DE10229121B4

DE10229121B4 - Phasensystemdrehung zur Leistungsschätzung

Info

Publication number: DE10229121B4
Application number: DE10229121A
Authority: DE
Inventors: Lutz Dathe; Wolfram Kluge; Dietmar Eggert
Original assignee: Advanced Micro Devices Inc
Current assignee: GlobalFoundries Inc
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2022-06-29
Also published as: US20040001466A1; US7313099B2; DE10229121A1

Abstract

Verfahren zum Schätzen der Leistung eines digital modulierten Signals, das durch einen Empfänger in einem Kommunikationssystem empfangen wird, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Bestimmen (310) von Inphase- und Quadraturphase-Werten eines Phasenkonstellationssystems in Bezug auf das empfangene Signal,
Berechnen (320, 330, 600, 610, 620) von wenigstens einem modifizierten Inphase-Werte und wenigstens einem modifizierten Quadraturphase-Wert in Bezug auf das um einen vorbestimmten Winkel gedrehte Phasenkonstellationssystem,
Bestimmen (340, 630) der absoluten Werte der Inphase- und Quadraturphase-Werte sowie der modifizierten Inphase- und Quadraturphase-Werte,
Identifizieren (350, 640) des Maximums der absoluten Werte, und
Bestimmen (360) einer Leistungsschätzung des empfangenen Signals auf der Basis des identifizierten Maximalwertes.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Verarbeitung von digital modulierten Signalen, die in einem Kommunikationssystem wie etwa einem WLAN-System (WLAN: Wireless Local Area Network = Drahtloses lokales Netz) empfangen werden, und insbesondere einen Empfänger, einen IC-Chip und ein Betriebsverfahren, die zur Schätzung der Leistung eines empfangene Signals verwendet werden können.
Ein WLAN ist ein flexibles Datenkommunikationssystem, das als Erweiterung zu oder als Alternative für ein drahtgebundenes LAN implementiert ist. Unter Verwendung einer Hochfrequenz- oder Infrarottechnologie senden und empfangen WLAN-Systeme Daten drahtlos, wodurch die Drahtverbindungen minimiert werden können. WLAN-Systeme kombinieren also Datenaustauschsmöglichkeiten mit Benutzermobilität.
Die meisten WLAN-Systeme verwenden eine Spreizspektrum-Technik, d.h. eine Breitband-Hochfrequenztechnik, die für die Verwendung in zuverlässigen und sicheren Kommunikationssystemen entwickelt wurde. Die Spreizspektrum-Technik sieht einen Kompromiss zwischen der Bandbreiteneffizienz und den Ansprüchen an Zuverlässigkeit, Integrität und Sicherheit vor. Zwei Typen von Spreizspektrum-Hochfrequenzsystemen werden häufig eingesetzt: das Frequenzsprung- und das Direktsequenzsystem.
Der geltende Standard für WLANs, die im 2,4 GHz-Spektrum betrieben werden, ist der IEEE 802.11-Standard. Um Übertragungen mit höheren Datenraten zu unterstützen, wurde der Standard zu dem 802.11b-Standard erweitert, der Datenraten von 5,5 und 11 MBit/s im 2,4 GHz-Spektrum erlaubt. Diese Erweiterung ist abwärtskompatibel, zumindest was die Direktsequenz-Spreizspektrumtechnik betrifft. Beide Standards nutzen verschiedene digitale Modulationstechniken.
Ein digital moduliertes Signal in einem WLAN muss verarbeitet werden, um den Einfluss von Störungen zu kompensieren und die Ausgangsleistung konstant zu halten. Um Leistungsänderungen in dem digital modulierten Eingangssignal zu kompensieren, ist gewöhnlich eine automatische Verstärkungssteuerschaltung in dem Empfänger vorgesehen. Ein typisches Blockdiagramm einer derartigen automatischem Verstärkungssteuerschaltung ist in 1 gezeigt. Die Einheit von 1 umfasst einen Verstärker 100 und eine Rückkopplungsschleife mit einer Leistungsberechnungseinheit 110 und einer Verstärkungssteuereinheit 120. Die Leistungsberechnungseinheit 110 berechnet die aktuelle Leistung des Ausgangssignals des Verstärkers 100, und die Verstärkungssteuereinheit 120 gibt ein Verstärkungssteuersignal an den Verstärker 100 aus.
Die Amplitude oder Leistung eines digital modulierten Signals kann durch I (Inphase)- und Q (Quadraturphase)-Werte wiedergegeben werden, wobei die I- und Q-Werte in einem komplexen Diagramm angezeigt werden können. Die I-Werte geben den tatsächlichen Teil und die Q-Werte den virtuellen Teil des Signals wieder. Wenn die Leistungsberechnungseinheit 110 die Ausgangsleistung berechnet, muss sie die Quadratwurzel der Summe des quadrierten I-Werts und des quadrierten Q-Wertes für jedes empfangene Paar von I- und Q-Werten berechnen.
Die herkömmlichen Techniken zum Berechnen der Ausgangsleistung umfassen unnötige und komplizierte Berechnungsschritte. Insbesondere ist die Berechnung der quadrierten I- und Q-Komponenten sowie die Berechnung der Quadratwurzel unvorteilhaft. Es hat sich herausgestellt, dass die für die Berechnung der Leistung verwendeten Schaltungen eine beträchtliche Komplexität aufweisen müssen und deshalb für die hohen Entwicklungs- und Herstellungskosten verantwortlich sind.

