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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft allgemein
Datenkommunikationsempfänger
und Betriebsverfahren und insbesondere die Korrektur eines Frequenz-
und/oder Phasenfehlers eines hereinkommenden digital modulierten Signals.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Ein WLAN-System (WLAN: Wireless Local
Area Network, schnurloses lokales Netz) ist ein flexibles Datenkommunikationssystem,
das als Erweiterung oder als Alternative zu einem schnurgebundenen
LAN implementiert ist. Unter Verwendung von Radiofrequenz- oder
Infrarottechnologie senden und empfangen WLAN-Systeme Daten über die
Luft, wobei sie den Bedarf an schnurgebundenen Verbindungen minimieren. Somit
kombinieren WLAN-Systeme
Datenkonnektivität
mit Benutzermobilität.
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Die meisten heutigen WLAN-Systeme
verwenden die Spreizspektrumtechnologie, eine Breitbandradiofrequenztechnik,
die zur Verwendung in zuverlässigen
und sicheren Kommunikationssystemen entwickelt worden ist. Die Spreizspektrumtechnologie
wurde entworfen, um einen Ausgleich zwischen Bandbreiteneffizienz
und Zuverlässigkeit,
Integrität
und Sicherheit zu erzielen. Zwei Typen von Spreizspektrumradiosystemen werden
häufig
verwendet: Frequenzhopping- und Direktsequenzsysteme.
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Der Standard, der schnurlose lokale
Netzwerke definiert und verwaltet, die in dem 2,4-GHz-Spektrum arbeiten,
ist der IEEE-802.11-Standard. Um höhere Datenratentransmissionen
zu ermöglichen,
wurde der Standard auf 802.11 b erweitert, der Datenraten von 5,5
und 11 Mbps im 2,4-GHz-Spektrum erlaubt. Diese Erweiterung ist rückwärtskompatibel.
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Beim Betrieb eines WLAN-Empfängers wird
eine Code-Synchronisation benötigt,
da der Code der Schlüssel
zum Entspreizen der gewünschten
Information ist. Eine gute Synchronisation wird erzielt, wenn das codierte
Signal, das beim Empfänger
ankommt, bezüglich
sowohl seiner Codemuster-Position
als auch seiner Chipraten-Erzeugung einem akkuraten Timing unterliegt.
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Allgemein kann der Synchronisationsprozess,
der in einem Empfänger
durchgeführt
wird, in zwei Phasen unterteilt werden. Zunächst wird eine Synchronisations-Akquisition
durchgeführt,
um den Empfänger
mit dem empfangenen Signal anfänglich
zu synchronisieren. Der zweite Teil der Synchronisation folgt der
anfänglichen
Akquisition, da der Empfänger
in einer solchen Weise fortgesetzt arbeiten muss, dass er mit seiner
Codereferenz gelockt (eingerastet) verbleibt. Das bedeutet, dass
der Empfänger
das codierte hereinkommende Signal exakt nachführt, um seine eigene Code-Chiprate so präzise wie
möglich
mit der hereinkommenden Code-Chiprate übereinstimmen zu lassen.
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Bezüglich der verwendeten Synchronisationsalgorithmen
können
Empfänger
in datenunterstützte ("data-aided") und nicht datenunterstützte Empfänger klassifiziert
werden. Der datenunterstützte
Weg erfordert keine Vorkenntnisse der Interferenz-Parameter, jedoch
erfordert er eine Trainingsdatensequenz. Nicht datenunterstützte (oder
blinde) Algorithmen erfordern keine Trainingsdatensequenz sondern
nur die Kenntnis der gewünschten
Benutzersignalsequenz und deren Timing.
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In WLAN-Systemen sowie in anderen
Spreizspektrumkommunikationssystemen erfährt das Signal auf seinem Weg
vom Sender zum Empfänger
mehrere Störungen.
Ein Frequenz- oder Phasenfehler kann aus einem Frequenz- oder Phasen-Offset
des Radiofrequenz-Oszillators beim Seniler und Empfänger resultieren. Es
kann die Aufgabe einer jeden Synchronisationseinrichtung innerhalb
des Empfängers
sein, eine Fehlerkorrektur durchzuführen, unabhängig davon, ob er sich in der
Akquisitionsphase oder in der Nachführungsphase ("Tracking") befindet.
