DE102008016434B4 - Frequenzoffsetschätzung - Google Patents
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Abstract
Description
- TECHNISCHES GEBIET
- Die Erfindung betrifft die Schätzung eines Gesamt-Frequenzoffsets auf der Grundlage mehrerer Frequenzoffsetschätzungen und ferner die Schätzung einer Größe, die einen Rauschabstand repräsentiert. Insbesondere betrifft die Erfindung Kommunikationssysteme und Empfänger.
- STAND DER TECHNIK
- In Mobilkommunikationssystemen kann eine Mobilstation gleichzeitig mit mehreren Basisstationen verbunden sein. In diesem Fall erfolgt die Frequenzoffsetkorrektur in der Mobilstation in der Regel nicht für jede Basisstation getrennt. Statt dessen versucht die Frequenzoffsetkorrektur, Offsets der Frequenzerzeugungseinrichtung zu korrigieren.
- Die Druckschrift
WO 02/29978 A2 - Gewöhnlich wird nur eine einzige Einrichtung als Referenz für die Frequenzerzeugung verwendet. Wenn Frequenzoffsetschätzungen durch Messungen aus mehreren Signalquellen erhalten werden, wie zum Beispiel aus Basisstationen, mit denen die Mobilstation verbunden ist, muß eine Strategie konzipiert werden, wie diese mehreren Frequenzoffsetschätzungen zu einem einzigen Wert, d. h. einer Gesamt-Frequenzoffsetschätzung, kombiniert werden sollen. Da die Empfangsleistungsfähigkeit und das Sendefrequenzoffset auf der Aufwärtsstrecke einer Mobilstation empfindlich von der Kompensation von Frequenzoffsets abhängen, ist eine effiziente Strategie zum Kombinieren der Frequenzoffsetschätzungen zu einem einzigen Wert wünschenswert.
- Größen, die Rauschabstände von Signalen in einem Funkempfänger repräsentieren, sind ferner bekanntermaßen für viele Anwendungen notwendig und werden in einem Funkempfänger für vielfältige Berechnungen verwendet. Deshalb sind effiziente Algorithmen und Schaltkreise zum Erzeugen von Rauschabstandschätzungen in einem Funkempfänger wünschenswert.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
- Aspekte der Erfindung werden über Beispiele in der folgenden ausführlichen Beschreibung von Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungsfiguren besser ersichtlich. Es zeigen:
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1 ein Blockschaltbild von grundlegenden Funktionsblöcken eines Empfängers; -
2 ein Blockschaltbild der in1 gezeigten automatischen Frequenzsteuereinheit; -
3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des in2 gezeigten Kombinierers; -
4 ein Schaltbild einer Einrichtung zum Kombinieren mehrerer Frequenzoffsetschätzungen in einem Empfänger; und -
5 ein Schaltbild einer Einrichtung zum Berechnen von Rauschabstandschätzungen. - AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
- In der folgenden Beschreibung werden weitere Aspekte und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offengelegt. Zusätzlich wird auf die beigefügten Zeichnungen verwiesen, die einen Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung ein oder mehrere Beispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. Die vorliegenden Ausführungsformen geben ein besseres Verständnis des einen oder der mehreren Aspekte der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Offenlegung der Erfindung soll die Merkmale oder Schlüsselelemente der Erfindung nicht auf eine spezifische Ausführungsform beschränken. Statt dessen können die in den Ausführungsformen offengelegten verschiedenen Elemente, Aspekte und Merkmale von Fachleuten auf verschiedene Weisen kombiniert werden, um einen oder mehrere Vorteile der vorliegenden Erfindung zu erzielen. Es versteht sich, daß andere Ausführungsformen verwendet und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die Elemente der Zeichnung sind nicht unbedingt maßstabsgetreu zueinander. Gleiche Bezugszahlen kennzeichnen entsprechende ähnliche Teile.
- In einem Empfanger kann die tatsächliche Frequenz des Empfangssignals aus verschiedenen Gründen von einer in dem Empfänger zum Verarbeiten des Empfangssignals verwendeten lokalen Frequenz verschieden sein, wodurch in dem Empfangssignalweg des Mobilempfängers ein Frequenzoffset verursacht wird. Zum Beispiel sind Frequenzverschiebungen in dem empfangenen Funksignal oder eine Verstimmung des lokalen Oszillators des Empfängers für die Erzeugung eines solchen Frequenzoffsets in dem Empfänger verantwortlich. Ein Frequenzoffset im Empfänger beeinträchtigt die Leistungsfähigkeit des Empfängers signifikant und kann zu einem Sende-Mittenfrequenzoffset führen, das zulässige Toleranzwerte übersteigt.
- Im folgenden wird gemäß einer ersten Ausführungsform ein verbessertes Kombinieren von Frequenzoffsetschätzungen in einem Empfänger beschrieben. Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen können in verschiedenen Mobilkommunikationssystemen verwendet werden, darunter Systeme mit CDMA (Code Division Multiple Access), wie zum Beispiel UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) oder in Mobilkommunikationssystemen, die andere Arten von Mehrfachzugangsverfahren verwenden, wie zum Beispiel GSM (Global System for Mobile Communications). Die nachfolgend betrachteten Kommunikationssysteme können zum Beispiel Systeme mit mehreren Zellen oder Systeme mit einer einzigen Zelle, die mehrere Sender umfassen, sein.