WO 94/18772 bezieht sich auf das Empfangen von digitalen Daten, die als Modulation eines ausgewählten Funkfrequenzsignals übertragen werden und betrifft im speziellen Schaltungen zum Reduzieren von Fehlern in den empfangenen digitalen Daten. Eine Fehlernachführungsschleife für einen Empfänger empfängt ein komplexes Datensignal, welches eine Inphasen-Datenkomponente und eine entsprechende Quadraturphase-Komponente aufweist. Der Empfänger enthält einen Detektor zum Auffinden der Inphasen-Datenkomponente von dem empfangenen Signal. Die Fehlernachführungsschleife enthält weiterhin einen Filter zum Abschätzen einer Quadratur-Komponente entsprechend der aufgefundenen Inphasen-Komponente, und einen Fehlerkorrigierer, der als Reaktion auf ein Signal, welches die Inphase-Datenkomponente und die abgeschätzte Quadratur-Komponente aufweist, um eine Fehlerkorrektur entsprechend einer ausgewählten Charakteristik des empfangenen Signals durchzuführen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Patentanmeldung, einen verbesserten Empfänger, einen IC-Chip und ein Betriebsverfahren anzugeben, welche die Durchführung einer Leistungsschätzung in einer einfachen und weniger komplexen Implementierung erlauben.

Diese Aufgabe ist durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst.

Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.

In einer Ausführungsform ist ein Verfahren zum Schätzen der Leistung eines digital modulierten Signals vorgesehen, das durch einen Empfänger in einem Kommunikationssystem empfangen wird. Das Verfahren umfasst das Bestimmen der Inphase- und Quadraturphase-Werte eines Phasenkonstellationssystems in Bezug auf das empfange Signal, das Berechnen von wenigstens einem modifizierten Inphase-Wert und wenigstens einem modifizierten Quadraturphase-Wert in Bezug auf das um einen vorbestimmten Winkel gedrehte Phasenkonstellationssystem und das Bestimmen von absoluten Werten der Inphase- und Quadraturphase-Werte sowie der modifizierten Inphase- und Quadraturphase-Werte. Das Verfahren umfasst weiterhin das Identifizieren des Maximums der absoluten Werte und das Bestimmen einer Leistungsschätzung des empfangenen Signals auf der Basis des identifizierten Maximalwertes.

In einer anderen Ausführungsform ist ein Empfänger zum Empfangen eines digital modulierten Signals in einem Kommunikationssystem vorgesehen. Der Empfänger umfasst eine Signalverarbeitungseinheit, die dafür ausgebildet ist, Inphase- und Quadraturphase-Werte eines Phasenkonstellationssystems in Bezug auf das empfange Signal zu bestimmen, sowie eine Berechnungseinheit, die dafür ausgebildet ist, wenigstens einen modifizierten Inphase-Wert und wenigstens einen modifizierten Quadraturphase-Wert in Bezug auf das um einen vorbestimmten Winkel gedrehte Phasenkonstellationssystem zu berechnen. Die oben genannte Signalverarbeitungseinheit ist weiterhin dafür ausgebildet, die absoluten Werte der Inphase- und Quadraturphase-Werte sowie der modifizierten Inphase- und Quadraturphase-Werte zu bestimmen und das Maximum der absoluten Werte zu identifizieren. Der Empfänger umfasst weiterhin eine Leistungsschätzeinheit, die dafür ausgebildet ist, eine Leistungsschätzung des empfangenen Signals auf der Basis des identifizierten Maximalwertes zu bestimmen.

In einer weiteren Ausführungsform kann ein IC-Chip zum Verarbeiten eines digital modulierten Signals, das in einem Kommunikationssystem empfangen wird, vorgesehen werden. Der IC-Chip umfasst eine Signalverarbeitungsschaltung, die dafür ausgebildet ist, Inphase- und Qudraturphase-Werte eines Phasenkonstellationssystems in Bezug auf das empfangene Signal zu bestimmen, sowie eine Berechnungsschaltung, die dafür ausgebildet ist, wenigstens einen modifizierten Inphase-Wert und wenigstens einen modifizierten Quadraturphase-Wert in Bezug auf das um einen vorbestimmten Winkel gedrehte Phasenkonstellationssystem zu berechnen. Die oben genannte Signalverarbeitungsschaltung ist weiterhin dafür ausgebildet, absolute Werte der Inphase- und Quadraturphase-Werte sowie der modifizierten Inphase- und Quadraturphase-Werte zu bestimmen und das Maximum der absoluten Werte zu identifizieren. Der IC-Chip umfasst weiterhin eine Leistungsschätzschaltung zum Bestimmen einer Leistungsschätzung des empfangenen Signal auf der Basis des identifizierten Maximalwertes.

Die beigefügten Zeichnungen sind Bestandteil der Beschreibung und dienen dazu, die Prinzipien der vorliegenden Erfindung zu verdeutlichen. Die Zeichnungen schränken die Erfindung nicht auf die gezeigten und beschriebenen Beispiele von Ausführungsformen ein. Weitere Merkmale und Vorteile werden durch die folgende ausführlichere Beschreibung der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verdeutlicht.
