DE10342361B3

DE10342361B3 - Demodulation eines frequenzmodulierten Empfangssignals mittel zweistufiger Pfadselektion in einem Trellis-Diagramm

Info

Publication number: DE10342361B3
Application number: DE10342361A
Authority: DE
Inventors: Jürgen NIEDERHOLZ; André Neubauer
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2003-09-12
Filing date: 2003-09-12
Publication date: 2005-04-21
Anticipated expiration: 2023-09-13
Also published as: CN1595923A; US20050058226A1

Abstract

In dem Verfahren wird für jeden Zeitpunkt (k + 1)T¶b¶, basierend auf hypothetischen Teilfolgen, die mögliche Anzahl von Null-Durchgängen in dem Intervall [kT¶b¶, (k + 1)T¶b¶] auf der Basis eines Modells für die Frequenzmodulation bestimmt und ein Trellis-Diagramm nach dem Modell aufgestellt. In einem ersten Selektionsschritt werden dann solche Pfade in dem Trellis-Diagramm ausgeschlossen, deren Anzahl von Null-Durchgängen in dem besagten Intervall nicht mit der Anzahl der detektierten Null-Durchgänge der empfangenen Teilfolge in diesem Intervall übereinstimmt. In einem zweiten Selektionsschritt werden die Pfadmetriken der noch existierenden Pfade um die neuen Zweigmetriken nach dem an sich bekannten Viterbi-Algorithmus erweitert. Falls an einem Knotenpunkt zwei Pfade aufeinander treffen, so wird nur derjenige Pfad mit der geringeren Pfadmetrik weiterverfolgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Demodulation eines über Funk übertragenen Empfangssignals, welches senderseitig mit einer Datensymbolfolge digital frequenzmoduliert wurde.
Das Verfahren und die Vorrichtung, auf welche sich die Erfindung bezieht, sind vorzugsweise Bestandteile von schnurlosen digitalen Kommunikationssystemen, welchen der Bluetooth-, DECT-, WDCT-Standard oder ein ähnlicher Standard zugrunde liegt.
In derartigen Kommunikationssystemen werden empfängerseitig zur Demodulation des frequenzmodulierten Empfangssignals und zur Signaldetektion klassische Signalverarbeitungsmethoden verwendet. Ein oftmals verwendetes Verfahren basiert auf dem sogenannten Limiter-Diskriminator-FM-Demodulator, bei welchem nach einer harten Limitierung des in der Regel komplexen Bandpass-Signals eine Demodulation des frequenzmodulierten Signals, beispielsweise durch einen analogen Koinzidenzdemodulator, mit einer entsprechenden Signaldetektion erfolgt.

Ferner sind Empfängerkonzepte bekannt, bei denen das Zwischenfrequenzsignal mit Hilfe eines Analog-Digital-Wandlers in den Digitalbereich umgesetzt wird und die Signaldetektion mit Hilfe von Methoden der digitalen Signalverarbeitung realisiert wird. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der Druckschrift DE 101 03 479.3 beschrieben. Mit derartigen Verfahren lässt sich zwar eine qualitativ hochwertige Signaldetektion erzielen, jedoch ist der Nachteil ein aufwändiger Analog-Digital-Wandler.

In der deutschen Patentanmeldung DE 102 14 581.4 , welche Stand der Technik nach § 3 Abs. 2 PatG darstellt, wird ein Demodulationsverfahren eines digital frequenzmodulierten analogen Empfangssignals in einem schnurlosen Kommunikationssystem beschrieben, bei welchem die zeitlichen Abstände zwischen den Null-Durchgängen des Empfangssignals oder eines aus dem Empfangssignal erzeugten Zwischenfrequenzsignals ermittelt und zur Detektion der digitalen Signaldaten genutzt werden. Die Datensymbole {d_k} eines CPFSK-modulierten (Continuous Phase Frequency Shift Keying) Signals werden derart detektiert, indem die Datensymbolfolge in Teilabschnitte aufgeteilt wird, die eine Mehrzahl von Null-Durchgängen enthalten und deren Länge mehrere Symbolintervalle umfassen kann. Die Folge von Null-Durchgangsabständen kann in einer Schieberegisterkette in digitaler Form gespeichert und in einer Klassifizierungseinrichtung mit vorab gespeicherten Abstandsfolgen verglichen werden, wobei für die Distanzmessung zwischen der gemessenen und den gespeicherten Sequenzen eine City-Block-Metrik vorgeschlagen wird. Diejenige vorab abgespeicherte Mustersequenz, welche die kleinste Distanz von der gemessenen Sequenz aufweist, wird als das gesendete Muster interpretiert. Die diesem ausgewählten Muster entsprechende Datenfolge stellt die detektierte Datenfolge und somit die Lösung des Detektionsproblems dar.

