DE102008053297B4

DE102008053297B4 - Verfahren zum Abschätzen eines Frequenzversatzes und automatische Frequenzregelung für ein gefiltertes Signal mit zerstörter Phaseninformation sowie Sende-/Empfangsgerät

Info

Publication number: DE102008053297B4
Application number: DE102008053297A
Authority: DE
Inventors: Ying Ying Chen; Ho-Chi Huang; Chun-Ming Kuo; Shih-Chi Shen; Jeng Yi Tsai
Original assignee: MediaTek Inc
Current assignee: MediaTek Inc
Priority date: 2007-12-07
Filing date: 2008-10-27
Publication date: 2012-10-25
Anticipated expiration: 2028-10-28
Also published as: BRPI0805168A2; US20090147836A1; US8514993B2; TWI379528B; TW200926631A; BRPI0805168B1; DE102008064762B3; DE102008053297A1; CN102710563B; CN101453437B; CN101453437A; CN102710571A; US8218698B2; US20120250741A1; CN102710563A; CN102710571B

Abstract

Verfahren zur Abschätzung des Frequenzversatzes für ein gefiltertes Signal mit zerstörter Phaseninformation, bei dem ein Filter ein Ursprungssignal (X) in Entsprechung zu einer Reihe von ersten Filterkoeffizienten (WIa, WIb) filtert, um eine Erstkanal-Komponente (YI) des gefilterten Signals (Y) zu erhalten, und das Ursprungssignal (X) in Entsprechung zu einer Reihe von zweiten Filterkoeffizienten (WQ) filtert, um eine Zweitkanal-Komponente (YQ) des gefilterten Signals zu erhalten, mit den folgenden Schritten: Ableiten einer Reihe von dritten Filterkoeffizienten (–WIb, WIa) aus den ersten Filterkoeffizienten; Filter des Ursprungssignals (X, XQ) in Entsprechung zu den dritten Filterkoeffizienten, um ein Referenzsignal (YQ') zu erhalten; Abschätzen eines ersten Frequenzversatz-Wertes (ΔfER) in Entsprechung zu der Erstkanal-Komponente des gefilterten Signals und dem Referenzsignal.

Description

Querverweise auf verwandte Anmeldungen
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/012,074, angemeldet am 7. Dezember 2007, deren gesamter Inhalt hiermit im Wege der Bezugnahme mit beinhaltet sei.
Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft drahtlose Sende-/Empfangsgeräte und betrifft insbesondere die Abschätzung eines Frequenzversatzes (FOE; Frequency Offset Estimation) und eine automatische Frequenzregelung (AFC; Automatic Frequency Control) für ein gefiltertes Signal mit zerstörter Phaseninformation.
Beschreibung des verwandten Stands der Technik
Bevor ein Ursprungssignal übermittelt wird, moduliert ein Signal-Sendegerät das Ursprungssignal mit einer Trägerwelle mit einer Sendefrequenz, die zur drahtlosen Übermittlung geeignet ist, um ein Funksignal zu erzeugen. Das Signal-Sendegerät übermittelt das Funksignal über die Luft. Ein Signal-Sende-/-Empfangsgerät empfängt dann das Funksignal und demoduliert das Funksignal mit einem lokalen Signal mit einer Empfangsfrequenz, um das Ursprungssignal wiederherzustellen. Für die Empfangsfrequenz des lokalen Signals des Signal-Sende-/-Empfangsgeräts wird angenommen, dass diese gleich der Sendefrequenz der Trägerwelle des Signal-Sendegerätes ist. In der Praxis gibt es jedoch eine unvermeidliche geringfügige Frequenzdifferenz zwischen der Empfangsfrequenz des Signal-Sende-/-Empfangsgeräts und der Sendefrequenz des Signal-Sendegeräts und die Frequenzdifferenz, die als Frequenzversatz (Frequency Offset) bezeichnet wird, beeinträchtigt die Qualität des wiederhergestellten Ursprungssignals. Das Signal-Sende-/-Empfangsgerät schätzt deshalb einen Frequenzversatz für einen Abgleich (Compensation) ab, bevor das wiederhergestellte Ursprungssignal in dem Signal-Sende-/-Empfangsgerät weiter verarbeitet wird.
Wenn ein Signal gefiltert wird, wird das Signal zur weiteren Verarbeitung häufig in eine gleichphasige Komponente und eine außerphasige Komponente (s. g. Quadratur-Phase) unterteilt. Wenn ein Filter das Ursprungssignal in Entsprechung zu verschiedenen Filterkoeffizienten filtert, um eine gleichphasige Komponente (I-Komponente) und eine Quadratur-Komponente (Q-Komponente) zu erhalten, geht die Phasen- und Frequenzinformation verloren und kann nicht als Grundlage für eine herkömmliche Abschätzung des Frequenzversatzes herangezogen werden. Ein herkömmliches Frequenzversatz-Abschätzungsmodul schätzt deshalb den Wert eines Frequenzversatzes in Entsprechung zu dem Ursprungssignal ab, bevor ein Filtervorgang ausgeführt wird.
Gemäß dem Blockdiagramm der 1 umfasst ein Signal-Sende-/-Empfangsgerät 100 einen Kanal-Abschätzer 102, einen verbesserten Empfänger 104, einen Equalizer 106, eine Kanaldekoder 108 und einen herkömmlichen Frequenzabschätzer 110. Das Signal-Sende-/-Empfangsgerät 100 empfängt ein Ursprungssignal X. Der Kanalabschätzer 102 schätzt eine Kanalantwort des Ursprungssignals X ab. Der verbesserte Empfänger 104 ist tatsächlich ein Filter, der das Ursprungssignal X filtert, um ein gefiltertes Signal Y mit einem Träger-Zu-Störungs-Verhältnis (C/I für Carrier-to-Interference) zu erhalten, das größer ist als das entsprechende Verhältnis des Ursprungssignals X. Der Equalizer 106 entzerrt dann das gefilterte Signal Y, um ein entzerrtes Signal Z zu erhalten, und der Kanaldecoder 108 dekodiert das entzerrte Signal Z, um Ursprungsdaten zu erhalten.