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Wird nun zu 1 übergegangen,
so ist eine Fehlerkorrekturanordnung schematisch gezeigt, die eine Frequenzfehlerkorrektureinrichtung 100 und
eine Phasenfehlerkorrektureinrichtung 110 umfasst. Die Frequenzfehllerkorrektureinrichtung 100 wird
verwendet, um die Frequenzdifferenz zu kompensieren, und die Phasenfehlerkorrektureinrichtung 110 wird
dann den restlichen Phasenfehler kompensieren. Somit hat die Phasenfehlerkorrektureinrichtung 110 die
Aufgabe, den verbleibenden Phasenfehler so zu entfernen, dass das empfangene
Signal so nah wie möglich
an dem gesendeten Signal ist, um die Wahrscheinlichkeit von Demodulationsfehlern
zu minimieren.
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Fehlerkorrekturschaltungen in bestehenden
Datenkommunikationsempfängern
wie etwa WLAN-Empfängern
weisen noch eine Anzahl von Problemen auf. Ein Problem besteht darin,
dass herkömmliche
Schaltkreise oft hochkompliziert sind und folglich zu hohen Schaltkreisentwicklungs-
und -herstellungskosten führen. Darüber hinaus
erfordern solche Schaltungen die Durchführung nichtlinearer Operationen,
die schwierig zu implementieren sind. Ein anderer Nachteil bestehender
Schaltkreise kann sein, dass herkömmliche Einstellprozesse mitunter
nicht mit ausreichender Phasen- und Frequenzauflösung durchgeführt werden
können
und bezüglich
ihrer Anwendung durch die jeweiligen Fähigkeiten der entsprechenden
Hardwareimplementierung begrenzt sind.
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ÜBERSICHT ÜBER DIE
ERFINDUNG
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Eine verbesserte Fehlerkorrekturtechnik
für Datenkommunikationsempfänger wie
etwa WLAN-Empfänger
wird bereitgestellt, die geeignet sein kann, um in einer weniger
komplizierten Hardwareanordnung unter Verwendung digitaler Schaltkreise
implementiert zu werden.
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In einer Ausgestaltung wird ein WLAN-Empfänger bereitgestellt
zum Empfangen digital modulierter Signale. Der Empfänger umfasst
eine Fehlerkorrektureinrichtung zum Korrigieren eines Frequenz-
und/oder Phasenfehlers eines hereinkommenden digital modulierten
Signals. Die Fehlerkorrektureinrichtung umfasst eine Konstellationsmanipulationseinrichtung,
die angepasst ist, um das Phasenkonstellationssystem des hereinkommenden
digital modulierten Signals durch Abbilden ("Mapping") jedes Konstellationspunktes des Phasenkonstellationssystems
auf einen vordefinierten Bereich von Phasenwinkeln zu manipulieren.
Der vordefinierte Bereich hat eine Breite von weniger als 2π . Die Fehlerkorrektureinrichtung
umfasst ferner eine Fehlerdetektionseinrichtung, die verbunden ist,
um Daten von der Konstellationsmanipulationseinrichtung zu empfangen.
Die Daten gehören
zu dem manipulierten Phasenkonstellationssystem. Die Fehlerdetektionseinrichtung
ist angepasst, um die Daten auszuwerten, um den Frequenz- und/oder
Phasenfehler zu detektieren.
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In einer anderen Ausgestaltung kann
ein Datenkommunikationsempfänger
zum Empfangen digital modulierter Signale bereitgestellt werden.
Der Empfänger
umfasst eine Fehlerkorrektureinrichtung zum Korrigieren eines Frequenz-
und/oder Phasenfehlers eines hereinkommenden digital modulierten
Signals. Die Fehlerkorrektureinrichtung umfasst eine Konstellationsmanipulationseinrichtung,
die angepasst ist, um das Phasenkonstellationssystem des hereinkommenden
digital modulierten Signals durch Abbilden jedes Konstellationspunktes
des Phasenkonstellationssystems auf einen vordefinierten Bereich
von Phasenwinkeln zu manipulieren. Der vordefinierte Bereich hat
eine Breite von weniger als 2π.
Die Fehlerkorrektureinrichtung umfasst ferner eine Fehlerdetektionseinrichtung,
die verbunden ist, um Daten von der Konstellationsmanipulationseinrichtung
zu empfangen. Die Daten gehören
zu dem manipulierten Phasenkonstellationssystem. Die Fehlerdetektionseinrichtung
ist angepasst, um die Daten auszuwerten, um den Frequenz- und/oder
Phasenfehler zu detektieren.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird
ein integrierter Schaltkreis-Chip zur Verwendung in einem Datenkommunikationsempfänger bereitgestellt,
der digital modulierte Signale empfängt. Der integrierte Schaltkreis-Chip
umfasst eine Fehlerkorrekturschaltung zum Korrigieren eines Frequenz-
und/oder Phasenfehlers eines hereinkommenden digital modulierten
Signals. Die Fehlerkorrekturschaltung umfasst eine Konstellationsmanipulationsschaltung,
die angepasst ist, um das Phasenkonstellationssystem des hereinkommenden
digital modulierten Signals durch Abbilden jedes Konstellationspunktes
des Phasenkonstellationssystems auf einen vordefinierten Bereich
von Phasenwinkeln zu manipulieren. Der vordefinierte Bereich hat
eine Breite von weniger als 2π.
