DE102005060988A1

DE102005060988A1 - Sendeverfahren für differentiell phasenverschiebungscodierte Daten

Info

Publication number: DE102005060988A1
Application number: DE200510060988
Authority: DE
Original assignee: BenQ Mobile GmbH and Co OHG
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2005-12-20
Filing date: 2005-12-20
Publication date: 2007-06-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sendeverfahren für differenzielle phasenverschiebungscodierte Daten in einem Kommunikationsendgerät, bei dem die Daten in Blöcke (B1, ..., B5) von Modulationssymbolen (S1, ..., S6) aufgeteilt sind, wobei wenigstens ein Symbol (S3; M1, ..., M4) innerhalb des Blockes (B1, ..., B5) mit erhöhter Sendeleistung ausgestrahlt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Sendeverfahren für differentiell phasenverschiebungscodierte Daten. Diese Art von Datencodierung ist in der Fachwelt unter der Bezeichnung „DPSK", im Englischen „Differential Phase Shift Keying" bekannt.

Klassisches differentielles Phasenverschiebungscodieren zeichnet sich dadurch aus, dass die differentielle Modulation zwischen zwei zeitlich benachbarten Symbolen durchgeführt wird und dass, anders als bei einer kohärenten Signalübertragung, keine Informationen bezüglich einer Kanalschätzung erforderlich sind. Dies bedeutet, dass auf einer Empfängerseite Kanalschätzungsparameter nicht ermittelt werden müssen, um übertragene Daten, die nach diesem Schema codiert worden sind, zu decodieren. Das differentielle Phasenverschiebungscodieren hat jedoch gegenüber der kohärenten Signalübertragung mit idealen Kanalschätzungsinformationen an der Empfängerseite den Nachteil eines etwa 3 db verschlechterten Leistungsvermögens (vergleiche dazu das Fachbuch „Digital Communications" von J. Proakis, 4. Auflage, Mc Graw-Hill, 2000).

Um den Nachteil der Signalübertragung der DPSK-codierten Daten ohne Kanalschätzung gegenüber kohärent übertragenen Daten zu vermindern, sind einige Vorschläge unterbreitet worden. Dazu gehört eine differentielle Detektion mehrerer Symbole und eine quasi kohärente Detektion. Diese Vorschläge belassen die Codierungsvorschrift ungeändert und führen verbesserte Decodierungsalgorithmen ein, welche auf einer gemeinsamen Verarbeitung mehrerer aufeinander folgender Symbole basieren. Dies hat den Nachteil, dass eine erforderliche Kohärenzzeit des Funkkanals proportional zur Länge der verarbeiteten Sequenz aufeinander folgender Symbole zunimmt. Außerdem gelingt es bei diesen Methoden nicht, den Doppelfehlereffekt für differentiell codierte Signale zu vermeiden, der auftritt, wenn ein einzelnes übertragenes Symbol unzutreffend empfangen worden ist. Daher ist eine Verbesserung des Leistungsvermögens, die im praktischen Fall von durch „Fading" gekennzeichneten Funkkanälen erreicht werden kann, begrenzt.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Sendeverfahren für differenziell phasenverschiebungscodierte Daten anzugeben, bei dem eine Empfangssituation verbessert ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Sendeverfahren nach dem Patentanspruch 1.

Danach ist vorgesehen ein Sendeverfahren für differenziell phasenverschiebungscodierte Daten in einem Kommunikationsendgerät, bei dem die Daten in Blöcke von Modulationssymbolen aufgeteilt sind, wobei wenigstens ein Symbol innerhalb des Blockes mit erhöhter Sendeleistung ausgestrahlt wird. Im vorgeschlagenen Verfahren wird die differentielle Modulation zwischen einem ausgezeichneten Referenzsymbol innerhalb eines Blockes, das mit erhöhter Sendeleistung ausgestrahlt wird, und jeweils einem anderen Symbol innerhalb des Blockes durchgeführt.

Ein solches Sendeverfahren führt auf einer Empfangsseite bei einem Kommunikationsendgerät mobiler Art zu der folgenden Situation: Wenn eine differentielle Demodulation der Daten über jeweils Symbolpaare durchgeführt wird, ist immer ein Symbol in jedem Paar ein Symbol mit erhöhter Sendeleistung. Daher ist das Leistungsvermögen besser als bei herkömmlicher differentieller Detektion.