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1 zeigt grundlegende Funktionsblöcke eines Empfängers, zum Beispiel eines Mobilempfängers. Der Empfangssignalweg des Empfängers kann eine Verstärkungsstufe1 , einen ersten Empfangsteil (RX1)2 , eine Einheit für einen Empfangssignalstärkeindikator (RSSI), eine Einheit für automatische Verstärkungssteuerung (AGC)5 , einen zweiten Empfangsteil (RX2)4 , eine Einheit6 für automatische Frequenzsteuerung (AFC) und eine Datenverarbeitungseinheit (DATA)7 umfassen. - Die Verstärkungsstufe
1 , der erste Empfangsteil2 , die RSSI-Einheit3 und die AGC-Einheit5 bilden eine zur Empfangssignalleistungssteuerung verwendete Rückkopplungsschleife. Genauer gesagt empfängt die Verstärkungsstufe1 an dem Eingang10 ein von einem Empfängereingang bereitgestelltes Eingangssignal. Der Empfängereingang kann eine (nicht gezeigte) Antenne sein, der optionale Schaltkreise, wie zum Beispiel Filter und/oder zusätzliche Signalvorverarbeitungseinheiten, folgen. Das Eingangssignal wird durch ein mit dem zweiten Eingang11 der Verstärkungsstufe1 verbundenes Leistungssteuersignal verstärkt (z. B. multipliziert). Ein Ausgangssignal der Verstärkungsstufe1 wird dem ersten Empfangsteil2 des Empfängers zugeführt. Der erste Empfangsteil2 umfaßt in der Regel den HF-(Hochfrequenz-)Teil des Empfängers. Wie in der Technik bekannt ist, wird somit das Eingangssignal in ein Zwischenfrequenz-(ZF-)Band bzw. Basisband heruntergesetzt. Das Heruntersetzen erfolgt in der Regel durch einen (nicht gezeigten) Mischer, der durch einen lokalen Oszillator8 betrieben wird, der ein Oszillatorsignal der Frequenz fos ausgibt. Ferner kann der erste Empfangsteil2 wie in der Technik bekannt Filterstufen und andere Signalverarbeitungseinheiten umfassen. - Ein Ausgangssignal des ersten Empfangsteils
2 wird der RSSI-Einheit3 zugeführt. Die RSSI-Einheit3 erzeugt ein Ausgangssignal12 , das die Signalstärke oder Signalleistung des Empfangssignals repräsentiert. Der Ausgang12 der RSSI-Einheit3 ist mit einem Eingang der AGC-Einheit5 gekoppelt. Die AGC-Einheit5 vergleicht das Ausgangssignal12 der RSSI-Einheit3 mit einem Zielwert und erzeugt als Reaktion auf das Vergleichsergebnis ein Verstärkungssteuersignal13 . Das Verstärkungssteuersignal13 wird einem Steuereingang11 der Verstärkungsstufe1 zugeführt und somit zum Steuern der Empfangssignalleitungsverstarkung des Empfängers verwendet. Anders ausgedrückt, bildet die Rückkopplungsschleife, die die Verstärkungsstufe1 , den ersten Empfangsteil2 , die RSSI-Einheit3 und die AGC-Einheit5 umfaßt, einen Regelkreis, der wirkt, um die Signalleistung in dem Empfangssignal-Datenstrom an dem Signalausgang14 der RSSI-Einheit3 auf einen festen bekannten Energiezielwert Pt' einzustellen. - Das Ausgangssignal
14 der RSSI-Einheit3 wird dem zweiten Empfangsteil4 zugeführt. Der zweite Empfangsteil4 des Empfängers kann einen Demodulator zum Rekonstruieren von (im folgenden auch als Symbole bezeichneten) Datenabtastwerten, die in dem Empfangssignal-Datenstrom enthalten sind, umfassen. Zu diesem Zweck kann der zweite Empfangsteil4 zum Beispiel Teile eines RAKE-Empfängers zum Detektieren und Vorverarbeiten von über verschiedene Ausbreitungswege eines Funkkanals empfangenen Signalbeiträgen umfassen. Ferner kann der zweite Empfangsteil4 mit einer Entschlüsselungs- und Entspreizungsstufe ausgestattet sein, die zum Extrahieren der erwünschten Daten- und Steuer-/Pilotsignale aus dem Empfangssignal, das eine Überlagerung aller am Eingang erfaßten Daten- und Steuersignale ist, verwendet wird. Wie in der Technik bekannt ist, werden in CDMA-Kommunikationssystemen Benutzersignale (d. h. logische Kanäle pro Basisstation und Benutzer) durch verschiedene Spreizcodes getrennt. Die Benutzersignaltrennung im Empfänger kann somit durch Entspreizen des Empfangssignals durchgeführt werden. - Ferner ermöglicht der zweite Empfangsteil
4 eine Trennung von Signalen, die von verschiedenen Signalquellen, wie etwa Basisstationen, gesendet werden. Bei CDMA-Kommunikationssystemen verwendet jede Signalquelle einen individuellen Verschlüsselungscode zur Codierung von zu sendenden Signalen. Die Trennung der aus verschiedenen Signalquellen empfangenen Signale im Empfänger kann deshalb durch Entschlüsseln des Empfangssignals erreicht werden. - In Kommunikationssystemen, die andere Techniken für Mehrbenutzerzugang und/oder Basisstationsidentifikation verwenden, ist es ähnlich möglich, zwischen Signalen, die für verschiedene Benutzer bestimmt sind und/oder von verschiedenen Signalquellen (z. B. Basisstationen) empfangen worden sind, jeweils zu unterscheiden. Anders ausgedrückt, kann an einem Ausgang
