DE102004024363B4

DE102004024363B4 - Verfahren und Anordnung zum Entfernen eines DC-Offsets aus Datensymbolen

Info

Publication number: DE102004024363B4
Application number: DE102004024363A
Authority: DE
Inventors: Mikael Rudberg
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Intel Deutschland GmbH
Priority date: 2003-05-26
Filing date: 2004-05-17
Publication date: 2005-04-21
Anticipated expiration: 2024-05-18
Also published as: SE0301538L; US7920660B2; SE526872C2; SE0301538D0; DE102004024363A1; US20040240594A1

Abstract

Um einen DC-Offset aus empfangenen Datensymbolen mit zyklischen Präfixen in einem Datenkommunikationssystem zu entfernen, sind Mittel (5) zum Bestimmen des Ortes der zyklischen Präfixe vorgesehen. Ferner sind Mittel (3) zum Berechnen des DC-Offsets durch Berechnen eines Mittelwertes von zumindest einem Datensymbol ohne seinen zyklischen Präfix und Mittel (4) zum Substrahieren des berechneten DC-Offsets von dem zumindest einen Datensymbol mit seinem zyklischen Präfix vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Datenkommunikationssysteme und insbesondere ein Verfahren und eine Anordnung zum Entfernen eines DC-Offsets aus in solchen Systemen empfangenen Datensymbolen.
Die Erfindung wird im Zusammenhang mit einem Datenkommunikationssystem beschrieben, welches OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) nutzt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Systeme, die OFDM verwenden, beschränkt.
In OFDM werden zu sendende Datensymbole auf eine Anzahl von Unterträgern umgesetzt. Ein sogenanntes zyklisches Präfix (CP: cyclic prefix) wird jedem Datensymbol angefügt, um Probleme bei der Mehrwegeausbreitung zu reduzieren. Das CP ist eine Kopie des letzten Teils des Datensymbols.
Bei jedem Übertragungs- und Empfangstyp von Datensymbolen treten verschiedene Typen von Verzerrungen in dem Signal auf. Dies gilt auch für Systeme, die OFDM verwenden. In OFDM-Systemen treten zwei Verzerrungstypen auf, nämlich ein DC-Offset, der von verschiedenen Komponenten des Empfängers bewirkt wird und von Datensymbol zu Datensymbol variieren kann, und ein Frequenz-Offset, der von einer Fehlanpassung zwischen den Ozillatoren in dem Sender und dem Empfänger herrührt.
Es wird darauf hingewiesen, dass der DC-Offset nicht in dem Sinne DC ist, dass er eine stabile Funktion der Leistung des Empfängers wäre.
In paketbasierten Übertragungsprotokollen, wie beispielsweise IEEE 802.11a, kann die Leistungseinstellung des Empfängers von Paket zu Paket variieren. Zu jedem Zeitpunkt, zu dem die Verstärkung sich ändert, wird sich auch der DC-Offset ändern. Ferner gibt es Funkgerät-Architekturen, die eine langsame Änderung des DC-Offsets verursachen.
Ein Problem mit dem DC-Offset besteht darin, dass er den für das gewünschte Signal verfügbaren dynamischen Bereich beschränkt. Ein anderes Problem besteht darin, dass der DC-Offset in das Signalband hinein gelangen kann, wenn der Frequenz-Offset in dem Empfänger korrigiert wird. Deshalb ist es erforderlich, den DC-Offset zu entfernen, um den Frequenz-Offset zu vermindern. Andernfalls treten große Performance-Einbußen auf.
Es gibt hauptsächlich zwei bekannte Verfahren zum Entfernen des DC-Offsets aus Datensymbolen in Kommunikationssystemen, die OFDM verwenden.
Bei dem ersten Verfahren wird das empfangene Signal mittels eines Sperrfilters (sogenanntes Notch-Filter) gefiltert. Ein Nachteil bei Verwendung eines Sperrfilters besteht darin, dass es schwierig ist, den DC-Offset zu entfernen, ohne dabei auch Teile der aktuellen Information herauszufiltern. Darüber hinaus kompensiert das Sperrfilter keine Variationen der Verstärkung des Empfängers.