1 ist ein typisches Blockdiagramm einer herkömmlichen automatischen Verstärkungssteuerschleife zum Steuern der Verstärkung eines Verstärkers,
2 ist ein Blockdiagramm einer Leistungsschätzeinheit gemäß einer Ausführungsform und zeigt den Signalfluss zwischen den verschiedenen Einheiten,
3 ist ein Flussdiagramm, das den Prozess zum Durchführen der Leistungsschätzung gemäß einer Ausführungsform zeigt,
4 zeigt ein Phasenkonstellationssystem, wobei die I- und Q-Werte einen Phasenkonstellationspunkt des empfangenen Signals wiedergeben, während die IX- und QX-Werte den um 45° gedrehten Phasenkonstellationspunkt wiedergeben,
5 ist ein Blockdiagramm einer Leistungsschätzeinheit gemäß einer anderen Ausführungsform, die ein Widerstandsnetz implementiert,
6 ist ein Flussdiagramm, das den Prozess zum Durchführen der Leistungsschätzung unter Verwendung des Widerstandsnetzes von 5 darstellt,
7 zeigt ein anderes Phasenkonstellationssystem,
8 stellt die Realisierung der Leistungsschätzeinheit durch elektronische Bauelemente in elektronischen Schaltungen gemäß einer Ausführungsform dar,
9 zeigt das Widerstandsnetz von 5 mit seinen Ein- und Ausgangsanschlüssen,
10 zeigt die Konstellation des gedrehten Phasenkonstellationssystems in Bezug auf das ursprüngliche Phasenkonstellationssystem,
11 zeigt die Funktion der Abweichung des Maximalwertes von dem tatsächlichen Wert in Abhängigkeit vom Signalphasenwinkel,
12 zeigt ein BPSK-moduliertes I-Signal, das in der Zeitdomäne für einen Teilsatz von Phasenverschiebungen zwischen 0° und 36° wiedergegeben ist,
13 zeigt ein BPSK-moduliertes Q-Signal, das in der Zeitdomäne für einen Teilsatz von Phasenverschiebungen zwischen 0° und 36° wiedergegeben ist,
14 zeigt das IX-Signal, das in der Zeitdomäne für einen Teilsatz von Phasenverschiebungen zwischen 0° und 36° wiedergegeben ist,
15 zeigt das QX-Signal, das in der Zeitdomäne für einen Teilsatz von Phasenverschiebungen zwischen 0° und 36° wiedergegeben ist,
16 zeigt eine Überlappung der absoluten Werte des Q-Signals, I-Signals, QX-Signals und IX-Signals, die in der Zeitdomäne für einen Teilsatz von Phasenverschiebungen zwischen 0° und 36° wiedergegeben sind,
17 zeigt die Hülle des Maximums aller absoluten Werte des Q-Signals, des I-Signals, des QX-Signals und des IX-Signals, die in der Phasendomäne wiedergegeben sind,
18 zeigt ein BPSK-moduoliertes I-Signal, das in der Zeitdomäne für Phasenverschiebungen zwischen 0° und 360° wiedergegeben ist,
19 zeigt ein BPSK-moduliertes Q-Signal, das in der Zeitdomäne für Phasenverschiebungen zwischen 0° und 360° wiedergegeben ist,
20 zeigt das IX-Signal, das in der Zeitdomäne für Phasenverschiebungen zwischen 0° und 360° wiedergegeben ist,
21 zeigt das QX-Signal, das in der Zeitdomäne für Phasenverschiebungen zwischen 0° und 360° wiedergegeben ist,
22 zeigt eine Überlappung der absoluten Werte des Q-Signals, des I-Signals, des QX-Signals und des IX-Signals, die in der Zeitdomäne für Phasenverschiebungen zwischen 0° und 360° wiedergegeben sind,
23 zeigt die Hülle des Maximums aller absoluten Werte des Q-Signals, I-Signals, QX-Signals und IX-Signals, die in der Phasendomäne für die Phase wiedergeben sind,
24 zeigt ein QPSK-moduliertes I-Signal, das in der Zeitdomäne für einen Teilsatz von Phasenverschiebungen zwischen 0° und 36° wiedergeben ist,
25 zeigt ein QPSK-moduliertes Q-Signal, das in der Zeitdomäne für einen Teilsatz von Phasenverschiebungen zwischen 0° und 36° wiedergeben ist,
26 zeigt ein QPSK-moduliertes IX-Signal, das in der Zeitdomäne für einen Teilsatz von Phasenverschiebungen zwischen 0° und 36° wiedergeben ist, und
27 zeigt ein QPSK-moduliertes QX-Signal, das in der Zeitdomäne für einen Teilsatz von Phasenverschiebungen zwischen 0° und 36° wiedergeben ist.
Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, wobei identische Elemente und Aufbauten durch gleiche Bezugszeichen angegeben werden.
Im Folgenden wird auf die Zeichnungen und insbesondere auf 2 Bezug genommen, die eine Leistungsschätzeinheit gemäß einer Ausführungsform zeigt. Eine Antenne empfängt ein digital moduliertes Signal, und das empfangene Signal wird jeweils durch eine I-Wert-Bestimmungseinheit 200 und eine Q-Wert-Bestimmungseinheit 210 in seine I- und Q-Komponenten zerlegt. Die I- und Q-Werte geben jeweils den tatsächlichen und den virtuellen Teil der Leistung des empfangenen digital modulierten Signals wieder.
