DE10210234B4

DE10210234B4 - LMS-basierte Kanalschätzung

Info

Publication number: DE10210234B4
Application number: DE10210234A
Authority: DE
Inventors: Michael Schmidt; Menno Mennenga; Thomas Hanusch
Original assignee: Advanced Micro Devices Inc
Current assignee: Chronocloud Medtech (shanghai) Co Ltd Cn
Priority date: 2002-03-08
Filing date: 2002-03-08
Publication date: 2011-02-03
Anticipated expiration: 2022-03-09
Also published as: US7042962B2; US20030169832A1; DE10210234A1

Abstract

Datenkommunikationsgerät zur Verwendung in einem Kommunikationssystem, wobei das Datenkommunikationsgerät umfasst:
eine Demodulationseinrichtung (110) zum Ausgeben eines demodulierten Signals;
einen Remodulator (200), der mit der Demodulationseinrichtung verbunden ist, zum Remodulieren des demodulierten Signals und Ausgeben des remodulierten Signals (y); und
eine Kanalschätzeinrichtung (120), die eine Koeffizientenberechnungseinrichtung (210) zum Erzeugen eines Signals, das wenigstens einen Kanalkoeffizienten (a_i) darstellt, der eine Eigenschaft eines Kanals in dem Kommunikationssystem angibt, und eine Fehlerberechnungseinrichtung (230) zum Erzeugen eines Fehlersignals, das einen Fehler (ε) des erzeugten wenigstens einen Kanalkoeffizienten angibt, aufweist,
wobei die Koeffizientenberechnungseinrichtung verbunden ist, um das remodulierte Signal von dem Remodulator zu empfangen, und weiterhin verbunden ist, um das Fehlersignal zu empfangen und den wenigstens einen Kanalkoeffizienten davon abhängig zu aktualisieren, indem sie einen LMS-Algorithmus (Least Mean Square) mit einer Schrittweite (δ) einer Zweierpotenz mit negativ ganzzahligem Exponenten (m) durchführt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft allgemein Datenkommunikationsgeräte wie etwa WLAN-Empfänger (Wireless Local Area Network, schnurloses lokales Netz) und entsprechende Verfahren und insbesondere Kanalschätztechniken.
2. Beschreibung des Standes der Technik
In Datenkommunikationssystemen stellen Kanäle die Verbindung zwischen den Sendern und den Empfängern bereit. Abhängig von den verwendeten physikalischen Medien können verschiedene Typen von Kanälen unterschieden werden. Wenn beispielsweise der physikalische Kanal ein Leitungspaar ist, das das elektrische Signal trägt, ist der Kanal ein Kabelleitungskanal. Andere Beispiele physikalischer Kanäle sind schnurlose elektromagnetische Kanäle oder faseroptische Kanäle.
Ein Beispiel eines Kommunikationssystems, das schnurlose Kanäle verwendet, ist das WLAN-System, das auf dem 802.11b-Standard basiert. Ein WLAN-System ist ein flexibles Datenkommunikationssystem, das zum Senden und Empfangen von Daten über die Luft Radiofrequenz-(RF-) oder Infrarot-Technologie verwendet und hierdurch den Bedarf an schnurgebundenen Verbindungen minimiert. Die meisten WLAN-Systeme verwenden Spreizspektrumtechnologie, eine Breitband-Radiofrequenztechnik, die zur Verwendung in zuverlässigen und sicheren Kommunikationssystemen entwickelt worden ist.
Zwei Typen von Spreizspektrumradiosystemen werden häufig verwendet: Frequenzhopping- und Direktsequenzsysteme.
In Datenkommunikationssystemen wie WLAN-Systemen ist es häufig von Vorteil, eine Kanalschätzung durchzuführen, um einen oder mehrere Kanalkoeffizienten zu bestimmen, die Kanaleigenschaften angeben. Einige der Kanalschätztechniken sind LMS-basiert (Least Mean Square, kleinste gemittelte Quadrate). Der LMS-Algorithmus ist eine Technik, der einen stochastischen Gradientenalgorithmus verwendet, der wiederum allgemein eine Funktion F bezüglich eines Satzes komplexer Parameter a*: = (a₁, ..., a_m) optimiert. Eine Aktualisierung der Parameter in einer Iteration k kann bestimmt werden durch
wobei δ die Schrittweite (oder Lernrate) ist. Gewöhnlich gilt F = |ε|², wobei |ε|² ein quadratischer Ausdruck eines Fehlers ist. Die Schrittweite ist eine Konstante, die angibt, wie stark die Gradienteninformation skaliert wird, um die vorherigen Koeffizienten zu korrigieren. Somit bestimmt die Schrittweite die Geschwindigkeit der Konvergenz und die Stabilität des Algorithmus. Wenn die Schrittweite δ beispielsweise sehr klein ist, dann werden die Koeffizienten bei jeder Aktualisierung nicht um einen signifikanten Betrag geändert. Bei einer großen Schrittweite ist mehr Gradienteninformation bei jeder Aktualisierung enthalten. Wenn jedoch die Schrittweite zu groß ist, können sich die Koeffizienten zu sehr ändern und es wird keine Konvergenz mehr geben.