Zur Einsparung von Sendeleistung unter Ausnutzung des positiven Effektes, der mit dem Ausstrahlen des einen Symbols mit erhöhter Sendeleistung verbunden ist, kann eine Sendeleistung für die übrigen Symbole des Blockes so gewählt werden, dass eine Gesamtsendeleistung zur Ausstrahlung des Blockes im Wesentlichen ungeändert bleibt. Beispielsweise kann die Gesamtsendeleistung ähnlich hoch sein wie bei bekannten Sendverfahren, bei denen mit differentiellem Phasenverschiebungs-Codieren gearbeitet wird.

Bevorzugt wird genau ein Symbol des Blockes mit der erhöhten Sendeleistung ausgestrahlt, so dass eine spätere Signalverarbeitung auf der Sendeseite vereinfacht wird.

Zum Optimieren des Leistungsvermögens für das Sendeverfahren ist es günstig, wenn ein Erhöhungsfaktor α für das mit höherer Ausgangsleistung ausgestrahlte Symbol, bezogen auf eine mittlere Ausgangsleistung der Symbole, derart gewählt wird, dass

wobei N die Anzahl der Symbole eines Blockes ist.

Hierbei wird vorausgesetzt, dass der Funkkanal, der zur Ausführung des Sendeverfahrens benutzt wird, während N/2 + 1 Symbolintervallen im Wesentlichen stationär ist. In diesem Fall ergibt sich ein optimierter Erhöhungsfaktor für das Symbol, dass mit erhöhter Sendeleistung ausgestrahlt wird. Der Erhöhungsfaktor ist das Verhältnis aus der Sendeleistung für das Symbol, dass mit erhöhter Sendeleistung ausgestrahlt wird, und der mittleren Sendeleistung der Symbole.

Vorteilhafterweise wird das Symbol mit erhöhter Sendeleistung als Phasen- und Amplitudenreferenz für sämtliche anderen Symbole innerhalb des Blocks verwendet, zu dem auch das Symbol mit erhöhter Sendeleistung gehört. Aufgrund dessen liegt eine Phasen- und Amplituden-Referenzinformation auf einer Empfangsseite vor, die über ein verbessertes Signal-zu-Rauschen-Verhältnis verfügt, so dass das Leistungsvermögen für die Empfangsseite verbessert wird.

Um einen fortlaufenden Sendevorgang zu ermöglichen kann das Symbol mit erhöhter Sendeleistung von einem Symbol eines ggf. unmittelbar vorhergehenden Blocks bezeichnet werden.

Vorteilhafterweise wird das Symbol mit erhöhter Sendeleistung im mittleren Bereich seines zugehörigen Blockes angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die zur differentiellen Modulation benutzten Sendesymbole einen geringen zeitlichen Abstand zum Referenzsymbol aufweisen. Es kann aber auch irgendwo in dem Block angeordnet sein.

