或者Z0，其中在相应的无线小区Z内部可以建立与静止的或移动的用户方面的站MS的通信连接。对此经过接口(在此是无线接口V)建立通信连接。正如从图3中可以看出的，无线接口V划分为多个彼此相邻的频带f0-f1、f1-f2、f2-f3，其中各个频带f0-f1、f1-f2、f2-f3被分配给相应的无线信道CH0、CH1和CH2。对此在无线通信系统GSM内部如此实现无线信道CH1、CH0的分配，即例如对于具有无线小区Z的基站同相应的用户站MS之间的无线连接可以支配第一无线信道CH1，而对于另外的、具有相应无线小区Z0的基站BS0分配了另外的无线信道CH0。
正如在图1中描述的，在第一基站BS和所示用户站MS之间的无线信道CH1上传输的信号S或者无线连接受到在相邻的第二基站BS0的无线信道CH0上的信号N干扰。正如从图3可以看出的，在两个示出的无线信道CH1和CH0是相邻的无线信道，从而没有不排除相邻信道的干扰。
为了简化下面的描述，下面考虑了一个至少暂时发送的站TS(在本实例中是第一基站BS)并考虑了一个接收发送信号、数据或者信息的站(在本实施例中是用户方面的移动站MS)。在此第二基站BS0假定为另外的、在相邻信道CH0上的发送站。之所以选择这种简化，是因为在从用户方面的站MS到网络方面的基站BS进行相反发送时可以采用相同的方法，其中用户方面的站MS是发送站，接收方面的站BS是基站。
正如从图中所示，不仅发送站而且接收站具有多个部件和软件支持的和/或硬件支持的模块，同样图中仅仅示出了一部分。
发送方面，发送站BS或者TS具有一个输入设备1，其例如接收由一个另外的站或者设备传输的数据。一般这些数据可能来自不同形式的应用、例如语音数据、因特网浏览器或者WAP。为了说明以语音传输为出发点。可是输入设备1中例如也可能是发射站的送话器。语音编码器2把有待传输的模拟语音信号转换为数字的位流，并且把这些位流供给信道编码器3。信道编码器3根据所确定的信道编码方法给真正的有用位附加添加的冗余位或冗余信息，接收方面稍候对冗余位或冗余信息进行分析检测和/或校正传输错误。信道编码器3的输出数据被供给一个交织器，交织器时间上重新排列输出数据，以便因此建立一个准无记忆信道。交织器4后面连接一个突发装配器5，其把有待传输的数据嵌入帧结构中并且以突发的形式、也就是以物理信道的形式供给调制器6。调制器6把有待传输的信息或者数据调制到载频信号上，最后由高频发送部分7经过高频信道(在此是无线信道CH1)把载频信号传输给接收站RS或者MS。
接收站RS相应具有一个高频接收部分9、一个具有接收带通滤波器(F1)的解调器10、一个突发解装配器14、一个解交织器15、一个信道译码器16和一个语音译码器17，这些装置相应取消发射站TS的事先阐述的部件或者模块的功能。在可选择的附加设备11中设置有接收带通滤波器F1的反转或者传播滤波器F2。这在下面进行了详细阐述。该滤波器后面是一个分析与滤波器设备12用于接收信号的频谱分析与信噪比估算和接下来选择或者适配接收滤波F3。此外在本实施例中在分析与滤波设备12和突发解装配器14之间提供一个均衡器13。分析设备12分析由接收站RS接收的突发并且确定，是否在接收的数据中存在相邻信道干扰。当在分析的突发的频谱中发觉相邻信道干扰时对其取样值滤波以便消除相邻信道干扰，该取样值来自解调器/接收滤波器10通常以复杂的数字形式存在，而在没有发觉相邻信道干扰的情况下突发的取样值最好不加改变地供给后面连接的均衡器13以及后面的元件用于进一步的信号处理。单元12的功能最好由在蜂窝式移动站中设置的数字信号处理器根据一个相应的适当算法执行。作为另一种选择组成元件也可以执行相应的功能。