Der herkömmliche Frequenzversatz-Abschätzer 110 schätzt einen Frequenzversatz Δf_conv in Entsprechung zu dem Ursprungssignal X ab, bevor ein Filtervorgang ausgeführt wird, weil dieser den Wert eines Frequenzversatzes aus dem gefilterten Signal Y nicht ableiten kann. Das gefilterte Signal Y weist jedoch ein höheres C/I-Verhältnis auf als das Ursprungssignal X. Der herkömmliche Frequenzversatz-Abschätzer 110 kann bei der Abschätzung des tatsächlichen Wertes des Frequenzversatzes versagen, wenn die Störleistung groß wird, wobei dies nicht der Fall zu schein braucht, wenn das gefilterte Signal Y verwendet wird, weil der verbesserte Empfänger 104 gewisse Störungen effizient unterdrücken kann. Weil der Frequenzversatz-Abschätzer 110 den Wert Δf_conv des Frequenzversatzes auf der Grundlage des Ursprungssignals X mit einem kleineren C/I-Verhältnis abschätzen kann, ist Δf_conv weniger genau und kann dieser die Frequenzdrift geeignet abgleichen, was das Leistungsverhalten des Signal-Sende-/-Empfangsgeräts 100 beeinträchtigt. Wenn das C/I-Verhältnis des Ursprungssignals X sehr gering ist, schätzt der herkömmliche Frequenzversatz-Abschätzer 110 den Wert Δf_conv des Frequenzversatzes, der durch die Frequenzversatz-Störungen dominiert ist, mit einem inversen Vorzeichen des tatsächlichen Wertes, was zu einer Divergenz der automatischen Frequenzregelung führt. Der verbesserte Empfänger 104 könnte typischer Weise bei einem solch niedrigen C/I-Verhältnis dennoch betrieben werden, wobei jedoch der herkömmliche Frequenzversatz-Abschätzer 110 zu einer Schwachstelle des gesamten Sende-/Empfangsgerätes 100 wird.
EP 1 793 551 A2 offenbart ein Verfahren zur Abschätzung des Frequenzversatzes für ein gefiltertes Signal mit zerstörter Phaseninformation, bei dem ein Filter ein Ursprungssignal in Entsprechung zu einer Reihe von ersten Filterkoeffizienten filtert, um eine Erstkanal-Komponente des gefilterten Signals zu erhalten, und das Ursprungssignal in Entsprechung zu einer Reihe von zweiten Filterkoeffizienten filtert, um eine Zweitkanal-Komponente des gefilterten Signals zu erhalten. Es werden jedoch keine dritten Filterkoeffizienten abgeleitet und zum Filtern des Ursprungssignals verwendet.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung soll ein verbessertes Verfahren zur Abschätzung des Frequenzversatzes für ein gefiltertes Signal mit zerstörter Phasen- und Frequenzinformation bereitgestellt werden. Ferner soll ein Sende-/Empfangsgerät zur Durchführung dieses Verfahrens bereitgestellt werden. Diese Aufgaben werden gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung nach Anspruch 11 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der rückbezogenen Unteransprüche.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel filtert ein Filter ein Ursprungssignal in Entsprechung zu einer Reihe von ersten Filterkoeffizienten, um eine Erstkanal-Komponente des gefilterten Signals zu erhalten, und filtert dieser das Ursprungssignal in Entsprechung zu einer Reihe von zweiten Filterkoeffizienten, um eine Zweitkanal-Komponente des gefilterten Signals zu erhalten. Eine Reihe von dritten Filterkoeffizienten wird zunächst aus den ersten Filterkoeffizienten abgeleitet. Das Ursprungsignal wird dann in Entsprechung zu den dritten Filterkoeffizienten gefiltert, um ein Referenzsignal zu erhalten. Ein erster Frequenzversatz-Wert wird in Entsprechung zu einem künstlichen Signal abgeschätzt, das aus der Erstkanal-Komponente des gefilterten Signals und dem Referenzsignal zusammengesetzt ist, wobei es sich bei der Erstkanal-Komponente des gefilterten Signals um eine Erstkanal-Komponente des künstlichen Signals handelt und es sich bei dem Referenzsignal um eine Zweitkanal-Komponente des künstlichen Signals handelt.
Die Erfindung stellt ferner ein Signal-Sende-/-Empfangsgerät bereit, das einen Frequenzversatz in Entsprechung zu einem gefilterten Signal mit einer zerstörten Phaseninformation abzuschätzen vermag. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Signal-Sende-/-Empfangsgerät einen Filter, einen Referenzsignal-Erzeuger und eine Frequenzversatz-Abschätzer. Der Filter filtert ein Ursprungssignal, in Entsprechung zu einer Reihe von ersten Filterkoeffizienten, um eine Erstkanal-Komponente des gefilterten Signals zu erhalten, und filtert das Ursprungssignal in Entsprechung zu einer Reihe von zweiten Filterkoeffizienten, um eine Zweitkanal-Komponente des gefilterten Signals zu erhalten. Der Referenzsignal-Erzeuger leitet aus den ersten Filterkoeffizienten eine Reihe von dritten Filterkoeffizienten ab und filtert das Ursprungssignal gemäß dem dritten Filterkoeffizienten, um ein Referenzsignal zu erhalten. Der Frequenzversatz-Abschätzer schätzt dann den Wert eines ersten Frequenzversatzes in Entsprechung zu einem künstlichen Signal ab, das aus der Erstkanal-Komponente des gefilterten Signals und dem Referenzsignal zusammengesetzt ist, wobei die Erstkanal-Komponente des gefilterten Signals eine Erstkanal-Komponente des künstlichen Signals ist und das Referenzsignal eine Zweitkanal-Komponente des künstlichen Signals ist.