15 des zweiten Empfangsteils4 ein benutzerspezifisches und signalquellenspezifisches Signal bereitgestellt werden. Ein solches Signal kann durch einen mit der konkreten Mobilstation assoziierten Strom komplexwertiger Symbole ri,m repräsentiert werden, wobei i den Zeitindex bedeutet und m die Basisstation identifiziert (m = 1, ..., M), von der das Symbol ri,m gesendet wurde. - Der Ausgang
15 des zweiten Empfangsteils4 ist mit einem Eingang16 der AFC-Einheit6 und einem Eingang17 der Datenverarbeitungseinheit7 gekoppelt. Die Datenverarbeitung in der Datenverarbeitungseinheit7 kann gemäß in der Technik bekannten Techniken erfolgen (z. B. kann Entschachtelung, Kanaldecodierung usw. umfassen) und wird im folgenden nicht ausführlicher beschrieben. In der AFC-Einheit6 werden die Symbole ri,m verarbeitet, um eine Gesamt-FrequenzoffsetschätzungΔf Δf 9 verwendet, die ein Frequenzsteuersignal fc zum Einstellen der zum Beispiel durch einen Oszillator8 erzeugten Frequenz fos erzeugt. Somit bilden der erste Empfangsteil2 , die RSSI-Einheit3 , der zweite Empfangsteil4 , die AFC-Einheit6 , die Steuereinheit9 und der Oszillator8 einen Frequenzsteuerkreis, der betreibbar ist, umΔf = 09 durch eine Nachschlagetabelle oder eine Umsetzungsfunktion implementiert werden und wirkt sich auf das Steueransprechverhalten des Frequenzsteuerkreises aus. Allgemeiner ausgedrückt, kann die Gesamt-FrequenzoffsetschätzungΔf - Es sind gemäß der Erfindung verschiedene Modifikationen zur Implementierung des Frequenzsteuerkreises machbar. Zum Beispiel kann das Frequenzsteuersignal fc statt in den Oszillator
8 in eine (nicht gezeigte) Frequenzkorrekturstufe eingegeben werden. Die Frequenzkorrekturstufe kann an einem beliebigen Punkt in dem Empfangssignalweg zwischen der Antenne und dem Eingang17 der Datenverarbeitungseinheit7 angeordnet werden. Eine solche Frequenzkorrekturstufe kann sich entweder in dem analogen Teil oder in dem digitalen Teil des Empfängers befinden. Im letzteren Fall kann die Frequenzkorrektur zum Beispiel in dem zweiten Empfangsteil4 etwa mittels einer (nicht gezeigten) digitalen Frequenzkorrekturschaltung durchgeführt werden. In dieser Hinsicht ist zu beachten, daß in der Regel in dem ersten Empfangsteil2 des Empfängers Analog-Digital-Umsetzung durchgeführt wird, die aber im allgemeinen an jedem beliebigen zweckmäßigen Punkt in dem in1 gezeigten Empfangssignalweg durchgefuhrt werden kann. -
2 zeigt als Beispiel den Entwurf der AFC-Einheit6 gemäß einer Ausführungsform. Die AFC-Einheit6 umfaßt eine Zeigererzeugungseinheit100 , eine Mittelungseinheit (AVG)101 , eine Einheit102 zur Berechnung des quadrierten Betrags der komplexen Zeiger, einen Teller (DIV)103 , einen Kombinierer104 und eine Argumenteinheit105 . Die Zeigererzeugungseinheit100 berechnet auf der Grundlage der Eingangssymbole ri,m komplexwertige Zeiger pi,m. Der Zeiger pi,m kann bei einer Ausführungsform definiert werden durchpi,m = ri,m·r * / i-D,m, (1) -
- Die gemittelten Zeiger
p av / m - Um eine Schätzung des Frequenzoffsets Δfm zu erzeugen, werden die gemittelten Zeiger
p av / m 105 zugeführt. Die Argumenteinheit105 berechnet das Argument – d. h. die Phase oder den Winkel – jedes gemittelten Zeigersp a / m, Δfm = arg(p av / m)/(2π·Lavg·Tsym) 2 nicht abgebildet ist. Ferner ist zu beachten, daß für D ≠ 1 der Term D·Tsym anstelle von Tsym verwendet werden muß. - Um Größen zu erzeugen, die Rauschabstände repräsentieren, werden die gemittelten Zeiger
p av / m 102 und dann dem Teller103 zugeführt. Am Ausgang des Teilers103 wird eine Größe Cm ausgegeben, die mit dem mit dem Symbolstrom ri,m assoziierten Rauschabstand zusammenhängt. - Im folgenden wird gezeigt, daß eine Große, die mit dem Rauschabstand zusammenhängt, der mit dem Symbolstrom ri,m assoziiert ist, auf der Grundlage der Zeiger pi,m berechnet werden kann. Eine mit dem Rauschabstand zusammenhangende Größe kann jede beliebige Größe sein, die als sinnvolle Metrik mit dem Rauschabstand zusammenhängen kann, insbesondere eine Größe, die sich durch eine eindeutige funktionale Beziehung in den Rauschabstand übersetzt. Um die Notation zu vereinfachen, wird der Index m weggelassen, weil die Berechnung für Symbole aus jeder Signalquelle (z. B. Basisstation) m identisch ist.
- Die Energie des gemittelten Zeigers pav das Quadrat des Absolutwerts des komplexwertigen gemittelten Zeigers pav und kann als die Summe des Quadrats des Real- und Imaginärteils des gemittelten Zeigers geschrieben werden, d. h.