以不同的方式方法实施相邻信道干扰的检测，其中最好在有待分析的突发的频谱的下面末端以及在上面的末端确定在窄带频带内的能量。这种对确定能量的比较、特别是比例形成能够判定相邻信道干扰，因为该值通常明显偏离平均的突发能量并且与该能量无关。没有相邻信道干扰，在比例形成的情况下，该比例在理想的情况下等于1，如此可以由此识别相邻信道干扰，即比值与一个在值1左右的公差范围、也就是说与一个下面的和上面的极限值比较。如果比值处在该公差范围之外，则推断出存在相邻信道干扰。在相邻信道干扰的情况下可以应用例如以具有线性相位变化的、非递推的数字FIR低通滤波(FiniteImpulse Response)的形式滤波，其中非对称的滤波是适宜的。
为了确定在突发频谱的下面和上面末端上的能量例如可以使突发的复杂取样值的频谱偏移值+Δf或者-Δf，并且紧接着分别以低通滤波器对偏移的突发频谱滤波。对此最好应用递推的数字IIR低通滤波(Infinite Impulse Response)，因为在这种情况下实现费用比FIR滤波低，并且此外IIR低通滤波的非线性相位变化不干扰检测。可是也可以使用任意其它方法确定能量或直接确定相邻信道干扰。特别在WO 00/72454 A1中阐述了不同的实例。
根据一个特别的优选实施例，为了确定是否和/或在哪一侧频谱上存在相邻信道，把已估算的信噪比(SNR)用于能量估算，其中信噪比尤其可以附加可以用于上述的或其它能量估算。
这个处理方法是特别有益的，因为特别对于具有非常低冗余的EDGE信道编码模式定义。在该模式中EDGE接收机在译码之前不产生或几乎不产生误码，以便达到要求的接收质量。对是否存在相邻信道干扰或不存在的检测因此应当非常精确的，因为即使在较好信噪比的情况下和在非常窄的接收带通滤波的情况下也可能发生误码并因此发生译码错误。一个通常的纯相邻信道能量估算作为检测标准用于这个目的一般是不准确的，因为也许可能检测或者确定相邻信道能量，即使不存在所述的能量。这此外从有用数据的频谱特性、其中有限数目的数据分布在一个突发上、并从作为多路径信道布置的传输信道的特性中得出，其中通过有用数据特性和传输信道特性两个特性可以伪装相邻信道能量。在GMSK接收站的情况下基于与EDGE接收机相比其较高的鲁棒性可以忽略这种错误检测。
在接收的突发的训练序列期间估算信噪比是特别有益的，其中主要应用一个窄带的和一个宽带的接收带通滤波。由此得出两个不同的信噪比结果SNR1或者SNR2。对此如果得出显著不同的信噪比值SNR1或者SNR2，则可以比较可靠地推断出存在相邻信道能量，例如|SNR1-SNR2|＞TR，其中TR视为规定的阈值。与此相反在用于以值SNR1或者SNR2确定信噪比的窄带和宽带的接收带通滤波的结果中几乎不能看出同信道干扰和噪声干扰。正如已经阐明的，这种以有利的方式确定相邻信道干扰也可以与前文提到的和其它确定干扰频率影响能量等方式一起使用。
根据另一个有益的实施形式，其同样可以与前面描述的处理方法以及前面说明的实施形式组合，以有益的方式根据相邻信道能量或者相邻信道干扰的各个当前的强度可以适配地实施后面的接收带通滤波。在由于例如相邻信道CH0的较强干扰的情况下比在较弱干扰的情况下相应较强滤波。对此可以通过任意功能实现并考虑这种关系。
特别能够确定阈值TR，该阈值与干扰的强度相比较，其中在阈值TR之上比在阈值TR之下进行较强滤波或例如也可以仅仅在阈值TR之上进行滤波，而在阈值之下不进行滤波。这种方法也有益地用于例如产生GMSK信号。
可是在产生EDGE信号的情况下进行细分级是特别有益的，这例如通过定义多个具有分配的干扰值的阈值TR实现的。此外给不同的阈值分配相应具有不同带宽和/或不同陡度的滤波器边缘的滤波器。由此可以考虑不同带宽的频带和滤波器边缘的陡度。
对于分别当前对无线接口V要求的情况各独特的滤波器特性的确定和滤波器的相应编程是特别复杂的、但是原则上也是可以有益地实现。
