DE112015001066T5

DE112015001066T5 - Frequenz- und Phasenversatzkompensation von modulierten Signalen mit Symboltaktrückgewinnung

Info

Publication number: DE112015001066T5
Application number: DE112015001066.1T
Authority: DE
Inventors: Denis A. Gudovskiy; Lichung Chu
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2015-02-25
Publication date: 2016-12-01
Also published as: CN106165366B; WO2015148036A1; CN106165366A; JP2017513417A; US20150280841A1; US9270390B2

Abstract

Es werden Systeme und Verfahren bereitgestellt, in denen ein drahtloser Empfänger dazu ausgebildet sein kann, Frequenz- und Phasenversätze mit gemeinsamer Symboltaktrückgewinnung von über einen Kanal übertragenen modulierten Signalen zu kompensieren, und ein Transformationsmodul umfassen kann, das dazu ausgebildet ist, ein Fehlersignal für ein Informationssignal zu erzeugen, das das von dem Empfänger empfangene modulierte Signal darstellt. Das Transformationsmodul kann ein Quadriermodul, das dazu ausgebildet ist, das Informationssignal zu quadrieren, wodurch ein quadriertes Signal erzeugt wird, und eine Mischeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, eine komplexe Multiplikation des quadrierten Signals mit dem lokalen Bezugssignal auszuführen, und einen Downsampler umfassen. Das Transformationsmodul kann auch dazu ausgebildet sein, Frequenz- und Phasenversätze mit gemeinsamer Symboltaktrückgewinnung zu extrahieren und kompensieren.

Description

Technisches Gebiet
Die offenbarte Technologie betrifft allgemein Kommunikationssysteme und insbesondere betreffen einige Ausführungsformen Systeme und Verfahren für Frequenz- und Phasenversatzkompensation mit Symboltaktrückgewinnung für empfangene modulierte Signale.
Beschreibung der verwandten Technik
Drahtlose Kommunikationsvorrichtungen sind in unserer heutigen Gesellschaft weit verbreitet. Mit den zahlreichen weiteren Fortschritten in der Kommunikationstechnologie werden sowohl im Verbrauchersektor, als auch im kommerziellen und öffentlichen Sektor immer mehr Vorrichtungen mit fortgeschrittenen Kommunikationsfähigkeiten eingeführt. Außerdem haben Fortschritte bei der Verarbeitung von Energie- und Niedrigenergieverbrauchstechnologien sowie auch Fortschritte bei der Datenkodierung und Modulationstechniken zur Ausbreitung von verdrahteten und drahtlosen Kommunikationsfähigkeiten auf einer breiteren Basis geführt.
So sind beispielsweise heutzutage Kommunikationsnetzwerke, sowohl verdrahtete als auch drahtlose, in vielen Privat- und Büroumgebungen üblich. Solche Netzwerke ermöglichen es zahlreichen bis jetzt unabhängigen Vorrichtungen, Daten und andere Informationen zu teilen, um die Produktivität oder ein einfach die Nutzerfreundlichkeit zu verbessern. Beispielhafte Netzwerke umfassen Bluetooth-Kommunikationsnetzwerke und verschiedene IEEE-Standard basierte Netzwerke wie beispielsweise 802.11 und 802.16 Kommunikationsnetzwerke, um nur ein paar zu nennen.
Zusätzlich wurden in vielen Bereichen und Branchen verwendete Werkzeuge, Instrumente und sonstige Ausrüstung dahingehend weiterentwickelt, dass sie drahtlose Kommunikationsfähigkeiten als Teil ihrer Routinefunktion umfassen. Diese Kommunikationsfähigkeiten können einen Austausch von Informationen, einschließlich Informationen wie beispielsweise Befehls- und Steuerinformation zur Steuerung der Gerätschaft; Telemetrie, Daten oder sonstige durch die Gerätschaft bezogenen Informationen; Status, Berichte und sonstige „Haushalts”-Information; sowie auch sonstigen Informationen ermöglichen, die bei Betrieb, Verwendung, Anwendung und Wartung der Gerätschaft nützlich oder notwendig sein können.
1 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm, das ein Beispiel für einen Sender und einen Empfänger zeigt, die mit jeglicher eine Anzahl von drahtlosen Vorrichtungen verwendet werden können, die Gerätschaft vom vorstehend genannten Typ umfassen. In Abhängigkeit von den erwünschten Fähigkeiten können diese Vorrichtungen einen Sender, einen Empfänger oder auch beides (als Transceiver bezeichnet) umfassen. Der Sender empfängt Information 122 zur Übertragung und kann einen Präkodierer 132, einen Modulator 134, einen Verstärker 136 und eine Antenne 138 aufweisen. Der Fachmann wird verstehen, dass ein drahtloser Sender auch andere Funktionen umfassen kann. Der Präkodierer 132 kann beispielsweise zur Präkodierung der Daten vorgesehen sein, um die Leistung durch Berücksichtigung von Kanalparametern oder Kennlinien zu optimieren.
Der Modulator 134 wird im Wesentlichen verwendet, um die zu sendende Information zu empfangen und ein moduliertes Hochfrequenzsignal (RF) auszugeben. Die Modulation wird typischerweise durch Kombination (beispielsweise Multiplikation) das Informationssignals 122 (ob präkodiert oder nicht) mit einer Trägerwelle bei der erwünschten Trägerfrequenz erreicht. Die Modulation kann je nach der zu sendenden Information in der analogen oder digitalen Domäne ausgeführt werden. Beispiele für grundlegende digitale Modulationstechniken umfassen Phase Shift Keying (PSK), Frequency Shift Keying (FSK), Quadrature Amplitude Modulation (QAM) und Variationen davon, wobei jedoch auch andere digitale Modulationstechniken bekannt sind und verwendet werden können.
Der Verstärker 136 kann vorgesehen sein, um das Signal zur Übertragung von der Antenne 138 zu verstärken. Die Antenne 138 ist vorgesehen, um das modulierte Trägersignal als ein elektromagnetisches Signal über den Kommunikationskanal 124 (beispielsweise die Luft) auszustrahlen. Auf ähnliche Weise ist auch eine Antenne 148 an dem Empfänger vorgesehen. Auf der Empfängerseite wird die Antenne 148 verwendet, um das über den Kommunikationskanal ausgestrahlte elektromagnetische Signal zu empfangen. In Ausführungsformen, die einen Transceiver verwenden, können, je nach den Transceiver-Eigenschaften, getrennte Antennen zum Senden und Empfangen von Operationen verwendet werden oder kann die gleiche Antenne verwendet werden.
Weiterhin mit Bezugnahme auf den Empfänger umfasst der grundlegende beispielhafte in 1 gezeigte Empfänger die Antenne 148, einen Hochfrequenzverstärker 142, einen Demodulator 144 und ein Filter 146. Der Hochfrequenzverstärker 142 verstärkt das von der Antenne 148 empfangene Signal und liefert es an den Demodulator 144. Der Demodulator 144 macht im Wesentlichen die von dem Modulator 134 angewendete Modulation rückgängig. Mit anderen Worten stellt der Demodulator 144 das Signal, das die ursprüngliche Information trägt, aus der modulierten Trägerwelle wieder her. Das Filter 146 kann vorgesehen sein, um unerwünschtes Rauschen in dem wiederhergestellten Informationssignal 123 zu beseitigen. Filterung kann auch am vorderen Ende des Empfängers angewendet werden, um die Kanalselektivität zu verbessern. Wie bei dem Sender wird der Fachmann auch hier verstehen, wie zusätzliche Merkmale und Komponenten in Abhängigkeit von den Zielen und Zwecken des Kommunikationssystems mit dem Empfänger vorgesehen sein können. Beispielsweise kann bei einem digitalen Empfänger das System Analog-zu-Digital-Umwandlung vor der Demodulation umfassen und kann die Demodulation in der digitalen Domäne ausgeführt werden. Ein weiteres Beispiel können mehrfache Abwärtswandlungsschritte ausgeführt werden, wie beispielsweise in einem superheterodynen Empfänger. Außerdem kann auch noch das eingehende Signal zuerst in eine Mittelfrequenz (IF) abwärtsgewandelt werden, und kann das IF-Signal vor Abwärtswandlung ins Basisband in die digitale Domäne umgewandelt werden.
Wie vorstehend beschrieben, können der Modulator 134 und der Demodulator 144 so gewählt werden, dass sie jegliche einer Anzahl von erwünschten Modulationstechniken realisieren, von denen eine PSK-Modulation ist. PSK ist eine digitale Modulationstechnik, die Phasenänderungen des Trägersignals verwendet, um die zu übertragende Information darzustellen. PSK-Modulation verwendet eine endliche Anzahl von Phasen zur Darstellung eines einzigartigen Musters von Bits oder Symbolen. Dementsprechend wird der eingehende Informationsstrom 122 in der Regel in Gruppen verarbeitet und wird jede Gruppe in ein Bitmuster umgewandelt (beispielsweise ein Symbol), das durch eine bestimmte Phase der Modulationstechnik dargestellt wird. Am Empfänger bestimmt der Demodulator die Phase des empfangenen Signals und bildet sie wieder auf das Symbol ab, das er darstellt. Auf diese Weise kann die ursprüngliche Information wiederhergestellt werden. QPSK, oder Quadrature Phase Shift Keying, ist eine Variante von PSK, die vier Phasen für die Modulation verwendet. Wenn vier Phasen zur Verfügung stehen, kann QPSK in Informationsbits pro Symbol kodieren. PSK kann unter Verwendung von anderen endlichen Zahlen von Phasen realisiert werden.