Eine Berechnungseinheit 220 bestimmt einen IX-Wert, indem sie die Differenz des I-Wertes und des Q-Wertes berechnet und das Ergebnis durch einen Faktor von 2 teilt:
Die Berechnungseinheit 220 bestimmt weiterhin einen QX-Wert, indem sie die Summe des I-Wertes und des Q-Wertes berechnet und das Ergebnis durch einen Faktor von 2 teilt:
Die IX- und QX-Werte werden dann in eine Gewichtungseinheit 230 eingegeben. Die Gewichtungseinheit 230 multipliziert den IX-Wert und den QX-Wert mit einem Faktor gleich der Quadratwurzel von zwei, d.h. √2. Die gewichteten IX- und QX-Werte geben einen Punkt eines Phasenkonstellationssystems wieder, das um 45° gedreht ist.
Die gewichteten IX- und QX-Werte und die ursprünglich empfangenen I- und Q-Werte werden in eine Absolutwert-Bestimmungseinheit 240 eingegeben, um die absoluten Werte für jeden der I-, Q-, IX- und QX-Werte zu bestimmen. Die Absolutwert-Bestimmungseinheit 240 wird mit einem Spitzendetektor 250 verbunden, der das Maximum aller absoluten Werte identifiziert, die in den Spitzendetektor 250 eingegeben werden. Der jetzt verfügbare Spitzenwert wird in eine Leistungsberechnungseinheit 260 eingegeben, um eine Leistungsschätzung des empfangenen Signals zu berechnen. Die Leistungsschätzung kann zur Steuerung der Verstärkung eines nachfolgenden Verstärkers verwendet werden, um Eingangsleistungsänderungen zu kompensieren und die Ausgangsleistung konstant zu halten.
Das in 3 gezeigte Flussdiagramm stellt ein Verfahren zur Leistungsschätzung gemäß einer Erfindung dar. In dem ersten Schritt 310 werden dei I- und Q-Werte gleichzeitig gemessen. Der nächste Schritt 320 sieht die Berechnung der IX- und QX-Werte, d.h. die Erstellung eines neuen komplexen Signals innerhalb eines um 45° gedrehten Konstellationssystems vor.
Der Leistungsschätzprozess umfasst in dem folgenden Schritt die Gewichtung 330 der IX- und QX-Werte durch das Multiplizieren der Werte mit einem Faktor gleich der Quadratwurzel von zwei (√2).
Die I- und Q-Werte und die gewichteten IX- und QX-Werte sind jetzt verfügbar, um in Schritt 340 gleichgerichtet zu werden. Die gleichgerichteten Werte I, Q, IX und QX werden dann in einem Maximumbestimmungsschritt 350 verarbeitet, um einen Maximalwert der gleichgerichteten Werte zu bestimmen und den Maximalwert für den Leistungsberechnungsschritt 360 bereitzustellen. Dieser Schritt 360 berechnet eine Leistungsschätzung, die verwendet werden kann, um die Verstärkung eines nachfolgenden Verstärkers zu steuern.
Am Ende des Leistungsschätzprozesses kann der gesamte Prozess zurückkehren, um die Leistungsschätzung mit den neu gemessenen I- und Q-Werten zu wiederholen.
4 stellt ein Phasenkonstellationssystem dar, in dem die I- und Q-Werte die Position des empfangenen Signalpunktes definieren. Wie aus 2 deutlich wird, werden die gewichteten IX- und QX-Werte durch die Berechnungseinheit 220 und die Gewichtungseinheit 230 bestimmt. Die gewichteten IX- und QX-Werte definieren die Position des empfangenen Signalspunkts, die um 45° gedreht ist.
Wie weiter oben genannt, kann eine Leistungsberechnung in einer automatischen Verstärkungssteuerschleife durchgeführt werden. Dazu kann der Empfänger ein passives Impedanznetz verwenden.
5 zeigt ein Blockdiagramm der Leistungsschätzeinheit gemäß einer anderen Ausführungsform. Wiederum empfängt eine Antenne ein digital moduliertes Signal, und das empfangene Signal wird jeweils durch eine I-Wert-Bestimmungseinheit 200 und eine Q-Wert-Bestimmungseinheit 210 in seine I- und Q-Komponenten aufgeteilt. Die I- und Q-Werte in dem komplexen Diagramm werden weiter unten ausführlicher erläutert.
Die I- und Q-Werte sind Eingangssignale für einen Signalerzeuger 500. Der Signalerzeuger 500 erzeugt einen IN- und einen IP-Wert sowie einen QN- und einen QP-Wert. Der IN-Wert wird um 180° relativ zu der Phase des IP-Wertes phasenverschoben. Der QN-Wert wird um 180° relativ zu der Phase des QP-Wertes phasenverschoben. Die erzeugten IN- und IP-Werte geben den negativen oder positiven ursprünglich empfangenen I-Wert wieder, und die erzeugten QN- und QP-Werte geben den negativen oder positiven ursprünglich empfangenen Q-Wert wieder. Der Signalerzeuger ist mit einem Widerstandsnetz 510 verbunden, und die erzeugten Werte IN, IP, QN und QP werden in das Widerstandsnetz eingegeben.