Die Fehlerkorrekturschaltung umfasst ferner eine Fehlerdetektionsschaltung,
die verbunden ist, um Daten von der Konstellationsmanipulationsschaltung
zu empfangen. Die Daten gehören
zu dem manipulierten Phasenkonstellationssystem. Die Fehlerdetektionsschaltung
ist angepasst, um die Daten auszuwerten, um den Frequenz- und/oder Phasenfehler
zu detektieren.
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In wiederum einer anderen Ausgestaltung
wird ein Verfahren zum Betreiben eines WLAN-Empfängers bereitgestellt, der digital
modulierte Signale empfängt.
Das Verfahren umfasst das Korrigieren eines Frequenz- und/oder Phasenfehlers
eines hereinkommenden digital modulierten Signals. Die Fehlerkorrektur
umfasst die Manipulation des Phasenkonstellationssystems des hereinkommenden
digital modulierten Signals durch Abbilden jedes Konstellationspunktes
des Phasenkonstellationssystems auf einen vordefinierten Bereich
von Phasenwinkeln. Der vordefinierte Bereich hat eine Breite von weniger
als 2π.
Die Fehlerkorrektur umfasst ferner die Auswertung von Daten, die
zu dem manipulierten Phasenkonstellationssystem gehören, um
den Frequenz- und/oder Phasenfehler zu detektieren.
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In noch einer weiteren Ausgestaltung
kann ein Verfahren zum Betreiben eines Datenkommunikationsempfängers bereitgestellt
werden, der digital modulierte Signale empfängt. Das Verfahren umfasst
das Korrigieren eines Frequenz- und/oder
Phasenfehlers eines hereinkommenden digital modulierten Signals.
Die Fehlerkorrektur umfasst die Manipulation des Phasenkonstellationssystems
des hereinkommenden digital modulierten Signals durch Abbilden jedes
Konstellationspunktes des Phasenkonstellationssystems auf einen
vordefinierten Bereich von Phasenwinkeln. Der vordefinierte Bereich
hat eine Breite von weniger als 2π.
Die Fehlerkorrektur umfasst ferner die Auswertung von Daten, die
zu dem manipulierten Phasenkonstellationssystem gehören, um
den Frequenz- und/oder Phasenfehler zu detektieren.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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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 nur auf 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:
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1 ein
schematisches Diagramm ist, das eine Fehlerkorrekturanordnung eines
herkömmlichen
Datenkommunikationsempfängers
verdeutlicht;
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2 ein
Diagramm ist, das die Komponenten einer Synchronisationsschaltung
eines WLAN-Empfängers
gemäß einer
Ausgestaltung verdeutlicht;
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3 ein
ideales Konstellationsdiagramm für
BPSK-modulierte (BPSK: Binary Phase Shift Keying) Signale ist;
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4 ein
ideales Konstellationsdiagramm für
QPSK-modulierte (QPSK: Quadrature Phase Shift Keying) Signale ist;
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5 ein
beispielhaftes Konstellationsdiagramm eines nicht idealen QPSK-modulierten Signals
ist;
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6 ein
manipuliertes Phasenkonstellationssystem gemäß einer Ausgestaltung verdeutlicht;
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7 ein
Flussdiagramm ist, das einen Fehlerkorrekturprozess gemäß einer
Ausgestaltung verdeutlicht; und
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8 ein
Blockdiagramm einer Fehlerkorrekturanordnung gemäß einer Ausgestaltung ist.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die verdeutlichenden Ausgestaltungen
der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
beschrieben werden, in denen gleiche Elemente und Strukturen durch
gleiche Bezugsnummern angegeben sind.
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Wird nun auf die Zeichnungen und
insbesondere auf 2 Bezug
genommen, die die Komponenten eines WLAN-Empfängers gemäß einer Ausgestaltung verdeutlicht,
so umfasst der Empfänger
einen Synchronisationsbasisteil 200, der mit einem Radiofrequenzteil
verbunden ist. Der Radiofrequenzteil kann ein analoger Schaltkreis
sein, der ein analoges Signal empfängt und eine digitalisierte
Entsprechung desselben an den Basisbandteil 200 liefert.
Darüber
hinaus kann der Radiofrequenzteil eine automatische Gainsteuerung
durchführen,
um den Verstärkungsgain
abhängig
von der empfangenen Signalleistung oder Signalstärke zu steuern. Die automatische
Gainsteuerung ist in dem analogen Radiofrequenzteil gelegen und
tauscht Steuersignale mit der digitalen Schaltung des Basisbandteils 200 aus.