Bei der Durchführung von Kanalschätzalgorithmen, insbesondere solchen, die auf der LMS-Technik basieren, wurde festgestellt, dass die Schaltkreise, die für diesen Zweck verwendet werden, notwendigerweise von einer signifikanten Komplexität sind, so dass Kanalschätzschaltkreise gewöhnlich hochkompliziert sind und zu substantiellen Schaltkreisentwicklungs- und Schalt kreisherstellungskosten führen.
K.-D. Kammeyer, „Nachrichtenübertragung”, 1992, Teubner Verlag, Stuttgart, Seiten 196 bis 205 beschreibt Techniken zur adaptiven Entzerrung. Es wird beschrieben, dass man prinzipiell so vorgehen könne, dass zunächst die Kanalimpulsantwort auf dem Wege der Korrelation geschätzt wird und dann in einem zweiten Schritt nach Einsetzen in die Gleichungssysteme die Lösung für die Entzerrerkoeffizienten berechnet wird. Üblicherweise werden jedoch die Koeffizienten direkt iterativ eingestellt. Ein solcher spezieller iterativer Einstellalgorithmus wird diskutiert, der auf dem Prinzip des stochastischen Gradientenverfahrens basiert.
Die EP 1 081 908 A2 beschreibt eine Signalverarbeitung ohne Multiplikation in Empfängern für digitale Signale.
I. Oppermann et al.: „Guest Editorial Spread Spectrum for Global Communications I”, IEEE Journal an Selected Areas in Communications, Vol. 17, Number 12, Dezember 1999, Seiten 2069 bis 2073 diskutiert CDMA.
ÜBERSICHT ÜBER DIE ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Datenkommunikationsgerät und ein Verfahren sowie einen integrierten Schaltkreischip bereitzustellen, die die Durchführung einer Kanalschätzung in einer einfachen, weniger komplexen Implementierung gestatten.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
In einer Ausgestaltung wird ein Datenkommunikationsgerät zur Verwendung in einem Kommunikationssystem bereitgestellt. Das Gerät hat u. a. eine Kanalschätzeinrichtung, die eine Koeffizientenberechnungseinrichtung umfasst zum Erzeugen eines Signals, das wenigstens einen Kanalkoeffizienten darstellt, der eine Eigenschaft eines Kanals in dem Kommunikationssystem angibt. Die Kanalschätzeinrichtung umfasst ferner eine Fehlerberechnungseinrichtung zum Erzeugen eines Fehlersignals, das einen Fehler des erzeugten wenigstens einen Kanalkoeffizienten angibt. Die Koeffizientenberechnungseinrichtung ist verbunden, um ein Fehlersignal zu empfangen und den wenigstens einen Kanalkoeffizienten davon abhängig zu aktualisieren, indem ein LMS-Algorithmus durchgeführt wird, der eine Schrittweite einer Zweierpotenz mit negativ ganzzahligem Exponenten hat.
In einer weiteren Ausgestaltung kann ein integrierter Schaltkreischip bereitgestellt werden zum Durchführen einer Kanalschätzung in einem Datenkommunikationsgerät. Der integrierte Schaltkreischip umfasst u. a. eine Koeffizientenberechnungsschaltung zum Erzeugen eines Signals, das wenigstens einen Kanalkoeffizienten darstellt, der eine Eigenschaft eines Kanals angibt. Der integrierte Schaltkreischip umfasst ferner eine Fehlerberechnungsschaltung zum Erzeugen eines Fehlersignals, das einen Fehler des erzeugten wenigstens einen Kanalkoeffizienten angibt. Die Koeffizientenberechnungsschaltung ist verbunden, um das Fehlersignal zu empfangen und den wenigstens einen Kanalkoeffizienten davon abhängig zu aktualisieren, indem ein LMS-Algorithmus durchgeführt wird, der eine Schrittweite einer Zweierpotenz mit negativ ganzzahligem Exponenten hat.
In einer anderen Ausgestaltung wird ein Verfahren zum Durchführen einer Kanalschätzung in einem Datenkommunikationsgerät durch Erzeugen wenigstens eines Kanalkoeffizienten bereitgestellt, der eine Eigenschaft eines Kanals angibt. Das Verfahren umfasst u. a. das Bestimmen eines Fehlers des erzeugten Kanalkoeffizienten und das Aktualisieren des Kanalkoeffizienten durch Durchführen eines LMS-Algorithmus, der eine Schrittweite einer Zweierpotenz mit negativ ganzzahligem Exponenten hat.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beigefügten Zeichnungen sind in die Beschreibung eingefügt und bilden einen Teil derselben zum Zwecke der Erläuterung der Prinzipien der Erfindung. Die Zeichnungen sind nicht als die Erfindung auf nur die verdeutlichten und beschriebenen Beispiele beschränkend zu verstehen, wie die Erfindung gemacht und verwendet werden kann. Weitere Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden und genaueren Beschreibung der Erfindung ersichtlich werden, wie in den beigefügten Zeichnungen verdeutlicht, in denen:
1 Teile eines WLAN-Empfängers gemäß einer Ausgestaltung verdeutlicht, die zur Durchführung einer Kanalschätzung zum Steuern eines Decision-Feedback-Equalizers (Entscheidungsrückkopplungsentzerrers) verwendet werden;
2 die in 1 gezeigte Kanalschätzeinrichtung verdeutlicht;
3 ein Flussdiagramm ist, das den Prozess der Durchführung des LMS-basierten Kanalschätzprozesses gemäß einer Ausgestaltung verdeutlicht;
4 eine andere Ausgestaltung eines Datenkommunikationsgeräts verdeutlicht, das in einem WLAN-System verwendet werden kann; und
5 ein in dem Gerät von 4 verwendetes Submodul verdeutlicht.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die verdeutlichenden Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden, in denen ähnliche Elemente und Strukturen durch gleiche Bezugszeichen angegeben sind.