2 ist ein Blockdiagramm, das einen grundlegenden QPSK-Modulator und -Demodulator zeigt. QPSK-Modulation ist allgemein im Stand der Technik gut bekannt und der Fachmann wird verstehen, wie QPSK-Modulation unter Verwendung von alternativen Konfigurationen und Architekturen realisiert werden kann. In dem in 2 gezeigten Beispiel umfasst ein Modulator 202 einen Seriell-zu-Parallel-Wandler 216, ein Tiefpassfilter 232, 234, einen lokalen Oszillator 242, Mischeinrichtungen 236, 238, einen Phasenschieber 244 und eine Summiereinrichtung 246. Im Betrieb parallelisiert der Seriell-zu-Parallel-Wandler (oder Demultiplexer) 216 die Daten in zwei getrennte Datenströme. Typischerweise trennt dies die geraden und ungeraden Bits. Jedes der ungeraden Bits und der geraden Bits können in ein NRZ-Format und eine parallele Art umgewandelt werden. Die Bits werden an diese gesendet in Phasenarm und Quadraturphasenarm zur Modulation. Die Tiefpassfilter 232, 234 werden verwendet, um Rauschen aus dem Datenstrom herauszufiltern. Der lokale Oszillator 242, die Mischeinrichtungen 236, 238, der Phasenschieber 244 werden zur Modulation der gleichphasigen Komponenten und Quadraturphasenkomponenten verwendet.
Bei der QPSK-Modulation werden zwei Sinuskurven (beispielsweise sin und cos) für die Modulation verwendet (beispielsweise cos(ωt) und sin(ωt)). Das Signal auf dem gleichphasigen Arm wird mit dem lokalen Oszillatorsignal unter Verwendung der Mischeinrichtung 236 multipliziert und das Signal auf dem Quadraturarm wird mit einer phasenverschobenen Version des lokalen Oszillatorsignals am Multiplexer 238 multipliziert. Typischerweise ist die Phasenverschiebung 90°, was eine Multiplikation mit cos(ωt) und sin(ωt) ermöglicht. Dementsprechend trennt die Modulation das ursprüngliche Signal in zwei Komponenten, die als I- und Q-Kanäle oder -Komponenten bezeichnet werden. Die I- und Q-Komponenten sind rechtwinklig oder in Quadratur, da sie voneinander um 90° getrennt sind, obgleich ihre Trägerfrequenzen die gleichen sind. Das QPSK-modulierte Signal wird durch Kombinieren des Signals aus dem gleichphasigen Arm und dem Quadraturphasenarm an der Summiereinrichtung 246 erlangt. Da die zwei Komponenten rechtwinklig sind, können sie addiert werden und gleichzeitig auf dem gleichen Kanal übertragen werden.
Der QPSK-Demodulator 204 umfasst einen lokalen Oszillator 243, die Mischeinrichtungen 237, 239, einen Phasenschieber 245, Tiefpassfilter 233, 235 und einen Entscheidungsblock 249. Der empfangene QPSK-modulierte Datenstrom 252 wird geteilt und Mischeinrichtungen 237, 239 zugeführt. Die Mischeinrichtungen 237, 239 demodulieren die Daten, um den Träger aus dem I- und Q-Kanal zu entfernen. Dies kann beispielsweise durch Multiplizieren der eingehenden Signale mit cos(ωt) und sin(ωt) erreicht werden. Die abwärtsgewandelten Signale werden durch Tiefpassfilter 233, 235 gefiltert und an das Entscheidungsmodul 249 geschickt. Das Entscheidungsmodul 249 wertet die abwärtsgewandelten Datenströme aus, um zu einer Schätzung – 222 – der ursprünglich übertragenen Daten 222 zu kommen.
Mit einer kohärenten Erfassung in QPSK muss der Empfänger die Trägerfrequenz und die Phase kennen, um die Daten zu demodulieren. Dementsprechend verwenden Empfänger oft Träger- und Phasen-Wiederherstellungstechniken, um dieses zu erreichen. Dies kann beispielsweise unter Verwendung von PLL (Phasenverriegelungsschleife) am Empfänger erreicht werden, um die eingehende Trägerfrequenz zu verriegeln und den Variationen in Frequenz- und Phasen zu folgen.
Viele andere Modulations- und Demodulationstechniken erfordern auch eine Art von Zeit- und Phasenschätzung. Beispielsweise hat Minimum Shift Keying (MSK) Modulation, die auch als Offset Quadrature Phase Shift Keying (O-QPSK) Modulation dargestellt werden kann, verschiedene attraktive Eigenschaften: geringe Bandbreite relativ zur Datenrate und eine konstante Hüllkurve für effektive Leistungsverstärkung. Allerdings erfordert eine erfolgreiche kohärente Demodulation von Signalen vom MSK-Typ auf der Empfängerseite Symboltaktinformation mit präziser Frequenz- und Phasensynchronisierung. Typischerweise haben der Sender- und Empfängeroszillator eine Frequenzdiskrepanz, was zu Frequenz- und Phasenversatzfehlern führt. Eine weitere Quelle solcher Fehler könnte ein Dopplereffekt sein, der in Situationen entstehen kann, wenn der Sender und Empfänger sich relativ zueinander in Bewegung befinden.
Frühere Lösungen für Phasen- und Frequenzversatzkompensation können in unterschiedliche Kategorien klassifiziert werden. Eine Kategorie umfasst eine Klasse von Algorithmen, die eine bekannte Sequenz für Frequenz- und Phasenfehlerschätzung oder Zeitsynchronisierung verwendet, d. h. sie sind datengestützt. Datengestützte Algorithmen können sehr lange Sequenzen zur Schätzung von Versätzen erfordern, insbesondere, wenn der Empfänger bei niedrigen Signal-Rausch-Verhältnis(SNR)-Pegeln arbeitet.
Andere Klassen von Algorithmen nützen unterschiedliche Ansätze. Ein Ansatz ist die Schätzung von Frequenzversatz in einer Frequenzdomäne unter Verwendung von Fourier-Transformation. In einem anderen Ansatz wurde eine vollständige digitale nicht datengestützte Vorwärtskopplungslösung vorgeschlagen. Siehe Mehlan, R.; Yong-En Chen; Meyr, H., ”A Fully Digital Feedforward MSK Demodulator with Joint Frequency Offset and Symbol Timing Estimation for Burst Mode Mobile Radio,” Vehicular Technology, IEEE Transactions on, vol. 42, no. 4, pp. 434, 443, Nov 1993 (”Mehlan”). Dieser Ansatz beruht auf einem besonderen Transformationsmechanismus zur Extrahierung von Frequenzversatz und Symboltakt. Das von Mehlan beschriebene System hat folgende Fehlersignalerwartung: E{e(m)} = (1 + cos2π∊))e^2jΔωT wobei E{e(m)} die Erwartung der bei der Abtastfrequenz f_s = R ausgegebenen Transformationsfunktion ist; T die Symbolzeitdauer ist; R = 1/T die Datenrate ist; ε der Zeitfehler relativ zu T, –0.5 ≤ ε ≤ 0.5 ist; Δω der Frequenzversatz ist. Wie daraus zu ersehen ist, schätzt die Transformation den Zeitfehler ε und den Phasenversatz Δω, aber geht den Phasenversatz nicht an. Dementsprechend ist ein Nachteil dieses Ansatzes, dass er Informationen über den anfänglichen ursprünglichen Phasenfehler verliert und keinen momentanen Phasenversatz extrahieren kann.
Kurze Beschreibung von Ausführungsformen
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen der offenbarten Technologie werden Lösungen zur Bereitstellung von Frequenz- und Phasenversatzkompensation dargelegt. In weiteren Ausführungsformen kann sich die Technologie auf Lösungen für Symboltaktrückgewinnung richten, die realisiert werden können, um die Symbolstartzeit zu bestimmen. In weiteren Ausführungsformen werden Systeme und Verfahren zum Ausführen von nicht datengestützten digitalen Vorwärtskopplungsschätzungstechniken bereitgestellt, die realisiert werden können, um Frequenz- und Phasenversatzfehler kontinuierlich zu schätzen und zu kompensieren.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen der offenbarten Technologie kann ein Hochfrequenz-Empfänger dazu ausgebildet sein, ein über einen Kanal gesendetes moduliertes Signal zu empfangen, und kann ein Transformationsmodul umfassen, das dazu ausgebildet ist, ein erstes Fehlersignal für ein Informationssignal zu erzeugen, das das von dem Empfänger empfangene modulierte Signal darstellt. Das Transformationsmodul kann ein Quadriermodul, das dazu ausgebildet ist, das Informationssignal zu quadrieren, wodurch ein quadriertes Signal erzeugt wird, und eine Mischeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, eine komplexe Multiplikation des quadrierten Signals mit dem lokalen Bezugssignal auszuführen, und einen Downsampler, der dazu ausgebildet ist, eine Spektralfaltung des gemischten Signals auszuführen, umfassen. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Funkempfänger ferner ein Symboltaktschätzungsmodul, das dazu ausgebildet ist, einen Symboltakt des empfangenen Signals auf Grundlage des von dem Transformationsmodul erzeugten Fehlersignals zu schätzen und ein Symboltaktsignal zu erzeugen; ein Frequenzversatzschätzungsmodul, das dazu ausgebildet ist, einen Frequenzversatz des empfangenen Signals auf Grundlage des von dem Transformationsmodul erzeugten Fehlersignals zu schätzen; und ein Phasenversatzschätzungsmodul, das dazu ausgebildet ist, einen Phasenfehler in dem empfangenen Signal auf Grundlage des von dem Transformationsmodul erzeugten Fehlersignals zu schätzen, umfassen.