Bei dem in der ebenfalls Stand der Technik nach § 3 Abs. 2 PatG bildenden deutschen Patentanmeldung DE 102 37 867.3 beschriebenen Demodulationsverfahren wird ausgehend von einer Folge von ermittelten Null-Durchgangsabständen des Empfangssignals die Datensymbolfolge derart rekonstruiert, indem unter den möglichen Datensymbolfolgen diejenige als die gesuchte Datensymbolfolge ausgewählt wird, bei welcher die euklidische Distanz zwischen der Folge der Nulldurchgangsabstände und einer empfängerseitig berechneten Folge minimal ist. Empfängerseitig werden alle theoretisch denkbaren Datensymbolfolgen mit einem als Filter darstellbaren Modell für die Frequenzmodulation beaufschlagt, wobei jedes Folgenglied der be rechneten Folge aus einer Faltung der Datensymbolfolge mit einer Filterkoeffizientenfolge berechnet wird. Bei der Rekonstruktion wird ein geeignet um eine reaktive Komponente erweiterter Viterbi-Algorithmus in dem auf der Basis des Modells aufgestellten Trellis-Diagramm verwendet (Reactive Viterbi Algorithm). Hier wird bei der Berechnung der Zweigmetrik die variierende Anzahl von Null-Durchgängen berücksichtigt und somit die gesamte empfangene Sequenz (anstelle von nur Teilsequenzen) bewertet. Nachteilig ist dabei, dass bei der Berechnung der Zweigmetriken eine inhärente Annahme über die gesendeten Daten gemacht werden muss. Dieses führt zu einer additiven Fehlerkomponente in der Zweigmetrik.

In der deutschen Patentanmeldung DE 103 00 267.7 , welche ebenfalls Stand der Technik nach § 3 Abs. 2 PatG darstellt, wird ein Demodulationsverfahren beschrieben, bei welchem die pro Symbolintervall variierende Anzahl von Null-Durchgängen durch eine nichtlineare Vorschrift auf eine pro Symbolintervall konstante Anzahl von Parameterwerten abgebildet wird. Anschließend wird die gesendete Datensymbolfolge aus der Sequenz der Parameterwerte durch einen geeigneten Detektionsalgorithmus wie eine Viterbi-Detektion rekonstruiert. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass die Abbildung im Allgemeinen mit einem Informationsverlust erkauft wird.

Die Druckschrift DE 101 03 479 A1 beschreibt ein Signalempfangs- und -verarbeitungsverfahren für schnurlose Kommunikationssysteme, bei welchem zunächst eine Kanalselektion eines empfangenen Signals mittels eines analogen Kanalselektionsfilters durchgeführt, das Signal anschließend in ein digitales zeit- und wertediskretes Signal umgewandelt wird und schließlich der zeit- und wertekontinuierliche Signalverlauf anhand einer mathematischen Rekonstruktion unter Verwendung der Nulldurchgänge und der Phasenwerte an den Nulldurchgängen mittels eines mathematischen Rekonstruktionsalgorithmus unter Verwendung eines Funktionensystems ermittelt wird.

Die Druckschrift US 6,597,251 B2 bezieht sich auf einen Demodulator und ein Demodulationsverfahren für ein TFM-moduliertes Signal (Tamed Frequency Modulation), welches Verfahren das Berechnen von Schätzwerten für die in dem Signal enthaltenen Datensymbole, das Bestimmen von Schätzwerten für die Phasenverschiebung, das Bestimmen eines Schätzfehlers für den Modulationsindex unter Verwendung der Phasenverschiebung- und der Datensymbolschätzwerte und das Entfernen des Schätzfehlers von dem Modulationsindex-Schätzwert umfasst.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Demodulation eines digital frequenzmodulierten Empfangssignals anzugeben, mit welchem eine hohe Leistungsfähigkeit bei vertretbarem Realisierungsaufwand erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, in welchem ein Demodulationsverfahren beschrieben ist. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Ebenso ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens angegeben.