Q = |pav|2 = re(pav)2 + im(pav)2 (3) - Diese Energie hängt mit dem Rauschabstand des Signals zusammen. Es wird angenommen, daß der Empfänger eine ideale automatische Verstärkungsregelung auf der Basis von RSSI-Messungen auf Chipniveau vor Basisstationstrennung und Benutzertrennung (z. B. Entschlüsselung und Entspreizung) verwendet. Um die Dinge zu vereinfachen, wird ferner angenommen, daß alle unerwünschten Signalteile entweder orthogonal beitragen (z. B. durch Entspreizung aufgehoben werden) oder als weißes Gaußsches Zufallsrauschen erscheinen (wie zum Beispiel Signale von Basisstationen auf verschiedenen Verschlüsselungscodes). Die folgende Ableitung verwendet den Spezialfall eines CDMA-Empfängers.
- Es wird nachfolgend die folgende Notation benutzt:
- E
- Energie pro Chip des erwünschten Signals
- N
- Rauschenergie pro Chip
- SNR = E/N
- Rauschabstand auf Chipniveau
- Lcorr
- Spreizfaktor (Anzahl der Chips pro Symbol)
- Lavg
- Mittelungslänge für Zeiger
- Δf
- Frequenzoffset
- Tsym
- Symbol-Abtastzeit
- Pt'
- AGC-Energiezielwert pro Chip am Ausgang der AGC-Rückkopplungsschleife
- Die Signalenergie am Ausgang der AGC-Rückkopplungsschleife ist der AGC-Energiezielwert, d. h.
Pt' = E + N (4) N = Pt'/(1 + SNR) E = Pt' – N (5) - Ein Frequenzoffset von Δf reduziert die mittlere Energie pro Chip E nach der Entspreizung über Lcorr Werte (entsprechend Tsym) auf eine ”verschlechterte” mittlere Energie pro Chip Edeg gemäß
Edeg·L 2 / corr = E·|sinc(Δf·Tsym)|2·L 2 / corr (6) - Zur Qualitätsangabe von Frequenzoffsetschätzungen kann ein verschlechterter Rauschabstand folgendermaßen definiert werden:
SNRdeg = Edeg/N mit SNRdeg < SNR (7) - Die quadrierte gemittelte Zeigerenergie Q kann schließlich folgendermaßen ausgedrückt werden:
Q = 4(L2E 2 / deg + 2LNEdeg + LN2) = = 4(Pt/(1 + SNR))2L2SNR 2 / deg(1 + 2/(LSNRdeg) + 1/(LSNR 2 / deg)) (8) L = L 2 / corrLavg. - Pt berücksichtigt eine etwaige mögliche Leistungsskalierung durch den zweiten Empfangsteil
4 , d. h. kann als der Energiezielwert pro Chip signalabwärts des zweiten Empfangsteils4 interpretiert werden. Wenn der zweite Empfangsteil4 keine Leistungsskalierung einführt, gilt Pt = Pt'. - Eine erste Approximation dieses Terms kann auf der Grundlage der folgenden Annahmen abgeleitet werden:
SNR << 1(⇒ SNRdeg << 1) L·SNRdeg >> 2. - Unter diesen Annahmen ergibt Gleichung (8)
Q = 4Pt2(SNR 2 / degL2 + L). (9) - Eine zweite, noch einfachere Approximation findet sich auf der Grundlage strengerer Annahmen:
SNR << 1(⇒ SNRdeg << 1) L·SNRdeg >> 2 L·SNR 2 / deg >> 1 - Unter diesen Annahmen ergibt Gleichung (8)
Q = 4Pt2L2SNR2 deg. (10) - Wie aus Gleichung 10 hervorgeht, ist die Energie Q des gemittelten Zeigers proportional zu dem Quadrat des verschlechterten Rauschabstands SNRdeg, wenn L groß genug ist. Als Beispiel besitzt bei UMTS bei Verwendung der gemeinsamen Pilotkanalsymbole als Eingangssymbolstrom ri,m aus jeder Basisstation m der Spreizfaktor einen festen Wert von Lcorr = 256. Somit kann Lavg so gewählt werden, daß Gleichung (10) ungefähr erfüllt ist (man beachte, daß in vielen Fällen nicht unbedingt exakte Ergebnisse erforderlich sind). Zum Beispiel bei Verwendung einer mittleren Länge von Lavg = 150 entsprechend einem UMTS-Frame gilt die in Gleichung (10) dargelegte Approximation für etwa –34 dB < SNRdeg < –10 dB. Vom Chipniveau in das Symbolniveau übersetzt liegt der Bereich des verschlechterten Rauschabstands SNRdeg von –10 dB bis +14 dB. Dieser Bereich sollte ausreichen, um Differenzierung zwischen verschiedenen Rauschabständen für Frequenzoffsetschätzungen bereitzustellen.
- Die Mittelungslänge Lavg kann variabel und so gewählt sein, daß sie für verschiedene Messungen verschieden ist. Aus diesem Grund, und um den Dynamikumfang der Ergebnisse weiter zu begrenzen, kann die Energie Q des gemittelten Zeigers durch L2 dividiert werden. Dies erfolgt in dem Teiler
103 gemäßC = Q/L2. (11) - Da der AGC-Engergiezielwert Pt' und somit der skalierte Energiezielwert Pt wahrscheinlich feste Werte sind, ist C dann eine Größe, die den Rauschabstand des verarbeiteten Signals ungeachtet der verwendeten mittleren Länge Lavg repräsentiert.