Andere Merkmale und Aspekte der offenbarten Technologie werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich werden, die beispielhaft Merkmale gemäß Ausführungsformen der offenbarten Technologie zeigen. Die Kurzbeschreibung soll den Offenbarungsbereich jeglicher hierin beschriebenen Erfindungen nicht einschränken, welche ausschließlich durch die anliegenden Ansprüche definiert sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die hierin offenbarte Technologie gemäß einer oder mehreren verschiedenen Ausführungsformen wird ausführlich mit Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben. Die Zeichnungen sind ausschließlich zu Darstellungszwecken vorgesehen und beschreiben nur typische oder beispielhafte Ausführungsformen der offenbarten Technologie. Die Zeichnungen sind vorgesehen, um das Verständnis des Lesers der offenbarten Technologie zu erleichtern und sind nicht als deren Umfang, Offenbarungsbereich oder Anwendungsbereich einschränkend zu verstehen. Es ist anzumerken, dass die Zeichnungen der Klarheit und Darstellung halber nicht notwendigerweise maßstabgetreu sind.
1 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm, das ein Beispiel für einen Sender und einen Empfänger zeigt, die mit drahtlosen Vorrichtungen verwendet werden können.
2 ist ein Blockdiagramm, das einen grundlegenden Modulator und Demodulator zeigt.
3 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel von Gerätschaft zeigt, mit der Ausführungsformen der hierin offenbarten Technologie realisiert werden können.
4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines typischen digitalen Empfängers zeigt, mit dem die hierin offenbarte Technologie gemäß verschiedenen Ausführungsformen verwendet werden kann.
5 ist ein Ablaufdiagramm, das einen typischen Betrieb des in 4 gezeigten Empfängers zeigt.
6 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Implementierung für Frequenz- und Phasenversatzkompensation gemäß einer Ausführungsform der offenbarten Technologie zeigt.
7 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Transformation zeigt, die gemäß verschiedenen Ausführungsform der offenbarten Technologie ausgeführt werden kann.
8 ist ein Betriebsablaufdiagramm, das ein Beispiel für einen von einem Transformationsmodul gemäß 7 ausgeführten Prozess zeigt.
9 ist ein Diagramm, das ein beispielhaftes Modul zur Ausführung von Frequenzschätzung gemäß verschiedenen Ausführungsformen der offenbarten Technologie zeigt.
10 ist ein Betriebsablaufdiagramm, das einen beispielhaften Prozess für Frequenzschätzung gemäß verschiedenen Ausführungsformen der offenbarten Technologie zeigt.
11 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für ein Phasenschätzungsmodul zum Schätzen eines verbleibenden Phasenfehlers gemäß einer Ausführungsform der offenbarten Technologie zeigt.
12 ist ein Betriebsablaufdiagramm, das einen beispielhaften Prozess zur Phasenversatzschätzung gemäß Ausführungsformen der hierin offenbarten Technologie zeigt.
13 ist ein Diagramm, das ein beispielhaftes Modul zur Ausführung von Symboltaktrückgewinnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen der hierin offenbarten Technologie zeigt.
14 ist ein Betriebsablaufdiagramm, das ein beispielhaftes Modul für Symboltaktrückgewinnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen der hierin offenbarten Technologie zeigt.
15 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Architektur eines Systems für Frequenz- und Phasenschätzung mit Symboltaktrückgewinnung gemäß einer Ausführungsform der hierin offenbarten Technologie zeigt.
16 ist ein Blockdiagramm, das eine weitere beispielhafte Transformation gemäß einer Ausführungsform der offenbarten Technologie zeigt.
17 ist ein Diagramm, das ein Betriebsablaufdiagramm für diese Transformation gemäß einer Ausführungsform der hierin offenbarten Technologie zeigt.
18 ist ein Diagramm, das eine Transformation gemäß dem Stand der Technik zeigt, die von Mehlan beschrieben wird.
19 zeigt ein beispielhaftes Rechenmodul, das bei der Umsetzung verschiedener Merkmale von Ausführungsformen der offenbarten Technologie verwendet werden kann.
Die Figuren sind nicht als erschöpfend oder die Erfindung auf die genaue offenbarte Form einschränkend gedacht. Es sollte zu verstehen sein, dass die Erfindung mit Modifikationen und Änderungen ausgeführt werden kann und dass die offenbarte Technologie nur durch die Ansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.
Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen
Die hierin offenbarte Technologie richtet sich in einer Ausführungsform auf Lösungen zur Bereitstellung von Frequenz- und Phasenversatzkompensation. In weiteren Ausführungsformen kann sich die Technologie auf Lösungen für Symboltaktrückgewinnung richten, die realisiert sein können, um die Symbolstartzeit zu bestimmen. Nach weiteren Ausführungsformen sind Systeme und Verfahren zum Ausführen von nicht datengestützten digitalen Vorwärtskopplungsschätzungstechniken vorgesehen, die realisiert sein können, um Frequenz- und Phasenversatzfehler kontinuierlich zu schätzen und zu kompensieren. Langsamer Frequenzversatzdrift kann durch Ausführungsformen der hierin offenbarten Technologie verfolgt werden und Ausführungsformen können auch zur Wiederherstellung von Symboltakt verwendet werden. Schätzungstechniken können vorgesehen sein, die keine Kenntnis von übertragenen Daten erfordern und für eine effiziente Implementierung in digitalen Schaltungen geeignet sein können. Lösungen zur Symboltaktrückgewinnung können vorgesehen sein, um die Korrelator-Komplexität zu reduzieren und eine stabilere Leistungsfähigkeit zu erreichen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen der offenbarten Technologie kann ein Hochfrequenz-Empfänger dazu ausgebildet sein, ein über einen Kanal gesendetes moduliertes Signal zu empfangen, und kann eines oder mehrere Transformationsmodule umfassen, die dazu ausgebildet sind, ein erstes Fehlersignal für ein Informationssignal zu erzeugen, das das von dem Empfänger empfangene modulierte Signal darstellt. Das Transformationsmodul kann ein Quadriermodul, das dazu ausgebildet ist, das Informationssignal zu quadrieren, wodurch ein quadriertes Signal erzeugt wird, und eine Mischeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, eine komplexe Multiplikation des modulierten Signals mit dem lokalen Bezugssignal auszuführen, und einen Downsampler, der dazu ausgebildet ist, eine Spektralfaltung des gemischten Signals auszuführen, umfassen. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Funkempfänger ferner ein Symboltaktschätzungsmodul umfassen, das dazu ausgebildet ist, einen Symboltakt des empfangenen Signals auf Grundlage des von dem Transformationsmodul erzeugten Fehlersignals zu schätzen und ein Symboltaktsignal zu erzeugen; ein Frequenzversatzschätzungsmodul, das dazu ausgebildet ist, einen Frequenzversatz des empfangenen Signals auf Grundlage des von dem Transformationsmodul erzeugten Fehlersignals zu schätzen; und ein Phasenversatzschätzungsmodul, das dazu ausgebildet ist, einen Phasenfehler in dem empfangenen Signal auf Grundlage des von dem Transformationsmodul erzeugten Fehlersignals zu schätzen. In einigen Ausführungsformen kann das gleiche Transformationsmodul verwendet werden, um (das) die Fehlersignal(e) an die anderen Module zu erzeugen und zu liefern, während in anderen Ausführungsformen getrennte Transformationsmodule vorgesehen sein können, um (das) die Fehlersignal(e) zu erzeugen, die von einem oder mehreren der anderen Module verwendet werden. Ferner kann ein gegebenes Transformationsmodul eine Vielzahl von getrennten Transformationsmodulen umfassen, um die Fehlersignale an deren entsprechendem Module oder Modulen zu liefern. Der Einfachheit der Erörterung und Klarheit der Beschreibung halber ist ein getrenntes Transformationsmodul in jedem Beispiel der Frequenzschätzungseinrichtung, der Phasenschätzungseinrichtung und der Symboltaktschätzungseinrichtung gezeigt.