Obgleich nicht hierauf eingeschränkt, werden im Folgenden Ausgestaltungen im Zusammenhang mit Decision-Feedback-Equalizern (DFE) in (Direktsequenz-)Spreizspektrumsystemen wie etwa WLAN-Systemen beschrieben werden. Solche Systeme sind gewöhnlich entworfen worden, um mit Mehrpfadausbreitung fertig zu werden, und erfordern somit keinen zusätzlichen Equalizer verglichen mit Einzelträgersystemen.
Um das Konzept der Entzerrung (Equalization) zu erläutern, sei s = {s(k)} die gesendete Sequenz mit Werten s(k) einer QPSK-Konstellation. Die einlaufende zeitdiskrete/-faltige überabgetastete Sequenz kann modelliert werden als s(k) = [s_l⊗a](k) + n_l(k) wobei s_l = (0, ..., 0, s(k), 0, ..., 0, s(k + 1), ...} die Spreizchipsequenz ist, d. h. sie enthält /–1 Nullen. n_l = (n_l(k)) ist die überabgetastete additive Rauschsequenz und a = (a₀(k), ...,a_l-1(k)) k = 0, ..., q die fraktional beabstandete Gesamtkanalimpulsantwort. Die Spreizchipsequenz und die Gesamtkanalimpulsantwort werden durch zeitdiskrete Faltung kombiniert.
Es wird somit angenommen, dass der Kanal als zeitdiskreter finiter Impulsantwortfilter modelliert werden kann. Da der Kanal tatsächlich das ist, was zwischen dem Digital-zu-Analog-Wandler auf der Senderseite und dem Analog/Digital-Wandler auf der Empfängerseite liegt, kombiniert der Kanal die Auswirkung des analogen Sendefilters, des (frequenzselektiven) Mehrpfadausbreitungskanals, des Empfangsfilters und des Analog/Digital-Wandlers in Kombination mit einem Abtaster (Sampler). In den obigen Gleichungen ist die Schätzung der Gesamtkanalimpulsantwort a das, was durch die Kanalschätzung erlangt wird.
Wird nun auf die Zeichnungen und insbesondere auf 1 Bezug genommen, so sind die Einheiten des Datenkommunikationsgeräts dargestellt, die zur Schätzung der Kanalkoeffizienten dienen, die in dem Decision-Feedback-Equalizer verwendet werden sollen. Die Kanalkoeffizienten werden in der Kanalschätzeinrichtung 120 unter Verwendung zweier Eingabesignale berechnet. Das erste Eingabesignal ist ein komplexes Basisbandsignal, das von der Frequenzfehlerkorrektureinrichtung 100 ausgegeben wird, die zur Korrektur eines Frequenzfehlers bei der Verarbeitung von Datensignalen verwendet wird, die über den Kanal empfangen werden. Das zweite Eingabesignal ist ein Signal, das auf einer Ausgabe der Frequenzfehlerkorrektureinrichtung 100 basiert, jedoch zusätzlich unter Verwendung der Nichtkohärenzdemodulationseinrichtung 110 mit einem Hartentscheidungs-DQPSK (differenzielles QPSK) demoduliert ist. Diese zwei Signale werden verwendet, um die Kanalkoeffizienten durch Anwendung des LMS-Adaptionsalgorithmus zu berechnen. Der LMS-Algorithmus wird die Koeffizienten eines finiten Impulsantwortfilters so anpassen, dass der mittlere Quadratfehler zwischen der Filterausgabe und dem von der Frequenzfehlerkorrektureinrichtung 100 empfangenen Signal minimal wird. Dies wird in weiteren Einzelheiten unten erläutert werden.
2 verdeutlicht die Kanalschätzeinrichtung 120 von 1 in näheren Einzelheiten. Unter der Annahme, dass das von der Frequenzfehlerkorrektureinrichtung 100 empfangene Eingangssignal eine Tapleitung 220 durchläuft, wird die Ausgabe der Tapleitung 220 mit x(k) bezeichnet. Die Eingabe, die von der Nichtkohärenzdemodulationseinrichtung 110 empfangen wird, wird an einen Remodulator 200 geleitet, wo das empfangene demodulierte Signal wieder remoduliert wird, unter Verwendung einer differenziellen Modulation und eines Barkersequenzgenerators. Die remodulierte Eingabe wird im Folgenden y(k) genannt.