Das erfindungsgemässe Verfahren geht davon aus, dass die senderseitige Frequenzmodulation des zu übertragenden Signals gedächtnisbehaftet ist und ein Modell für das Modulationsgedächtnis der senderseitigen Frequenzmodulation aufgestellt werden kann. Auf der Grundlage dieses Modell für die gedächtnisbehaftete Frequenzmodulation wird ein Trellis-Diagramm konstruiert. Mittels des Trellis-Diagramms werden Teilfolgen der gesendeten Datensymbolfolge rekonstruiert.

Zunächst werden sämtliche theoretisch denkbaren hypothetischen Teilfolgen berechnet, diese Teilfolgen mit dem Modell beaufschlagt und daraus die den Teilfolgen entsprechenden hypothetischen Null-Durchgangsfolgen ermittelt.

In dem Trellis-Diagramm werden dann nacheinander zwei Selektionsschritte ausgeführt. In einem ersten Selektionsschritt werden die Pfade ausgeschlossen, deren Anzahl von Null-Durchgängen in einem bestimmten Intervall nicht mit der Anzahl der Null-Durchgänge der empfangenen Sequenz in diesem Intervall übereinstimmen. In einem zweiten Selektionsschritt werden die Pfadmetriken der noch existierenden Pfade um die neuen Zweigmetriken erweitert. Diese ergeben sich aus dem Vergleich von empfangenen Null-Durchgängen mit hypothetischen Null-Durchgängen in dem betreffenden Intervall. Treffen an einem Knotenpunkt des Trellis-Diagramms zwei Pfade aufeinander, so wird nur derjenige Pfad mit der geringeren Pfadmetrik weiterverfolgt.

Im Einzelnen weist das erfindungsgemäße Verfahren somit die folgenden Schritte auf:

a) Detektieren von Null-Durchgängen des Empfangssignals,
b) Berechnen von Null-Durchgangsfolgen von Teilfolgen der Datensymbolfolge mit einem Modell für eine gedächtnisbehaftete Frequenzmodulation,
c) Konstruieren eines Trellis-Diagramms auf der Basis des Modells für die gedächtnisbehaftete Frequenzmodulation,
d) Rekonstruieren der gesendeten Datensymbolfolge, wobei für jeden Zeitpunkt (k+1)T_b (T_b Symbolintervall, k = 0, 1,...) während der Dauer einer empfangenen Teilfolge d.1) solche Pfade des Trellis-Diagramms ausgeschlossen werden, deren Zustand bezogen auf das Intervall [kT_b, (k+1)T_b] einer Anzahl von berechneten Null-Durchgängen entspricht, die nicht mit der Anzahl der detektierten Null-Durchgänge des Empfangssignals in dem Intervall [kT_b, (k+1)T_b] übereinstimmt, und anschließend d.2) die Zweigmetriken der übriggebliebenen Pfade berechnet und zu den jeweils existierenden Pfadmetriken addiert werden, wobei im Falle des aufeinander Treffens zweier Pfade in einem Knotenpunkt des Trellis-Diagramms derjenige Pfad mit der geringeren Pfadmetrik ausgewählt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet somit in dem zweiten Selektionsschritt d.2) den an sich bekannten Viterbi-Algorithmus, bei welchem eine sukzessive Pfadmetrikberechnung durch Addition von neuberechneter Zweigmetrik zu bisher existierender Pfadmetrik durchgeführt wird. Die dadurch erreichte Effizienz ist eine notwendige Voraussetzung für eine praktisch und kommerziell (im Sinne einer geringen Chipfläche) sinnvolle Implementierung eines Sequenzdetektions-Algorithmus. Durch diese sukzessive Metrikberechnung ist die Anzahl der Berechnungen pro Symbolintervall begrenzt und hängt unter anderem von der Anzahl der Zustände des Trellis-Diagramms ab. Des Weiteren hat die Verwendung der ersten Metrik und des damit verbundenen ersten Selektionsschrittes den Vorteil, dass mit dem Fortschreiten durch das Trellis-Diagramm eine deutliche Ausdünnung der potentiell noch zu betrachtenden Pfade einhergeht. Nur für diese noch übrigbleibenden Pfade muss dann die aufwändigere zweite Metrik durch den zweiten Selektionsschritt berechnet werden.