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Der Basisbandteil 200 des
WLAN-Empfängers
der vorliegenden Ausgestaltung, die in 2 gezeigt ist, weist eine Anzahl von
Einheiten auf, die miteinander verbunden sind, um einen Datenpfad
auszubilden. Das bedeutet, dass der Basisbandteil 200 das
digitalisierte Eingangssignal von dem Radiofrequenzteil empfängt und
Ausgabedaten erzeugt, die zur weiteren Verarbeitung gefiltert, demoduliert,
decodiert und entwürfelt werden
müssen.
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Beim Empfang des digitalisierten
Eingabesignals in dem Basisbandteil 200 wird eine Leistungsnormierung
(PNO) in Einheit 205 durchgeführt, um die Leistung des Eingabesignals
zu normieren. Die Leistungsnormierung kann unter Steuerung einer
Diversitätsselektionseinrichtung
(DIV) 240 durchgeführt
werden, die eine Antennendiversität steuert und die mit der automatischen
Gainsteuerung des Radiofrequenzteils verbunden ist. Zur Durchführung der
Diversitätsselektion
empfängt
die Diversitätsselektionseinrichtung 240 das
normierte Signal von der Leistungsnormierungseinrichtung 205.
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Die Diversitätsselektionseinrichtung 240 kann
weiterhin ein Steuersignal an eine Präambeldetektionseinrichtung
(PDT) 215 liefern. Die Präambeldetektionseinrichtung 215 empfängt das
normierte Signal von der Leistungsnormierungseinrichtung 205 und
detektiert eine Präambel
in diesem Signal. Eine Präambel
ist ein spezielles Signalmuster, das zur Synchronisationsakquisition
verwendet wird.
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Wie aus 2 ersehen werden kann, liefert die Präambeldetektionseinrichtung 215 Ausgabesignale an
eine Timingfehlerkorrektureinrichtung (TEC) 210 und eine
Frequenzfehlerkorrektureinrichtung (FEC) 220. Diese Einheiten
werden verwendet, um Timingfehler bzw. Frequenzfehler zu detektieren
und zu korrigieren.
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Wie bereits erwähnt, empfängt die Präambeldetektionseinrichtung 215 das
normierte Eingabesignal von der Leistungsnormierungseinrichtung 205.
Zusätzlich
empfängt
es eine Eingabe von dem Vorwärtskoppelfilter
(Feedforward-Filter, DFE-F) 250 eines Entscheidungsrückkopplungsentzerrers
(Decision Feedback Equalizer) 245. Der Vorwärtskoppelfilter 250 empfängt das
Ausgabesignal von der Timingfehlerkorrektureinrichtung 210 und
filtert dieses Signal unter Steuerung der Entscheidungsrückkoppelentzerrungssteuerung (DFE-C) 255.
Das gefilterte Signal wird an die Präambeldetektionseinrichtung 215 geleitet.
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Wie weiterhin der 2 entnommen werden kann, kann die Entscheidungsrückkoppelentzerrungssteuerung 255 abhängig von
bestimmten Eingabesignalen betrieben werden, die von der Frequenzfehlerkorrektureinrichtung 220 und/oder
einer Nichtkohärenzdetektionseinrichtung
(NCD) 225 empfangen werden. Die Nichtkohärenzdetektionseinrichtung 225 filtert
und demoduliert ein Signal, das von der Phasenfehlerkorrektureinrichtung
(PEC) 235 empfangen wird, um eine demodulierte binäre Referenzsequenz
zu erhalten. Die binäre
Referenzsequenz wird in die Entscheidungsrückkoppelentzerrungssteuerung
255 zur gemeinsamen Verarbeitung mit dem Datensignal geleitet, das
von der Frequenzfehlerkorrektureinrichtung 220 kommt.
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Die Phasenfehlerkorrektureinrichtung 235,
die ein Signal an die Nichtkohärenzdetektionseinrichtung 225 liefert,
empfängt
ein Ausgabesignal von der Frequenzfehlerkorrektureinrichtung 220.
Das bedeutet, dass die Frequenzsteuerung und die Phasensteuerung
in zwei separaten Stufen durchgeführt wird und die Phasenfehlerkorrektur
auf Grundlage eines Signals erfolgt, das zuvor bezüglich eines
Frequenzfehlers korrigiert worden ist.
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Wie aus der Figur ersichtlich ist,
liefert die Phasenfehlerkorrektureinrichtung 235 weiterhin
ein Eingabesignal an den Rückkoppelfilter
("Feedback-Filter") 260 des
Entscheidungsrückkopplungsentzerrers 245.
