DE60104330T2

DE60104330T2 - Rake-empfänger und verfahren zur schatzung des frequenzfehlers

Info

Publication number: DE60104330T2
Application number: DE60104330T
Authority: DE
Inventors: Diego Giancola; Andrew Girton THURSTON; Jonathan Melbourn LUCAS
Original assignee: Ubinetics Ltd
Current assignee: Aeroflex Cambridge Ltd
Priority date: 2000-11-21
Filing date: 2001-11-20
Publication date: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2021-11-21
Also published as: GB2369275B; JP2004515106A; ATE271282T1; CN1230991C; EP1336254A1; EP1336254B1; AU2002215133A1; US7257150B2; US20040110461A1; WO2002043265A1; DE60104330D1; GB2369275A; GB0028374D0; CN1476683A; KR20030051736A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Schätzung der Frequenz-Differenz zwischen einem Träger eines empfangenen Signals und einer lokal erzeugten Version des Trägers. Die Erfindung bezieht sich ferner auf einen Rake-Empfänger.
Diese Erfindung findet Anwendung in automatischen Frequenzsteuerungs-Subsystemen in Rake-Empfängern.
Ein Verfahren zum Empfang von Spread-Spektrum-Signalen durch Schätzung des Fehlers in der zeitlichen Verzögerung und durch dynamische Anpassung der Zeitverzögerung zwischen den ersten und zweiten Zeitverzögerungsperioden auf Grundlage der Fehlerschätzung ist in DE-A-198 45 620 offenbart.
Entsprechend einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Schätzung der Frequenz-Differenz zwischen einem Träger eines empfangenen Signals und einem lokal erzeugten Signal geschaffen, welches Verfahren die folgenden Schritte in jedem der ersten und zweiten Finger des Rake-Empfängers umfasst: Erzeugung eines ersten komplexen Signals, das aus einer Korrelation eines empfangenen Signals mit dem lokal erzeugten Signal über einen ersten Zeitraum abgeleitet wird; Erzeugung eines zweiten komplexen Signals, das aus einer Korrelation des empfangenen Signals mit dem lokal erzeugten Signal über einen zweiten Zeitraum abgeleitet wird, welcher zweite Zeitraum von dem ersten Zeitraum getrennt ist; und Bestimmen des Produktes des ersten Signals und des Konjugiert-Komplexen des zweiten Signals zur Erzeugung eines Produktsignals; Kombinieren des Produktsignals der ersten und zweiten Finger zur Erzeugung eines kombinierten Signals; Verwendung des kombinierten Signals zur Schätzung des Frequenzfehlers; und dynamisches Anpassen des Zwischenraums zwischen den ersten und zweiten Zeiträumen auf Grundlage des geschätzten Frequenzfehlers.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Rake-Empfänger geschaffen, mit einem Oszillator zur lokalen Erzeugung eines Oszillator-Signals; einem Eingang zum Empfang eines Eingangs-Signals; und ersten und zweiten Fingern, wobei jedem der Finger ein erster Korrelator zugeordnet ist, der dazu vorgesehen ist, das Eingangs-Signal mit dem Oszillator-Signal über erste und zweite Zeiträume zu korrelieren, zur Erzeugung jeweils erster und zweiter komplexer Signale; und ein Multiplikator, der dazu vorgesehen ist, das erste komplexe Signal mit dem Konjugiert-Komplexen des zweiten Signals zu multiplizieren zur Erzeugung eines Produkt-Signals; welcher Rake-Empfänger ferner einen Sequenzer umfasst, zur Trennung des ersten Zeitraums vom zweiten Zeitraum; einen Kombinator zum Kombinieren der Produkt-Signale der ersten und zweiten Finger zur Erzeugung eines kombinierten Signals; und einen Schätzer zur Schätzung eines Frequenzfehlers des Oszillators auf der Grundlage des kombinierten Signals, welcher Sequenzer dazu vorgesehen ist, die Trennung der ersten und zweiten Zeiträume auf der Grundlage des geschätzten Frequenzfehlers dynamisch anzupassen.
Die Erfindung ermöglicht die Ausnutzung der Verschiedenartigkeit, die durch den Übertragungskanal zwischen einem Transmitter und dem Rake-Empfänger auftreten. Die Erfindung schafft ferner eine gewisse Unempfindlichkeit gegenüber impulsartig auftretendem Rauschen, das durch Veränderungen der Phasenstufe während des Ausklingens verursacht wird.
Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf die folgenden beigefügten Zeichnungen beschrieben:
1 und 2 zeigen schematisch Teile eines Rake-Empfängers, der die Erfindung verkörpert.
Ein Finger 10 eines Rake-Empfängers, auf den die Erfindung angewendet wird, ist in 1 dargestellt. Gemäß 1 umfasst der Finger 10 allgemein eine Schaltung, die einen Nutzkanal 11 bildet, und eine Schaltung, die einen Steuerkanal 12 bildet. Ein Mischer 13 in dem Nutzkanal-Schaltkreis 11 mischt ein Eingangs-Signal, das von einer schematischen Verzögerungsleitung 14 empfangen wird, mit einem Code, der durch einen Verwürfelungscode-Generator 15 erzeugt wird, und mit einem für den Nutzkanal spezifischen Code, der durch einen OVSF-Codegenerator erzeugt wird. Das resultierende Signal wird an einen ersten Akkumulator 17 und an einen first-in-first-out-(FIFO)-Zwischenspeicher 18 auf herkömmliche Weise weitergegeben. In dem Steuerkanal-Schaltkreis 12 wird das Eingangs-Signal in einem zweiten Mischer 19 mit dem Code gemischt, der von dem Verwürfelungscode-Generator 15 erzeugt wird, sowie mit einem für den Steuerkanal spezifischen Code, der durch einen zweiten OVSF-Codegenerator 20 erzeugt wird. Dieses gemischte Signal wird dann in einem zweiten Speicher 21 über einen Zeitraum hinweg gespeichert, der einem Symbol des Steuerkanals entspricht, bevor er zurückgesetzt wird. Der Rücksetzungszeitraum des zweiten Speichers 21 wird mit dem Rücksetzungszeitraum des OVSF-Codes in Übereinstimmung gebracht, der durch den ersten OVSF-Codegenerator 16 erzeugt wird. Die resultierenden komplexen Signale werden in einem Steuermischer 28 mit dem Konjugiert-Komplexen von komplexen Signalen gemischt, die durch einen Steuermuster-Generator erzeugt werden. Die resultierenden, mit dem Steuermuster gemischten komplexen Signale werden an eine zweite Verzögerungsleitung 22 weitergegeben und von dort aus an einen komplexen Multiplikator 23 mittels einer Bezugseinrichtung 24 für die kohärente Phase. Der komplexe Multiplikator 23 multipliziert die Ausgangs-Signale aus dem Nutzkanal 11 und dem Steuerkanal 12, und das Ergebnis wird an einen kohärenten Kombinierer (nicht dargestellt) gemeinsam mit Signalen von anderen Fingern (nicht dargestellt) des Rake-Empfängers weitergegeben.
Die Codegeneratoren 15, 16 und 20 sind symbolisch miteinander gekoppelt. Der Codegenerator 15 läuft mit der Rate des Chips, der Codegenerator 16 läuft mit der Symbolrate des Nutzkanals, und der Codegenerator 20 läuft mit der Symbolrate des Steuerkanals.
Der komplexe Wert an einer Stelle P(n) in der zweiten Verzögerungsleitung 22 wird an einen ersten Eingang eines Multiplikators 25 weitergegeben. Das Konjugiert-Komplexe eines komplexen Werts an einer anderen Stelle P(n + k) der zweiten Verzögerungsleitung 22 wird durch eine Vorrichtung 26 zur Berechnung des Konjugiert-Komplexen berechnet, und das Ergebnis wird an einen zweiten Eingang des Multiplikators 25 weitergegeben. Der Multiplikator 25 multipliziert die zwei empfangenen komplexen Zahlen und gibt die resultierende komplexe Zahl weiter an einen Ausgang 27. Anfangs wird der Wert von k auf 2 festgelegt, und die Stelle P(n) entspricht dann einem Speicherergebnis, das zwei Symbole weiter an der Stelle P(n + 2) nachfolgt. Die zweite Verzögerungsleitung 22 arbeitet in einem Umlaufverfahren auf solche Weise, dass ein von dem zweiten Speicher 21 geliefertes weiteres Speicherergebnis über die zweite Verzögerungsleitung weitergegeben wird und der Multiplikator 25 dann mit Signalen von nachfolgenden Stellen in der zweiten Verzögerungsleitung versorgt wird. Daher wird mit jedem Symbol ein neues komplexes Zahlenergebnis erzeugt.