Eine ausführliche Beschreibung erfolgt anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung kann besser durch Studium der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und Beispiele anhand der beigefügten Zeichnungen verstanden werden, worin:
1 ein Blockdiagramm eines Signal-Sende-/-Empfangsgeräts mit einer herkömmlichen Frequenzversatz-Abschätzung ist;
2 ein Blockdiagramm eines Signal-Prozessors ist, der einen Frequenzversatz in Entsprechung zu einem gefilterten Signal mit zerstörter Phaseninformation gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung abschätzen kann;
3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Abschätzung des Frequenzversatzes für ein gefiltertes Signal mit zerstörter Phaseninformation gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist;
4A experimentelle Ergebnisse für Werte des Frequenzversatzes aufgetragen gegen unterschiedliche Träger-zu-Störungs-Verhältnisse im Vergleich eines verbesserten Empfängers (ER) und eines herkömmlichen Frequenzversatz-Abschätzungsverfahrens zeigt;
4B experimentelle Ergebnisse für Werte des Frequenzversatzes aufgetragen gegen unterschiedliche Träger-zu-Störungs-Verhältnisse im Vergleich eines verbesserten Empfängers (ER) und eines herkömmlichen Frequenzversatz-Abschätzungsverfahrens zeigt;
5 ein Blockdiagramm eines automatischen Frequenzregelungsmoduls für einen Frequenzausgleich bzw. Frequenzabgleich gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist; und
6 ein beispielhaftes Ergebnis für die Erzeugung einer Sendefrequenz und einer Empfangsfrequenz gemäß dem automatischen Frequenzregelungsmodul gemäß der 5 ist.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die nachfolgende Beschreibung stellt die am besten durchdachte Ausführungsform zum Ausführen der Erfindung dar. Die Beschreibung erfolgt zum Zwecke der Erläuterung der allgemeinen Prinzipien der Erfindung und sollte nicht in beschränkender Weise ausgelegt werden. Der Schutzbereich der Erfindung wird am besten anhand der beigefügten Patentansprüche bestimmt.
In der 2 ist ein Blockdiagramm eines Signalprozessors 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, der einen Frequenzversatz in Entsprechung zu einem gefilterten Signal mit zerstörter Phaseninformation abschätzen kann. Der Signalprozessor 200 umfasst einen Kanal-Abschätzer 202, einen verbesserten Empfänger 204, einen Equalizer 206, einen Kanaldecoder 208, einen Referenzsignal-Erzeuger 212 und einen Frequenzversatz-Abschätzer 214. Das Signal-Sende-/Empfangsgerät 200 empfängt ein Ursprungssignal X, das eine gleichphasige Komponente X_I und eine außerphasige Komponente bzw. Quadraturphasen-Komponente X_Q umfasst. Der Kanalabschätzer 202 schätzt eine Kanalantwort in Entsprechung zu dem Ursprungssignal X ab. Der verbesserte Empfänger 204 filtert dann das Ursprungssignal X, um ein gefiltertes Signal Y mit einem höheren Träger-zu-Störungs-Verhältnis als dasjenige des Ursprungssignals X zu erhalten. In dem verbesserten Empfänger 204 wird das Ursprungssignal X mit einer Reihe von ersten Filterkoeffizienten W_I gefiltert, um eine gleichphasige Komponente Y_I des gefilterten Signals Y zu erhalten, und das Ursprungssignal X wird dann mit einer Reihe von zweiten Filterkoeffizienten W_Q gefiltert, um eine außerphasige Komponente bzw. Quadraturphasen-Komponente Y_Q des gefilterten Signals Y zu erhalten. Der Equalizer 206 entzerrt dann das gefilterte Signal Y, um ein entzerrtes Signal Z zu erhalten und der Kanaldecoder 208 decodiert dann das entzerrte Signal Z zur weiteren Verarbeitung.
Weil die gleichphasige Komponente Y_I des gefilterten Signals Y nicht mit der außerphasigen Komponente Y_Q des gefilterten Signals Y abgeglichen werden kann, um eine Phaseninformation zu erzeugen, die für die Abschätzung des Frequenzversatzes geeignet ist, erzeugt der Referenzsignal-Erzeuger 212 ein Referenzsignal in Entsprechung zu dem Ursprungssignal X und den ersten Filterkoeffizienten W_I als außerphasige Komponente, die mit der gleichphasigen Komponente Y_I des gefilterten Signals Y abgeglichen ist. Der Referenzsignal-Erzeuger 212 erzeugt zunächst eine Reihe von dritten Filterkoeffizienten aus den ersten Filterkoeffizienten W_I. Der Referenzsignal-Erzeuger 212 filtert dann das erste Signal X in Entsprechung zu den dritten Filterkoeffizienten, um ein Referenzsignal Y_Q' zu erzielen. Die gleichphasige Komponente Y_I des gefilterten Signals Y wird dann mit dem Referenzsignal Y_Q' verknüpft, um ein künstliches Signal als Eingangssignal für den Frequenzversatz-Abschätzer 214 aufzubauen, wobei die gleichphasige Komponente Y_I des gefilterten Signals Y als gleichphasige Komponente des künstlichen Signals herangezogen wird und das Referenzsignal Y_Q' als außerphasige Komponente des künstlichen Signals herangezogen wird.