Das Widerstandsnetz 510 umfasst eine Vielzahl von Widerständen, die verbunden sind, um die Eingangssignale um einen vorbestimmten Dämpfungsfaktor abwärtszuskalieren und die abwärtsskalierten Signale QN71, QP71, IN71 und Ip71 auszugeben. Die Widerstände sind weiterhin verbunden, um die Ausgangssignale IXN, IXP, QXN und QXP vorzusehen. Das Widerstandsnetz wird weiter unten ausführlicher erläutert.
Alle Ausgangssignale des Widerstandsnetzes 510 werden in eine Absolutwert-Bestimmungseinheit 520 eingegeben. Die Absolutwert-Bestimmungseinheit 520 bestimmt die absoluten Werte für jeden Eingangswert. Die Absolutwert-Bestimmungseinheit 520 ist mit einem Spitzendetektor 530 verbunden, der das Maximum der absoluten Werte bestimmt, die aus der Absolutwert-Bestimmungseinheit 520 ausgegeben werden. Der identifizierte Maximalwert wird nun in die Leistungsberechnungseinheit 260 eingegeben. Die Leistungsberechnungseinheit 260 berechnet eine Leistungsschätzung, die verwendet werden kann, um eine Verstärkung eines nachfolgenden Verstärkers zu steuern.
Der durch die Vorrichtung von 5 durchgeführte Leistungsschätzprozess wird im Folgenden mit Bezug auf 6 erläutert. In dem Flussdiagramm werden die I- und Q-Werte gleichzeitig in Schritt 300 gemessen. In Schritt 600 werden die Werte IN, IP, QN und QP unter Verwendung der gemessenen I- und Q-Werte erzeugt. Wie oben genannt, wird der IN-Wert um 180° relativ zu der Phase des IP-Wertes phasenverschoben und wird der QN-Wert um 180° relativ zu der Phase des QP-Wertes phasenverschoben.
Wie in 6 gezeigt, unterteilt sich der Leistungsschätzprozess dann in Schritt 610 zum Abwärtsskalieren der Werte sowie in Schritt 620 zum Berechnen der gedrehten Werte. Beide Schritte des Leistungsschätzprozesses können gleichzeitig unter Verwendung der zuvor erzeugten Werte IN, IP, QN und QP durchgeführt werden.
Der Schritt 610 skaliert die Eingangswerte um einen Faktor gleich dem Kehrwert der Quadratwurzel von 2 nach unten und gibt die nach unten skalierten Werte IN71, IP71, QN71 und QP71 an die Gleichrichtungseinheit 520 aus. In Schritt 620 werden die Werte IXN, IXP, QXN und QXP berechnet, die ebenfalls zu der Gleichrichtungseinheit 620 ausgegeben werden.
Der Gleichrichtschritt 630 bestimmt den absoluten Wert für jeden zuvor bestimmten Wert, wobei dann in Schritt 640 das Maximum aller gleichgerichteten Werte identifiziert wird. Der identifizierte Maximalwert wird nun in dem Leistungsberechnungsschritt 360 verwendet, um eine Leistungsschätzung zu berechnen, die dann verwendet werden kann, um die Verstärkung eines nachfolgenden Verstärkers zu steuern.
Wiederum kann der Leistungsschätzprozess zurückschreiten, um den gesamten Prozess unter Verwendung eines Widerstandsnetzes mit neu gemessenen I- und Q-Werten zu wiederholen.
Wie zuvor genannt, können die I- und Q-Werte in einem Phasenkonstellationssystem angezeigt werden. 7 zeigt ein Phasenkonstellationssystem, in dem die I- und Q-Werte einen Phasenkonstellationspunkt eines empfangenen Signals definieren. Die Abwärtsskalierung des Phasenkonstellationspunktes des empfangenen Signals um einen Faktor gleich dem Kehrwert der Quadratwurzel von zwei (1/√2) sieht einen abwärtsskalierten Signalpunkt vor, der auf der gestrichelten Kreislinie positioniert ist. Die gestrichelte Kreislinie gibt eine Stufe eines Phasenkonstellationssystems an, das um den Faktor gleich dem Kehrwert der Quadratwurzel von zwei geschrumpft ist.
Der abwärtsskalierte Signalpunkt gibt das aufeinander bezogene Paar der Ausgangssignale IN71, IP71, QN71 und QP71 des Widerstandsnetzes 510 von 5 wieder. Wenn außerdem das Widerstandsnetz 510 betrieben wird, wird ein Signalpunkt in dem geschrumpften Phasenkonstellationssystem erzeugt, der um 45° gedreht ist. Die Position des gedrehten Signals in dem Phasenkonstellationssystem wird durch die IX- und QX-Werte definiert. Der gedrehte Signalpunkt gibt das aufeinander bezogene Paar der Widerstandsnetz-Ausgangssignale IXN, IXP, QXN und QXP wieder.
8 zeigt die elektronischen Bauelemente, die verwendet werden können, um den Leistungsschätzprozess auszuführen. Die dargestellten Widerstände 840 sind verbunden, um die Modifiziertwert-Berechnungseinheit 220 zu bilden, wobei die Widerstände der vorliegenden Ausführungsform alle die gleichen Widerstandswerte aufweisen.
Vier Spitzendetektoren 800 bis 830 sind in der Schaltung von 8 implementiert, um das Maximum des entsprechenden Signals zu identifizieren. Jeder Spitzendetektor ist verbunden, um ein rückzusetzendes Löschsignal zu empfangen. Weiterhin sind vier elektronische Schalter 850 bis 880 vorgesehen, um die Ausgangssignale zu den Ausgangsanschlüssen zu schalten, sodass sie als Dioden fungieren.