Die Kanalschätzeinrichtung 120 enthält ferner einen zeitdiskreten finiten Impulsantwortfilter (FIR) 240 zum Modellieren des Kanals. Der FIR-Filter 240 empfängt das remodulierte Signal y(k) vom Remodulator 200 und die aktuellen Koeffizienten a_i und gibt ein Signal z(k) an die Fehlerberechnungseinrichtung 230 aus. Die Fehlerberechnungseinrichtung 230 empfängt ferner x(k) von der Tapleitung 220 und erzeugt ein Fehlersignal ε. Wenn also die aktuellen Koeffizienten a_i ideal waren, könnte der FIR-Filter 240 die Kanäle so modellieren, dass das Signal z(k) identisch mit dem wahren Wert von x(k) wäre, was zu einem Fehler ε von Null führen würde. In jeder nichtidealen Situation gibt das Fehlersignal eine Differenz zwischen der Filterausgabe z(k) und dem Signal x(k) an, das von der Frequenzfehlerkorrektureinrichtung 100 über die Tapleitung 220 empfangen wird. Allgemein ist ein Fehler die Differenz zwischen einem ermittelten Wert einer Größe und dem wahren oder mittleren Wert, wie er durch eine Reihe von Messungen derselben Größe bestimmt wird. In der vorliegenden Ausgestaltung kann das Fehlersignal somit geschrieben werden als: ε(k + 1) = x(k) – z(k).
Wenn ein Steuersignal σ_π verwendet wird, um zwischen den Polyphasen des FIR-Filters 240 hin- und herzuschalten, können die Filterausgabeberechnung und die Koeffizientenaktualisierung wie folgt beschrieben werden. Es ist anzumerken, dass alle Variablen komplexe Zahlen sind und k den aktuellen Taktzyklus bezeichnet.
Abhängig von dem Wert des Polyphasensteuersignals σ_π wird die Filterausgabe berechnet gemäß:
Die Gesamtanzahl komplexer Filtertaps beträgt dann N = 2(q + 1).
Der LMS-Algorithmus wird bei der LMS-Koeffizientenberechnung 210 durchgeführt, die das remodulierte Signal y(k) und das Fehlersignal ε(k) empfängt. Der wirkliche Aktualisierungsprozess der Koeffizienten a_i kann auch von dem Polyphasensteuersignal σ_π abhängen. Wenn σ_π gleich null ist, werden nur ”ungerade” Koeffizienten aktualisiert werden, wohingegen nur ”gerade” Koeffizienten aktualisiert werden, wenn σ_π gleich eins ist. Der LMS-Aktualisierungsalgorithmus kann also für gerade Koeffizienten, d. h. für Koeffizienten, die mit geraden Werten 2i indiziert sind, beschrieben werden als:
und für ungerade Koeffizienten, d. h. für Koeffizienten, die mit ungeraden Werten 2i + 1 indiziert sind:
In diesen Gleichungen ist δ wiederum der Schrittweitenadaptionsparameter. Dieser Parameter ist gegeben durch
d. h. er hat einen Wert von einer Zweierpotenz mit negativ ganzzahligem Exponenten von m.
Wird nun auf 3 Bezug genommen, die ein Flussdiagramm der Durchführung der LMS-basierten Kanalschätzung zur Steuerung eines Decision-Feedback-Equalizers eines WLAN-Empfängers verdeutlicht, so beginnt der Prozess mit Schritt 300 des Empfangens von Daten von der Nichtkohärenzdemodulationseinrichtung 110. Die empfangenen demodulierten Daten werden dann vom Remodulator 200 im Schritt 310 remoduliert, um das Signal y(k) zu erhalten. Während der Präambel kann das remodulierte Signal y als realwertig angesehen werden. Im Schritt 320 werden Referenzdaten von der Frequenzfehlerkorrektureinrichtung 100 empfangen und diese Referenzdaten werden dann im Schritt 330 durch die Tapleitung 220 verzögert, um das Signal x(k) zu erhalten.
Im Schritt 340 empfängt der FIR-Filter 240 das Signal y(k) vom Remodulator 200 und die aktuellen Koeffizienten a_i von der LMS-Koeffizientenberechnungseinrichtung 210, um den Kanal zu modellieren und das Signal z(k) zu erzeugen. Das Signal wird dann an die Fehlerberechnungseinrichtung 230 weitergeleitet, wo der Fehler ε(k + 1) unter Verwendung des Signals x(k) berechnet wird, das von der Tapleitung 220 empfangen wird (Schritt 350). Schließlich aktualisiert die LMS-Koeffizientenberechnungseinrichtung 210 auf Grundlage des Signals y und des Fehlersignals ε die Koeffizienten a_i in Schritt 360.
Während das Flussdiagramm von 3 beschreibt, dass die zahlreichen Schritte in der gezeigten Abfolge durchzuführen sind, sind andere Ausgestaltungen möglich, wo die Schritte in einer anderen Reihenfolge, oder sogar simultan, durchgeführt werden. Beispielsweise könnten die Schritte 320 und 330 des Empfangens und Verzögerns der Referenzdaten vor oder gleichzeitig mit den Schritten 300 und 310 des Empfangens und Remodulierens der demodulierten Daten durchgeführt werden.