Der Rückkoppelfilter 260 filtert
diese Daten, um Ausgabedaten bereitzustellen, und er wird von der
Entscheidungsrückkoppelentzerrungssteuerung 255 gesteuert.
Weiterhin kann der Rückkoppelfilter 260 ein
Signal empfangen, das die Datenrate angibt.
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Darüber hinaus wird eine Paketstartdetektionseinrichtung
(PST) 230 bereitgestellt, die den Rahmenstartbegrenzungsabschnitt
("Start of Frame
Delimiter", SFD)
in dem empfangenen Datensignal detektiert, um ein Paketstartsteuersignal
zu erzeugen. Zu diesem Zweck empfängt die Paketstartdetektionseinrichtung 230 eine
Eingabe von der Nichtkohärenzdetektionseinrichtung 225.
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Bevor zu den Details der Fehlerkorrekturtechnik
gemäß den Ausgestaltungen übergegangen
wird, die in der Frequenzfehlerkorrektureinrichtung 220 oder
der Phasenfehlerkorrektureinrichtung 235 durchgeführt wird,
ist anzumerken, dass die Ausgestaltungen allgemein eine Konstellationsmanipulation
durch Manipulieren des Phasenkonstellationssystems eines hereinkommenden
digital modulierten Signals anwenden. Es wird daher nun auf die 3 bis 6 Bezug genommen, um die Konstellationsmanipulation
der Fehlerkorrekturtechnik der Ausgestaltungen zu erläutern.
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Wird zunächst auf 3 Bezug genommen, so ist ein ideales
Phasenkonstellationssystem für BPSK-modulierte
Signale dargestellt. Zwei Konstellationspunkte 300, 310 existieren,
die um 180° phasenversetzt
sind. Idealerweise sind die Konstellationspunkte auf der Abszissenachse
gelegen, d. h. die Signale haben keine Quadraturphasenkomponente.
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4 verdeutlicht
das entsprechende Phasenkonstellationssystem im Falle eines QPSK-modulierten Signals.
Das Konstellationsdiagramm enthält
vier Konstellationspunkte 400, 410, 420, 430,
die um 90° phasenversetzt
sind. In dem Phasenkonstellationssystem von 4 bilden die Signalpunkte eine Diamantenkonstellation,
d. h. jeder der Konstellationspunkte hat entweder keine Inphasenkomponente
oder keine Quadraturphasenkomponente.
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Während
die Konstellationsdiagramme der 3 und 4 den idealen Fall betreffen,
wo kein Frequenz- oder Phasenfehler existiert und zusätzlich kein
Rauschen zu den hereinkommenden Signalen hinzugefügt ist, ist
ein realistischeres Phasenkonstellationsdiagramm in 5 für
den Fall QPSK-modulierter
Signale gezeigt. In dem Beispiel von 5 bilden
die vier Konstellationspunkte 500, 510, 520, 530 keine
Diamantenkonstellation, da das Phasensystem infolge eines Frequenz-
und/oder Phasenfehlers gedreht ist, der noch nicht durch eine Synchronisationsschaltung
des Empfängers
kompensiert worden ist. In dem Beispiel von 5 ist das Phasenkonstellationsdiagramm
um 45°,
d. h. π/4,
gedreht, und es ist anzumerken, dass dieser Winkel nur aus Gründen der
Erläuterung
gewählt
worden ist.
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Neben dem Umstand, dass das reale
Phasenkonstellationssystem von 5 gegenüber dem
oben diskutierten idealen Konstellationsdiagramm gedreht ist, gibt
es eine andere Einflussgröße, die
das reale Phasensystem vom idealen Phasensystem abweichen lässt. Diese
Größe ist ein
additives weißes
Gaußsches Rauschen,
das im Kanal hinzugefügt
ist, wenn das Datensignal vom Sender zum Empfänger gesendet wird. Dieses
Rauschen führt
zu einer zufallsverteilten Abweichung jedes empfangenen Signalpunktes.
In 5 wird diese Zufallsverteilung
durch einen kleinen Kreis um jeden Signalpunkt angedeutet. Der Radius
des Kreises definiert für
jeden Signalpunkt einen Bereich der wahrscheinlichsten Inphasen-
und Quadraturphasenwerte. Der Radius des Bereichs kann von der tatsächlichen
aktuellen Kanalbedingung abhängen.
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Wie unten in weiteren Einzelheiten
erläutert
werden wird, führen
die Ausgestaltungen eine Manipulation des Phasenkonstellationssystems
des hereinkommenden, digital modulierten Signals wie etwa des BPSK- oder
QPSK-modulierten Signals durch, indem jeder Konstellationspunkt
dieses Phasenkonstellationssystems auf einen vordefinierten Bereich
von Phasenwinkeln abgebildet wird. Ein Beispiel des manipulierten
Phasenkonstellationssystems ist in 6 gezeigt.