In dem Verfahrensschritt b) werden die gebildeten hypothetischen Teilfolgen der Datensymbolfolge mit dem dem Trellis-Diagramm zugrunde gelegten Modell für die gedächtnisbehaftete Frequenzmodulation beaufschlagt. Dies kann vorteilhafter Weise durch ein Filter ausgeführt werden, welches so ausgeführt sein sollte, dass es die Signalerzeugung im Sender zumindest näherungsweise beschreibt. In dem Filter kann eine Faltung einer Eingangsgröße mit Filterkoeffizienten durchgeführt werden und dadurch eine Ausgangsgröße erzeugt werden. Das Filter wird somit eingangsseitig mit den hypothetischen Teilfolgen der Datensymbolfolge gespeist und in dem Filter finden Faltungen der Datensymbole {d_k} mit Koeffizientenfolgen {h_i,k} statt.

Das Filter kann auch als lineare Zustandsmaschine (Finite State Machine: FSM) gemäss der Begriffsdefinition des NIST (National Institute of Standards and Technology) ausgeführt sein. Für näheres wird auf die deutsche Patentanmeldung „Verfahren und Vorrichtung zur Berechnung von Nulldurchgangs-Referenzsequenzen für die Signaldetektion winkelmodulierter Signale auf der Basis von Nulldurchgängen des Empfangssignals" (Anmelderin Infineon Technologies AG) verwiesen, welche zur Gänze in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung einbezogen wird.

Das in dem Modell angenommene Modulationsgedächtnis weist stets eine definierte Länge L auf. Wird bei einer senderseitigen Modulation ein Modulationsgedächtnis der Länge L ≥ 2 herangezogen (man spricht in diesem Fall auch von sogenannten Partial-Response-Modulationsverfahren, bei welchen sich die spektrale Impulsfunktion g(t) über mehrere Symbolintervalle erstreckt), wird das Gedächtnis der Modulation durch das von der FSM definierte Rechenmodell in linearer Form berücksichtigt. Der Modulationstyp, insbesondere die gewählte spektrale Impulsfunktion g(t), beeinflusst die lineare Gleichung, die den Zusammenhang zwischen den Zustandsvariablen und den Ausgangswerten der FSM angibt.

Bei der Abarbeitung des Viterbi-Algorithmus wird auf rekursive Weise der sogenannte kürzeste Pfad durch das Trellis-Diagramm bestimmt. Die Bestimmung dieses kürzesten Pfads durch das Trellis-Diagramm ist gleichbedeutend mit der Rekonstruktion der von dem Sender ausgesandten Datensymbolfolge. Da im vorliegenden Fall das vorstehend erwähnte Modell für die Frequenzmodulation zugrunde gelegt wird, stellen die Knoten des Trellis-Diagramms die Filterzustände dar. Die vertikal übereinander liegenden Knoten beziehen sich auf dieselbe Symboltaktgrenze. Das bedeutet, dass sich die durch die Knoten dargestellten Zustände in horizontaler Richtung um eine diskrete Zeit, nämlich die Symbolzeitdauer, durch welche der Symboltakt bestimmt ist, unterscheiden.

Es wird angenommen, dass der Kanal verzerrungsfrei ist, so dass das Auftreten von Intersymbol-Interferenzen bei der Detektion vernachlässigt wird. Diese Annahme ist realistisch bei drahtlosen Kommunikationssystemen mit kurzen Distanzen wie Bluetooth, DECT usw.

Bei der Berechnung der Zweigmetriken in dem zweiten Selektionsschritt können verschiedene Metriken zur Anwendung kommen. Es kann beispielsweise eine Abstandsmetrik wie eine euklidische Abstandsmetrik verwendet werden, bei der der euklidische Abstand zwischen der empfangenen Nulldurchgangsfolge und der theoretischen Nulldurchgangsfolge massgeblich ist. Derjenige Zweig mit dem kleinsten euklidischen Abstand wird ausgewählt und die entsprechend berechnete Zweigmetrik wird zu der bestehenden Pfadmetrik hinzuaddiert.