Da die neuen Koeffizienten auf Grundlage der vorherigen Koeffizienten berechnet werden, kann der Prozess ferner iterativ durchgeführt werden, beispielsweise durch Neubeginnen des Prozesses, wenn die Koeffizienten in Schritt 360 aktualisiert worden sind. Es ist anzumerken, dass andere Arten der Durchführung der Reiteration möglich sind. Beispielsweise können die Schritte 300 und 310 des Empfangens und Remodulierens der demodulierten Daten und die Schritte 320 und 330 des Empfangens und Verzögerns der Referenzdaten simultan mit z. B. Schritt 350 des Berechnens des Fehlers oder mit Schritt 360 des Aktualisierens der Koeffizienten durchgeführt werden. In diesem Fall würden die Empfangs-, Remodulations- und Verzögerungsschritte nicht denselben Taktzyklus betreffen, sondern würden verwendet werden, um die nächste Iteration k + 1 vorzubereiten.
Ausgehend vom Prozess von 3 und unter Zurückverweisung auf 2 ist ersichtlich, dass die bislang diskutierte Kanalschätzung auf remodulierten Daten basiert. Der Zweck des Remodulierens der Daten besteht in der Justierung des Datenformats auf die Barkersequenzsamples, die von der Frequenzfehlerkorrektureinrichtung 100 empfangen werden. Die Tapleitungsregister 220 werden verwendet, um Referenzdaten, die von der Frequenzfehlerkorrektureinrichtung 100 empfangen werden, so zu verzögern, dass sie an den remodulierten Daten ausgerichtet sind. Die Verzögerung wird verwendet, um die Verarbeitungsverzögerung von wenigstens einem Taktpuls zu kompensieren, der in der Nichtkohärenzdemodulationseinrichtung 110 und dem Remodulator 200 auftritt.
Wird nun auf 4 übergegangen, so ist eine andere Ausgestaltung der Durchführung einer LMS-basierten Kanalschätzung in einem WLAN-Empfänger gezeigt. Wie aus der Figur ersichtlich ist, gibt es sechzehn Submodule 400, die alle von derselben Struktur sind. Die Submodule 400 sind miteinander über Addierer 440 verbunden, die in einer Baumkonfiguration angeordnet sind, um die FIR-Berechnungs- und FIR-Koeffizientenaktualisierungsfunktionalität aufzubauen.
Die Schaltung von 4 empfängt die Real- und Imaginärteile der verzögerten Referenzdaten x(k) und der remodulierten Daten y(k). Wenn die Register 430 durch Setzen des Freigabesignals (Enable-Signals) auf einen hohen Wert freigegeben sind, bilden sie eine Tapleitung zum Speichern der Werte von y(k).
Wie oben erwähnt, führen die Addiererbäume 440 die finite Impulsantwortmodellierung des Kanals durch, so dass sie das Signal z(k) ausgeben. Unter Verwendung dieses Signals und des empfangenen Real- oder Imaginärteils des Signals x(k) wird das Fehlersignal ε durch Berechnung der Differenz dazwischen berechnet. Dieses Fehlersignal wird dann zusammen mit dem Signal y zur Aktualisierung der Koeffizienten und zur Berechnung der FIR-Antwort der jeweiligen Iteration verwendet.
Es wurde ferner oben erwähnt, dass die Kanalkoeffizienten aktualisiert werden, indem der LMS-Algorithmus unter Verwendung einer Schrittweite δ einer Zweierpotenz mit einem negativen ganzzahligen Exponenten m durchgeführt wird. Dies wird in der Ausgestaltung von 4 dadurch realisiert, dass Register 410 und 420 bereitgestellt werden, um die jeweiligen Fehlersignale nach rechts zu verschieben. Der Betrag der Rechtsverschiebung kann vorbestimmt sein und kann beispielsweise auf sechs eingestellt sein.
Die Submodule 400 bilden zusammen mit den Addierern 440 einen Polyphasen-FIR-Filter. Das bedeutet, dass die Filterantwort abwechselnd unter Verwendung der geraden Filterkoeffizienten a_2i während eines Taktzyklus' und der ungeraden Koeffizienten a_2i+1 während des anderen Zyklus' berechnet wird. Wenn also die Filterausgabe unter Verwendung der geraden Koeffizienten berechnet wird, werden die ungeraden Koeffizienten unter Verwenden des LMS-Algorithmus aktualisiert, und umgekehrt.
Die in 4 gezeigten Submodule 400 sind genauer in 5 dargestellt. In dem in 5 gezeigten Submodul 400 steuert das am Port IN1 empfangene Signal, welcher Koeffizient (ungerade oder gerade) aktualisiert wird, während der andere Koeffizient zur Berechnung der Filterausgabe verwendet wird. Dies wird durch Multiplexer 500 und 510 realisiert. Der Multiplexer 500 wählt eines der Register 520 und 530 als Eingaberegister für die Filterausgabeberechnung aus, während der Multiplexer 510 die Register als Eingaberegister für die Koeffizientenaktualisierung auswählt. Da das Steuersignal, das am Port IN1 empfangen wird, beide Multiplexer 500 und 510 steuert, wird sichergestellt, dass die Register 520 und 530 abwechselnd ausgewählt werden.