Weil die dritten Filterkoeffizienten zum Erzeugen des Referenzsignals aus den ersten Filterkoeffizienten W_I zum Erzeugen der gleichphasigen Komponente Y_I des gefilterten Signals Y abgeleitet werden, ist eine Phase des künstlichen Signals nicht zerstört, so dass der Frequenzversatz-Abschätzer 214 den Wert Δf_ER des Frequenzversatzes anhand des künstlichen Signals abschätzen kann. In einigen anderen Ausführungsbeispielen werden die dritten Filterkoeffizienten zum Erzeugen des Referenzsignals aus den zweiten Filterkoeffizienten W_Q zum Erzeugen der außerphasigen Komponente Y_Q des gefilterten Signals Y abgeleitet und wird der Wert Δf_ER des Frequenzversatzes anhand eines künstlichen Signals abgeschätzt, das aus der außerphasigen Komponente Y_Q des gefilterten Signals Y und dem Referenzsignal zusammengesetzt ist. Es ist auch möglich, den Wert eines Frequenzversatzes sowohl aus den gleichphasigen Komponenten als auch aus den außerphasigen Komponenten mit dessen Referenzsignal abzuleiten und den endgültigen Wert des Frequenzversatzes durch Mitteln der beiden Frequenzversatz-Werte oder durch Auswählen von einem dieser beiden Werte zu bestimmen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Frequenzversatz-Wert Δf_ER ein Interburst-Frequenzversatz des gefilterten Signals Y oder ein Intraburst-Frequenzversatz des gefilterten Signals Y. Weil das künstliche Signal mit der gleichphasigen Komponente Y_I und der außerphasigen Komponente Y_Q' ein größeres C/I-Verhältnis aufweist, ist außerdem der von dem künstlichen Signal abgeleitete Frequenzversatz-Wert Δf_ER genauer als der herkömmliche Frequenzversatz-Wert Δf_conv.
Ein Ausführungsbeispiel des verbesserten Empfängers 204 erzeugt eine gleichphasige Komponente Y_I des gefilterten Signals Y gemäß dem nachfolgenden Algorithmus:
wobei X_I eine gleichphasige Komponente des Ursprungssignals X ist, X_Q eine außerphasige Komponente des Ursprungssignals X ist, W_Ia eine Reihe von ersten Multiplikatoren der ersten Filterkoeffizienten W_I zum Multiplizieren der Erstkanal-Komponente X_I des Ursprungssignals X ist, W_Ib eine Reihe von zweiten Multiplikatoren der ersten Filterkoeffizienten W_I zum Multiplizieren der Zweitkanal-Komponente X_Q des Ursprungssignals X ist, m ein Filterabgriff-Index ist, N eine Oversampling-Rate ist und k ein Probenindex ist. Somit filtert der verbesserte Empfänger 204 das Ursprungssignal (X_I, X_Q) in Entsprechung zu den ersten Filterkoeffizienten (W_Ia, W_Ib), um das gefilterte Signal Y_I zu erhalten.
Bei einem Ausführungsbeispiel permutiert der Referenzsignal-Erzeuger 212 die ersten Filterkoeffizienten (W_Ia, W_Ib) des verbesserten Empfängers 204, um eine Gruppe von ersten Filterkoeffizienten (W_Ib, W_Ia) zu erhalten und kehrt diese dann die Vorzeichen von W_Ib um, um eine Gruppe von dritten Filterkoeffizienten (–W_Ib, W_Ia) zu erhalten. Der Referenzsignal-Erzeuger 212 filtert dann das Ursprungssignal (X_I, X_Q) in Entsprechung zu den dritten Filterkoeffizienten (–W_Ib, W_Ia), um das Referenzsignal Y_Q' zu erhalten. Das Referenzsignal Y_Q' wir deshalb in Entsprechung zu dem nachfolgenden Algorithmus erhalten:
In der 3 ist ein Flussdiagramm einen Verfahrens 300 für die Abschätzung des Frequenzversatzes für ein gefiltertes Signal mit zerstörter Phaseninformation gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Als erstes wird ein Ursprungssignal X in Entsprechung zu einer Reihe von ersten Filterkoeffizienten W_I gefiltert, um eine gleichphasige Komponente Y_I eines gefilterten Signals Y zu erhalten (Schritt 302). Das Ursprungssignal X wird auch in Entsprechung zu einer Reihe von zweiten Filterkoeffizienten W_Q gefiltert, um eine außerphasige Komponente Y_Q des gefilterten Signals Y zu erhalten (Schritt 304), wobei die zweiten Filterkoeffizienten W_Q von den ersten Filterkoeffizienten W_I abweichen. Eine Reihe von dritten Filterkoeffizienten wird dann aus den ersten Filterkoeffizienten W_I abgeleitet (Schritt 306). Bei einem Ausführungsbeispiel werden die dritten Filterkoeffizienten aus einer Permutation der ersten Filterkoeffizienten W_I mit entgegen gesetzten Vorzeichen erhalten. Das Ursprungssignal X wird dann in Entsprechung zu den dritten Filterkoeffizienten gefiltert, um ein Referenzsignal Y_Q' zu erhalten (Schritt 308). Die gleichphasige Komponente Y_I des gefilterten Signals Y wird dann mit dem Referenzsignal Y_Q' verknüpft, um ein künstliches Signal zu erhalten (Schritt 310), wobei die gleichphasige Komponente Y_I des gefilterten Signals Y als gleichphasige Komponente des künstlichen Signals herangezogen wird und das Referenzsignal Y_Q' als außerphasige Komponente des künstlichen Signals herangezogen wird. Schließlich wird der Wert des Frequenzversatzes gemäß dem künstlichen Signal abgeschätzt (Schritt 312), und das gefilterte Signal kann in Entsprechung zu dem Wert des Frequenzversatzes kompensiert bzw. abgeglichen werden.