In einigen Ausführungsformen kann die Transformation verwendet werden, um die Symboltakt, die Frequenz- und Phasenversätze eines MSK-modulierten Signals zu extrahieren. Die Transformation kann auf andere Modulationsschemen, einschließlich verschiedener Formen von Continuous Phase Modulation (CPM) Schemata angewendet werden.
Bevor die Technologie ausführlicher beschrieben wird, ist es nützlich, ein beispielhaftes Gerät zu beschreiben, mit dem die Technologie realisiert werden kann. Ein solches Beispiel ist das eines Gerätes mit sowohl verdrahteten als auch drahtlosen Kommunikationsschnittstellen, wie das in 3 gezeigte. Nach dem Lesen dieser Beschreibung wird der Fachmann verstehen, dass die hierin offenbarte Technologie mit jeglicher einer Anzahl von unterschiedlichen Vorrichtungen oder Gerätschaft mit Fähigkeiten zur drahtlosen Kommunikation verwendet werden kann.
Mit Bezugnahme auf 3 umfasst in dieser beispielhaften Anwendung das beispielhafte Gerät 300 ein Kommunikationsmodul 301, einen Prozessor 306 (der mehrere Prozessoren oder Prozessoreinheiten umfassen kann) und einen Speicher 310 (der Speichereinheiten oder Module verschiedener Arten umfassen kann). Diese Komponenten sind kommunikativ über einen Bus 312 gekoppelt, über den sie Information und andere Daten austauschen und teilen können. Das Kommunikationsmodul 301 umfasst ein drahtloses Empfangsmodul 302, ein drahtloses Sendermodul 304 und ein Eingabe/Ausgabe-Schnittstellenmodul 308.
Eine Antenne 316 ist mit einem dem drahtlosen Sendermodul 304 gekoppelt und wird von Gerätschaft 300 verwendet, um Funksignale drahtlos an drahtlose Gerätschaft zusenden, mit der sie verbunden ist. Diese ausgehenden Hochfrequenzsignale können Informationen von fast jedem Typ umfassen, der von der Gerätschaft 300 an andere Einheiten geschickt wird. Beispielsweise kann dies im Falle eines Multifunction Peripheral (MFP) Dateien umfassen, die gescannte Bilder oder Dokumente, Log-Information, Haushaltsinformation oder sonstige von dem MFP gesendete Information in Verbindung mit dessen Betrieb darstellen. Als ein weiteres Beispiel kann im Fall einer Kamera diese ausgehende Information Bilderdateien und verbundene Daten (einschließlich Meta-Daten) umfassen, die von der Kamera an einen Computer, Drucker oder eine sonstige Vorrichtung geschickt werden.
Die Antenne 314 ist enthalten in und gekoppelt mit dem drahtlosen Empfängermodul 302, um zu ermöglichen, dass die Gerätschaft 300 Signale von verschiedenen drahtlosen Endgeräten in ihrem Empfangsbereich empfängt. Empfangene Signale können Informationen von anderer Gerätschaft enthalten, die zum Betrieb der Gerätschaft 300 verwendet wird. Weiterhin mit Bezug auf die zwei vorstehend beschriebenen Beispiele kann im Fall von MFP von dem drahtlosen Empfängermodul 302 empfangene eingehende Information beispielsweise Dateien umfassen, die gedruckt oder von dem MFP gefaxt werden sollen. Im Fall einer Kamera könnte empfangene Information Firmware-Updates, Steuerinformation oder sonstige von der Kamera verwendete Informationen umfassen.
Obgleich in diesem Beispiel zwei Antennen gezeigt sind, wird der Fachmann verstehen, dass verschiedene Antennen und Antennenkonfigurationen sowie auch unterschiedliche Anzahlen von Antennen vorgesehen sein können. Beispielsweise können Sende- und Empfangsfunktionen unter Verwendung einer gemeinsamen Antenne oder Antennenstruktur untergebracht werden oder können getrennte Antennen oder Antennenstrukturen zum Senden und Empfangen von Funktionen vorgesehen sein, wie gezeigt. Zusätzlich können Antennenanordnungen oder sonstige Gruppen von mehreren Antennen oder Antennenelementen, einschließlich Kombinationen von passiven und aktiven Elementen, zum Senden und Empfangen von Funktionen verwendet werden. Die drahtlosen Kommunikationen, die unter Verwendung des Kommunikationsmoduls 301 realisiert werden, können gemäß einer Anzahl von unterschiedlichen drahtlosen Protokollen, einschließlich standardisierten Protokollen, realisiert werden. Beispiele für solche standardisierten Protokolle umfassen Bluetooth^®, HiperLan, und verschiedene IEEE 802.11 Kommunikationsstandards, wobei jedoch auch andere Kommunikationsschnittstellen (ob standardisiert oder nicht) realisiert sein können.
In dem gezeigten Beispiel ist ein Eingabe/Ausgabe-Schnittstellenmodul 308 vorgesehen und kann dazu ausgebildet sein, Gerätschaft 300 mit anderen Netzwerkknoten zu koppeln. Diese können Knoten oder Gerätschaft umfassen. In dieser beispielhaften Architektur umfasst das Eingabe/Ausgabe-Schnittstellenmodul 308 ein Empfängermodul 318 und ein Sendermodul 320. Kommunikationen über das Eingabe/Ausgabe-Schnittstellenmodul 308 können verdrahtete oder drahtlose Kommunikationen sein und der darin enthaltene Sender und Empfänger kann Leitungstreiber und Empfänger, Funkvorrichtungen, Antennen oder sonstige Elemente umfassen, die für die gegebenen Kommunikationsschnittstellen geeignet sein können. Das Transformationsmodul 320 kann dazu ausgebildet sein, Signale zu senden, die Sprache, Daten und sonstige Kommunikationen umfassen können. Diese können auf Wunsch in einem Standardnetzwerkprotokoll geschickt werden. Das Empfängermodul 318 ist dazu ausgebildet, Signale von anderer Gerätschaft zu empfangen. Diese Signale können Sprache, Daten und sonstige Kommunikationen von der anderen Gerätschaft umfassen und können auf Wunsch auch in einem Standardnetzwerkprotokoll empfangen werden. Hinsichtlich der vorstehend genannten Beispiele für MFP oder Digitalkamera kann das Eingabe/Ausgabe-Schnittstellenmodul 308 eine festverdrahtete komplementäre Schnittstelle mit der oben beschriebenen drahtlosen Schnittstelle schaffen. Dies kann beispielsweise eine Ethernet-Schnittstelle, eine USB-Schnittstelle, eine Firewire-Schnittstelle oder eine sonstige fest verdrahtete Schnittstelle sein.
Der Speicher 310 kann aus einem oder mehreren Modulen oder einem oder mehreren unterschiedlichen Arten von Speicher gebildet sein und ist in dem gezeigten Beispiel dazu ausgebildet, Daten und andere Information 324 sowie Betriebsanweisungen zu speichern, die von dem Prozessor verwendet werden können, um die Gerätschaft 300 zu betreiben. Der Prozessor 306, der als einer oder mehrere Kerne realisiert sein kann, CPU oder DSP, oder sonstige Prozessoreinheiten, ist beispielsweise dazu ausgebildet, Anweisungen oder Ablaufprogramme auszuführen und die Daten und Information im Speicher 310 in Verbindung mit den Anweisungen zur Steuerung des Betriebs der Gerätschaft 300 zu verwenden. Bildverarbeitungsabläufe wie beispielsweise Kompressionsabläufe können in dem Speicher 310 gespeichert werden und von dem Prozessor 306 verwendet werden, um Bilddateien aus Rohdateien in JPEG Dateien zu komprimieren.
In Abhängigkeit von der vorgesehenen Funktion oder dem vorgesehenen Zweck der Gerätschaft können mit der Gerätschaft 300 auch andere Module vorgesehen sein. Eine vollständige Liste von verschiedenen zusätzlichen Komponenten und Modulen wäre zu lang, aber zu Darstellungszwecken sind ein paar Beispiele genannt. Beispielsweise kann auch ein getrenntes Kommunikationsmodul 334 vorgesehen sein, damit die Gerätschaft von anderen Einheiten empfangene Kommunikationen verwalten und steuern kann und empfangene Kommunikationen geeignet weiterleiten kann. Das Kommunikationsmodul 334 kann dazu ausgebildet sein, Kommunikation verschiedener Information zu verwalten, die an andere Einheiten geschickt werden und von diesen empfangen werden soll. Das Kommunikationsmodul 334 kann dazu ausgebildet sein, sowohl verdrahtete als auch drahtlose Kommunikationen zu verwalten.