-
3 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des Kombinierers104 . Der Kombinierer104 kann eine optionale Verwerfeinheit (DISC)200 , eine Gewichtungseinheit (WG)210 und eine Mittelungseinheit (AVG)220 umfassen. - Die Verwerfeinheit
200 ist betreibbar, um Frequenzschätzungen Δfm zu verwerfen, die einen verschlechterten Rauschabstand SNRdeg aufweisen, der kleiner als ein erforderliches Minimum SNRdeg,min ist. Zu diesem Zweck kann die Verwerfeinheit200 einen Multiplizierer201 , einen Komparator202 und einen Multiplexer203 umfassen. Der Multiplizierer201 ist bei einer Ausführungsform dafür ausgelegt, einen Schwellenwert T folgendermaßen zu berechnen:T = 4SNR 2 / deg,minPt2 (12) 202 mit dem Schwellenwert T verglichen wird. Im Fall Cm < T weist das entsprechende Frequenzoffset Δfm eine niedrige Konfidenz auf, weil es auf der Grundlage rauschbehafteter Daten mit einem verschlechterten Rauschabstand SNRdeg (der durch Cm repräsentiert wird) berechnet wurde, der kleiner als der minimale verschlechterte Rauschabstand SNRdeg,min ist. In diesem Fall wird Cm durch den Multiplexer203 auf Cm = 0 gesetzt. Es ist zu beachten, daß auch andere Schwellenwerte T als der in Gleichung (12) angegebene Schwellenwert T verwendet werden können. - Durch die Verwerfeinheit
200 ausgegebene Werte von Cm werden in die erste Gewichtungseinheit210 eingegeben. Die Gewichtungseinheit210 kann einen ersten Multiplizierer211 und einen zweiten Multiplizierer212 in Reihenschaltung umfassen. Der (optionale) erste Multiplizierer211 multipliziert jeden Wert Cm bei einer Ausführungsform mit einem Gewichtungsfaktor Jm. Der Gewichtungsfaktor Jm kann eine Quellenwichtigkeits-Gewichtungseinstellung gewährleisten, die Prioritaten mit Bezug auf den Signalinhalt einführt. Genauer gesagt, kann ein Symbolstrom ri,m einer spezifischen Signalquelle (z. B. Basisstation)m m m m ≠ m m ≠ m . - Der zweite Multiplizierer
212 multipliziert das Ausgangssignal des ersten Multiplizierers211 mit Δfm. Somit erzeugt die Gewichtungseinheit210 an einem Ausgang213 des zweiten Multiplizierers212 Werte Jm·Cm·Δfm und an einem Ausgang214 des ersten Multiplizierers211 Werte Jm·Cm. - Diese Ausgangssignale
213 ,214 der Gewichtungseinheit210 werden in die Mittelungseinheit220 eingegeben. Die Mittelungseinheit220 umfaßt einen ersten Akkumulator (AC)221 , eine zweiten Akkumulator (AC)222 und einen Teller (DIV)223 . Die Akkumulatoren221 ,222 akkumulieren ihre Eingangssignale über m = 1, ..., M und leiten ihre jeweiligen Ergebnisse zu dem Teiler223 . Der Teiler223 erzeugt das Gesamt-FrequenzoffsetΔf - Es können auch andere Mittelungsschemata als die oben exemplifizierten verwendet werden.
- Die Gesamt-Frequenzoffsetschätzung
Δf Δf - Mit Bezug auf den Schaltkreisentwurf ist es ferner, da die Signalverarbeitung signalaufwärts der Mittelungseinheit
220 für jede Signalquelle m separat erzielt wird, entweder möglich, die signalaufwarts der Mittelungseinheit220 angeordneten Komponenten zu duplizieren oder diese in einem Zeitmultiplexzyklus zu betreiben, der sukzessive über m = 1, ..., M abläuft. - In dem oben beschriebenen Beispiel werden sowohl die Frequenzoffsets Δfm als auch die Größen Cm, die einen Rauschabstand repräsentieren und als Gewichtungsfaktoren verwendet werden, auf der Grundlage derselben Eingangsdaten und auf der Grundlage eines Ansatzes der differenziellen Phasenschätzung berechnet. Auf diese Weise enthalten die Gewichtungsfaktoren Cm alle für die Gewichtung relevanten Effekte, die aber externe Quellen nicht kennen, und schließen alle Effekte aus, denen externe Quellen ausgesetzt sind, während die Frequenzoffsetschätzungen Δfm es nicht sind. Da die Gewichtungsfaktoren Cm auf demselben Zeitintervall wie die Frequenzoffsetschätzungen Δfm basieren können, werden ferner Fehler, die durch nichtsynchronisierte Gewichtungsfaktorquellen eingeführt werden, ausgeschlossen. Das obige Schema zur Erzeugung von Gewichtungsfaktoren Cm (Frequenzoffsetschätzungen Δfm) kann somit im Hinblick auf niedrigen Hardwareimplementierungsaufwand und hohe Genauigkeit von Vorteil sein. Statt die Frequenzoffsets Δfm aus den gemittelten Zeigern
p av / m 104 benutzte Frequenzoffsets Δfm an anderer Stelle in dem Empfänger berechnet werden, d. h. durch andere Algorithmen, die andere Signalverarbeitungseinrichtungen verwenden, die im obigen nicht gezeigt sind. In diesem Fall kann die Argumenteinheit105 weggelassen werden. - Gemäß einer anderen Ausführungsform kann das Konzept der Quellenwichtigkeitsgewichtung in praktisch jedem Kombinierer unabhängig davon implementiert werden, wie die Frequenzoffsetschatzungen Δfm und Größen, die die Rauschabstände repräsentieren, bestimmt werden.