Die 4A zeigt eine schematische Kurve von Frequenzversatz-Werten, die aus künstlichen Signalen abgeleitet werden, und zwar aufgetragen gegen das Träger-zu-Störungs-Verhältnis (C/I). In der 4A werden die künstlichen Signale zur Abschätzung des Frequenzversatzes aus den Ursprungssignalen abgeleitet, die eine gewünschte Komponente mit einem Frequenzversatz von der Basisstation mit 6 Hz und eine Störungskomponente mit einem Frequenzversatz der Basisstation eines gewünschten Signals mit 100 Hz umfassen. Die durchgezogene Linie zeigt Frequenzversatz-Abschätzungswerte f_ER, die gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung aus künstlichen Signalen abgeleitet werden, und die gestrichelte Linie zeigt herkömmliche Frequenzversatz-Abschätzungswerte f_conv, die von Ursprungssignalen abgeleitet werden. Wenn das Verhältnis C/I groß ist, sind sowohl die Frequenzversatz-Abschätzungswerte f_ER als auch die herkömmlichen Frequenzversatz-Abschätzungswerte f_conv mit der 6 Hz-Frequenz der gewünschten Komponente abgeglichen. Wenn das Verhältnis C/I kleiner als 15 dB ist, nähern sich Frequenzversatz-Abschätzungswerte f_ER allmählich der Frequenz des Störungssignals an. Wenn das Verhältnis C/I kleiner als 0 dB ist, werden die herkömmlichen Frequenzversatz-Abschätzungswerte f_conv negativ, was zu immer größeren Fehlern für einen Signalabgleich aufgrund einer Divergenz bzw. eines Auseinanderlaufens der Frequenzregelung führt. Die Frequenzversatz-Abschätzungswerte f_ER sind jedoch positiv, wenn das Träger-zu-Störungs-Verhältnis kleiner als 0 dB ist, und ein Auseinanderlaufen des Signalabgleichs wird deshalb verhindert. Die 4B stellt eine weitere schematische Kurve von Frequenzversatzwerten, die mit Hilfe des Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung (ER FOE) abgeschätzt werden, und der herkömmlichen Frequenzversatzabschätzung (FOE) dar, wobei die Ursprungssignale eine gewünschte Komponente mit einer Frequenz von 6 Hz und eine Störungskomponente mit einer Frequenz von –100 Hz umfassen.
In der 5 ist ein Blockdiagramm eines automatischen Frequenzregelungsmoduls 500 (AFC; Automatic Frequency Control) zum Frequenzabgleich gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Das AFC-Modul 500 umfasst einen Empfangsfrequenz-Controller 532 und einen Sendefrequenz-Controller 534, Der Empfangsfrequenz-Controller 532 erzeugt eine Empfangsfrequenz f_Rx für den Signalempfang gemäß einem Frequenzversatz-Wert Δf_ER, der gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung erzeugt wurde. Der Sendefrequenz-Controller 534 erzeugt eine Sendefrequenz f_Tx für eine Signalübermittlung in Entsprechung entweder zu dem Frequenzversatz-Wert Δf_ER oder zu einem herkömmlichen Frequenzversatz-Wert Δf_conv. Der herkömmliche Frequenzversatz-Wert kann vor einem Filtervorgang von einem Ursprungssignal X abgeleitet werden, das beispielsweise mittels einer Frequenzversatzabschätzung mit maximaler Wahrscheinlichkeit (ML; Maximum Likelihood) abgeschätzt wurde. Der Sendefrequenz-Controller 534 erzeugt normalerweise die Sendefrequenz f_TX in Entsprechung zu dem herkömmlichen Frequenzversatz-Wert Δf_conv. Wenn das Signal-zu-Rausch-Verhältnis eines Ursprungssignals niedriger als ein Schwellenwert ist, ist der herkömmliche Frequenzversatz-Werte Δf_conv negativ und fährt dies zu einer Divergenz der Sendefrequenz f_Tx, wie in den 4A und 4B gezeigt. Der Sendefrequenz-Controller 534 erzeugt deshalb die Sendefrequenz f_Tx in Entsprechung zu dem Frequenzversatz-Wert Δf_ER, der gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung erzeugt wurde, wenn das Signal-zu-Rausch-Verhältnis niedriger als der Schwellenwert ist.