Es ist anzumerken, dass die Eingabewerte y(k), die in der Tapleitung 430 gespeichert werden, von solcher Art sein können, dass sie nur die Werte von +1 und –1 annehmen können. Dies vereinfacht sowohl die Filterausgabeberechnung als auch die Koeffizientenaktualisierung. Die Filterberechnung wird vereinfacht, da in jedem Submodul 400 für diesen Zweck nicht mehr als ein Multiplexer 550 erforderlich ist. Die Koeffizientenaktualisierung wird vereinfacht, da das Vorzeichen der Fehlersignaleingabe unter Verwendung nur eines einfachen Multiplexers 540 gehalten oder wieder umgekehrt wird.
Wie aus der vorhergehenden Beschreibung ersichtlich, wenden die Ausgestaltungen eine LMS-Schrittweite einer Zweierpotenz mit negativ ganzzahligem Expontenten an, beispielsweise durch Verwendung von Registern zum Rechtsverschieben des Fehlersignals. Andere Ausgestaltungen sind möglich, in denen statt der Verschiebung des Fehlersignals zur Realisierung der Schrittweite beispielsweise das remodulierte Signal y stattdessen verschoben wird. Weiterhin kann anstelle der Rechtsverschiebung des Fehlersignals oder remodulierten Datensignals die Schrittweite der Zweierpotenz mit negativ ganzzahligem Exponenten durch Linksverschiebung der Koeffizientendaten a_i realisiert werden, die in der vorherigen Iteration erlangt worden sind.
Die Verwendung einer Schrittweite einer Zweierpotenz mit negativ ganzzahligem Exponenten ist vorteilhaft, da für diesen Zweck keine Multiplizierer benötigt werden. Stattdessen können Schieberegister und Vorzeichenschalter verwendet werden, was zu einer deutlich weniger komplexen Schaltung führt. Somit kann die LMS-basierte Kanalschätzung durch die Vermeidung der Verwendung von Multiplizierern in einer sehr viel einfacheren Implementierung realisiert werden, was die Schaltkreisentwicklungs- und Schaltkreisherstellungskosten reduziert.
Während die Erfindung im Bezug auf die physikalischen Ausgestaltungen, die in Übereinstimmung mit ihr konstruiert worden sind, beschrieben worden sind, wird Fachleuten ersichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen, Variationen und Verbesserungen der vorliegenden Erfindung im Lichte der obigen Lehren und innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche gemacht werden können, ohne von der Idee und dem beabsichtigten Umfang der Erfindung abzuweichen. Zusätzlich sind solche Bereiche, in denen davon ausgegangen wird, dass Fachleute sich auskennen, hier nicht beschrieben worden, um die hier beschriebene Erfindung nicht unnötig zu verschleiern. Demgemäß ist zu verstehen, dass die Erfindung nicht durch die spezifisch verdeutlichenden Ausgestaltungen begrenzt wird, sondern nur durch den Umfang der beigefügten Ansprüche.

Claims

Datenkommunikationsgerät zur Verwendung in einem Kommunikationssystem, wobei das Datenkommunikationsgerät umfasst: eine Demodulationseinrichtung (110) zum Ausgeben eines demodulierten Signals; einen Remodulator (200), der mit der Demodulationseinrichtung verbunden ist, zum Remodulieren des demodulierten Signals und Ausgeben des remodulierten Signals (y); und eine Kanalschätzeinrichtung (120), die eine Koeffizientenberechnungseinrichtung (210) zum Erzeugen eines Signals, das wenigstens einen Kanalkoeffizienten (a_i) darstellt, der eine Eigenschaft eines Kanals in dem Kommunikationssystem angibt, und eine Fehlerberechnungseinrichtung (230) zum Erzeugen eines Fehlersignals, das einen Fehler (ε) des erzeugten wenigstens einen Kanalkoeffizienten angibt, aufweist, wobei die Koeffizientenberechnungseinrichtung verbunden ist, um das remodulierte Signal von dem Remodulator zu empfangen, und weiterhin verbunden ist, um das Fehlersignal zu empfangen und den wenigstens einen Kanalkoeffizienten davon abhängig zu aktualisieren, indem sie einen LMS-Algorithmus (Least Mean Square) mit einer Schrittweite (δ) einer Zweierpotenz mit negativ ganzzahligem Exponenten (m) durchführt.
Datenkommunikationsgerät nach Anspruch 1, wobei die Koeffizientenberechnungseinrichtung wenigstens ein Schieberegister (410, 420) umfasst zum Anwenden der Schrittweite in dem LMS-Algorithmus durch Verschiebung der Registerdaten um eine Anzahl von Digitalstellen, wobei die Anzahl gleich dem Wert des negativ ganzzahligen Exponenten ist.
Datenkommunikationsgerät nach Anspruch 2, wobei das wenigstens eine Schieberegister verbunden ist, um das Fehlersignal zu empfangen.