Ein getrenntes Steuermodul 336 kann zur Steuerung des Betriebs der Gerätschaft 300 enthalten sein. Beispielsweise kann das Steuermodul 336 dazu ausgebildet sein, Merkmale und Funktionalität der Gerätschaft 300 zu realisieren. Funktionsmodule 338 können auch enthalten sein, um Funktionalität der Gerätschaft bereitzustellen. Beispielsweise können im Fall von MFP verschiedene Module (die verschiedene Formen von Hardware und Software umfassen können) zur Ausführung von Drucken, Scannen, Faxen und Kopiervorgängen der Vorrichtung vorgesehen sein. Im Falle einer Digitalkamera können Funktionsmodule 338 Module wie beispielsweise optische Systeme, Bildaufnahmemodule, Verarbeitungsmodule usw. umfassen. Der Fachmann wird auch bei diesen Beispielen verstehen, dass, in Abhängigkeit von dem Zweck oder den Zielen dieser Gerätschaft, andere Module und Komponenten in der Gerätschaft 300 enthalten sein können.
Nach der Beschreibung einer beispielhaften Anwendung kann die hierin offenbarte Technologie hin und wieder im Sinne dieser beispielhaften Anwendung beschrieben werden. Die Beschreibung im Sinne dieser Umgebung ist vorgesehen, um zu ermöglichen, dass die verschiedenen Merkmale und Ausführungsformen der Erfindung im Zusammenhang mit einer beispielhaften Anwendung dargestellt werden können. Nach dem Lesen dieser Beschreibung wird dem Fachmann ersichtlich sein, wie die Erfindung in anderen und alternativen Umgebungen und Anwendungen umgesetzt werden kann.
4 ist ein Diagramm, das einen typischen digitalen Empfänger zeigt, mit dem die hierin offenbarte Technologie gemäß verschiedenen Ausführungsformen verwendet werden kann. 5 ist ein Ablaufdiagramm, das einen typischen Betrieb dieses beispielhaften Empfängers zeigt. Mit Bezugnahme auf die 4 und 5 ist in diesem Beispiel das eingehende analoge Signal s_IF(t) bei der Zwischenfrequenz f_IF zentriert. Dementsprechend wurde das Signal auf eine Zwischenfrequenz von einer analogen Mischeinrichtung (nicht gezeigt) abwärtsgewandelt. Bei Vorgang 502 wird das Zwischenfrequenzsignal s_IF(t) von einem Analog-zu-Digital-Wandler (ADC) 404 abgetastet, der das Signal in der digitalen Domäne positioniert. Der Rest der Verarbeitung wird in der digitalen Domäne ausgeführt, wie von dem gestrichelten Feld 406 gezeigt. Bei Vorgang 504 wird das abgetastete digitale Signal s_IF(n) in ein komplexes Basisbandsignal s(n) abwärtsgewandelt. Das Basisbandsignal s(n) umfasst typischerweise die von dem Sender an den Empfänger kommunizierte Information in dem modulierten Signal und kann somit als ein Informationssignal bezeichnet werden, das das von dem Empfänger empfangene modulierte Signal darstellt. Der Begriff Informationssignal ist jedoch nicht auf die Beschreibung eines digitalen Basisbandsignals beschränkt, sondern kann sich auch auf andere Informationssignale beziehen, ob digital oder analog, Basisband, Zwischenfrequenz oder Hochfrequenz oder sonstige.
Aufgrund der Frequenzdiskrepanz zwischen Sender und Empfänger hat s(n) einen Frequenzversatz von Null Basisbandfrequenz. Dieser Frequenzversatz erzeugt einen ursprünglichen Phasenversatzfehler und Frequenzversatzfehler. Diese entsprechen einem Phasen- und Frequenzversatz in dem von dem Empfänger empfangenen modulierten Hochfrequenzsignal. Zusätzlich ist die Symboltakt auf der Empfängerseite aufgrund von digitalen und analogen Wegverzögerungen nicht bekannt. Somit kann die hierin offenbarte Technologie realisiert sein, um diese Phasen- und Frequenzfehler zu kompensieren und Symboltakt zu finden. Aus diesem Grund führt bei Vorgang 506 der digitale Empfänger eine Symboltaktsynchronisation 410 und bei Vorgang 508 Frequenz- und Phasenversatzkompensation 412 aus. Sobald der Symboltakt wiederhergestellt ist und Frequenz- und Phasenversatzfehler kompensiert sind, wird bei Vorgang 512 das korrigierte Basisbandsignal s(n) vom Demodulator 422 demoduliert. Vor der Demodulation kann ein Preambelkorrelator 420 realisiert sein, um bei Vorgang 510 die Preambelsequenz zu erfassen und den Start des Frames zu identifizieren.
6 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Implementierung für Frequenz- und Phasenversatzkompensation gemäß einer Ausführungsform der hierin offenbarten Technologie zeigt. Diese in 6 gezeigte beispielhafte Implementierung umfasst einen Verzögerungsblock 602, die Symboltaktschätzungseinrichtung 606, eine Frequenz/Phasenversatzschätzungseinrichtung 604, einen Direct Digital Synthesizer (DDS) 608 und eine Mischeinrichtung 610. Da diese in der digitalen Domäne realisiert sein können, kann Phasen- und Frequenzversatzkompensation und Symboltaktschätzung unter Verwendung eines Verarbeitungssystems erreicht werden, das beispielsweise digitale Signalprozessoren, die einen Programmcode ausführen, oder Schaltungen zur Ausführung der beschriebenen Funktionen umfassen kann.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Frequenz/Phasenversatzschätzungseinrichtung 604 dazu ausgebildet sein, eine Schätzung des Frequenzversatzes Δω und/oder eine Phasenschätzung θ des eingehenden Signals zu erzeugen. Diese Δω, θ Schätzungen können vom Direct Digital Synthesizer (DDS) 608 zum Erzeugen eines Korrektursignals c(n – D) verwendet werden. Dieses Korrektursignal c(n – D) kann an eine Mischeinrichtung 610 angelegt werden, um die bestimmten Frequenz- und Phasenversätze zu entfernen. In dem gezeigten Beispiel wird das Korrektursignal c(n – D) an eine verzögerte Version des empfangenen Signals s(n – D) angelegt, das von dem Verzögerungsmodul 602 erzeugt wird. Diese Verzögerung D wird zur Kompensation der Verarbeitungszeit verwendet. Ein Symbolauslöser kann zur Synchronisierung von Frequenz/Phasenschätzungseinrichtungen mit dem empfangenen Signal verwendet werden. Er kann auch von einem Preambelkorrelator und einem Demodulator verwendet werden. Die Symboltaktschätzungseinrichtung 606 kann zur Erzeugung eines Symbolauslösers ”sym trig” (beispielsweise ein regelmäßig wiederholter Abtastimpuls) verwendet werden, um den Beginn eines Symbols anzuzeigen. Dementsprechend sind am Ausgang ein Phasen/Frequenzkorrigiertes Ausgangssignal 614 und ein Symboltaktsignal, sym trig 616.
7 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Transformation zeigt, die gemäß verschiedener Ausführungsform der hierin offenbarten Technologie ausgeführt werden kann. 8 ist ein Betriebsablaufdiagramm, das einen von diesem Transformationsmodul ausgeführten Prozess zeigt. Mit Bezugnahme auf 7 und 8 wird bei Vorgang 802 das modulierte Signal s(n) empfangen und von dem Quadriermodul 704 quadriert. Dies führt zu einem quadrierten modulierten Signal s²(n). Der Direct Digital Synthesizer DDS 706 kann dazu ausgebildet sein, beispielsweise ein Frequenz- und Phasen-abstimmbares Ausgangssignal mit Bezug auf eine Frequenzquelle zu erzeugen oder zu synthetisieren. In diesem Beispiel kann der DDS 706 dazu ausgebildet sein, ein Bezugssignal r(n), zu erzeugen, das ein komplexes exponentielles Signal mit zweimal der Modulationsfrequenz ω ist. Das Bezugssignal r(n) kann von einem System-Rücksetzsignal rst rückgesetzt werden.
Bei Vorgang 804 wird das quadrierte Signal s²(n) mit dem lokalen Bezugssignal r(n) unter Verwendung einer komplexen Mischeinrichtung 708 multipliziert, was zu einem Signal mix(n) führt. Dieser Vorgang verschiebt Spektralkomponenten des quadrierten Signals um 2ω.
Bei Vorgang 806 wird das Signal mix(n) zeitverschoben oder verzögert, was unter Verwendung eines Schieberegisters 710 mit einer Verzögerungseingabe D erreicht werden kann. Insbesondere kann das Signal um D (0 ≤ D < M) verschoben werden, was zu dem zeitverschobenen Signal mix(n – D) führt. Dieses zeitverschobene Signal wird um M = f_s/R bei Vorgang 808 heruntergetaktet. In verschiedenen Ausführungsformen wird die Verzögerungseingabe D aus sym trig 616 erzeugt, beispielsweise, wie nachstehend mit Bezugnahme auf 9 beschrieben.
In dem gezeigten Beispiel wird das Heruntertakten unter Verwendung eines Downsamplers 712 erreicht, um ein Fehlersignal e(m) am Ausgang zu erzeugen, wobei f_s eine Abtastfrequenz ist und R eine Symbolrate ist. Typischerweise ist für einen Digital-Hochfrequenz-Empfänger f_IF = f_s/4, f_s = 8R und dann M = 8. Die Zeitverschiebung des Signals mit dem Schieberegister 710 schafft die Möglichkeit, auszuwählen, welche Abtastung aus einem Strom von Abtastungen von dem Downsampler 712 gewählt wird.