Der Empfangsfrequenz-Controller 532 umfasst ein Rx FOE-Validierungsmodul 502, einen Rx-AFC-Schleifenfilter 504 und einen Addierer 506. Nachdem der Frequenzversatz-Wert Δf_ER das Rx-FOE-Validierungsmodul 502 und den Rx-AFC-Schleifenfilter 504 durchlaufen hat, addiert der Addierer 506 den Frequenzversatz-Wert Δf_ER zu einem Rückkopplungssignal der Empfangsfrequenz f_Rx, um die Empfangsfrequenz f_RX zu erhalten. Der Sendefrequenz-Controller 534 umfasst einen Multiplexer 522, einen Addierer 524, ein TxFOE-Validierungsmodul 512, einen Tx-AFC-Schleifenfilter 514 und einen Addieren 516. Wenn das Signal-zu-Rausch-Verhältnis SNR größer ist als ein Schwellenwert, wählt der Multiplexer 422 den herkömmlichen Frequenzversatz-Wert als Sendefrequenz-Abgleichswert aus. Wenn das Signal-zu-Rausch-Verhältnis SNR niedriger als der Schwellenwert ist, wählt der Multiplexer 422 den Frequenzversatz-Wert Δf_ER als Sendefrequenz-Abgleichswert aus. Der Addierer 524 subtrahiert als erstes die Sendefrequenz f_TX von der Empfangsfrequenz f_RX, um eine Frequenzdifferenz zu erhalten, und addiert dann den Sendefrequenz-Abgleichswert zu der Frequenzdifferenz, um ein Frequenzsignal zu erhalten. Nachdem das Frequenzsignal das Tx-FOE-Validierungsmodul 512 und den Tx-AFC-Schleifenfilter 514 durchlaufen hat, addiert der Addierer 516 das Frequenzsignal zu einem Rückkopplungssignal der Sendefrequenz f_Tx, um die Sendefrequenz f_Tx zu erhalten. Man beachte, dass es sich bei dem Signal-zu-Rausch-Verhältnis nur um ein Beispiel zur Bestimmung dafür handelt, welcher Frequenzversatz (Δf_ER oder Δf_conv) für den Sendefrequenz-Controller 534 verwendet werden sollte, oder dass Messungen oder Indexwerte, die Umgebungsbedingungen anzeigen, das Signal-zu-Rausch-Verhältnis gemäß diesem Ausführungsbeispiel ersetzen können.
Die 6 zeigt ein hypothetisches Ergebnis für die Erzeugung einer Sendefrequenz f_Tx und einer Empfangsfrequenz f_Rx gemäß dem AFC-Modul 500 der 5. Für ein Ursprungssignal wird angenommen, dass dieses eine gewünschte Komponente mit einer Frequenz von 0 Hz und eine Störungskomponente mit einer Frequenz von 100 Hz umfasst. Zur Zeitpunkt t₀ weist die Empfangsfrequenz f_Rx einen Anfangswert von 0 Hz auf und weist die Sendefrequenz f_Tx einen Anfangswert von 0 Hz auf. Der Frequenzversatz-Abschätzer 214 und der herkömmliche Frequenzversatz-Abschätzer 110 erzeugen dann jeweils den Frequenzversatz-Wert Δf_ER bzw. den herkömmlichen Frequenzversatz-Wert Δf_conv. Wenn das Träger-zu-Störungs-Verhältnis oder ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis nicht sehr niedrig ist, erzeugt der Empfangsfrequenz-Controller 532 eine Empfangsfrequenz die mit der Frequenz von 100 Hz der Störungskomponente zum Zeitpunkt t_n konvergiert, und erzeugt der Sendefrequenz-Controller 534 eine Sendefrequenz f_Tx, die mit der Frequenz von 0 Hz der gewünschten Komponente zum Zeitpunkt t_n konvergiert. Wenn das Signal-zu-Rausch-Verhältnis auf einen Wert unterhalb eines Schwellenwertes abfällt, wird der herkömmliche Frequenzversatz-Abschätzer 110 einen herkömmlichen Frequenzversatz-Wert Δf_conv mit einem umgekehrten Vorzeichen erzeugen, was zu einer Divergenz bzw. einem Auseinanderlaufen der Sendefrequenz f_Tx führt. Der Sendefrequenz-Controller 534 erzeugt deshalb die Sendefrequenz f_Tx in Entsprechung zu dem Frequenzversatz-Wert Δf_ER anstelle in Entsprechung zu dem herkömmlichen Frequenzversatz-Wert Δf_conv.
Während die Erfindung in beispielhafter Weise und anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben worden ist, sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Vielmehr soll diese zahlreiche Modifikationen und ähnliche Anordnungen (wie diese dem Fachmann auf diesem Gebiet ersichtlich sein werden) mit umfassen. Deshalb soll dem Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche die breitest mögliche Auslegung zugrunde gelegt werden, so dass diese sämtliche solche Modifikationen und ähnliche Anordnungen mit umfassen.

