DE102007005768A1

DE102007005768A1 - Phasenkorrektureinrichtung

Info

Publication number: DE102007005768A1
Application number: DE102007005768A
Authority: DE
Inventors: Sascha Jakoblew; Gerald Spreitz; Frank Hofmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-02-06
Filing date: 2007-02-06
Publication date: 2008-08-07
Also published as: CN101606366A; WO2008095745A1; EP2119159A1; KR20090107052A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Phasenkorrektureinrichtung (12) für ein Signal, das mehrere auf jeweils ein Trägersignal aufmodulierte Signalkomponenten aufweist, vor dem Senden in einer Sendevorrichtung mit einem Sendeabtasttakt, der einer Sendeabtasttaktdauer hat, abgetastet wurde und nach dem Empfangen in einer Empfangsvorrichtung mit einem Empfangsabtasttakt, der eine Empfangsabtasttaktdauer hat, abgetastet wurde, wobei jedes Trägersignal eine zugehörige Trägerfrequenz hat. Um eine Phasenkorrektur besonders effizient durchzuführen, ist die Phasenkorrektureinrichtung (12) eingerichtet, Phasen der Signalkomponenten, abhängig von einem Verhältnis der Sendeabtasttaktdauer zu der Empfangsabtasttaktdauer jeweils, um einen zugehörigen Phasenbetrag zu ändern.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Phasenfehlerkorrektureinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, insbesondere eine Phasenkorrektureinrichtung für ein OFDM-Übertragungssystem, ein entsprechendes Phasenkorrekturverfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6 und eine Empfangsvorrichtung mit einer entsprechenden Phasenkorrektureinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10.
Eine solche Phasenkorrektureinrichtung ist in der DE 103 24 418 offenbart und wird für ein Signal, das mehrere auf jeweils ein Trägersignal aufmodulierte Signalkomponenten aufweist, vor dem Senden in einer Sendevorrichtung mit einem Sendeabtasttakt, der einer Sendeabtasttaktdauer hat, abgetastet wurde, und nach dem Empfangen in einer Empfangsvorrichtung mit einem Empfangsabtasttakt, der eine Empfangsabtasttaktdauer hat, abgetastet wurde, wobei jedes Trägersignal eine zugehörige Trägerfrequenz hat. Die Phasenkorrektureinrichtung ist in der Empfangsvorrichtung eingebaut. Das Signal weist periodisch wiederkehrende Signalabschnitte auf. Eine Phasenfehlererfassungseinrichtung, welche in der Empfangsvorrichtung eingebaut ist, erfaßt Phasenfehler für jede der Signalkomponenten anhand der periodisch wiederkehrenden Signalabschnitte, die auf einem Unterschied zwischen der Sendeabtasttaktdauer und dem Empfangsabtasttaktdauer beruhen. Die Phasenfehler werden durch die Phasenkorrektureinrichtung dann für die einzelnen Signalkomponenten unter Verwendung einer Interpolationsformel korrigiert.
Ein Nachteil des Verfahrens liegt darin, daß ein hoher Rechenaufwand zur Durchführung der Interpolationl erforderlich ist.
Offenbarung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Phasenkorrektureinrichtung, eine Empfangsvorrichtung mit der Phasenkorrektureinrichtung und ein Phasenkorrekturverfahren zu schaffen, durch welches sich eine Phasenkorrektur besonders effizient durchführen läßt.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch eine Phasenkorrektureinrichtung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1, ein Phasenkorrekturverfahren mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 6 und eine Empfangsvorrichtung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 10 gelöst.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Phasenkorrektureinrichtung, die eingerichtet ist, Phasen der Signalkomponenten abhängig von einem Verhältnis der Sendeabtasttaktdauer zu der Empfangsabtasttaktdauer jeweils um einen zugehörigen Phasenbetrag zu ändern.
Vorteilhafterweise erfordert eine derartige Phasenkorrektureinrichtung keinen hohen Speicherbedarf und Rechenaufwand.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Phasenkorrektureinrichtung eingerichtet, die Änderung der Phasenbeträge der Signalkomponenten abhängig von den zugehörigen Trägerfrequenzen durchzuführen.