Vorteilhafterweise sind die Vorrichtung und der das frequenzmodulierte Signal aussendende Sender bereits synchronisiert, wenn von der Vorrichtung die für die Demodulation notwendigen Schritte unternommen werden. Zu diesem Zweck umfassen die Vorrichtung und der Sender insbesondere Einheiten zur Symbolsynchronisierung.

Vorzugsweise wird das auszusendende Signal senderseitig mittels des CPFSK (Continuous Phase Frequency Shift Keying)-Verfahrens moduliert.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist einen Detektor für Null-Durchgänge des Empfangssignals auf. Ferner weist die Vorrichtung einen Folgengenerator zum Bilden von hypothetischen Teilfolgen der Datensymbolfolge auf. Zum Rekonstruieren der gesendeten Datensymbolfolge enthält die Vorrichtung eine Vergleichs- und Berechnungseinheit zum Filtern der von dem Folgengenerator gelieferten Teilfolgen mit dem Modell für die Frequenzmodulation, zum Ermitteln von hypothetischen Null-Durchgangsfolgen entsprechend den gefilterten Teilfolgen, zum Vergleichen der Anzahlen der hypothetischen und der detektierten Null-Durchgänge und zum Berechnen von Zweigmetriken von Pfaden und zu deren Addition zu jeweils existierenden Pfadmetriken nach vorherigem Ausschluss von Pfaden aufgrund des Anzahlvergleichs der Nulldurchgänge.