Bei dem zweiten Verfahren wird der DC-Offset mittels einer Mittelung des empfangenen Signal geschätzt und der geschätzte DC-Offset von dem Signal subtrahiert. In paketbasierten Systemen wie beispielsweise Systemen, die OFDM verwenden, muss das Mittel über eine große Anzahl von aufeinander folgenden Datensymbolen berechnet werden, um genau zu sein. Dies führt dazu, dass eine sehr lange Zeit benötigt wird, um eine gute Schätzung des DC-Offsets zu erhalten.
Eine bekannte Implementierung eines Empfängers, die das oben angegebene zweite Verfahren zum Schätzen und Subtrahieren des DC-Offset einsetzt, ist in 1 dargestellt.
In 1 ist ein Analog-Digital-Umsetzer (ADC) 1 mit einem Eingangsanschluss I1 zum Empfangen eines Eingangssignals IN, welches Datensymbole mit CP umfasst, mit seinem Ausgangsanschluss O1 mit einem Eingangsanschluss I2 eines Pufferschaltkreises 2 und mit einem Eingangsanschluss I3 eines DC-Offset-Schätzschaltkreises 3 verbunden. Der Pufferschaltkreis 2 ist mit einem Ausgangsanschluss O2 mit einem Eingangsanschluss I4 eines Subtrahierers 4 verbunden. Der DC-Offset-Schätzschaltkreis 3 ist mit einem Ausgangsanschluss O3 mit einem anderen Eingangsanschluss I4' des Subtrahierers 4 verbunden. Der Subtrahierer 4 weist einen Ausgangsanschluss O4 für ein Ausgangssignal OUT auf.
Den in dem empfangenen Signal die Information tragenden Datensymbolen ist üblicherweise eine sogenannte Trainingssequenz vorangestellt, die Trainingssymbole umfasst. Unter anderem dient diese Sequenz dazu, den Sender und den Empfänger zu synchronisieren. Während des Empfangs der Trainingssequenz DC wird normalerweise keine DC-Offset-Schätzung und – Entfernung durchgeführt. Nichtsdestotrotz werden empfangene Datensymbole der Trainingssequenz verwendet, um die Grundlage für die Berechnung einer initialen DC-Offset-Schätzung für das erste Datensymbol, das tatsächlich Information trägt, zu bilden. Auf diese Weise kann das erste Information-tragende Datensymbol im Hinblick auf den DC-Offset korrigiert werden.
Das Eingangssignal IN wird dem Eingangsanschluss I1 des ADC 1 zugeführt. Nach einer Analog-Digital-Umsetzung wird jedes Datensymbol des Signals dem Pufferschaltkreis 2 zugeleitet und in diesem verzögert. Gleichzeitig werden die Datensymbole dem Eingangsanschluss I3 des DC-Offset-Schätzschaltkreises 3 zugeleitet. In dem DC-Offset-Schätzschaltkreis 3 wird eine Offset-Schätzung berechnet, indem eine vorbestimmte Anzahl von Datensymbolen gemittelt wird. Von Anfang an können diese Datensymbole Datensymbole, die tatsächlich Information tragen, und/oder Datensymbole aus der Trainingssequenz umfassen.
Jedes Datensymbol wird in dem Pufferschaltkreis 4 verzögert, bis eine DC-Offset-Schätzung von dem DC-Offset-Schätzschaltkreis 3 geliefert wurde. Da eine große Anzahl von Symbolen berücksichtigt werden müssen, um eine genaue DC-Offset-Schätzung zu erreichen, tritt eine signifikante Verzögerung auf.
Anschließend wird jedes Symbol von dem Pufferschaltkreis 2 und die DC-Offset-Schätzung von dem DC-Offset-Schätzschaltkreis 3 dem Subtrahierer 4 zugeleitet, in welchem die DC-Offset-Schätzung von jedem Datensymbol subtrahiert wird. Der Ausgangsanschluss O4 des Subtrahierers 4 liefert dann das korrigierte Datensymbol als Ausgangssignal OUT.
Wie bereits erwähnt ist dieses bekannte Verfahren zeitaufwändig und nicht so genau.

In der Schrift US 2003/0058966 A1 wird beschrieben, einen DC offset anhand von Trainingssymbolen des Empfangssignals zu bestimmen. Anschließend wird die Differenz zwischen den Information-tragenden Datensymbolen des Empfangssignals und dem DC offset bestimmt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein schnelleres und zuverlässigeres Verfahren und eine schnellere und zuverlässigere Anordnung zum Schätzen und Entfernen eines DC-Offsets aus empfangenen Datensymbolen mit jeweils einem zyklischen Präfix in einem Datenkommunikationssystem zu schaffen.