Claims

Verfahren zur Abschätzung des Frequenzversatzes für ein gefiltertes Signal mit zerstörter Phaseninformation, bei dem ein Filter ein Ursprungssignal (X) in Entsprechung zu einer Reihe von ersten Filterkoeffizienten (W_Ia, W_Ib) filtert, um eine Erstkanal-Komponente (Y_I) des gefilterten Signals (Y) zu erhalten, und das Ursprungssignal (X) in Entsprechung zu einer Reihe von zweiten Filterkoeffizienten (W_Q) filtert, um eine Zweitkanal-Komponente (Y_Q) des gefilterten Signals zu erhalten, mit den folgenden Schritten: Ableiten einer Reihe von dritten Filterkoeffizienten (–W_Ib, W_Ia) aus den ersten Filterkoeffizienten; Filter des Ursprungssignals (X, X_Q) in Entsprechung zu den dritten Filterkoeffizienten, um ein Referenzsignal (Y_Q') zu erhalten; Abschätzen eines ersten Frequenzversatz-Wertes (Δf_ER) in Entsprechung zu der Erstkanal-Komponente des gefilterten Signals und dem Referenzsignal.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Erstkanal-Komponente des gefilterten Signals eine gleichphasige Komponente (Y_I) des gefilterten Signals ist, die Zweitkanal-Komponente des gefilterten Signals eine außerphasige Komponente (Y_Q) des gefilterten Signals ist und der erste Frequenzversatz-Wert (Δf_ER) aus einem künstlichen Signal berechnet wird, wobei eine gleichphasige Komponente des künstlichen Signals die gleichphasige Komponente des gefilterten Signals ist und eine außerphasige Komponente des künstlichen Signals eine außerphasige Komponente des Referenzsignals ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schritt des Ableitens der dritten Filterkoeffizienten umfasst: Permutieren der ersten Filterkoeffizienten (W_I), um die dritten Filterkoeffizienten zu erhalten und Umkehren der Vorzeichen von zumindest einem der dritten Filterkoeffizienten.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Frequenzversatz-Wert ein Inter-Burst-Frequenzversatz des gefilterten Signals (Y) oder ein Intra-Burst-Frequenzversatz des gefilterten Signals (Y) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten Filterkoeffizienten (W_I) eine Reihe von ersten Filterkoeffizienten (W_IA) zum Multiplizieren der Erstkanal-Komponente des Ursprungssignals und eine Reihe von zweiten Multiplikatoren (W_IB) zum Multiplizieren der Zweitkanal-Komponente des Ursprungssignals umfassen und wobei der Schritt des Ableitens der dritten Filterkoeffizienten umfasst: Verwenden der ersten Multiplikatoren als Reihe von dritten Multiplikatoren der dritten Filterkoeffizienten zum Multiplizieren der Zweitkanal-Komponente des Ursprungssignals; Verwenden der zweiten Multiplikatoren als Reihe von vierten Multiplikatoren der dritten Filterkoeffizienten zum Multiplizieren der Erstkanal-Komponente des Ursprungssignals; und Umkehren der Vorzeichen der vierten Multiplikatoren.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Filter die Erstkanal-Komponente des gefilterten Signals gemäß dem nachfolgenden Algorithmus erzeugt:
wobei Y_I die Erstkanal-Komponente des gefilterten Signals, X_I die Erstkanal-Komponente des Ursprungssignals, X_Q die Zweitkanal-Komponente des Ursprungssignals, W_Ia der erste Multiplikator, W_Ib der zweite Multiplikator, m ein Filterabgriffs-Index, N die Oversampling-Rate und k ein Probenindex ist; und wobei das Referenzsignal gemäß dem nachfolgenden Algorithmus bestimmt wird:
wobei Y_Q' das Referenzsignal, X_I die Erstkanal-Komponente des Ursprungsignals, X_Q die Zweitkanal-Komponente des Ursprungsignals, W_Ia der dritte Multiplikator, der gleich dem ersten Multiplikator ist, und –W_Ib der vierte Multiplikator ist, der gleich dem negativen Wert des zweiten Multiplikators ist, wobei m ein Filterabgriffs-Index, N die Oversampling-Rate und k ein Probenindex ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren weiter die folgenden Schritte umfasst: Abschätzen eines zweiten Frequenzversatz-Wertes in Entsprechung zu dem Ursprungssignal; Auswählen eines Sendefrequenz-Abgleichswerts aus dem ersten Frequenzversatz-Wert und dem zweiten Frequenzversatz-Wert in Entsprechung zu einer Umgebungsbedingung des ursprünglichen Signals; und Abgleichen bzw. Kompensieren einer Sendefrequenz für eine Signalübermittelung in Entsprechung zu dem Sendefrequenz-Abgleichswert.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Umgebungsbedingung anhand eines Signal-zu-Rausch-Verhältnisses gemessen bzw. bestimmt wird und der Schritt des Auswählens des Sendefrequenz-Abgleichswertes die folgenden Schritte umfasst: Auswählen des zweiten Frequenzversatz-Wertes als den Sendefrequenz-Abgleichswert, wenn das Signal-zu-Rausch-Verhältnis größer als ein Schwellenwert ist; und Auswählen des ersten Frequenzversatz-Wertes als den Sendefrequenz-Abgleichswert, wenn das Signal-zu-Rausch-Verhältnis kleiner als der Schwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Verfahren weiter den Schritt eines Kompensierens bzw. Abgleichens einer Empfangsfrequenz für einen Signalempfang gemäß dem ersten Frequenzversatz-Wert umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Schritt des Abgleichens bzw. Kompensierens der Sendefrequenz die folgenden Schritte umfasst: Addieren des Sendefrequenz-Abgleichswerts zu einer Differenz zwischen einer Empfangsfrequenz und der Sendefrequenz, um ein Frequenzsignal zu erhalten; und Addieren eines Rückkopplungssignals der Sendefrequenz zu dem Frequenzsignal, um die Sendefrequenz zu erhalten.
Sende-/Empfangseinrichtung, die einen Frequenzversatz für ein gefiltertes Signal mit zerstörter Phaseninformation abschätzen kann, umfassend: einen Filter (204), der ein Ursprungssignal (X) in Entsprechung zu einer Reihe von ersten Filterkoeffizienten (W_Ia, W_Ib) filtert, um eine Erstkanal-Komponente (Y_I) des gefilterten Signals zu erhalten, und der das Ursprungssignal (X) in Entsprechung zu einer Reihe von zweiten Filterkoeffizienten (W_Q) filtert, um eine Zweitkanal-Komponente (Y_Q) des gefilterten Signals zu erhalten; einen Referenzsignal-Erzeuger (212), der eine Reihe von dritten Filterkoeffizienten (–W_Ib, W_Ia) aus den ersten Filterkoeffizienten ableitet und das Ursprungssignal (X_I, X_Q) in Entsprechung zu den dritten Filterkoeffizienten filtert, um ein Referenzsignal (Y_Q') zu erhalten; und einen Frequenzversatz-Abschätzer (214), der einen ersten Frequenzversatz-Wert (Δf_ER) in Entsprechung zu der Erstkanal-Komponente des gefilterten Signals und dem Referenzsignal abschätzt.