根据一个特别优选的实施形式在接收机中实施适配的接收带通滤波F3，其原来的接收带通滤波F1设计为较窄的带宽，例如设计为GSM的带宽。通过软件支持的或硬件支持的模块或者组件可以实现相应的转换，其中特别优选的实施形式具有图2的结构。
在接收站RS中已经执行的接收滤波器F1在描述的实施例中涉及为适合于以前的GMSK接收站。在此由该接收滤波器F1输出的信号相当于以前的GMSK信号。
为了产生其他形式的信号，在EDGE信号的这个实例中设置一个另外的模块，其中接收滤波器F1的输出信号被用作附加模块或者附加滤波器的输入信号。这能够通过接收滤波器F1的输出端与附加滤波器F2、F3的输入端直接连接实现，可是也能够截取一段输出信号线，正如图2所示。
在附加滤波器中在第一模块、特别是一个传播滤波器F2或者F1反转设备中，完全或部分取消或者抵消接收滤波器的滤波作用，其中特别考虑混叠(Alias)费用影响和结构费用影响以及编程费用影响。
传播滤波器F2或者F1反转设备的输出信号然后被供给另一个接收带通滤波器F3，其优选形成为适配滤波器F3，并且从输入信号中产生一个希望的信号(此时为所希望的EDGE信号)。
这种结构提供特别的优点，在应用于目前的GSM系统中的情况下目前的GSM接收站或者其接收机几乎不用改变地可以用于GMSK信号的处理。可以通过添加独立的或附加的处理链产生EDGE信号。因此可以特别采用已经进行了使用测试并经过检验的接收机，从而仅仅检测并验收附加模块的功能。有益地也可以不必重新构造、测试并检验可共用的预处理级或者预处理模块。
下面根据图4说明接收机或者接收模块的基本原理。到达的信号(例如GMSK或EDGE信号)处在带通范围内。在第一步骤中借助于带通滤波器BP带宽限制该信号，接下来在放大器V中放大信号并通过一个模拟混频器M1转变为中频ZF。所述在混频器M1中的混频在此通过与sin(ωt)举例说明。在过去的接收方案中以另外的模拟带通滤波器、混频器和放大器产生并应用另外的中频，这在此没有进一步考虑。在带通滤波器之后可选地放大信号，由模-数转换器对信号数字化。然后通过在混频器M2中的数字混频过程实现转换为复杂的基带、取样速率的抽选以及将信号S限制在GMSK的带宽。
为了排除由专门实现条件引起的非线性失真是将接收的天线信号线性变换为复杂的基带。当然接收链的所有滤波器可以合并为一个在此通过接收滤波器F1实现的频率响应。
该接收滤波器F1是一个等效的数字滤波器，其具有根据所选的取样速率存在的带宽。为了提高该带宽，可以要么使用一个传播滤波器F2或者通过数字方法、例如高斯赛德尔方法进行反转。
能够通过多种方法确定具有与接收滤波器F1相反频率变化相应的滤波器、例如通过在频率范围内的反转或通过傅立叶反变换和在时间范围内的时间窗(Fensterung)确定输出信号的傅立叶变换/接收滤波器F1的滤波器特性。另一种方案在于在最小均方差的意义上计算反转滤波器，其中解线性方程组。与如何计算所述反转滤波器无关，由于接收滤波器F1的低通特性，所以该滤波器具有高通特性。
如此计算的反转滤波器有益地可以直接用作传播滤波器F2。如果仅仅一个稍宽的通带范围用作接收滤波器F1的通带范围，则一个特别具有所希望的频率特性的低通滤波器与反转滤波器卷积并可选择地进行时间分窗，以便获得传播滤波器F2的一个带通滤波器设计。
另一个从接收滤波器F1计算传播滤波器F2的选择方案是使用数值方法。在该方法中，调整传播滤波器F2使得在目标作用的意义上该传播滤波器F2的输出信号尽可能是最佳的。这种目标功能例如可以在最小均方差的意义上传播滤波器F2的输出信号尽可能与EDGE信号的发送数据序列一致。可以重复地例如以高斯赛德尔方法实施所述优化。