Mathematisch kann die in 7 gezeigte Transformation wie in Gleichung (1) gezeigt neu geschrieben werden.
Gleichung (1) zeigt, dass das MSK-Signal, s_ki, von M übertastet/wird, wobei:
– gerades Datenbit der Modulation der Datensequenz a_kƐ(0, 1);
Is das Ergebnis einer exklusiven ODER-Umkehroperation ist, die sowohl von geraden als auch ungeraden Bits abhängt;
T = 1/R die Symbolperiode ist; ω = π / 2T die Modulationsfrequenz ist;
i und M ein Bruch der Symbolzeit 0 heruntergetaktet ≤ i < M bzw. der Symbolübertastrate M sind;
ε der Zeitfehler relativ zu T, 0.5 ≤ ε ≤ 0.5 ist; und
Δω und θ der Frequenzversatzfehler bzw. ursprüngliche Phasenfehler sind.
Der Quadriervorgang, der in diesem Fall nicht linear ist, erzeugt das Signal, wie in Gleichung (2) gezeigt.
Als Ergebnis der Mischung mit dem lokalen Bezugssignal
an der Mischeinrichtung 708 kann das Signal mix_k,i wie in Gleichung (3) gezeigt sein, wobei der neue Parameter c_k = 2(1 – b_k)Ɛ(0, 2) ist.
Zuletzt faltet das Heruntertakten um M des Signals mix(n – D), das von dem Schieberegister 710 verzögert wird, wie bei Vorgang 806 und 808 gezeigt, die Hochfrequenzkomponenten e^2j{2ωTk} = e^j2πk = 1 , wenn c_k = 2 und Ausgabe e(m), wobei m = k aus Gleichung (4) vereinfacht wird:
Es ist anzumerken, dass Heruntertaktung vor allen anderen Vorgängen ausgeführt werden kann und die digitale Schaltung bei einer Taktrate von m = n/M arbeiten kann, was die Implementierung wie in 16 gezeigt, wesentlich vereinfacht.
Wie vorstehend beschrieben, umfassen die drei hierin vorgesehenen Blöcke oder Module einen Symboltaktgenerator, eine Frequenzschätzungseinrichtung und eine Phasenschätzungseinrichtung. Ein Beispiel von diesen ist in Kombination in 6 gezeigt, in der die Symboltaktschätzungseinrichtung bei 606 gezeigt ist und die Frequenz- und Phasenversatzschätzungseinrichtung bei 604 gezeigt ist. Beispiele für diese Blöcke sind nachstehend beschrieben.
9 ist ein Diagramm, das einen beispielhaften Block zur Ausführung von Frequenzschätzung gemäß verschiedenen Ausführungsformen der hierin offenbarten Technologie zeigt. 10 ist ein Betriebsablaufdiagramm, das einen beispielhaften Prozess für Frequenzschätzung gemäß verschiedenen Ausführungsformen der hierin offenbarten Technologie zeigt. Mit Bezugnahme auf 9 und 10 umfasst die beispielhafte Frequenzschätzungseinrichtung einen Transformatorblock 902, einen Filterblock 904, einen Konjugations-/Verzögerungsblock 906, eine Mischeinrichtung 908, einen CORDIC 910, einen Teiler 912, ein Tiefpassfilter 914 und einen Wandler 916. Im Betrieb wird das modulierte Signal (beispielsweise ein MSK-moduliertes Signal) s(n) von der Frequenz-Schätzungseinrichtung empfangen. Bei Vorgang 1002 wendet das Transformationsmodul 902 eine Transformation an, die auf Basis eines sym trig getastet werden kann (beispielsweise sym trig 616).
Dieses Symbolauslösesignal kann in eine Verzögerung D durch den Wandler 916 für die Transformation 902 umgewandelt werden. Die Umwandlung kann beispielsweise durch Bestimmen erreicht werden, welcher der M Takte einen auf 1 eingestellten Symbolauslöser enthält. Die resultierende Verzögerung D (0 ≤ D < M) wird der Transformation 902 zugeführt.
Dies führt zur Erzeugung eines Fehlersignals e(m) am Ausgang des Transformationsblockes 902. Bei Vorgang 1004 filtert der Tiefpassfilterblock 904 das Signal zum Entfernen von Hochfrequenzrauschen, was zu einem gefilterten Fehlersignal e'(m) führt. Bei Vorgang 1006 konjugiert der Konjugations/Verzögerungsblock 906 und verzögert das transformierte gefilterte Signal und bei Vorgang 1008 werden das Transformationssignal und das verzögerte transformierte Signal an der Mischeinrichtung 908 multipliziert, um die Phasendifferenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abtastungen zu bestimmen.
Bei Vorgang 1010 extrahiert der CORDIC-Block 910 die Phase. In einigen Ausführungsformen wird dies durch Umwandeln von x, y-Koordinaten in Polarkoordinaten (Amplitude und Phase) zur Bestimmung des Phasendifferenzials durch andere Verfahren erreicht. Dementsprechend führt dieses zu Signal 2MΔω(m). Dieses Signal ist 2M aufgrund der Quadrierung und Heruntertaktung, die bei der Transformation stattfinden (vergleiche beispielsweise 7) größer. Dementsprechend wird bei Vorgang 1012 der Frequenzversatz durch 2M geteilt und erzeugt das System eine Momentanschätzung des Frequenzfehlers Δω(m). Danach schätzt bei Vorgang 1014 die Schätzungseinrichtung einen Mittelwert des Frequenzfehlers. In einer Ausführungsform kann dies unter Verwendung eines Tiefpassfilters 914 erreicht werden, das als ein (IIR) Filter oder (FIR) Filter realisiert sein kann. Dies kann realisiert sein, um den Mittelwert des Frequenzfehlers Δω_est(m) kontinuierlich zu verfolgen.
Das System kann auch dazu ausgebildet sein, den Phasenversatz zu bestimmen. Nachdem das System eine Phasenversatzbestimmung ausführt, kann die bestimmte Frequenz immer noch eine Diskrepanz gegenüber der echten Frequenz haben. Jegliche solche Diskrepanz wird zu einem Phasenfehler führen, der sich im Laufe der Zeit anhäuft. Aus diesem Grund kann das System nicht nur dazu ausgebildet sein, die Eingangsphase zu schätzen, sondern auch den verbleibenden Phasenfehler zu schätzen, der aus der Frequenzversatzdiskrepanz entsteht.
11 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für einen Phasenversatzschätzungsblock zum Schätzen eines verbleibenden Phasenfehlers gemäß einer Ausführungsform der hierin offenbarten Technologie zeigt. Der in 11 gezeigte beispielhafte Phasenschätzblock schätzt einen Phasenfehler 6(m), der einen Eingangsphasenfehler θ₀ und einen Phasenfehler θf(m) enthält, der durch den verbleibenden Frequenzfehler Δω_res(^m) = Δω_est(m) – Δω_true(m) erzeugt wird. In verschiedenen Ausführungsformen wird angenommen, dass der Frequenzfehler bereits korrigiert ist, so dass nur ein kleiner verbleibender Fehler am Eingang der Phasenschätzungseinrichtung vorhanden ist. 12 ist ein Betriebsablaufdiagramm, das einen beispielhaften Prozess zur Phasenversatzschätzung gemäß einer Ausführungsform der hierin offenbarten Technologie zeigt. Jetzt wendet mit Bezugnahme auf 11 und 12 bei Vorgang 1202 der Phasenschätzblock die Transformation 1102 an. Ein Beispiel der Transformation 1102, die angewendet werden kann, ist die vorstehend mit Bezugnahme auf 7 beschriebene Transformation.
Bei Vorgang 1204 wird das transformierte Signal e(m) von dem Filter 1104 gefiltert. Das Filter 1104 kann dazu ausgebildet sein, momentane Phasenfehler vor der Phasenextrahierung unter Verwendung von CORDIC 1106 zu mitteln. In verschiedenen Ausführungsformen kann diese Operation unter Verwendung eines LMS(Least Mean Square)-artigen adaptiven Filters oder von sonstigen Typen von Filtern, die zum Schätzen eines Mittelwertes der momentanen Phasen fähig sind, ausgeführt werden. In verschiedenen Ausführungsformen wird die Filterung vor dem CORDIC ausgeführt, da das CORDIC eine n zu n-Phase erzeugt, und wird Rauschen dazu führen, dass diese Ausgabe die momentane Phase einwickelt.
Bei Vorgang 1206 wird der Mittelwert des Phasenversatzes extrahiert. In einigen Ausführungsformen kann dies durch eine CORDIC Operation ausgeführt werden. CORDIC 1106 erzeugt zweimal den Phasenfehler θ(m), der unter Verwendung einer einfachen Logik enthüllt werden kann. Bei Vorgang 1208 enthüllt die Schätzungseinrichtung diesen Phasenfehler, um den akkumulierten in Phasenversatz zu verfolgen. Da ein Restphasenversatz besteht, hüllt die Phase schließlich bei n oder –n Punkten (Die Phase von komplexen Zahlen, die von n bis –n definiert sind). Bei Vorgang 1210 teilt die Schätzungseinrichtung durch zwei, um die Phasenschätzung zu bestimmen. Die Teilung durch zwei nach dem Auswickeln ergibt einen interessierenden Phasenfehler θ_est(m).