Vorteilhafterweise läßt sich dadurch eine besonders genaue Korrektur erreichen.
In einer Weiterbildung der bevorzugten Ausführungsform ist die Änderung einer der Phasen in der komplexen Schreibweise durch eine Multiplikation mit einem Korrekturfaktor
gegeben, wobei δ das Verhältnis des Sendeabtasttaktdauer zu der Empfangsabtasttaktdauer ist, k eine natürliche Zahl ist, nω_s die Trägerfrequenz ist, welche ein ganzzahliges Vielfaches einer Basisfrequenz ω_s der Sendevorrichtung ist, und T_U die Sendeabtasttaktdauer ist.
In noch einer bevorzugten Ausführungsform ist die Phasenfehlerkorrektureinrichtung eingerichtet, die Signalkomponenten jeweils in Differenzphasen (Δϕ) zu transformieren und die Differenzphasen (Δϕ) jeweils durch Addition eines Phasenbetrags zu ändern.
Vorteilhafterweise läßt sich eine derartige Phasenfehlerkorrektureinrichtung mit einem besonders geringen Aufwand in einem OFDM-System, das 4-DQPSK verwendet, umsetzen.
In noch einer Weiterbildung der bevorzugten Ausführungsformen ist die Phasenfehlerkorrektureinrichtung eingerichtet, die Phasen von benachbarten Signalkomponenten um einen gleichen Phasenbetrag zu ändern.
Vorteilhafterweise wird der Speicherbedarf und Rechenaufwand dadurch noch weiter verringert.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Phasenkorrekturverfahren für ein Signal, wobei Phasen der Signalkomponenten abhängig von einem Verhältnis der Sendeabtasttaktdauer zu der Empfangsabtasttaktdauer jeweils um einen zugehörigen Phasenbetrag geändert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Änderungen der Phasenbeträge der Signalkomponenten abhängig von den zugehörigen Trägerfrequenzen durchgeführt.
In noch einer bevorzugten Ausführungsform werden die Signalkomponenten in Differenzphasen transformiert, und werden die Differenzphasen jeweils durch Addition eines Phasenbetrags geändert.
In einer Weiterbildung der bevorzugten Ausführungsformen werden die Phasen von benachbarten Signalkomponenten um einen gleich großen Phasenbetrag geändert.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Empfangsvorrichtung mit Phasenkorrektureinrichtung, die eingerichtet ist, Phasen der Signalkomponenten abhängig von einem Verhältnis der Sendeabtasttaktdauer zu der Empfangsabtasttaktdauer jeweils um einen zugehörigen Phasenbetrag zu ändern.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Im folgenden wird die Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer Sendevorrichtung;
2 eine schematische Darstellung einer Empfangsvorrichtung;
3 einen Phasenstern, der eine Quadraturkomponente Q und einer Inphasenkomponente I von Differenzphasen veranschaulicht; und
4 einen Phasenstern, der eine Quadraturkomponente Q und einer Inphasenkomponente I von Differenzphasen veranschaulicht.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Sendevorrichtung eines OFDM-Übertragungssystems, welches auf 4-DQPSK basiert. Die zu übertragende Bitsequenz mit mehreren Sequenzabschnitten {b_k} mit k = 0, 1, 2, 3 ... der Dauer T_U wird durch einen Demultiplexer 1 zunächst auf N Subkanäle in parallele Datenströme b_i,n mit n = 0, 1, 2, ... N – 1 verteilt. Die parallelen Datenströme werden durch einen differentiellen Codierer 2 differentiell zu komplexen Sendesymbolen d_k(n) codiert, die Differenzphasen entsprechen und im folgenden als Signalkomponenten bezeichnet