Das komplexe Zahlenergebnis ist ein komplexer Vektor, dessen Phase eine kohärente Messung der Phasenrotation ist, die zwischen den Symbolen auftritt, die den Stellen P(n) und P(n + k) entsprechen. Die Größe des komplexen Vektors ist proportional zu der durchschnittlichen Leistung der Speicherergebnisse aus diesen zwei Symbolen.
2 zeigt einen weiteren Teil des Fingers 10 des Rake-Empfängers, wobei für ähnliche Elemente wie in 1 die Bezugsziffern beibehalten werden. Der Finger 10 umfasst ferner erste und zweite Kombinierer 30, 31, die jeweils einen von zweiten und dritten Speichern 32, 33, eine Phasenberechnungsvorrichtung 34 und einen Tiefpassfilter 35 versorgen.
Der Realteil des komplexen Signals, das am Ausgang 27 des komplexen Multiplikators 25 vorliegt, wird an einen ersten Eingang des ersten Kombinators 30 weitergegeben. Der Imaginärteil des gleichen Signals wird in gleicher Weise an den ersten Eingang des zweiten Kombinators 31 weitergegeben. Diese Kombinatoren 30, 31 nehmen ferner entsprechende Signale von allen anderen Fingern (nicht dargestellt) des Rake-Empfängers auf. Jeder Kombinator 30, 31 summiert kohärent alle Signale an seinen Eingängen und gibt das Ergebnis an den jeweiligen Speicher 32, 33 weiter, wodurch eine kohärente Filterung vorgenommen wird. Die Phasendrehung der kombinierten und gespeicherten Signale wird dann durch die Einrichtung 34 zur Phasenberechnung berechnet, welche auf konventionelle Weise arbeitet, wobei die zeitliche Trennung der Stellen P(n) und P(n + k) berücksichtigt wird. Da die Größen der komplexen Signale mit den Stärken der Signale in Zusammenhang stehen, von denen sie abgeleitet sind, wichtet diese Anordnung die Anteile, die die Finger entsprechend der Leistung des von ihnen empfangenen Signals beitragen. Der Winkel der Phasendrehung, der durch die Einrichtung 34 zur Phasenberechnung errechnet wird, wird durch den Tiefpassfilter 35 gefiltert, bevor er zur Steuerung der Betriebsfrequenz des lokalen Oszillators des Empfängers (nicht gezeigt) zurückgegeben wird, so dass er zur derjenigen des empfangenen Trägers tendiert.
Wenn Übereinstimmung erreicht ist, wird der Wert k vergrößert, so dass der Multiplikator 25 Signale empfängt, die den Speicherergebnissen entsprechen, die zeitlich weiter auseinander liegen, beispielsweise sechs Symbole auseinander. Dies ermöglicht eine genauere Berechnung der Phasen- und somit Frequenzfehler-Signale. Dies hat den Vorteil, dass bei der Frequenzfehler-Messung eine genauere Auflösung erreicht wird.
Die vorliegende Erfindung wird auch zur Schätzung von Frequenzfehlern von Signalen verwendet, die die unterschiedlichen Basisstationen im Fall einer weichen Übergabe zugeordnet sind. Die unterschiedlichen Finger innerhalb des Rake-Empfängers nehmen Eingangs-Signale auf, die von unterschiedlichen Basisstationen-Transmittern übertragen werden. Da die unterschiedlichen Basisstationen unterschiedliche Verwürfelungscodes aufweisen, sind unterschiedliche Finger mit unterschiedlichen OVFS- und Verwürfelungscodes ausgestattet. In diesem Fall umfassen die ersten und zweiten Finger jeweils einen entsprechenden Codegenerator, der dazu vorgesehen ist, einen Code zu erzeugen, der sich von dem Code unterscheidet, der von dem anderen Codegenerator erzeugt wird, d.h., ein Code entspricht dem Steuerkanal-Code einer Basisstation und der andere Code entspricht dem Steuerkanal-Code einer anderen Basisstation. Die resultierende Frequenzfehlerschätzung ist die Differenz zwischen der lokalen Frequenzreferenz (dem lokalen Oszillator) und der Durchschnittsfrequenz der Träger der Basisstation-Transmitter, die an der weichen Übergabe beteiligt sind. Signale, die zu der Frequenzfehlerschätzung beitragen, werden entsprechend ihrer Signalstärke gewichtet.