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Wie aus dieser Figur ersichtlich
ist, läuft
der vordefinierte Bereich von Phasenwinkeln von –π/4 zu +π/4 und hat somit eine Weite
von weniger als 2π,
d.h. eine Weite von π/2
in der vorliegenden Ausgestaltung. Bei der Erzeugung des manipulierten
Phasenkonstellationssystems von 4,
ausgehend von dem QPSK-Konstellationssystem von 5, wird jeder der Konstellationspunkte 500, 510, 520, 530 auf
den oben erwähnten vordefinierten
Bereich abgebildet. Somit enthält
das manipulierte Phasenkonstellationssystem von 6 nur einen Konstellationspunkt, der
dann zur weiteren Verarbeitung in einfacher Weise ausgewertet werden
kann.
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Bei der Erzeugung des manipulierten
Phasenkonstellationssystems von 6 aus
dem Phasenkonstellationssystem von 5 werden
die Konstellationspunkte auf den vordefinierten Bereich von Phasenwinkeln
durch Rotation der jeweiligen Konstellationen um einen Winkel von
nπ/2 + π/4 gedreht,
wobei n einen ganzzahligen Wert hat. Somit werden die Konstellationspunkte
kontinuierlich um π/2
gedreht, solange bis die Signalpunkte in den Bereich fallen. Darüber hinaus
kann es eine zusätzliche
Rotation um π/4
geben, und es ist anzumerken, dass in anderen Ausgestaltungen verschiedene
Phasenrotationsschritte angewendet werden könnten.
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Die oben erwähnte Konstellationsmanipulation
kann unter Verwendung einer digitalen Schaltung leicht durchgeführt werden.
Beispielsweise kann eine Rotation um einen Phasenwinkel von π/2 einfach
dadurch durchgeführt werden,
dass ein Vorzeichen- und Registerinhaltaustausch auf die Inphasen- und Quadraturphasenkomponenten
angewendet wird. Eine Rotation und π kann durch Ändern des Vorzeichens beider
Komponenten durchgeführt
werden. Eine Rotation um einen Phasenwinkel von π/4 kann leicht durch Multiplikation des
komplexen Datensignals mit 0,71 + 0,71j durchgeführt werden. Weiterhin können andere
digital implementierte Funktionen verwendet werden, um das Phasenkonstellationssystem
zu manipulieren, beispielsweise durch Umklappen von Konstellationspunkten
von einer Saite des Phasenkonstellationssystems auf die andere Seite.
Weiterhin kann die Phasenrotation eines Signalpunktes in den vordefinierten
Bereich von Phasenwinkeln mit einem Mal erfolgen oder in verschiedene
Unterrotationen unterteilt sein. Im letzteren Fall werden die Konstellationspunkte
um einen gegebenen Phasenschritt wie etwa +π/2 oder –π/2 gedreht, und diese Rotation kann
mehrere Male wiederholt werden.
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Wird nun wieder auf 2 Bezug genommen, so wird nun eine andere
Ausgestaltung einer Fehlerkorrekturanordnung diskutiert werden,
die in der Frequenzfehlerkorrektureinrichtung 220 durchgeführt werden kann.
In dieser Ausgestaltung kann die Frequenzfehlerdetektionseinrichtung 220 verschiedene
Detektionsalgorithmen abhängig
von der aktuellen Synchronisationsstufe anwenden. Beispielsweise
kann in einer oder zwei vorhergehenden Tracking-Perioden ein extern
erzeugter, symbolbasierter Frequenzfehlerwert verwendet werden.
In der nachfolgenden Tracking-Periode
werden die hereinkommenden Chipsamples verarbeitet, um die Phasendifferenz
zwischen zwei Chips, die zeitlich versetzt sind, zu schätzen. Diese
Phasendifferenz gibt einen Frequenzfehler an, und wenn dieser Frequenzfehler
einmal geschätzt
ist, kann ein Loopfilter zweiter Ordnung verwendet werden, um einen
Glättungsvorgang
durch Mittlung des Schätzwertes
durchzuführen.
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Ein C-Code, der verwendet werden
kann, um die Konstellationsmanipulation dieser Ausgestaltung digital
zu implementieren, wird unten angegeben:
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In dieser Ausgestaltung kann die
Variable xtemp in nachfolgenden Programmschritten verwendet werden,
um die Phasendifferenz unter Verwendung einer Arcustangens-Funktion
zu berechnen.