werden. Die Signalkomponenten d_k(n) werden dann durch die Modulatoren 3 auf Trägersignale mit unterschiedlichen Trägerfrequenzen ω_n= n·ω_s mit n = 0, 1, 2, 3 ... N – 1 aufmoduliert. Diese Modulation entspricht einer Multiplikation mit den Faktoren exp(jnω_nt). Die jeweils auf ein Trägersignal aufmodulierte Signalkomponenten werden dann im Summierer 4 zu einem Summationssignal addiert. In einer Ausgangseinrichtung 5 wird eine Schutzdauer T_G in das Summationssignal eingefügt und wird das Summationssignal mit einem Sendevorrichtungsabtasttakt der Dauer t_U = 2π/N·ω_s = T_U/N abgetastet und dann als OFDM-Sendesignal m(t) über eine Sendeantenne 6 ausgesendet. Für die Dauer T des OFDM-Sendesignals m(t) gilt: T = T_U + T_G
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Empfangsvorrichtung. Eine Empfangsantenne 7 empfängt das OFDM-Empfangssignal u(t), welches mit dem OFDM-Sendesignal m(t) abgesehen von Störungen identisch ist. In der Eingangseinrichtung 8 wird das Signal u(t) mit einem Empfangsvorrichtungsabtasttakt der Dauer t_U' = 2π/N·ω_s' = T_U'/N abgetastet und dann die Schutzdauer T_G entfernt, wobei idealerweise T_U' = T_U und folglich ω_s' = ω_s gilt. Im Demultiplexer 9 wird das Signal auf N Subkanäle in parallele Datenströme verteilt. Die parallelen Datenströme werden dann in den Demodulatoren 10 mit den Frequenzen ω_n' = π·ω_s' demoduliert. Diese Demodulation entspricht einer Multiplikation mit den Faktoren exp(–jnω_n't), und die sich nach der Demodulation ergebenden Signale U_k(n) entsprechen wieder Differenzphasen.
Da die Empfangsvorrichtung als Korrelationsempfänger angesehen werden kann (siehe Christian Hansen, „Synchronisationsverfahren für OFDM-basierte Rundfunksysteme", Dissertation, Universität Hannover, S. 12, 2004), können die sich nach der Demodulation ergebenden Signale dargestellt werden als:
Unter Vernachlässigung von Störungen ist das OFDM-Empfangssignal u(t) mit dem OFDM-Sendesignal m(t) identisch und kann folglich dargestellt werden als (siehe 1):
Durch Einsetzen von Gleichung (2) in Gleichung (1) ergibt sich:
Gleichung (3) kann in eine Störkomponente U_k(n)|_noise und eine Nutzkomponente U_k(n)|_use zerlegt werden: Uk(n) = Uk(n)|use + Uk(n)|noise (4)
Die Störkomponente U_k(n)|_noise enthält alle Summenanteile für die min gilt, verursacht Intercarrierinterferenz (ICI) und wird im folgenden vernachlässigt, da sie bei kleinen Abtasttaktungenauigkeiten sehr gering ausfällt. Durch Integration ergibt sich dann:
Dabei gilt für si(πn(δ – 1)) = sin(πn(δ – 1))/πn(δ – 1) und für das das Abtastverhältnis δ = t_U'/t_U = T_U'/T_U, welches idealerweise 1 ist. Der Faktor si(πn(δ – 1)) wirkt dabei dämpfend während der Term
zu einer Phasenverschiebung führt, die durch Multiplikation mit dem Korrekturfaktor f(n), der einem Phasenbetrag entspricht, korrigiert werden kann, für den gilt:
Der Phasenbetrag setzt sich dabei aus den beiden Korrekturphasenanteilen ε₁ und ε₂ zusammen: ε1 = (δ – 1)nkωsT ε2 = πn(δ – 1)
Dabei ist der erste Term von dem Parameter k abhängig, während der zweite Term von dem Parameter k unabhängig ist.
δ wird aus T_U' und T_U in der der Eingangseinrichtung 8 berechnet und dann an die Phasenkorrektureinrichtung 12 übermittelt, dabei wird T_U aus periodisch wiederkehrenden Signalabschnitten bestimmt, wie beispielsweise in der DE 103 24 418 beschrieben.