Datenkommunikationsgerät nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: eine Frequenzfehlerkorrektureinrichtung (100) zum Korrigieren eines Frequenzfehlers bei der Verarbeitung von Datensignalen, die über den Kanal empfangen worden sind, wobei die Demodulationseinrichtung eine Nichtkohärenzdemodulationseinrichtung (110) ist, die mit der Frequenzfehlerkorrektureinrichtung verbunden ist, zum Demodulieren eines Ausgabesignals der Frequenzfehlerkorrektureinrichtung.
Datenkommunikationsgerät nach Anspruch 4, wobei der Remodulator eingerichtet ist zur Justierung des Datenformats des demodulierten Signals auf Barkersignalsample, die von der Frequenzfehlerkorrektureinrichtung empfangen werden.
Datenkommunikationsgerät nach Anspruch 4, wobei die Fehlerberechnungseinrichtung verbunden ist, um Referenzdaten von der Frequenzfehlerberechnungseinrichtung zu empfangen.
Datenkommunikationsgerät nach Anspruch 6, weiterhin eine Tapleitung (220) umfassend, die mit der Frequenzfehlerkorrektureinrichtung und der Fehlerberechnungseinrichtung verbunden ist, zum Verzögern der Referenzdaten, so dass die verzögerten Referenzdaten auf das remodulierte Signal justiert sind.
Datenkommunikationsgerät nach Anspruch 4, wobei die Koeffizientenberechnungseinrichtung Register (430) umfasst, die eine Tapleitung zum Speichern von Daten gemäß dem von dem Remodulator empfangenen remodulierten Signal bilden.
Datenkommunikationsgerät nach Anspruch 8, wobei die in jedem der Tapleitungsregister gespeicherten Daten einen Wert von entweder +1 oder –1 aufweisen.
Datenkommunikationsgerät nach Anspruch 1, wobei die Eigenschaft des Kanals in dem Kommunikationssystem die Kanalimpulsantwort ist.
Datenkommunikationsgerät nach Anspruch 10, wobei die Kanalschätzeinrichtung weiterhin umfasst: einen FIR-Filter (finite Impulsantwort) (240) zum Modellieren des Kanals, wobei der FIR-Filter verbunden ist zum Empfangen des Signals, das den wenigstens einen Kanalkoeffizienten darstellt, und zum Erzeugen eines Ausgabesignals (z) in Abhängigkeit davon.
Datenkommunikationsgerät nach Anspruch 11, wobei die Fehlerberechnungseinrichtung verbunden ist zum Empfangen des Ausgabesignals von dem FIR-Filter, und wobei die Fehlerberechnungseinrichtung eingerichtet ist zum Bestimmen einer Differenz zwischen dem empfangenen FIR-Filterausgabesignal und einem Referenzsignal (x), um das Fehlersignal zu erzeugen.
Datenkommunikationsgerät nach Anspruch 12, weiterhin umfassend: eine Frequenzfehlerkorrektureinrichtung (100) zum Korrigieren eines Frequenzfehlers bei der Verarbeitung von Datensignalen, die über den Kanal empfangen worden sind; wobei die Fehlerberechnungseinrichtung verbunden ist, um das Referenzsignal von der Frequenzfehlerkorrektureinrichtung zu empfangen.
Datenkommunikationsgerät nach Anspruch 13, weiterhin umfassend: eine Tapleitung (220), die mit der Frequenzfehlerkorrektureinrichtung verbunden ist; wobei die Fehlerberechnungseinrichtung mit der Tapleitung verbunden ist, um das Referenzsignal zu empfangen.
Datenkommunikationsgerät nach Anspruch 11, wobei der FIR-Filter verbunden ist, um ein Eingabesignal (y) zu empfangen, das aus Datensignalen erzeugt worden ist, die über den Kanal empfangen worden sind.
Datenkommunikationsgerät nach Anspruch 15, weiterhin umfassend: eine Frequenzfehlerkorrektureinrichtung (100) zum Korrigieren eines Frequenzfehlers bei der Verarbeitung von Datensignalen, die über den Kanal empfangen worden sind; wobei die Demodulationseinrichtung, eine Nichtkohärenzdemodulationseinrichtung (110) ist, die mit der Frequenzfehlerkorrektureinrichtung verbunden ist, und wobei das Eingabesignal aus den Datensignalen, die über den Kanal empfangen worden sind, durch Remodulieren von demodulierten Ausgabesignalen der Frequenzfehlerkorrektureinrichtung erzeugt wird.
Datenkommunikationsgerät nach Anspruch 15, wobei das Eingabesignal eine Abfolge von Daten mit Werten von entweder +1 oder –1 ist.
Datenkommunikationsgerät nach Anspruch 11, wobei der FIR-Filter ein Polyphasen-FIR-Filter ist.
Datenkommunikationsgerät nach Anspruch 1, wobei die Kanalschätzeinrichtung weiterhin eine Finitzustandsmaschine umfasst zum Steuern des Betriebs der Koeffizientenberechnungseinrichtung.
Datenkommunikationsgerät nach Anspruch 1, wobei der negativ ganzzahlige Exponent sechs beträgt.
Datenkommunikationsgerät nach Anspruch 1, umfassend einen integrierten Schaltkreischip mit einer Schaltung, die die Kanalschätzeinrichtung bildet.