Sende-/Empfangseinrichtung nach Anspruch 11, wobei die Erstkanal-Komponente des gefilterten Signals eine gleichphasige Komponente (Y_I) des gefilterten Signals ist, die Zweitkanal-Komponente des gefilterten Signals eine außerphasige Komponente (Y_Q) des gefilterten Signals ist und der erste Frequenzversatz-Wert (Δf_ER) aus einem künstlichen Signal berechnet wird, wobei eine gleichphasige Komponente des künstlichen Signals die gleichphasige Komponente des gefilterten Signals ist und eine außerphasige Komponente des künstlichen Signals eine außerphasige Komponente des Referenzsignals ist.
Sende-/Empfangseinrichtung nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Referenzsignal-Erzeuger (212) die ersten Filterkoeffizienten (W_I) permutiert, um die dritten Filterkoeffizienten zu erhalten, und die Vorzeichen von einigen der dritten Filterkoeffizienten umkehrt, um so die dritten Filterkoeffizienten abzuleiten.
Sende-/Empfangseinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der erste Frequenzversatz-Wert ein Inter-Burst-Frequenzversatz des gefilterten Signals (Y) oder ein Intra-Burst-Frequenzversatz des gefilterten Signals (Y) ist.
Sende-/Empfangseinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die ersten Filterkoeffizienten (W_I) eine Reihe von ersten Multiplikatoren (W_Ia) zum Multiplizieren der Erstkanal-Komponente des Ursprungssignals und eine Reihe von zweiten Multiplikatoren (W_Ib) zum Multiplizieren der Zweitkanalkomponente des Ursprungssignals umfassen und wobei der Referenzsignal-Erzeuger (212) die Zweitkanal-Komponente des Ursprungssignals mit den ersten Multiplikatoren multipliziert, um eine Reihe von ersten Werten zu erhalten, und die Erstkanal-Komponente des Ursprungssignals mit den zweiten Multiplikatoren multipliziert, um eine Reihe von zweiten Werten zu erhalten, und dann Differenzen zwischen den ersten Werten und den zweiten Werten summiert, um das Referenzsignal zu erhalten.
Sende-/Empfangseinrichtung nach Anspruch 15, wobei der Filter die Erstkanal-Komponente des gefilterten Signals gemäß dem nachfolgenden Algorithmus erzeugt:
wobei Y_I die Erstkanal-Komponente des gefilterten Signals, X_I die Erstkanal-Komponente des Ursprungssignals, X_Q die Zweitkanal-Komponente des Ursprungssignals, W_Ia der erst Multiplikator, W_Ib der zweite Multiplikator, m_ein Filterabgriffs-Index, N die Oversampling-Rate und k ein Probenindex ist; und wobei der Referenzsignal-Erzeuger des Referenzsignals gemäß dem nachfolgenden Algorithmus bestimmt:
wobei Y_Q' das Referenzsignal, X_I die Erstkanal-Komponente des Ursprungsignals, X_Q die Zweitkanal-Komponente des Ursprungsignals, W_Ia der erste Multiplikator und –W_Ib der negative negative Wert des zweiten Multiplikators ist, wobei m ein Filterabgriffs-Index, N die Oversampling-Rate und k ein Probenindex ist.
Sende-/Empfangseinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei die Sende-/Empfangseinrichtung außerdem umfasst: einen zweiten Frequenzversatz-Abschätzer, der einen zweiten Frequenzversatz-Wert in Entsprechung zu dem Ursprungssignal abschätzt; einen Empfangsfrequenz-Controller, der eine Empfangsfrequenz zum Signalempfang in Entsprechung zu dem ersten Frequenzversatz-Wert abgleicht bzw. kompensiert; und einen Sendefrequenz-Controller, der eine Sendefrequenz zur Signalübermittlung mit dem ersten Frequenzversatz-Wert oder dem zweiten Frequenzversatz-Wert in Entsprechung zu einer Umgebungsbedingung des Ursprungssignals abgleicht bzw. kompensiert.
Sende-/Empfangseinrichtung nach Anspruch 17, wobei die Umgebungsbedingung mit Hilfe eines Signal-zu-Rausch-Verhältnisses gemessen bzw. bestimmt wird und der Sendefrequenz-Controller umfasst: einen Multiplexer, der den zweiten Frequenzversatz-Wert als Sendefrequenz-Kompensationswert auswählt, wenn das Signal-zu-Rausch-Verhältnis größer als ein Schwellenwert ist, und der den ersten Frequenzversatz-Wert als Sendefrequenz-Kompensationswert auswählt, wenn das Signal-zu-Rausch-Verhältnis kleiner als der Schwellenwert ist; und eine Rückkopplungsschleife, die die Sendefrequenz in Entsprechung zu dem Sendefrequenz-Kompensationswert kompensiert.
Sende-/Empfangseinrichtung nach Anspruch 18, wobei die Rückkopplungsschleife umfasst: einen ersten Addierer, der den Sendefrequenz-Kompensationswert zu einer Differenz zwischen einer Empfangsfrequenz und der Sendefrequenz addiert, um ein Frequenzsignal zu erhalten; und einen zweiten Addierer, der ein Rückkopplungssignal der Sendefrequenz zu dem Frequenzsignal addiert, um die Sendefrequenz zu erhalten.
Sende-/Empfangseinrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei der Empfangsfrequenz-Controller einen dritten Addierer umfasst, um den ersten Frequenzversatz-Wert zu einem Rückkopplungssignal der Empfangsequenz zu addieren, um die Empfangsfrequenz zu erhalten.