Das vorgestellte Sendeverfahren kann als Einzelträgerverfahren oder Mehrträgerverfahren ausgeführt werden. Bei einem Einzelträgerverfahren sind bekannterweise die Datenblöcke zeitlich hintereinander auf derselben Trägerfrequenz angeordnet. Bei einem Mehrträgerverfahren, wie OFDM, können die Datenblöcke über eine Anzahl Subträgerfrequenzen verteilt sein, wobei die Datenblöcke von Modulationssymbolen gebildet werden, die in übereinstimmenden Zeitschlitzen auf benachbarten Subträgerfrequenzen übertragen werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung noch näher erläutert. Es zeigen:
1 einen zeitlichen Verlauf einer Ausgangsleistung für Modulationssymbole bei einem Einzelträgersendeverfahren und
2 einen zeitlichen Verlauf einer Ausgangsleistung für Modulationssymbole bei einem Mehrträgersendeverfahren.
Bei einem Einzelträgersendeverfahren nach der 1 sind Modulationssymbole in Blöcke B1, B2, B3 von N = 6 Modulationssymbolen S1, ..., S6 aufgeteilt, wobei in der 1 lediglich die Modulationssymbole des Blockes B2 vollständig mit Bezugszeichen versehen sind. Das jeweils dritte Modulationssymbol eines Blockes wird mit einer erhöhten Sendeleistung α ausgestrahlt, während die übrigen Modulationssymbole S1, S2, S4, S5, S6 desselben Blockes mit einer niedrigeren Sendeleistung β ausgestrahlt werden. Eine mittlere Sendeleistung über sämtliche Modulationssymbole ist in der 1 mit 1 bezeichnet.
Für den Zusammenhang zwischen den beiden Sendeleistungen α und β gilt dabei: α + (N – 1)β = 1 N
Damit beruht das Sendeverfahren auf einer Blockanordnung der Modulationssymbole und einer nicht gleichmäßigen Verteilung der Sendeleistung über die Zeit. Dabei überschreitet die erhöhte Leistung für das dritte Modulationssymbol S3, das auch als Midamble-Symbol bezeichnet werden kann, den Wert „1" erheblich, während die Sendeleistung β nur geringfügig niedriger als der Wert „1" liegt.
Es ist hervorzuheben, dass das Midamble-Symbol S3 nahe der Mitte des betreffenden Blocks angeordnet ist. Das Midamble-Symbol S3 dient als Phasen- und Amplituden-Referenz für sämtliche anderen Modulationssymbole S1, S2, S4, S5, S6 innerhalb des Blockes. Das Midamble-Symbol S3 selbst wird von einem Referenzsymbol eines vorhergehenden Blocks von Modulationssymbolen bezeichnet, so dass beim Empfang von in der dargstellten Weise empfangenen Daten empfängerseitig bekannt ist, welches das als Referenz benutzte Midamble-Symbol S3 ist. Zur Bezeichnung des Midamble-Symbols S3 innerhalb eines Blocks wird jeweils das letzte Modulationssymbol S6 des unmittelbar vorhergehenden Modulationssymbolblocks verwendet.
Das dargestellte Sendeverfahren geht davon aus, dass der Funkkanal, der für das Sendeverfahren genutzt wird, während einer Anzahl von N/2 + 1 Symbolintervallen näherungsweise stationär ist.
Um nun einen möglichst günstigen Wert für die erhöhte Sendeleistung α aufzufinden, sind analytische Berechnungen durchgeführt worden. Dabei gelten als Randbedingungen, das einerseits der Erhöhungsfaktor für die erhöhte Sendeleistung so groß wie möglich sein sollte, andererseits jedoch aufgrund der Normierung der Wert für die niedrigere Sendeleistung β in diesem Zuge verringert wird. Es ist möglich, bei gegebener Symbolblocklänge N den optimalen Wert für α analytisch zu berechnen, bei dem ein Gewinn für ein Signal-zu-Rauschen-Verhältnis maximiert wird:
mit einem optimalen Erhöhungsfaktor α_opt und einer Anzahl N von Modulationssymbolen innerhalb eines Blockes.
Es kann gezeigt werden, dass der Gewinn für das Signal-zu-Rauschen-Verhältnis gegenüber herkömmlicher differentieller Modulation mit zunehmendem Wert für N ansteigt und das Leistungsvermögen kohärenter Detektion mit idealer Kanalinformation für sehr große Werte für N erreicht. In der folgenden Tabelle sind erreichbare Gewinne hinsichtlich des Signal-zu-Rauschen-Verhältnisses für einige Werte von N dargestellt.
Anhand der 2 ist eine Übertragung des oben für ein Einzelträgerverfahrens erläuterten Sendeverfahrens auf ein Mehrträgersystem dargestellt. Das Sendeverfahren kann einfach an OFDM-Systeme angepasst werden und hat dort einige zusätzliche Vorteile, indem die Amplitudenstatistik der Enthüllenden im Wesentlichen unverändert bleibt. Ein Block von N Modulationssymbolen kann auf einen bestimmten Bereich innerhalb eines Zeit-Frequenz-Raums von OFDM abgebildet werden. In der Praxis hängt die Auswahl für den Blockgrößenparameter N von der Kohärenzzeit und der Kohärenzbandbreite des Funkkanals ab und kann variieren. In dem Beispiel von 2 beträgt die Blockgröße N = 18 und der Funkkanal muss für etwa vier aufeinander folgende Zeitschlitze und zwei benachbarte Unterträgerfrequenzen näherungsweise konstant sein.
Bei der Ausführungsform des Sendeverfahrens bei einem Mehrträgersystem nach 2 sind insgesamt sechs Unterträgerfrequenzen vorgesehen, die jeweils in einer Reihe dargestellt sind. In dem Beispiel gibt es sechs Unterträgerfrequenzen F1, F2, F3, F4, F5, F6. Ein Modulationssymbolblock wird immer von 18 Modulationssymbolen gebildet, von denen drei jeweils in einem übereinstimmenden Zeitschlitz auf unmittelbar benachbarten drei Unterträgerfrequenzen ausgesandt werden, beispielsweise den Unterträgerfrequenzen F1, F2, F3. In jedem Modulationssymbolbock B1, B2, B3, B4, B5 ist ein Midamble-Symbol M1, M2, M3, M4 vorgesehen, das jeweils auf der mittleren Unterträgerfrequenz eines Symbolblocks B1, ..., B5, und im drittletzten Zeitschlitz des Symbolblocks B1, ..., B5, ausgestrahlt wird. Insofern sind die Midamble-Symbole M1, ..., M3, wiederum etwa in der Mitte ihres zugehörigen Symbolblocks B1, ..., B4, angeordnet. Zum Bezeichnen der Midamble-Symbole M1, ..., M3, dienen Referenzsymbole R1, R2, R3, die jeweils im ersten Zeitschlitz des vorhergehenden Symbolblocks auf der mittleren Unterträgerfrequenz ausgestrahlt werden. Einander zugeordnete Referenzsymbole und Midamble-Symbole, wie M1 und R1 sowie M2 und R2, werden somit immer auf derselben Unterträgerfrequenz ausgestrahlt.