4 zeigt einen Schaltkreis gemäß dem allgemeinen Konzept der Quellengewichtigkeits-Gewichtungseinstellung für eine Berechnung des Gesamt-FrequenzoffsetsΔf .304 kann dem in3 gezeigten Kombinierer104 ähnlich sein. Die optionale Verwerfeinheit200 kann weggelassen werden. Die Mittelungseinheit320 kann mit der Mittelungseinheit220 identisch entworfen werden. Die Gewichtungseinheit310 kann zum Beispiel Rauschabstände SNRm oder Werte Cm für Signalqualitätsgewichtungszwecke verwenden. Wieder konnen die signalquellenspezifischen Frequenzoffsetschätzungen Δfm durch andere Schaltkreise als die in2 gezeigten bereitgestellt werden. Zusätzlich können zu der Gewichtungseinheit310 übermittelte signalquellenspezifische Rauschabstände SNRm auf herkömmliche Weise berechnet werden, d. h. nicht auf der Grundlage eines differenziellen Phasenschätzungsansatzes (durch Verwendung von Zeigern) wie oben erläutert, sondern an anderer Stelle im Empfänger. - Darüber hinaus ist es bei einer Ausführungsform möglich, daß die Gewichtung der Frequenzoffsetschätzungen Δfm mit den die Rauschabstände repräsentierenden Größen weggelassen wird. In diesem Fall werden die Frequenzoffsetschätzungen Δfm einfach durch die signalinhaltsabhängigen Gewichtungsfaktoren Jm gedichtet. Dann empfängt der Kombinierer
104 möglicherweise die einen Rauschabstand repräsentierenden Größen Cm nicht. Die Verwerfeinheit200 und der Multiplizierer211 können somit weggelassen werden, und die signalinhaltsabhängigen Gewichtungsfaktoren Jm können mit dem Eingang des Multiplizierers212 gekoppelt werden (der als das andere Eingangssignal die Frequenzoffsetschätzungen Δfm empfängt). In bezug auf4 muß in diesem Fall der Kombinierer304 die Größen SNRm (die durch die Größen Cm in3 repräsentiert werden können) nicht empfangen. - Das Register
330 enthält eine Anzahl von Signalquellendienst-Flags, die jeweils mit einer spezifischen Signalquelle (z. B. Basisstation) m assoziiert sind und anzeigen, ob die jeweilige Signalquelle m einen spezifischen Dienst, zum Beispiel HSDPA, bereitstellt. Wenn das Flag den Wert 1 aufweist, wird der Dienst bereitgestellt, und wenn das Flag den Wert 0 aufweist, wird der Dienst nicht bereitgestellt. Hier stellen die Signalquellem 340 so gesteuert, daß J > 1 ausgegeben wird. Andernfalls gibt der Multiplexer340 den Wert 1 aus, wenn das Flag den Wert 0 aufweist. Wenn während einer Kommunikation mit mehreren Signalquellen eine Signalquelle einen spezifischen Dienstmodus (z. B. HSDPA) aktiviert, wird somit die Frequenzoffsetkompensation in dem Empfänger für das durch die Signalquellem - Merkmale bezüglich des Konzepts der in Verbindung mit den in
4 gezeigten Schaltkreisen erläuterten Quellenwichtigkeitsgewichtung können in den oben erwähnten Ausführungsformen angewandt werden und umgekehrt. Ferner sind Merkmale in bezug auf das Konzept der Schätzung eines Gesamt-FrequenzoffsetsΔf 1 bis3 dargestellt auf die in4 gezeigten Schaltkreise anwendbar und umgekehrt. - Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind in
5 Schaltkreise zum Berechnen eines Rauschabstands gezeigt. Solche Schaltkreise können in praktisch jeder Art von Empfänger in Kommunikationssystemen verwendet werden, d. h. ihre Verwendung ist weder auf Mobilkommunikationssysteme noch auf Funksysteme beschränkt. In bezug auf Mobilkommunikationssysteme können sie in einer Basisstation oder in einer Mobilstation oder in beiden implementiert werden. Wie in der Technik bekannt ist, werden Schätzungen des Rauschabstands von verschiedenen Schaltungsteilen in einem Empfänger verwendet. Zum Beispiel können in einem RAKE-Empfanger Ausgangssignale einzelner RAKE-Finger unter Verwendung von mit jedem Fingerausgangssignal assoziierten (d. h. mit einer Komponente eines Signals, das über einen spezifischen Ausbreitungsweg des Funkkanals gesendet wird, assoziierten) Rauschabstandschätzungen kombiniert werden. Die Rauschabstandschätzung gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung kann somit zum Beispiel auch dafür verwendet werden, Rauschabstandsschätzungen für einen RAKE-Kombinierer bereitzustellen. - Die in
5 gezeigten Schaltkreise umfassen eine Phasenverschiebungsschätzeinheit400 , die wirkt, um gemittelte Zeiger pav aus einem ankommenden komplexwertigen Datenstrom ri zu erzeugen. Die Phasenverschiebungsschätzeinheit400 umfaßt eine Zeigererzeugungseinheit100 und eine Mittelungseinheit101 , die gemäß den oben erläuterten entsprechenden Einheiten entworfen werden können. Der gemittelte Zeiger pav wird somit gemäß Gleichung (2) (ohne den Index m) gebildet. Wie bereits erwähnt wurde, repräsentiert der gemittelte Zeiger pav eine Phasenverschiebung, die in dem Eingangsdatensignal ri über eine Anzahl Lavg aufeinanderfolgender Datenabtastwerte auftritt. Lavg kann gleich 1 sein, es wird aber in der Regel eine größere Mittelungslänge verwendet. - Die gemittelten Zeiger pav werden einer Phasenverschiebungsbearbeitungseinheit