Symboltaktrückgewinnung wird zum Bestimmen der Zeit oder des Taktes der übertragenen Symbole verwendet. Zur Ausführung von Symboltaktrückgewinnung kann das System dazu ausgebildet sein, das eingehende Signal zu nehmen und unterschiedliche Verzögerungen, D von 0 bis M – 1 einzustellen, und diese als Transformationsverzögerungen anzuwenden. Ein mehrphasiges Taktsignal kann verwendet werden, um den Verzögerungsblöcken mehrere Phasen zuzuführen, um die unterschiedlichen Verzögerungen anzuwenden. Die Ausgabe dieses Blockes wird verwendet, um ein Symbolauslösesignal ”sym trig” für die Frequenz-Phasenschätzungseinrichtung zu erzeugen, so dass es das empfangene Signal mit dem lokalen freischwingenden Bezugs-DDS synchronisieren kann, der durch ein beliebiges Rücksetz-Signal ”rst” rückgesetzt werden kann.
13 ist ein Diagramm, das einen beispielhaften Block zur Ausführung von Symboltaktrückgewinnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen der hierin offenbarten Technologie zeigt. 14 ist ein Betriebsablaufdiagramm, das einen beispielhaften Prozess für Symboltaktrückgewinnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen der hierin offenbarten Technologie zeigt. Mit Bezugnahme auf 13 und 14 zeigt das Beispiel eine Vielzahl von Verzögerungen 1302. In dem gezeigten Beispiel werden M Verzögerungstransformationen mit D = 0.. M – 1 betrachtet. Der in 13 beispielhaft gezeigte Symboltaktschätzungsblock stellt Symboltakt-Information mit 1/M Taktpräzision wieder her.
Dementsprechend besteht der Block aus M Verarbeitungseinheiten, die jeweils bei einer Taktrate von m = n/M arbeiten, und einem Komparator 1310 am Ende, der das ”sym trig” Symbolauslösesignal erzeugt. Der Zeitverschiebungswert D jeder Transformationseinheit ist gleich 0.. M – 1.
Bei Vorgang 1404 können Tiefpassfilter verwendet werden, um Hochfrequenzrauschen herauszufiltern und können als ein IIR oder sonstiger geeigneter Tiefpassfilter realisiert sein. Dies kann beispielsweise zur Beseitigung des additiven weißen Gauß'schen Rauschen (AWGM) auf dem Signal nützlich sein.
Bei Vorgang 1406 wird die Momentanleistung des gefilterten Fehlersignals berechnet. Dieses wird von Blöcken 1306 ausgeführt. Bei Vorgang 1408 bestimmt die Symboltaktschätzungseinrichtung die gemittelte Leistung durch Tiefpassfiltern der Momentanleistung. In diesem Beispiel sind Tiefpassfilter als FIR Filter oder IIR Filter realisiert, um die gemittelte Leistung zu finden. Bei Vorgang 1410 wird das Maximalleistungssignal ausgewählt, um Symboltakt zu bestimmen. In dem gezeigten Beispiel kann ein Komparator 1310 verwendet werden, um die gemittelte Leistung von jedem der verbundenen Zweige zu vergleichen, um zu bestimmen, welcher die Maximalleistung hat. Das System wählt denjenigen mit der Maximalleistung aus und dessen zugehörige Verzögerung wird identifiziert. Die Maximalleistungsausgabe weist auf die Verzögerung D zwischen dem empfangenen Signal und dem lokalen Bezugssignal hin, um den Symboltakt wiederherzustellen. In verschiedenen Ausführungsformen werden Taktsignale mit unterschiedlichen Phasen (beispielsweise getrennte Taktsignale oder mehrphasige Taktsignale) verwendet, um Verzögerungstransformationen 1302 auszulösen.
Wie vorstehend mit Bezugnahme auf 6 beschrieben, können die Symboltaktschätzungseinrichtung und Frequenz- und Phasenversatzschätzungseinrichtung zur Ausführung der erwünschten Zeit, Frequenz- und Phasenschätzung verwendet werden. Vorstehend beschriebene oder beispielhafte Ausführungsformen für eine Frequenzschätzungseinrichtung, eine Phasenschätzungseinrichtung und eine Symboltaktschätzungseinrichtung können mit einem solchen System verwendet werden. 15 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Architektur eines Systems für Frequenz- und Phasenschätzung mit Symboltaktrückgewinnung gemäß einer Ausführungsform der offenbarten Technologie zeigt.
Wie in 15 zu sehen ist, umfasst eine beispielhafte Implementierung Verzögerungsblöcke 1502, 1510, eine Frequenzversatzschätzungseinrichtung 1504, eine Symboltaktschätzungseinrichtung 1506, einen DDS 1508, Mischeinrichtungen 1516 und 1518, eine Phasenversatzschätzungseinrichtung 1512 und einen DSS Block 1514. Wie dieses ausführlichere Beispiel zeigt, können die Frequenzversatzschätzung 1504 und die Phasenversatzschätzung 1512 getrennt ausgeführt werden. Insbesondere wird in diesem Beispiel die Frequenzversatzschätzung vor der Phasenversatzschätzung ausgeführt. Wie dieses Beispiel auch zeigt, kann Symboltaktschätzung verwendet werden, um das Auslösesignal sym trig zu erzeugen, das verwendet wird, um die Frequenzversatzschätzungseinrichtung 1504 und die Phasenversatzschätzungseinrichtung 1512 auszulösen. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Frequenzversatzschätzungseinrichtung 1504 beispielsweise unter Verwendung der Frequenzversatzschätzungseinrichtung 900 realisiert sein, wie vorstehend beschrieben. Der DDS 1518 kann dazu ausgebildet sein, das geeignete Korrektursignal bereitzustellen, um sicherzustellen 1518, dass der Frequenzversatz beseitigt wird. Da immer noch eine gewisse Frequenzdiskrepanz bestehen kann, kann die Phasenversatzschätzungseinrichtung 1512 verwendet werden, um zusätzlichen Phasenversatz zu beseitigen, der von dieser Diskrepanz erzeugt wird. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Phasenversatzschätzungseinrichtung 1512 beispielsweise unter Verwendung der Phasenversatzschätzungseinrichtung 1100 realisiert sein, wie vorstehend beschrieben. Die Phasenversatzschätzungseinrichtung 1512 kann dazu ausgebildet sein, eine Schätzung des Phasenversatzes an den DDS 1514 auszugeben, so dass die Mischeinrichtung 1516 die Korrektur anwenden kann, wodurch der Phasenversatz aus dem Signal entfernt wird.
Wie hierin beschrieben, kann die Transformation zur Bereitstellung einer Schätzung e(m) für die hierin beschriebenen Vorgänge verwendet werden. Die in 7 und 8 gezeigte Ausführungsform ist jedoch nicht die einzige Ausführungsform, die für diese Transformation 700 verwendet werden kann. Beispielsweise ist 16 ist ein Blockdiagramm, das eine weitere beispielhafte Transformation gemäß einer Ausführungsform der hierin offenbarten Technologie zeigt. 17 ist ein Diagramm, das ein Betriebsablaufdiagramm für diese Transformation gemäß einer Ausführungsform der hierin offenbarten Technologie zeigt. Mit Bezugnahme auf Figuren und 16 und 17 wird bei Vorgang 1702 das eingehende Signal s(n) zeitverschoben oder verzögert. In diesem Beispiel ist ein Schieberegister 1604 am Anfang der Transformation vorgesehen, um eine Verzögerung in das eingehende Signal s(n) einzuführen, was zu dem verzögerten Signal s(n – D) führt. Wie bei der vorstehend mit Bezugnahme auf 7 beschriebenen Ausführungsform, kann das Signal s(n) um D (0 ≤ D < M) verschoben werden, was zu dem zeitverschobenen Signal s(n – D) führt. Die Zeitverschiebung des Signals mit dem Schieberegister schafft die Möglichkeit, auszuwählen, welche Abtastung aus einem Strom von Abtastungen von dem Downsampler ausgewählt wird (nachstehend erörtert).
Bei Vorgang 1704 wird das zeitverschobene Signal s(n – D) um M = f_s/R heruntergetaktet, wobei f_s eine Abtastfrequenz ist und R die Symbolrate ist. In dem gezeigten Beispiel wird Heruntertakten durch den Downsampler-Block 1606 erreicht, um ein heruntergetaktetes Signal s(m) am Ausgang zu erzeugen. Wie bei Vergleich der Ausführungsform in 16 und 17 mit den 7 und 8 zu sehen ist, werden die Einführung der Verzögerung und der Heruntertaktvorgang zu einem früheren Punkt in der Transformation bewegt. Die Bewegung des Heruntertaktens früher in der Transformation ermöglicht, dass der Rest der Vorgänge bei einer langsameren Rate ausgeführt wird. Beispielsweise für einen typischen digitalen Hochfrequenz-Empfänger f_IF = fs/4, f_s = 8R und dann M = 8. Dies kann die Kosten und die Komplexität des Vorgangs verbessern.