Die Funktion des Widerstandsnetzes wird im Folgenden ausführlicher mit Bezug auf 9 erläutert. Der Signalerzeuger 500 ist mit dem Widerstandsnetz 510 verbunden und gibt die Werte IN, IP, QN und QP an entsprechende Eingangsanschlüsse des Widerstandsnetzes 510 aus. Zwischen den Eingangsanschlüssen IN und IP und zwischen den Ausgangsanschlüssen QN und QP ist ein Widerstandsteiler vorgesehen, um die abwärtsskalierten Werte zu erzeugen.
Weiterhin umfasst das Widerstandsnetz eine Vielzahl von Widerständen, die jeweils den gleichen Widerstandswert aufweisen, um die gedrehten Signalpunktwerte zu erzeugen.
Die Ausgangsanschlüsse IN71 und IP71 geben die I-Eingangssignale aus, die durch einen ersten Widerstandsteiler abwärtsskaliert werden, der zwischen den IN- und IP-Eingangsanschlüssen verbunden ist. Die Ausgangsanschlüsse QN71 und QP71 geben die Q-Eingangssignale aus, die durch einen zweiten Widerstandsteiler abwärtsskaliert werden, der zwischen den QN- und QP-Eingangsanschlüssen verbunden ist. Der Abwärtsskalierfaktor für IN71, IP71, QN71 und QP71 ist der Kehrwert der Quadratwurzel von zwei. Auf diese Weise sieht die Abwärtsskalierung eine Verschiebung des empfangenen Signalpunktes in dem Phasenkonstellationssystem nach unten zu der gestrichelten Kreislinie von 7 vor.
Wie weiterhin in 9 gezeigt, sind die Widerstände verbunden, um sowohl die Werte IN71, IP71, QN71 und QP71 als auch die Werte IXN, IXP, QXN und QXP auszugeben. Wie aus den vorstehenden Formeln deutlich wird, geben IXN und IXP eine Differenz der aufeinander bezogenen Widerstandsnetz-Eingangssignale wieder und geben QXN und QXP die Summe der Widerstandsnetz-Eingangssigale wieder.
Durch das Bestimmen der Summe und der Differenz mittels eines Widerstandsnetzes 510 wird sowohl eine Reduktion der Amplitude um einen Faktor gleich dem Kehrwert der Quadratwurzel von zwei als auch eine Drehung um 45° in dem Phasenkonstellationssystem bewirkt. Der resultierende Signalpunkt ist also auf der gestrichelten Kreislinie von 7 zusätzlich zu dem Signalpunkt positioniert, der durch das Abwärtsskalieren der Eingangssignale mithilfe der Widerstandsteiler erzeugt wird.
Zusammenfassend gesagt, gibt das Widerstandsnetz 510 die Ausgangssignale IN71, IP71, QN71 und QP71 sowie die Ausgangssignale IXN, IXP, QXN und QXP aus. In dem Leistungsschätzprozess werden dann die Ausgangssignale des Widerstandsnetzes 510 gleichgerichtet und wird das Maximum der gleichgerichteten Signale in die Leistungsberechnungseinheit 260 eingegeben, um eine Leistungsschätzung zu berechnen.
10 zeigt auf schematische Weise die Konstellation der Eingangs- und Ausgangsanschlüsse, die über Widerstände miteinander verbunden sind.
11 zeigt die Abweichung des Maximalwertes in Abhängigkeit von dem Signalphasenwinkel. Die Funktion der Abweichung hat eine periodische Form und hat weist ein lokales Maximum bei dem Signalphasenwinkel von 22,5° auf. Die Abweichungsfunktion weist Maxima auf, die in Schritten von 45° wiederkehren.
Im Folgenden werden Beispiele von Signalwellenformen erläutert, um den Betrieb der Leistungsschätzeinheit gemäß einer der Ausführungsformen im Detail darzulegen. Dazu wird auf 12 bis 27 Bezug genommen.
12 bis 15 zeigen die BPSK-modulierten Signale I, Q, IX und QX in der Zeitdomäne für einen Teilsatz der Phasenverschiebungswinkel zwischen 0° und 36°. Die Phasenverschiebungen beeinflussen die Amplitude des Signals, wobei die Richtung der Amplitudenvariation des Signals durch einen Pfeil angegeben wird.
Das Diagramm in 16 zeigt eine Überlappung der gleichgerichteten Signale I, Q, IX und QX für einen Teilsatz der Phasenverschiebungswinkel zwischen 0° und 36°.
17 zeigt die Hülle des Spitzenwertes in Abhängigkeit von der Phase, die einen maximalen Spitzenwert bei der 0°-Phase und eine maximale Abweichung bei 22.5° aufweist. Die Kurve von 17 kann als Entsprechung zu dem am weitesten links vorgesehenen Teil der Kurve von 11 aufgefasst werden.
18 bis 21 stellen die Signale I, Q, IX und QX in der Zeitdomäne für einen Phasenverschiebungswinkel zwischen 0° und 360° dar. Die Phasenverschiebungen beeinflussen die Amplitude des Signals, und jede aufgetragene Funktion gibt einen entsprechenden Phasenverschiebungswinkel wieder.