401 zugeführt. Die Phasenverschiebungsbearbeitungseinheit401 umfaßt eine erste Quadrier-(SQR-)Einheit402 , eine zweite Quadrier-(SQR-)Einheit403 , einen Addierer404 , eine Wurzelextraktionseinheit405 und einen Teiler (DIV)406 . Die erste Quadriereinheit402 empfängt den Realteil des gemittelten Zeigers pav und ihr Ausgang ist mit einem ersten Eingang des Addierers404 verbunden. Die zweite Quadriereinheit403 empfängt den Imaginärteil des gemittelten Zeigers pav und ihr Ausgang ist mit einem zweiten Eingang des Addierers404 verbunden. An einem Ausgang des Addierers404 wird die Größe Q gemäß Gleichung (3) berechnet. - In der Wurzelextraktionseinheit
405 wird Q1/2 berechnet. Die Quadratwurzel von Q entspricht dem Absolutwert des komplexwertigen gemittelten Zeigers pav und ist proportional zu dem Rauschabstand SNR. -
- Zu diesem Zweck dividiert der Teiler
406 die Quadratwurzel von Q durch 2·Pts·Lavg und gibt eine Schätzung der Rauschabstandschätzung SNR pro Lavg Datenabtastwerte ri aus. - In vielen Fällen ist es eventuell nicht notwendig, den Rauschabstand zu berechnen, sondern es kann ausreichen, eine Größe zu erzeugen, die proportional zu dem Rauschabstand SNR ist, oder sogar eine Größe, die den Rauschabstand des SNR gemäß einer einzigartigen funktionalen Beziehung repräsentiert. In solchen Fällen kann die Phasenverschiebungsverarbeitungseinheit
401 z. B. das Ergebnis des Addierers404 (gegebenenfalls durch Lavg 2 dividiert) bzw. das Ausgangssignal der Wurzelextraktionseinheit405 (gegebenenfalls durch Lavg dividiert) ausgeben. - Obwohl hier spezifische Ausführungformen dargestellt und beschrieben wurden, ist für Durchschnittsfachleute erkennbar, daß jede Anordnung, die dafür berechnet ist, denselben Zweck zu erreichen, die gezeigten spezifischen Ausführungsformen ersetzen kann. Es versteht sich, daß die obige Beschreibung veranschaulichend und nicht einschränkend sein soll. Die vorliegende Anmeldung soll jegliche Anpassungen oder Varianten der Erfindung abdecken. Fachleuten werden bei Durchsicht und Verständnis der obigen Beschreibung Kombinationen der obigen Ausführungsformen und viele andere Ausführungsformen einfallen. Der Schutzumfang der Erfindung umfaßt jegliche anderen Ausführungsformen und Anwendungen, in denen die obigen Strukturen und Verfahren verwendet werden können. Der Schutzumfang der Erfindung sollte deshalb mit Bezug auf die angefügten Ansprüche zusammen mit dem Schutzumfang von Äquivalenten, zu dem diese Ansprüche berechtigt sind, bestimmt werden.
- Es wird betont, daß die Zusammenfassung nur gegeben wird, um 37 C.F.R. Abschnitt 1.72(b) zu genügen, der eine Zusammenfassung erfordert, die es dem Leser erlaubt, schnell die Beschaffenheit und das Wesentliche der technischen Offenlegung zu bestimmen. Sie wird mit dem Verständnis eingereicht, daß sie nicht zum Interpretieren oder Begrenzen des Schutzumfangs oder der Bedeutung der Ansprüche benutzt wird.
Claims (21)
- Einrichtung zum Berechnen einer Gesamt-Frequenzoffsetschätzung aus mehreren Frequenzoffsetschätzungen, umfassend: eine Empfängereinheit, die dafür ausgelegt ist, mehrere komplexwertige Datenströme zu empfangen; eine Phasenverschiebungsschätzungseinheit, die dafür ausgelegt ist, eine Phasenverschiebungsgröße zu erzeugen, die eine Phasenverschiebung über eine Anzahl aufeinanderfolgender Datenabtastwerte in dem jeweiligen Datenstrom repräsentiert; eine mit der Phasenverschiebungsschätzeinheit gekoppelte Phasenverschiebungsverarbeitungseinheit, die dafür ausgelegt ist, auf der Grundlage der jeweiligen Phasenverschiebungsgröße eine Größe zu berechnen, die mit dem mit einem Datenstrom assoziierten Rauschabstand zusammenhängt; eine Frequenzoffsetschätzeinheit, die dafür ausgelegt ist, mit den jeweiligen Datenströmen assoziierte Frequenzoffsetschätzungen zu erzeugen; und einen Kombinierer, der dafür ausgelegt ist, auf der Grundlage der Frequenzoffsetschätzungen und der mit den Rauschabständen zusammenhängenden Größen die Gesamt-Frequenzoffsetschätzung zu berechnen.
- Einrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Eingang der Frequenzoffsetschätzeinheit mit einem Ausgang der Phasenverschiebungsschätzeinheit gekoppelt ist.
- Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Phasenverschiebungsschätzeinheit einen Multiplizierer zum Multiplizieren eines Datenabtastwerts mit einem komplex Konjugierten eines vorausgehenden Datenabtastwerts in dem empfangenen Datenstrom umfaßt.
- Einrichtung nach Anspruch 3, wobei die Phasenverschiebungsschätzeinheit eine Mittelungseinheit mit einem mit einem Ausgang des Multiplizierers gekoppelten Eingang umfaßt.
- Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kombinierer einen Komparator umfaßt, der dafür ausgelegt ist, die mit den Rauschabständen zusammenhängenden Größen mit einem Schwellenwert zu vergleichen.
- Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kombinierer eine erste Gewichtungsstufe umfaßt, die dafür ausgelegt ist, die mit den Rauschabständen zusammenhängenden Größen mit einem ersten Gewichtsfaktor zu gewichten, der von einem Signalinhalt des mit dem jeweiligen Rauschabstand assoziierten Datenstroms abhängt.
- Einrichtung nach Anspruch 6, wobei der erste Gewichtsfaktor von einem Dienstindikator abhängt, der von einer Signalquelle mit Bezug auf den jeweiligen Datenstrom gesendet wird.
- Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kombinierer eine zweite Gewichtungsstufe umfaßt, die dafür ausgelegt ist, die Frequenzoffsetschätzungen mit einem zweiten Gewichtsfaktor zu gewichten, der von dem mit der jeweiligen Frequenzoffsetschätzung assoziierten Rauschabstand abhängt.
- Einrichtung nach Anspruch 8, wobei der Kombinierer eine Mittelungsstufe umfaßt, die dafür ausgelegt ist, die gewichteten Frequenzoffsetschätzungen zu mitteln, um die Gesamt-Frequenzoffsetschätzung zu erzeugen.
- Einrichtung zum Berechnen einer Größe, die mit einem Rauschabstand eines komplexwertigen Datenstroms zusammenhängt, umfassend: eine Phasenverschiebungsschätzeinheit, die dafür ausgelegt ist, eine Phasenverschiebungsgröße zu erzeugen, die eine Phasenverschiebung repräsentiert, die über eine Anzahl aufeinanderfolgender Abtastwerte in dem Datenstrom auftritt, und eine mit der Phasenverschiebungsschätzeinheit gekoppelte Phasenverschiebungsverarbeitungseinheit, die dafür ausgelegt ist, auf der Grundlage der jeweiligen Phasenverschiebungsgröße eine Größe zu berechnen, die mit dem Rauschabstand zusammenhängt, der mit dem komplexwertigen Datenstrom assoziiert ist.
- Einrichtung nach Anspruch 10, wobei die Phasenverschiebungsverarbeitungseinheit ein Quadrierungselement umfaßt.
- Einrichtung nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Phasenverschiebungsverarbeitungseinheit eine Divisionsstufe umfaßt .
- Einrichtung nach Anspruch 12, wobei der in der Divisionsstufe verwendete Divisor einen Faktor umfaßt, der den Leistungspegel des komplexwertigen Datenstroms repräsentiert.
- Verfahren zum Berechnen einer Gesamt-Frequenzoffsetschätzung aus mehreren Frequenzoffsetschätzungen, umfassend: Empfangen mehrerer komplexwertiger Datenströme; Schätzen einer Phasenverschiebungsgröße, die eine Phasenverschiebung repräsentiert, die über eine Anzahl aufeinanderfolgender Datenabtastwerte in dem jeweiligen Datenstrom auftritt, für jeden Datenstrom; Berechnen einer mit dem Rauschabstand in dem jeweiligen Datenstrom zusammenhängenden Größe auf der Grundlage der mit dem jeweiligen Datenstrom assoziierten Phasenverschiebungsgröße für jeden Datenstrom; Erzeugen von mit den jeweiligen Datenströmen assoziierten Frequenzoffsetschätzungen unter Verwendung der geschätzten Phasenverschiebungsgrößen; und Kombinieren der Frequenzoffsetschätzungen auf der Grundlage der mit den Rauschabständen zusammenhängenden Größen, um die Gesamt-Frequenzoffsetschätzung zu erhalten.
- Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Schätzen der Phasenverschiebungsgröße umfaßt, einen Datenabtastwert mit einem komplex Konjugierten eines vorausgehenden Datenabtastwerts in dem jeweiligen Datenstrom zu multiplizieren.
- Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Schätzen der Phasenverschiebungsgröße umfaßt, mehrere Multiplikationsergebnisse zu summieren.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei das Berechnen der mit dem Rauschabstand zusammenhängenden Größe umfaßt, die jeweilige Phasenverschiebungsgröße zu quadrieren.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei das Kombinieren der Frequenzoffsetschätzungen umfaßt, die mit den Rauschabständen zusammenhängenden Größen mit einem ersten Gewichtungsfaktor zu gewichten, der von einem Signalinhalt des mit dem jeweiligen Rauschabstand assoziierten Datenstroms abhängt.
- Verfahren zum Berechnen einer Größe, die mit einem Rauschabstand eines komplexwertigen Datenstroms zusammenhängt, umfassend: Erzeugen einer Phasenverschiebungsgröße, die eine Phasenverschiebung repräsentiert, die über eine Anzahl aufeinanderfolgender Abtastwerte in dem Datenstrom aufgetreten ist; und Berechnen einer Größe, die mit dem Rauschabstand zusammenhängt, der mit dem komplexwertigen Datenstrom assoziiert ist, auf der Grundlage der jeweiligen Phasenverschiebungsgröße.
- Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Berechnen einer mit dem Rauschabstand zusammenhängenden Größe umfaßt, den Absolutwert der Phasenverschiebungsgröße zu berechnen.
- Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Berechnen einer mit dem Rauschabstand zusammenhängenden Größe umfaßt, den berechneten Absolutwert der Phasenverschiebungsgröße durch einen Faktor zu dividieren, der den Leistungspegel des komplexwertigen Datenstroms repräsentiert.
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