Datenkommunikationsgerät nach Anspruch 1, weiterhin eine DFE-Einrichtung (Decision Feedback Equalizer) umfassend, die das Signal, das den wenigstens einen Kanalkoeffizienten darstellt, empfängt, zum Einstellen von Filterkoeffizienten in der DFE-Einrichtung.
Datenkommunikationsgerät nach Anspruch 1, wobei das Kommunikationssystem ein Spreizspektrumssystem ist.
Datenkommunikationsgerät nach Anspruch 23, wobei das Spreizspektrumsystem ein Direktsequenz-Spreizspektrumsystem ist.
Datenkommunikationsgerät nach Anspruch 1, wobei das Kommunikationssystem ein WLAN-System (Wireless Local Area Network, schnurloses lokales Netz) ist.
Integrierter Schaltkreischip zum Durchführen einer Kanalschätzung in einem Datenkommunikationsgerät, wobei der integrierte Schaltkreischip umfasst: eine Remodulationsschaltung (200) zum Remodulieren eines demodulierten Signals und Ausgeben des remodulierten Signals (y); eine Koeffizientenberechnungsschaltung (210) zum Erzeugen eines Signals, das wenigstens einen Kanalkoeffizienten (a_i) darstellt, der eine Eigenschaft eines Kanals angibt; und eine Fehlerberechnungsschaltung (230) zum Erzeugen eines Fehlersignals, das einen Fehler (ε) des erzeugten wenigstens einen Kanalkoeffizienten angibt; wobei die Koeffizientenberechnungsschaltung verbunden ist, um das remodulierte Signal von der Remodulationsschaltung zu empfangen, und weiterhin verbunden ist, um das Fehlersignal zu empfangen und den wenigstens einen Kanalkoeffizienten in Abhängigkeit davon zu aktualisieren, indem sie einen LMS-Algorithmus (Least Mean Square) mit einer Schrittweite (δ) einer Zweierpotenz mit negativ ganzzahligem Exponenten (m) durchführt.
Verfahren zum Durchführen einer Kanalschätzung in einem Datenkommunikationsgerät durch Erzeugen wenigstens eines Kanalkoeffizienten (a_i), der eine Eigenschaft eines Kanals angibt, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen (300) eines demodulierten Signals; Remodulieren (310) des demodulierten Signals; Bestimmen (350) eines Fehlers (ε) des erzeugten Kanalkoeffizienten; und Aktualisieren (360) des Kanalkoeffizienten durch Durchführen eines LMS-Algorithmus (Least Mean Square) mit einer Schrittweite (δ) einer Zweierpotenz mit negativ ganzzahligem Exponenten (m), wobei der LMS-Algorithmus auf der Grundlage des remodulierten Signals (y) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei die Aktualisierung durch Durchführung eines LMS-Algorithmus (Least Mean Square) mit einer Schrittweite (δ) einer Zweierpotenz mit negativ ganzzahligem Exponenten enthält: Verschieben von Registerdaten um eine Anzahl von Digitalstellen, wobei die Anzahl gleich dem Wert des negativ ganzzahligen Exponenten ist.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei die Registerdaten gleich dem bestimmten Fehler des erzeugten Kanalkoeffizienten sind.
Verfahren nach Anspruch 27, weiterhin umfassend: Empfangen (320) eines Referenzsignals (x) von einer Frequenzfehlerkorrektureinrichtung; wobei der Fehler auf Grundlage des Referenzsignals bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 30, weiterhin umfassend: Verzögern (330) des Referenzsignals so, dass das verzögerte Referenzsignal auf das remodulierte Signal justiert ist.
Verfahren nach Anspruch 30, wobei die Daten des Referenzsignals einen Wert von entweder +1 oder –1 aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei die Eigenschaft des Kanals die Kanalimpulsantwort ist.
Verfahren nach Anspruch 33, weiterhin umfassend: Modellieren (340) der Kanalimpulsantwort auf der Grundlage des wenigstens einen Kanalkoeffizienten; und Erzeugen eines Ausgabesignals (z) in Abhängigkeit davon.
Verfahren nach Anspruch 34, wobei der Fehler eine Differenz zwischen dem erzeugten Ausgabesignal und einem Referenzsignal (x) ist.
Verfahren nach Anspruch 34, wobei das Modellieren durchgeführt wird auf der Grundlage eines Eingabesignals (y), das aus Datensignalen, die über den Kanal empfangen worden sind, erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 36, wobei das Eingabesignal aus den Datensignalen, die über den Kanal empfangen worden sind, erzeugt wird durch Remodulieren demodulierter Ausgabesignale einer Frequenzfehlerkorrektureinrichtung.
Verfahren nach Anspruch 36, wobei das Eingabesignal eine Abfolge von Daten mit Werten von entweder +1 oder –1 ist.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei der negativ ganzzahlige Exponent gleich sechs ist.
Verfahren nach Anspruch 27, weiterhin umfassend: Ausgeben des aktualisierten Kanalkoeffizienten an eine DFE-Einrichtung (Decision Feedback Equalizer) zum Einstellen von Filterkoeffizienten in der DFE-Einrichtung.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei der Kanal ein WLAN-Kanal (Wireless Local Area Network, schnurloses lokales Netz) ist.