Dies wird dadurch erreicht, dass der DC-Offset berechnet wird, indem der Ort des zyklischen Präfixes zumindest eines Datensymbols bestimmt wird, der Mittelwert des mindestens einen Datensymbols ohne seinem zyklischen Präfix berechnet wird und der berechnete DC-Offset von demselben Datensymbol mit seinem zyklischen Präfix subtrahiert wird.

Dies wird auch durch eine Anordnung nach der Erfindung erreicht, die Mittel zum Bestimmen des Ortes des zyklischen Präfixes zumindest eines Datensymbols, Mittel zum Berechnen des DC-Offsets durch Berechnung eines Mittelwertes des zumindest einen Datensymbols ohne seinem zyklischen Präfix und Mittel zum Subtrahieren des berechneten DC-Offsets von dem zumindest einen Symbol mit seinem zyklischen Präfix umfasst.

Das Verfahren und die Anordnung nach der Erfindung schätzt und entfernt den DC-Offset von einem empfangenen Datensymbol.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt:
1 das oben beschriebene Blockdiagramm einer bekannten Anordnung in einem Empfänger eines Datenkommunikationssystems,
2 ein Blockdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels einer Anordnung nach der Erfindung, und
3 ein Blockdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Anordnung nach der Erfindung.
Blöcke in 2, die identisch zu den Blöcken in 1 sind, sind mit identischen Bezugszeichen versehen.
In 2 ist eine Synchronisationseinheit 5 mit einem Eingangsanschluss I5 mit dem Ausgangsanschluss O4 des Subtrahierers 4 verbunden. Der DC-Offset-Schätzschaltkreis 3' ist mit einem Eingangsanschluss I3 mit dem Ausgangsanschluss O1 des ADC 1 und mit einem Eingangsanschluss I3' mit einem Ausgangsanschluss O5 der Synchronisationseinheit 5 verbunden. Die Synchronisationseinheit 5 ist ein mit dem Empfänger gemeinsames Teil, das üblicherweise nur später in der Signalverarbeitung zum Entferner der CP aus den Datensymbolen verwendet wird.
Die Synchronisationseinheit 5 analysiert ein empfangenes Datensymbol, vorzugsweise eines der vorstehend erwähnten Trainingssymbole, und detektiert die Grenzen des Datensymbols, d.h. bestimmt den Ort des CP des Datensymbols. Der Ort des CP jedes folgenden Datensymbols kann dann mittels einer einfachen Berechnung oder durch individuelle Detektion bestimmt werden. Die in 2 dargestellte erfindungsgemäße Synchronisationseinheit 5 erzeugt ein Steuersignal CS, um die Information bezüglich des Ortes des CP dem DC-Offset-Schätzschaltkreis 3' mitzuteilen. Der Ausgangsanschluss O5 der Synchronisationseinheit 5 leitet das Steuersignal CS zu dem Eingangsanschluss I3' des DC-Offset-Schätzschaltkreis 3'.
In 2 wird ein Eingangssignal IN, das Datensymbole mit CP umfasst, an den Eingangsanschluss I1 des ADC 1 angelegt. Nach einer Analog-Digital-Wandlung in dem ADC 1 wird ein Datensymbol an den Eingangsanschluss I2 des Pufferschaltkreises 2 angelegt und von demselben verzögert. Dasselbe Datensymbol wird gleichzeitig an einen Eingangsanschluss I3 des DC-Offset-Schätzschaltkreises 3' angelegt.
Das Steuersignal CS ermöglicht es dem DC-Offset-Schätzschaltkreis 3', einen Mittelwert des Datensymbols ohne sein CP zu berechnen. Der Mittelwert entspricht dem DC-Offset des Datensymbols.
Anschließend wird sowohl das Datensymbol mit seinem CP von dem Pufferschaltkreis 2 als auch der berechnete DC-Offset von dem DC-Offset-Schätzschaltkreis 3' den Eingangsanschlüssen I4, I4' des Subtrahierers 4 zugeleitet. In dem Subtrahierer 4 wird der berechnete DC-Offset von dem Datensymbol mit seinem CP vom Pufferschaltkreis 2 subtrahiert. Dadurch wird ein Datensymbol ohne DC-Offset geschaffen. Das Datensymbol wird dann als Ausgangssignal OUT an dem Ausgangsanschluss O4 des Subtrahierers 4 bereitgestellt.
Das erste Ausführungsbeispiel eines Verfahrens und einer Anordnung nach der Erfindung gewährleistet, dass ein Datensymbol ohne DC-Offset geschaffen wird. Da jedoch der DC-Offset für jedes individuelle Datensymbol berechnet und entfernt wird, tritt eine Verzögerung auf.
Ein zweites Ausführungsbeispiel einer Anordnung nach der Erfindung wird unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
Blöcke in 3, die identisch mit Blöcken in 2 sind, sind mit identischen Bezugszeichen versehen.
Die Anordnung in 3 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel in 2 dadurch, dass in 3 kein Pufferschaltkreis 2 vorhanden ist. Stattdessen ist der Ausgangsanschluss O1 des ADC 1 direkt mit einem Eingangsanschluss I4 des Subtrahierers 4 verbunden.
In dem DC-Offset-Schätzschaltkreis 3'' in 3 wird für jedes Datensymbol einer vorbestimmten Anzahl von aufeinander folgenden Datensymbolen ohne ihre zyklischen Präfixe CP ein Mittelwert berechnet. Dies wird in derselben Weise wie in dem Ausführungsbeispiel in 2 durchgeführt. Ein DC-Offset wird dann berechnet, indem die berechneten Mittelwerte zu einem gewichteten Mittel kombiniert werden.
Anschließend werden ein neues Datensymbol mit seinem CP von dem ADC 1 und der berechnete DC-Offset von dem DC-Offset-Schätzschaltkreis 3'' den Eingangsanschlüssen I4, I4' des Subtrahierers 4 zugeführt, in welchem der berechnete DC-Offset von dem neuen Datensymbol mit seinem CP subtrahiert wird. Dabei wird ein Datensymbol ohne einen DC-Offset als Ausgangssignal OUT an dem Ausgangsanschluss O4 des Subtrahierers 4 bereitgestellt.
Die Art und Weise, in welcher dieses zweite Verfahren nach der Erfindung eingesetzt wird, kann innerhalb eines Systems wie auch von einem System zu einem anderen System variieren. Es ist sowohl möglich, für eine Anzahl (Mehrzahl) von Datensymbolen dieselbe berechnete DC-Offset-Schätzung zu verwenden, als auch einen neuen DC-Offset für jedes Datensymbol zu berechnen.
Dieses zweite Verfahrensbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorzugsweise in Anwendungen eingesetzt, die in hohem Maße empfindlich gegenüber Verzögerungen in dem Datenstrom sind, wie dies beispielsweise bei Digital Video Broadcast (digitales Fernsehen) der Fall ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist sowohl für einen zeitdiskreten, abgetasteten Datenstrom als auch für einen zeitkontinuierlichen Datenstrom anwendbar.