22 zeigt eine Überlappung der gleichgerichteten Signals I, Q, IX und QX, die für einen Phasenverschiebungswinkel zwischen 0° und 360° gezeigt sind.
23 zeigt die Hülle des Maximums der gleichgerichteten Signale I, Q, IX und QX in Abhängigkeit von der Phase zwischen 0° und 360°. Der aufgetragene Maximalwert weist eine periodische Form auf, wobei das Maximum bei 0° liegt und in Schritten von 45° wiederkehrt.
24 bis 27 entsprechen den 12 bis 15, zeigen jedoch QPSK-modulierte Signale I, Q IX und QX in der Zeitdomäne für einen Teilsatz der Phasenverschiebungswinkel zwischen 0° und 36°.
Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, dass alle beschriebenen Ausführungsformen eine Technik mit hoher Präzision, hoher Genauigkeit und hoher Dichte angeben, die insbesondere in einer automatischen Verstärkungssteuerschleife verwendet werden kann und die Gesamteffizienz verbessert.
Die Anordnungen können den Vorteil bieten, dass sie einen Prozess wie den Leistungsschätzprozess erlauben, wobei keine Auflösung von komplizierten Formeln mehr erforderlich ist.
Weiterhin können die Anordnungen Vorteile bieten, weil ein Widerstandsnetz für die Spannungsskalierung der Signale verwendet wird. Dies erlaubt eine Bewertung der Leistung eines digital modulierten Signals, ohne dass ein aktiver Verstärker mit einer Verstärkung gleich der Quadratwurzel von zwei verwendet wird. Die Beseitigung von aktiven Elementen in den Schaltungen reduziert den Stromverbrauch.
Weiterhin wird die Herstellung vereinfacht, wodurch die oben beschriebenen Ausführungsformen die Herstellungskosten herabsetzen.
Die vorliegende Erfindung wurde mit Bezug auf bestimmte physikalische Ausführungsformen erläutert, wobei dem Fachmann jedoch deutlich sein sollte, dass verschiedene Modifikationen, Variationen und Verbesserungen der vorliegenden Erfindung gemäß der oben gelehrten Techniken und anhand der beigefügten Ansprüche vorgenommen werden können, ohne dass dadurch der Erfindungsumfang der vorliegenden Erfindung verlassen wird. Außerdem wurden diejenigen Aspekte, die dem Fachmann vertraut sein sollten, hier nicht eigens beschrieben, um die Erfindung nicht durch unnötige Details zu verundeutlichen. Es ist weiterhin zu beachten, dass die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern lediglich durch den Umfang der beigefügten Ansprüche eingeschränkt wird.

Claims

Verfahren zum Schätzen der Leistung eines digital modulierten Signals, das durch einen Empfänger in einem Kommunikationssystem empfangen wird, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bestimmen (310) von Inphase- und Quadraturphase-Werten eines Phasenkonstellationssystems in Bezug auf das empfangene Signal, Berechnen (320, 330, 600, 610, 620) von wenigstens einem modifizierten Inphase-Werte und wenigstens einem modifizierten Quadraturphase-Wert in Bezug auf das um einen vorbestimmten Winkel gedrehte Phasenkonstellationssystem, Bestimmen (340, 630) der absoluten Werte der Inphase- und Quadraturphase-Werte sowie der modifizierten Inphase- und Quadraturphase-Werte, Identifizieren (350, 640) des Maximums der absoluten Werte, und Bestimmen (360) einer Leistungsschätzung des empfangenen Signals auf der Basis des identifizierten Maximalwertes.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Winkel gleich 45° ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Berechnen des modifizierten Inphase-Wertes das Subtrahieren des Quadraturphase-Wertes von dem Inphase-Wert und das Dividieren des Ergebnisses durch zwei umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Berechnen des modifizierten Inphase-Wertes weiterhin das Multiplizieren des Ergebnisses der Division mit der Quadratwurzel von zwei umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Berechnen des modifizierten Quadraturphase-Wertes das Addieren des Quadraturphase-Wertes zu dem Inphase-Wert und das Dividieren der Summe durch zwei umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Berechnen des modifizierten Quadraturphase-Wertes weiterhin das Multiplizieren des Ergebnisses der Division mit der Quadratwurzel von zwei umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Bestimmen der absoluten Werte das Gleichrichten von Signalen umfasst, die jeweils die Inphase- und Quadraturphase-Werte sowie die modifizierten Inphase- und Quadraturphase-Werte wiedergeben.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Gleichrichten das Schalten von Ausgangssignalen zu Ausgangsanschlüssen durch elektronische Schalter (850 – 880) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Gleichrichten das Betreiben einer Diode umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das empfangene Signal ein QPSK (Quadrature Phase Shift Keying = Quadraturphasenverschiebung)-Signal ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das empfange Signal ein BPSK (Binary Phase Shift Keying = Binärphasenverschiebung)-Signal ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren für die Durchführung in einer automatischen Verstärkungskontrollschleife des Empfängers ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schritt zum Bestimmen der Inphase- und Quadraturphase-Werte die Inphase- und Quadraturphasewerte gleichzeitig bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz des empfangenen Signals eine Frequenz aus der Vielzahl von Frequenzen eines bandbegrenzten Spektrums ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Berechnen der modifizierten Inphase- und Quadraturphase-Werte für einen beliebigen Signalpunkt des gedrehten Phasenkonstellationssystems durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Berechnen der modifizierten Inphase- und Quadraturphase-Werte für einen Signalpunkt des gedrehten Phasenkonstellationssystems durchgeführt wird.