3 zeigt einen Phasenstern, der eine Quadraturkomponente Q und eine Inphasenkomponente I von Differenzphasen zwischen zwei aufeinanderfolgenden U_k(n) veranschaulicht, für das 4-DQPSK-Übertragungssystem ohne Phasenkorrektur.
4 zeigt einen Phasenstern, der eine Quadraturkomponente Q und einer Inphasenkomponente I von Differenzphasen veranschaulicht, für das 4-DQPSK-Übertragungssystem mit Phasenkorrektur. Die als Kreise dargestellten Differenzphasen werden im Vergleich zu den Differenzphasen aus 3 nur geringfügig durch Rauschen gegenüber ihrer idealen Position verschoben.
Die Korrektur der Signalkomponenten läßt sich besonders einfach direkt nach der differentiellen Decodierung im Decodierer 11 durchführen, bei der ebenfalls Differenzphasen Δϕ(n, n + 1) aus aufeinanderfolgenden Bitsequenzen gebildet werden, so daß die Phasenkorrektur durch eine Addition in einer Phasenkorrektureinrichtung 12 durchgeführt werden kann.
Für die Differenzphase ergibt sich ein Differenzphasenbetrag der sich aus Δε₁ und Δε₂ zusammensetzt: Δε1(n, n + 1) = ε2(n + 1) – ε(n) = (n + 1)kωsT(δ – 1) – nkωsT(δ – 1) = kωsT(δ – 1) Δε2(n, n + 1) = ε2(n + 1) – ε2(n) = π(n + 1)(δ – 1) – πn(δ – 1) = π(δ – 1)
Diese Differenzphasenkorrekturanteile Δε₁ und Δε₂ werden zu der Differenzphase Δϕ(n, n + 1) addiert.
Als Beispiel wird ein Quarz mit einer Genauigkeit von 200 ppm angenommen und wird ein OFDM-System gemäß den Parametern des DAB-Systems (ETSI EN 300 401) mit T = 1,25 ms, ω_s = 1 kHz und 1536 aktiven Kanälen zu Grunde gelegt. Hieraus folgt:
was Δε₁ = 0,00025 k, d. h. einem Phasenfehler von ca. 8,6 Grad für den 600-ten Kanal und Δε₂ = 0,00063, d. h. einen Phasenfehler von ca. 0,036 Grad, ergibt.
Alternativ zu einer exakten Korrektur für alle Phasenfehler, kann die Korrektur auch eine Korrektur um die gleiche Phase für mehrere benachbarte Kanäle vorgenommen werden, um den Speicherbedarf und Rechenaufwand zu verringern. Dazu wird für jeden x-ten Kanal ein exakter Korrekturwert berechnet und dieser dann für (x – 1)/2 benachbarte Kanäle auf beiden Seiten verwendet. Mit x = 5 ergibt sich Δε₁ = 0,00025·600 = 0,15 für k = 600 und Δε₁ = 0,00025·602 = 0,1505 für k = 602. Dies entsprich einem Fehler von ca. 0,028 Grad und ist somit vernachlässigbar.
Nach der Phasenfehlerkorrektur werden die korrigierten Signale B_k,n in dem Multiplexer 13 schließlich zu einer Bitsequenz mit mehreren Sequenzabschnitten {b_k} gemultiplext.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10324418 [0002, 0035]

Claims

Phasenkorrektureinrichtung für ein Signal, das mehrere auf jeweils ein Trägersignal aufmodulierte Signalkomponenten (d_k(n)) aufweist, vor dem Senden in einer Sendevorrichtung mit einem Sendeabtasttakt, der einer Sendeabtasttaktdauer (t_U) hat, abgetastet wurde, und nach dem Empfangen in einer Empfangsvorrichtung mit einem Empfangsabtasttakt, der eine Empfangsabtasttaktdauer (t_U') hat, abgetastet wurde, wobei jedes Trägersignal eine zugehörige Trägerfrequenz (n·ω_s) hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenkorrektureinrichtung eingerichtet ist, Phasen der Signalkomponenten (d_k(n)) abhängig von einem Verhältnis der Sendeabtasttaktdauer (t_U) zu der Empfangsabtasttaktdauer (t_U') jeweils um einen zugehörigen Phasenbetrag zu ändern.
Phasenkorrektureinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenkorrektureinrichtung eingerichtet ist, die Änderungen des Phasenbeträge der Signalkomponenten abhängig von den zugehörigen Trägerfrequenzen (n·ω_s) durchzuführen.
Phasenkorrektureinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung einer der Phasen in der komplexen Schreibweise durch eine Multiplikation mit einem Korrekturfaktor
gegeben ist, wobei δ das Verhältnis des Sendeabtasttaktdauer (t_U) zu dem Empfangsabtasttaktdauer (t_U') ist, k eine natürliche Zahl ist, nω_s die Trägerfrequenz ist, welche ein ganzzahliges Vielfaches einer Basisfrequenz ω_s der Sendevorrichtung ist, und T_U die Sendevorrichtungsabtasttaktdauer ist.
Phasenfehlerkorrektureinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenfehlerkorrektureinrichtung eingerichtet ist, die Signalkomponenten jeweils in Differenzphasen (Δϕ) zu transformieren, und daß die Differenzphasen (Δϕ) jeweils durch Addition eines Phasenbetrags geändert verwerden.
Phasenfehlerkorrektureinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenfehlerkorrektureinrichtung eingerichtet ist, die Phasen von benachbarten Signalkomponenten (d_k(n)) um einen gleich großen Phasenbetrag zu ändern.
Phasenkorrekturverfahren für ein Signal, das mehrere auf jeweils ein Trägersignal aufmodulierte Signalkomponenten (d_k(n)) aufweist, vor dem Senden in einer Sendevorrichtung mit einem Sendeabtasttakt, der einer Sendeabtasttaktdauer (t_U) hat, abgetastet wurde, und nach dem Empfangen in einer Empfangsvorrichtung mit einem Empfangsabtasttakt, der eine Empfangsabtasttaktdauer (t_U') hat, abgetastet wurde, wobei jedes Trägersignal eine zugehörige Trägerfrequenz (n·ω_s) hat, dadurch gekennzeichnet, daß Phasen der Signalkomponenten abhängig von einem Verhältnis der Sendeabtasttaktdauer zu der Empfangsabtasttaktdauer jeweils um einen zugehörigen Phasenbetrag geändert werden.
Phasenkorrekturverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderungen des Phasenbeträge der Signalkomponenten abhängig von den zugehörigen Trägerfrequenzen (n·ω_s) durchgeführt werden.
Phasenfehlerkorrektureinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalkomponenten jeweils in Differenzphasen (Δϕ) transformiert wer den, und die Differenzphasen (Δϕ) jeweils durch Addition eines Phasenbetrags geändert verwerden.
Phasenfehlerkorrektureinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasen von benachbarten Signalkomponenten (d_k(n)) um einen gleich großen Phasenbetrag geändert werden.
Empfangsvorrichtung mit Phasenkorrektureinrichtung für ein Signal, das mehrere auf jeweils ein Trägersignal aufmodulierte Signalkomponenten (d_k(n)) aufweist, vor dem Senden in einer Sendevorrichtung mit einem Sendeabtasttakt, der einer Sendeabtasttaktdauer (t_U) hat, abgetastet wurde, und nach dem Empfangen in einer Empfangsvorrichtung mit einem Empfangsabtasttakt, der eine Empfangsabtasttaktdauer (t_U') hat, abgetastet wurde, wobei jedes Trägersignal eine zugehörige Trägerfrequenz (n·ω_s) hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenkorrektureinrichtung eingerichtet ist, Phasen der Signalkomponenten (d_k(n)) abhängig von einem Verhältnis der Sendeabtasttaktdauer (t_U) zu der Empfangsabtasttaktdauer (t_U') jeweils um einen zugehörigen Phasenbetrag zu ändern.