Claims

Sendeverfahren für differenzielle phasenverschiebungscodierte Daten in einem Kommunikationsendgerät, bei dem die Daten in Blöcke (B1, ..., B5) von Modulationssymbolen (S1, ..., S6) aufgeteilt sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Symbol (S3; M1, ..., M4) innerhalb des Blockes (B1, ..., B5) mit erhöhter Sendeleistung ausgestrahlt wird.
Sendeverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sendeleistung für die übrigen Symbole des Blockes (B1, ..., B5) so gewählt wird, dass eine Gesamtsendeleistung zur Ausstrahlung des Blockes (B1, ..., B5) im Wesentlichen ungeändert bleibt.
Sendeverfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass genau ein Symbol (S3; M1, ..., M4) des Blockes (B1, ..., B5) mit der erhöhten Sendeleistung ausgestrahlt wird.
Sendeverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Erhöhungsfaktor α für das mit höherer Sendeleistung ausgestrahlte Symbol (S3; M1, ..., M4), bezogen auf eine mittlere Ausgangsleistung der Symbole, derart gewählt wird, dass:
wobei N die Anzahl der Symbole eines Blockes (B1, ..., B5) ist.
Sendeverfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Symbol mit erhöhter Sendeleistung als Phasen- und Amplitudenreferenz für sämtliche anderen Symbole innerhalb des Blocks (B1, ..., B5) verwendet wird, zu dem auch das Symbol (S3; M1, M4) mit erhöhter Sendeleistung gehört.
Sendeverfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Symbol (S3; M1, ..., M4) mit erhöhter Sendeleistung im mittleren Bereich seines zugehörigen Blockes (B1, ..., B5) angeordnet wird.
Sendeverfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Symbol (S3; M1, ..., M4) mit erhöhter Sendeleistung von einem Symbol eines vorhergehenden Blocks (B1, ..., B5) bezeichnet wird.
Sendeverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für das Symbol des vorhergehenden Blocks (B1, ..., B5) dessen letztes Symbol (S6; R1, ..., R3) verwendet wird.
Sendeverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Einzelträgerverfahren ist und die Datenblöcke zeitlich hintereinander auf derselben Trägerfrequenz ausgesandt werden.
Sendeverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Mehrträgerverfahren ist, bei dem die Datenblöcke über eine Anzahl Subträgerfrequenzen verteilt sind, und die Datenblöcke von Modulationssymbolen (S1, ..., S6) gebildet werden, die in übereinstimmenden Zeitschlitzen auf benachbarten Subträgerfrequenzen übertragen werden.