Empfänger zum Empfangen eines digital modulierten Signals in einem Kommunikationssystem mit: einer Signalverarbeitungseinheit (200, 210, 240, 250, 520, 530), das dafür ausgebildet ist, Inphase- und Quadraturphase-Wert eines Phasenkonstellationssystems in Bezug auf das empfangene Signal zu bestimmen, und einer Berechnungseinheit (220, 230, 510), die dafür ausgebildet ist, wenigstens einen modifizierten Inphase-Wert und wenigstens einen modifizierten Quadraturphase-Wert in Bezug auf das um einen vorbestimmten Winkel gedrehte Phasenkonstellationssystem zu berechnen, wobei die Signalverarbeitungseinheit weiterhin dafür ausgebildet ist, absolute Werte der Inphase- und Quadraturphase-Werte sowie der modifizierten Inphase- und Quadraturphase-Werte zu bestimmen und das Maximum der absoluten Werte zu identifizieren, wobei der Empfänger weiterhin umfasst: eine Leistungsschätzeinheit (260), die dafür ausgebildet ist, eine Leistungsschätzung des empfangenen Signals auf der Basis des identifizierten Maximalwertes zu bestimmen.
Empfänger nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Wert gleich 45° ist.
Empfänger nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungseinheit weiterhin dafür ausgebildet ist, den modifizierten Inphase-Wert zu berechnen, indem sie den Quadraturphase-Wert von dem Inphase-Wert subtrahiert und das Subtraktionsergebnis durch zwei dividiert.
Empfänger nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungseinheit weiterhin dafür ausgebildet ist, das Ergebnis der Division mit der Quadratwurzel von zwei zu multiplizieren.
Empfänger nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungseinheit weiterhin dafür ausgebildet ist, den modifizierten Quadraturphase-Wert zu berechnen, indem sie den Quadraturphase-Wert zu dem Inphase-Wert addiert und die Summe durch zwei dividiert.
Empfänger nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungseinheit weiterhin dafür ausgebildet ist, das Ergebnis der Division mit die Quadratwurzel von zwei zu multiplizieren.
Empfänger nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungseinheit dafür ausgebildet ist, die absoluten Werte zu bestimmen, indem sie Signale gleichrichtet, die jeweils die Inphase- und Quadraturphase-Werte sowie die modifizierten Inphase- und Quadraturphase-Werte wiedergeben.
Empfänger nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungseinheit Dioden zum Gleichrichten der Signale umfasst, welche jeweils die Inphase- und Quadraturphase-Werte sowie die modifizierten Inphase- und Quadraturphase-Werte wiedergeben.
Empfänger nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungseinheit wenigstens einen elektronischen Schalter zum Bestimmen der absoluten Werte umfasst.
Empfänger nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das digital modulierte Signal ein QPSK (Quadrature Phase Shift Keying = Quadraturphasenverschiebung)-Signal ist.
Empfänger nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das digital modulierte Signal ein BPSK (Binary Phase Shift Keying = Binärphasenverschiebung)-Signal ist.
Empfänger nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine automatische Verstärkungssteuerschleife, welche die Signalverarbeitungseinheit, die Berechnungseinheit und die Leistungsschätzeinheit umfasst.
Empfänger nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungseinheit weiterhin dafür ausgebildet ist, die Inphase- und Quadraturphase-Werte gleichzeitig zu bestimmen.
Empfänger nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass dieser dafür ausgebildet ist, das digital modulierte Signal mit einer spezifischen Frequenz aus einer Vielzahl von Frequenzen eines bandbegrenzten Spektrums zu empfangen.
Empfänger nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungseinheit weiterhin dafür ausgebildet ist, die modifizierten Inphase- und Quadraturphase-Werte für einen beliebigen Signalpunkt des gedrehten Phasenkonstellationssystems zu berechnen.
Empfänger nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungseinheit weiterhin dafür ausgebildet ist, die modifizierten Inphase- und Quadraturphase-Werte für einen Signalpunkt des gedrehten Phasenkonstellationssystems zu berechnen.
IC-Chip zum Verarbeiten eines digital modulierten Signals, das in einem Kommunikationssystem empfangen wird, mit: einer Signalverarbeitungsschaltung (200, 210, 240, 250, 520, 530), die dafür ausgebildet ist, die Inphase- und Quadraturphase-Werte eines Phasenkonstellationssystem mit Bezug auf das empfangene Signal zu bestimmen, und einer Berechnungsschaltung (220, 230, 510), die dafür ausgebildet ist, wenigstens einen modifizierten Inphase-Wert und wenigstens einen modifizierten Quadraturphase-Wert mit Bezug auf das um einen vorbestimmten Winkel gedrehte Phasenkonstellationssystem zu berechnen, wobei die Signalverarbeitungsschaltung weiterhin dafür ausgebildet ist, absolute Werte der Inphase- und Quadraturphase-Werte sowie der modifizierten Inphase- und Quadraturphase-Werte zu bestimmen und das Maximum der absoluten Werte zu identifizieren, wobei der IC-Chip weiterhin umfasst: eine Leistungsschätzschaltung (260) zum Bestimmen einer Leistungsschätzung des empfangenen Signals auf der Basis des identifizierten Maximalwertes.