Claims

Verfahren zum Entfernen eines DC-Offsets aus empfangenen Datensymbolen, von denen jedes ein zyklisches Präfix aufweist, gekennzeichnet durch die Schritte: – Bestimmen des Ortes der zyklischen Präfixe; – Berechnen des Mittelwertes von zumindest einem Datensymbol ohne seinem zyklischen Präfix; und – Subtrahieren des berechneten Mittelwertes von dem zumindest einen Datensymbol mit seinem zyklischen Präfix.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Schritt des Verzögerns des zumindest einen Datensymbols während des Schrittes des Berechnens des Mittelwertes.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch den Schritt des Erzeugens eines Steuersignals (CS) in Antwort auf den bestimmten Ort des zyklischen Präfixes.
Anordnung zum Entfernen eines DC-Offsets aus empfangenen Datensymbolen, von denen jedes einen zyklischen Präfix aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung – Mittel (5) zum Bestimmen des Ortes des zyklischen Präfixes, – Mittel (3) zum Berechnen des Mittelwertes von zumindest einem Datensymbol ohne seinem zyklischen Präfix, und – Mittel (4) zum Substrahieren des berechneten Mittelwertes von dem zumindest einem Symbol mit seinem zyklischen Präfix aufweist.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen Pufferschaltkreis (2) zum Verzögern des zumindest einen Datensymbols aufweist.
Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (5) zum Bestimmen des Ortes der zyklischen Präfixe ausgelegt sind, ein Steuersignal (CS) zu erzeugen und das Steuersignal (CS) den Mitteln (3) zum Berechnen des Mittelwertes zuzuführen.