Obwohl nur die Kombinationen von Signalen von lediglich zwei Fingern beschrieben wurde, ist anzunehmen, dass die Erfindung auch zur Kombination von Signalen von allen oder den meisten Fingern eines Rake-Empfängers verwendbar ist, wobei es sich beispielsweise um 6 oder 8 Finger eines UMTS-Mobiltelefon-Rake-Empfängers handeln kann.
Die Erfindung kann in Software implementiert sein, beispielsweise in einem anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC) oder in einem feldprogrammierbaren gate array (FPA).

Claims

Verfahren zur Schätzung der Frequenzdifferenz zwischen einem Träger eines empfangenen Signals und einem lokal erzeugten Signal, welches Verfahren die folgenden Schritte in jedem der ersten und zweiten Finger eines Rake-Empfängers umfaßt: Erzeugung eines ersten komplexen Signals, das aus einer Korrelation eines empfangenen Signals mit dem lokal erzeugten Signal über einen ersten Zeitraum abgeleitet wird; Erzeugung eines zweiten komplexen Signals, das aus einer Korrelation des empfangenen Signals mit dem lokal erzeugten Signal über einen zweiten Zeitraum abgeleitet wird, welcher zweite Zeitraum von dem ersten Zeitraum getrennt ist; und Bestimmen des Produktes des ersten Signals und des Konjugiert-Komplexen des zweiten Signals zur Erzeugung eines Produktsignals; Kombinieren des Produktsignals der ersten und zweiten Finger zur Erzeugung eines kombinierten Signals; Verwendung des kombinierten Signals zur Schätzung des Frequenzfehlers; und dynamisches Anpassen des Zwischenraums zwischen den ersten und zweiten Zeiträumen auf Grundlage des geschätzten Frequenzfehlers.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei welchem ferner der geschätzte Frequenzfehler mit einer Schwelle verglichen wird und ein Betriebszustand des Rake-Empfängers auf der Grundlage des Vergleichs gesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, welches ferner eine Tiefpassfilterung aufeinander folgender Frequenzfehler-Schätzungen zur Erzeugung eines gefilterten Signals umfaßt, und eine Steuerung der Betriebsfrequenz eines Oszillators zur Erzeugung des lokal erzeugten Signals auf der Grundlage des gefilterten Signals.
Ein Rake-Empfänger, mit: einem Oszillator zur lokalen Erzeugung eines Oszillator-Signals; einem Eingang zum Empfang eines Eingangs-Signals; und ersten und zweiten Fingern, wobei jedem der Finger zugeordnet ist: ein erster Korrelator, der dazu vorgesehen ist, das Eingangs-Signal mit dem Oszillator-Signal über erste und zweite Zeiträume zu korrelieren, zur Erzeugung jeweils erster und zweiter komplexer Signale; und ein Multiplikator, der dazu vorgesehen ist, das erste komplexe Signal mit dem Konjugiert-Komplexen des zweiten Signals zu multiplizieren zur Erzeugung eines Produkt-Signals; welcher Rake-Empfänger ferner umfaßt: einen Sequenzer zur Trennung des ersten Zeitraums vom zweiten Zeitraum; einem Kombinator zum Kombinieren der Produktsignale der ersten und zweiten Finger zur Erzeugung eines kombinierten Signals; und einem Schätzer zum Schätzen eines Frequenzfehlers des Oszillators auf der Grundlage des kombinierten Signals, welcher Sequenzer dazu vorgesehen ist, die Trennung der ersten und zweiten Zeiträume auf der Grundlage des geschätzten Frequenzfehlers dynamisch anzupassen.
Rake-Empfänger gemäß Anspruch 4, welcher ferner einen Komparator umfaßt, der dazu vorgesehen ist, den geschätzten Frequenzfehler mit einer Schwelle zu vergleichen, sowie eine Steuereinrichtung, die zur Steuerung eines Betriebszustands des Rake-Empfängers auf der Grundlage des Vergleichsergebnisses vorgesehen ist.
Rake-Empfänger gemäß Anspruch 4 oder Anspruch 5, welcher ferner einen Tiefpassfilter zur aufeinander folgenden Filterung von Frequenzfehler-Schätzungen und zur Weitergabe des resultierenden Filter-Signals an einen Frequenzsteuerungs-Eingang des Oszillators umfaßt.
Rake-Empfänger gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, bei welchem die ersten und zweiten Finger jeweils einen entsprechenden Code-Generator umfassen, der dazu vorgesehen ist, einen Code zu generieren, der sich von dem vom anderen Code-Generator erzeugten Code unterscheidet.