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Wie aus dem oben gelisteten Frequenzfehlerdetektionsprogrammcode
ersichtlich ist, wird ein Fehlerkorrekturprozess wie in 7 durchgeführt. Zunächst werden
im Schritt 700 Chips empfangen. Dann wird die Konstellation im Schritt
710 in den rechten Teil des Konstellationsdiagramms für jeden
Signalpunkt, der im linken Teil gelegen ist, abgebildet. Im Schritt
720 wird ein zusätzlicher
Abbildungsschritt durchgeführt,
um die Signalpunkte in den ersten Quadranten abzubilden. Dann wird
ein zusätzlicher
Abbildungsschritt durchgeführt, um
den ersten Quadranten in den vordefinierten Bereich von Phasenwinkeln
abzubilden, der in der vorliegenden Ausgestaltung von –π/4 bis +π/4 läuft (Schritt
730). Dann wird in Schritt 740 eine Phasenschätzung durchgeführt.
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Eine andere Ausgestaltung betrifft
die Phasenfehlerdetektionseinrichtung 235 der in 2 gezeigten Synchronisationsschaltung.
Diese Phasenfehlerdetektionseinrichtung 235 kann BPSK-
oder QPSK-modulierte Chipsamples verwenden, um den absoluten Phasenfehler
eines einzelnen komplexen Chips zu schätzen. Es kann ferner wiederum
einen Mittlungsloopfilter zweiter Ordnung geben, der auf die Phasenfehlerschätzung folgt.
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Ein C-Code zur digitalen Implementierung
der Konstellationsmanipulation in der Phasenfehlerdetektionseinrichtung
235 ist
unten gezeigt. In dieser Ausgestaltung befindet sich die Synchronisationsschaltung
200 noch
in einer Synchronisationsakquisitionsphase, die in einer Präambelperiode
des hereinkommenden Datenstroms arbeitet, und wendet BPSK-Modulation
an. Es ist jedoch anzumerken, dass diese Beschränkung nicht auf andere Ausgestaltungen
zutreffen mag:
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In diesem Beispiel kann die Variable
xtemp in einer nachfolgenden Funktion verwendet werden, um die absolute
Phase zu berechnen. Wiederum kann die Codesequenz als den Fehlerkorrekturprozess
von 7 durchführend verstanden
werden.
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Es ist anzumerken, dass andere Ausgestaltungen
des in 7 gezeigten Fehlerkorrekturprozesses existieren
können,
wo die Abfolge der Verfahrensschritte von der dargestellten Abfolge
abweichen kann. Einige der Abbildungsschritte können weggelassen werden und
andere können
hinzugefügt
werden. Weiterhin können
die verschiedenen Signalpunkte sogar simultan verarbeitet werden.
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Wie oben erwähnt, kann das Ergebnis der
Konstellationsmanipulationstechnik der Ausgestaltungen verwendet
werden, um den Frequenz- oder Phasenfehler zu berechnen, z. B. durch
Anwendung einer Arcustangens-Funktion. Dies kann bewerkstelligt
werden, indem eine Approximation der Arcustangens-Funktion verwendet
wird. Wenn die Fehlerdetektion in einer Rückkoppelschleifenkonfiguration
durchgeführt
wird, kann die Approximation sogar eine Taylor-Reihe erster Ordnung
der Arcustangens-Funktion sein, d. h. arctan(x) = x. In einer alternativen
Ausgestaltung kann eine Nachschlagetabelle (Look-Up-Tabelle) verwendet
werden, die Arcustangens-Funktionsdaten zu Zwecken der Approximation
speichert. Wenn eine Nachschlagetabelle verwendet wird, kann eine
Approximation höherer
Ordnung ohne Performancenachteile verwendet werden.
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Eine Hardwareimplementierung der
obigen Ausgestaltungen, die z. B. in der Frequenzfehlerkorrektureinrichtung 220 und
der Phasenfehlerkorrektureinrichtung 235 der Synchronisationsschaltung 200 verwendet werden
kann, ist in 8 dargestellt.
In dieser Ausgestaltung wird eine Fehlerdetektionsanordnung bereitgestellt,
die eine Rückkoppelschleifenkonfiguration
enthält.
Es werden ein Korrekturmodul 800 und ein Messmodul
820 bereitgestellt.
Das Messmodul 820 empfängt über eine
Konstellationsrotationseinrichtung 810 eine Ausgabe des
Korrekturmoduls 800 und misst den Fehlern in dem Ausgangssignal.
Basierend auf dem gemessenen Fehler gibt das Messmodul 820 ein
Signal an das Korrekturmodul 800, um es dem Korrekturmodul 800 zu
ermöglichen,
eine Fehlerkorrektur durchzuführen.