Der Detektor für Null-Durchgänge des Empfangssignals kann durch eine konventionelle Limiter/Diskriminator-Vorrichtung gebildet sein.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 die Wirkungsweise eines Detektors für Null-Durchgänge;
2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
3a, 3b schematische Darstellungen von jeweils einem Teil der Zustände des Trellis-Diagramms mit den Selek tionsschritten Trellis-Ausästung (a) und Trellis-Verfolgung (b).
In der 1 ist dargestellt, wie ein analoges Empfangssignal, welches sich beispielsweise im Zwischenfrequenzbereich befindet, mit Hilfe eines Null-Durchgangsdetektors 1 in ein rechteckförmiges Signal umgesetzt wird, dessen Null-Durchgänge auszuwerten sind. Die Anzahl der Null-Durchgänge pro Symbolintervall (oder Abschnitt des Symbolintervalls) kann detektiert und für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden. Der Null-Durchgangsdetektor 1 kann durch eine Limiter/Diskriminator-Vorrichtung gebildet sein oder eine derartige Vorrichtung enthalten.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist schematisch in der 3 dargestellt. Die von der jeweils gesendeten Symbolsequenz abhängende Anzahl der Null-Durchgänge wird in einem erweiterten, dreidimensionalen Trellis-Diagramm abgebildet. Das Trellis-Diagramm wurde auf der Grundlage einer Annahme über die gedächtnisbehaftete Frequenzmodulation im Sender aufgestellt.
Ein konventionelles Trellis-Diagramm weist die zwei Dimensionen Zeit und potentiell gesendete Bits bzw. Trellis-Zustände als Zustandsbeschreibung (gegebenenfalls mit zusätzlicher Null-Phaseninformation) auf. Gemäß 3a wird nun in dem Trellis-Diagramm in der dritten Dimension die potentielle Anzahl der Null-Durchgänge als zusätzliche Zustandskomponente aufgetragen. Durch Anwendung des Anzahlvergleichs der Null-Durchgänge zwischen empfangener Teilfolge und potentiellen möglichen empfangenen Teilfolgen wird dann in jedem Zeitschritt die dritte Dimension reduziert (Trellis-Ausästung). Die potentiell möglichen empfangenen Teilfolgen werden durch Anwendung eines Kanalmodells auf sämtliche potentiell möglichen ausgesendeten Teilfolgen berechnet.
Ausgehend von dem definierten Anfangszustand zur Zeit t = 0 werden die Null-Durchgänge des im Intervall [0, T_b] empfange nen Signals gezählt. Da in diesem Intervall nur eine endliche Anzahl von Null-Durchgängen existieren kann (in 3 sind dies vier oder fünf Null-Durchgänge für d_k+1 = 0 und fünf oder sechs Null-Durchgänge für d_k+1 = 1) werden im ersten Selektionsschritt nur die Pfade beibehalten, die dieser Anforderung entsprechen. Diese Pfadselektion wird auch als Trellis-Ausästung (trellis pruning) bezeichnet.
Durch den ersten Selektionsschritt entsteht das in der 3b dargestellte konventionelle zweidimensionale Trellis-Diagramm. Der zweite Selektionsschritt erfolgt im selben Zeitschritt durch Berechnung einer zweiten Metrik wie bei dem standardmäßigen Viterbi-Algorithmus und kann als Trellis-Verfolgung (trellis pursuit) bezeichnet werden. Dieser zweite Selektionsschritt besteht darin, dass für jeden noch existierenden Pfad die neue Zweigmetrik berechnet und zur bisherigen Pfadmetrik addiert wird. Auf diese Weise werden in jedem der aufeinander folgenden Zeitschritte beide Selektionsschritte nacheinander durchgeführt, d.h. in dem nächsten Zeitschritt wird wieder der erste Selektionsschritt durchgeführt, in dem weitere Pfade ausselektiert werden und für die übriggebliebenen Pfade werden in dem zweiten Selektionsschritt die neuen Pfadmetriken errechnet. Im Verlauf dieses Selektionsprozesses treffen irgendwann zwei Pfade im zweidimensionalen Trellis-Diagramm in einem Knotenpunkt aufeinander (in 3b für t = kT_b). In einer solchen Situation wird derjenige Pfad selektiert, der die geringere Pfadmetrik aufweist.
In der 3a sind alle Pfade, die den ersten Selektionsschritt überleben, als durchgezogene Pfeile gekennzeichnet, während die aussortierten Pfade als gestrichelte Pfeile gezeichnet sind. In der 3b sind die nach der Berechnung der zweiten Metrik und gegebenenfalls der Anwendung eines zweiten Selektionsschrittes (Aufeinandertreffen zweier Pfade in einem Knoten) weiterverfolgten Pfade als die dickeren Pfeile dargestellt. In dem Beispiel der 3a, b wurde ein modulationsinhärentes Gedächtnis von einer Symboldauer angenommen.
In der 2 ist beispielhaft und schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gezeigt. Darin liefert der Null-Durchgangsdetektor 1 die Zeitpunkte t_i der detektierten Null-Durchgänge an die Vergleichs- und Berechnungseinheit 3. Diese erhält von einem Folgengenerator 2 eine Anzahl potentiell möglicher gesendeter Teilfolgen der Datensymbole. In der Vergleichs- und Berechnungseinheit 3 wird auf die von dem Folgengenerator 2 gelieferten Teilfolgen eine Filterung unter Zugrundelegung des Modells für die gedächtnisbehaftete Frequenzmodulation angewandt. Es wird also vorausberechnet, in welcher Weise die verschiedenen potentiellen möglichen ausgesendeten Teilfolgen durch das Modulationsgedächtnis verändert werden und wie sich dies auf die Null-durchgangsfolgen auswirkt. Es werden somit in der Vergleichs- und Berechnungseinheit 3 hypothetische Null-Durchgangsfolgen berechnet. In der Vergleichs- und Berechnungseinheit 3 wird auf der Basis des Modells ferner das Trellis-Diagramm konstruiert. In jedem Zeitschritt werden nun in dem ersten Selektionsschritt diejenigen Pfade eliminiert, bei denen die Anzahl der berechneten Null-Durchgänge nicht mit der Anzahl der detektierten Null-Durchgänge überstimmt. In dem darauffolgenden zweiten Selektionsschritt berechnet die Vergleichs- und Berechnungseinheit 3 die Zweigmetriken der überlebenden Pfade und addiert diese zu den existierenden Pfadmetriken der entsprechenden Pfade. Nach Abarbeitung des Schemas für die Dauer einer Teilfolge gibt die Vergleichs- und Berechnungseinheit 3 die dem überlebenden Pfad entsprechende Datensymbolfolge {d_k} aus.
Der beschriebene zweistufige Entscheidungsprozess mit den zwei voneinander verschiedenen Metriken ermöglicht somit die Implementierung eines effizienten Maximum-Likelihood-Sequenzdetektionsverfahrens auf der Basis des bekannten Viterbi-Algorithmus. Die Leistungsfähigkeit des erfindungsge mäßen Verfahrens kann beispielsweise durch eine Bitfehler-SNR-(Signal-zu-Rausch-Leistungsverhältnis)Kurve bewertet werden und erreicht nahezu die durch die Maximum-Likelihood-Sequenzdetektion (gemäß der DE 102 37 867.3 ) gegebene Optimalität. Das beschriebene Verfahren ermöglicht so die Verwendung eines im Allgemeinen kosten- und aufwandsgünstigen Zwischenfrequenzempfängers mit limitierendem Ausgang in Kombination mit sehr leistungsfähigen und effizienten digitalen Empfängerkonzepten.
Beispielhaft kann das erfindungsgemäße Verfahren auf CPFSK-Signale (Continuous Phase Frequency Shift Keying) angewendet werden, die bei Kommunikationsverfahren wie DECT oder Bluetooth eingesetzt werden.