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Das Signal, das von dem Messmodul 820 erzeugt
wird, kann ein Steuersignal sein, das dem Korrekturmodul 800 direkt
zugeführt
wird, oder es kann der Fehlerschätzwert
selbst sein. Weiterhin kann es einen Loopfilter 850 zwischen
dem Messmodul 820 und dem Korrekturmodul 800 geben,
um den oben erwähnten Glättungsvorgang
durch Mittlung des Ausgabesignals des Messmoduls 820 durchzuführen.
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Die Konstellationsrotationseinrichtung 810 der
vorliegenden Ausgestaltung ist eine digitale Schaltung, die angepasst
ist, um die oben erwähnte
Konstellationsmanipulation durch Abbilden der Konstellationspunkte auf
den vordefinierten Bereich von Phasenwinkeln durchzuführen. Die
Daten, die zu dem manipulierten Phasenkonstellationssystem gehören, werden
dem Messmodul 820 zugeführt.
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Wie aus 8 ersichtlich ist, kann das Messmodul 820 auf
eine Arcustangens-Approximationseinrichtung 830 und/oder
eine Nachschlagetabelle 840 zugreifen, um die oben erwähnten Approximationen
durchzuführen.
In einer anderen Ausgestaltung können
die Arcustangens-Approximationseinrichtung 830 und/oder
die Nachschlagetabelle 840 in dem Messmodul 820 eingebaut
sein, oder sie können
sogar weggelassen werden.
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Somit wird, unter Berücksichtigung
der oben beschriebenen Ausgestaltungen, eine Fehlerkorrekturtechnik
bereitgestellt, die die Modulation aus dem hereinkommenden Datenstrom
entfernen kann, indem jede Mehrdeutigkeit, die durch die Modulation
verursacht ist, beseitigt wird. Die Technik kann unter Verwendung
digitaler Schaltungen implementiert werden, wodurch die herkömmlichen,
nichtlinearen Modulationsbeseitigungstechniken des Stands der Technik
vermieden werden.
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Es ist anzumerken, dass andere Ausgestaltungen
verwendet werden können,
um die Phasenkonsteltationssysteme in Datenkommunikationssystemen
zu manipulieren, wo andere Modulationstechniken als BPSK oder QPSK
verwendet werden. Beispielsweise kann DBPSK (Differential BPSK,
differentielles BPSK) verwendet werden, wo eine zusätzliche
Rotation um +π/2
oder –π/2 für ausgewählte Konstellationspunkte durchgeführt werden
kann. Ferner können
andere Modulationsarten in anderen Ausgestaltungen verwendet werden,
bei denen die Anzahl der Signalpunkte in dem Konstellationsdiagramm
von 2 oder 4 abweichen kann.
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Während
weiterhin der vordefinierte Bereich von Phasenwinkeln in den obigen
Ausgestaltungen als sich von –π/4 bis +π/4 erstreckend
gezeigt worden ist, so ist anzumerken, dass andere Bereiche in anderen Ausgestaltungen
verwendet werden können,
solange die Breite der Bereiche kleiner als 2π bleibt. Beispielsweise kann
ein vordefinierter Bereich von Phasenwinkeln mit einer Breite von π verwendet
werden, wenn mit BPSK-modulierten Datensignalen gearbeitet wird.
In anderen Ausgestaltungen kann ein Bereich mit einer Breite von π/2 verwendet
werden, der jedoch nicht symmetrisch um die Abszissenachse zentriert
ist, wie dies in 6 der
Fall war.
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Es ist darüber hinaus anzumerken, dass
die Ausgestaltungen auch in einer kombinierten Frequenzphasenfehlerkorrektureinrichtung
verwendet werden können,
während
die obigen Ausgestaltungen entweder eine Frequenzfehlerkorrektureinrichtung 220 oder
eine Phasenfehlerkorrektureinrichtung 235 betreffen.
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Die obigen Ausgestaltungen sind insbesondere
anwendbar auf nicht datenunterstützte
Frequenz- und/oder Phasenkorrekturschaltungen.
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Während
die Erfindung unter Bezugnahme auf die physikalischen Ausgestaltungen,
die in Übereinstimmung
damit konstruiert worden sind, beschrieben worden ist, wird Fachleuten
ersichtlich sein, dass zahlreiche Modifikationen, Variationen und
Verbesserungen der vorliegenden Erfindung im Licht 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 sich
Fachleute auskennen, hier nicht beschrieben worden, um die hier
beschriebene Erfindung nicht unnötig
zu verschleiern. Es ist demgemäß zu verstehen,
dass die Erfindung nicht durch die spezifisch verdeutlichten Ausgestaltungen,
sondern nur durch den Umfang der beigefügten Ansprüche begrenzt wird.