Claims

Verfahren zur Demodulation eines senderseitig mit einer Datensymbolfolge {d_k} digital frequenzmodulierten analogen Empfangssignals, mit den Schritten: a) Detektieren von Null-Durchgängen des Empfangssignals, b) Berechnen von Null-Durchgangsfolgen von Teilfolgen der Datensymbolfolge mit einem Modell für eine gedächtnisbehaftete Frequenzmodulation, c) Konstruieren eines Trellis-Diagramms auf der Basis des Modells für die gedächtnisbehaftete Frequenzmodulation, d) Rekonstruieren der gesendeten Datensymbolfolge, wobei für jeden Zeitpunkt (k+1)T_b (T_b Symbolintervall, k = 0, 1,...) während der Dauer einer empfangenen Teilfolge d.1) solche Pfade des Trellis-Diagramms ausgeschlossen werden, deren Zustand bezogen auf das Intervall [kT_b, (k+1)T_b] einer Anzahl von hypothetischen Null-Durchgängen entspricht, die nicht mit der Anzahl der, detektierten Null-Durchgänge des Empfangssignals in dem Intervall [kT_b, (k+1)T_b] übereinstimmt, und anschließend d.2) die Zweigmetriken der übriggebliebenen Pfade berechnet und zu den jeweils existierenden Pfadmetriken addiert werden, wobei im Falle des aufeinander Treffens zweier Pfade in einem Knotenpunkt des Trellis-Diagramms derjenige Pfad mit der geringeren Pfad metrik ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – im Verfahrensschritt b) Datensymbole der hypothetischen Teilfolgen in ein Filter eingespeist werden, in welchem die Null-Durchgangsfolgen auf der Basis des Modells berechnet werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter eine lineare Zustandsmaschine (FSM) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – vor der Durchführung der Verfahrensschritte der das frequenzmodulierte Signal aussendende Sender und der das frequenzmodulierte Signal empfangende Empfänger miteinander synchronisiert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das frequenzmodulierte Empfangssignal ein CPFSK-Signal (Continuous Phase Frequency Shift Keying) ist.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit – einem Detektor (1) für Null-Durchgänge des Empfangssignals, – einem Folgengenerator (2) zum Bilden von hypothetischen Teilfolgen der Datensymbolfolge, und – einer Vergleichs- und Berechnungseinheit (3) zum Berechnen von Null-Durchgangsfolgen entsprechend dem Modell der gedächtnisbehafteten Frequenzmodulation, zum Vergleichen der Anzahlen der berechneten und der detektierten Null-Durchgänge und zum Berechnen von Zweigmetriken von Pfaden und zu deren Addition zu jeweils existierenden Pfadmetriken nach vorherigem Ausschluss von Pfaden aufgrund des Anzahlvergleichs der Null-Durchgänge.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass – die Vergleichs- und Berechnungseinheit (3) ein Filter für die Berechnung der Null-Durchgangsfolgen auf der Basis des Modells aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass – das Filter eine lineare zustandsmaschine ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass – der Null-Durchgangsdetektor (1) durch eine Limiter/Diskriminator-Vorrichtung gebildet ist oder eine derartige Vorrichtung enthält.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, welche auf CPFSK-Signale (Continuous Phase Frequency Shift Keying) ausgelegt ist.
Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10 in einem schnurlosen digitalen Kommunikationssystem, welches insbesondere auf dem Bluetooth- oder dem DECT- oder dem WDCT-Standard basiert.