Bei Vorgang 1706 wird das heruntergetaktete Signal von Block 1608 quadriert. Dies führt zu dem quadrierten heruntergetakteten Signal s² (m). Bei Vorgang 1708 wird die Mischeinrichtung 1612 verwendet, um die quadrierten Ausgaben s²(m) mit r(m) von dem DDS 1610 zu kombinieren. Dies kann durch eine komplexe Multiplikation der beiden Signale ausgeführt werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Bezugssignal r(m) bei f_s/2 sein, wodurch der DDS 1610 auf [1, –1, ...] Echtwertsequenz vereinfacht werden kann, und kann somit eine komplexe Multiplikation, durch zwei echte Multiplikationen mit einer [1, –1, ...] Sequenz ersetzt werden.
Diese Ausführungsform und die in 7 und 8 gezeigte Ausführungsform können mit der Transformation gemäß dem Stand der Technik verglichen werden, die von Mehlan beschrieben wurde, wie in 18 gezeigt. Mit Bezugnahme auf 18 umfasst die Mehlan Transformation 1800 Vorgänge des Verschiebens des eingehenden Signals und des Heruntertaktens des verschobenen Signals, wie bei Blöcken 1802 und 1804 gezeigt. Dann multipliziert die Transformation 1800 (durch komplexe Multiplikation) das heruntergetaktete Signal s(m) mit der verzögerten Konjunktion des Signals, s·(m – 1), das von dem Konjugations-/Verzögerungsblock 1806 erzeugt wird. Das daraus entstehende Signal, c(m), wird dann von Block 1808 quadriert. Dies steht im Gegensatz zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, in denen die Quadrierung vor Multiplikation mit der DDS Ausgabe ausgeführt wird.
Wie vorstehend beschrieben, findet das von Mehlan beschriebene System die Fehlersignalerwartung als: E{e(m)) = (1 + cos2π∊))e^2jΔωT wobei im Gegensatz dazu in den hierin beschriebenen Ausführungsformen das Fehlersignal
ist, wobei die ε Komponente den Symboltakt darstellt, die Δω Komponente die Frequenzversatzschätzung darstellt und die θ₀ Komponente die Phasenversatzschätzung darstellt.
Wie hierin beschrieben, kann der Begriff Modul eine gegebene Einheit mit einer Funktionalität beschreiben, die gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der hierin offenbarten Technologie ausgeführt werden kann. Wie hierin verwendet, kann ein Modul unter Verwendung jeglicher Form von Hardware, Software oder einer Kombination davon realisiert sein. Beispielsweise können einer oder mehrere Prozessoren, Steuereinrichtungen, ASICs, PLAs, PALs, CPLDs, FPGAs, logische Komponenten, Softwareprogrammabläufe oder sonstige Mechanismen realisiert sein, um ein Modul zu bilden. In der Implementierung können die verschiedenen hierin beschriebenen Module als diskrete Module realisiert sein oder können die beschriebenen Funktionen und Merkmale teilweise oder vollständig von einem oder mehreren Modulen geteilt werden. Mit anderen Worten können, wie es dem Fachmann nach dem Lesen dieser Beschreibung ersichtlich sein wird, die hierin beschriebenen verschiedenen Merkmale und Funktionalitäten in jeglicher gegebener Anwendung realisiert sein und können in einem oder mehreren getrennten oder geteilten Modulen in verschiedenen Kombinationen und Permutationen realisiert sein. Obgleich verschiedene Funktionsmerkmale oder Elemente individuell beschrieben sein können oder als getrennte Module beansprucht sein können, wird der Fachmann verstehen, dass diese Merkmale und Funktionalitäten zwischen einem oder mehreren Software- und Hardwareelementen geteilt werden können und eine solche Beschreibung nicht erfordert oder impliziert, dass getrennte Hardware- oder Software-Komponenten zur Realisierung solcher Merkmale oder Funktionalitäten verwendet werden.
Wenn Komponenten oder Module der Technologie teilweise oder vollständig unter Verwendung von Software realisiert sind, können in einer Ausführungsform, diese Software-Elemente derart realisiert sein, dass sie mit einem Rechen- oder Prozessormodul arbeiten, dass die diesbezüglich beschriebene Funktionalität ausführen kann. Ein solches beispielhaftes Rechenmodul ist in 19 gezeigt. Verschiedene Ausführungsformen werden hinsichtlich dieses beispielhaften Rechenmoduls 1900 beschrieben. Nach dem Lesen dieser Beschreibung wird es dem Fachmann ersichtlich sein, wie die Technologie unter Verwendung anderer Rechenmodule oder Architekturen realisiert werden kann.
Mit Bezugnahme auf 19 kann das Rechenmodul 1900 beispielsweise Rechen- oder Verarbeitungsfähigkeiten darstellen, die in Desktops, Laptops und Notebook-Computern; Hand-gehaltenen Computervorrichtungen (PDA, Smartphones, Mobiltelefone, Palmtops usw.); Mainframes, Supercomputern, Arbeitsstationen oder Servern; oder in jeglichem anderen Typ von Computervorrichtung mit speziellem Zweck oder allgemeinem Zweck, wie für eine gegebene Anwendung oder Umgebung wünschenswert oder geeignet, zu finden sind.
Das Rechenmodul 1900 kann auch Rechenfähigkeiten darstellen, die in einer gegebenen Vorrichtung eingebettet sind oder dieser anderweitig zur Verfügung stehen. Ein Rechenmodul kann beispielsweise in anderen elektronischen Vorrichtungen, wie beispielsweise Digitalkameras, Navigationssystemen, Mobiltelefonen, tragbaren Computervorrichtungen, Modems, Routern, WAP, Endgeräten und sonstigen elektronischen Vorrichtungen, die eine Form von Verarbeitungsfähigkeit umfassen, zu finden sein.
Das Rechenmodul 1900 kann beispielsweise einen oder mehrere Prozessoren, Steuereinrichtungen, Steuermodule oder sonstige Verarbeitungsvorrichtungen umfassen, wie beispielsweise einen Prozessor 1904. Der Prozessor 1904 kann unter Verwendung einer Verarbeitungsmaschine mit allgemeinem Zweck oder speziellem Zweck realisiert sein, wie beispielsweise eines Mikroprozessors, einer Steuereinrichtung oder einer sonstigen Steuerlogik. In dem gezeigten Beispiel ist der Prozessor 1904 mit einem Bus 1902 verbunden, obgleich jegliches Kommunikationsmedium verwendet werden kann, um die Interaktion mit anderen Komponenten des Rechenmoduls 1900 zu erleichtern oder extern zu kommunizieren.
Das Rechenmodul 1900 kann auch eines oder mehrere Speichermodule umfassen, die hierin einfach als Hauptspeicher 1908 bezeichnet werden. Beispielsweise kann vorzugsweise ein Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) oder ein anderer dynamischer Speicher zum Speichern von von dem Prozessor 1904 auszuführenden Informationen und Anweisungen verwendet werden. Der Hauptspeicher 1908 kann auch zum Speichern von vorübergehenden Variablen oder sonstiger Zwischeninformation während der Ausführung von von dem Prozessor 1904 auszuführenden Anweisungen verwendet werden. Das Rechenmodul 1900 kann auf ähnliche Weise einen Nur-Lese-Speicher „(ROM)” oder eine andere statische mit dem Bus 1902 gekoppelte Speichervorrichtung zum Speichern von statischen Information und Anweisungen für den Prozessor 1904 umfassen.
Das Rechenmodul 1900 kann auch eine oder mehrere verschiedene Formen von Informationsspeichermechanismus 1910 umfassen, der beispielsweise einen Medientreiber 1912 und eine Speichereinheitsschnittstelle 1920 umfassen kann. Der Medientreiber 1912 kann einen Treiber oder einen anderen Mechanismus zum Unterstützen von festen oder entfernbaren Speichermedien 1914 umfassen. Es können beispielsweise ein Festplatten-Laufwerk, ein Disketten-Laufwerk, ein Magnetband-Laufwerk, ein Optikplatten-Laufwerk, ein CD- oder DVD-Laufwerk (R oder RW) oder sonstige entfernbare oder feste Medienlaufwerke vorgesehen sein.
Dementsprechend kann das Speichermedium 1914 beispielsweise eine Festplatte, eine Diskette, ein Magnetband, ein Steckmodul, eine optische Platte, eine CD oder eine DVD oder ein anderes festes oder entfernbares Medium umfassen, das von dem Medienlaufwerk 1912 gelesen wird, in dies geschrieben wird oder auf das von diesem zugegriffen wird. Wie diese Beispiele zeigen, kann das Speichermedium 1914 ein Computer-verwendbares Speichermedium umfassen, in dem Computersoftware oder Daten gespeichert sind.
In alternativen Ausführungsformen kann ein Informationsspeichermechanismus 1910 andere ähnliche Instrumentalitäten umfassen, um zu ermöglichen, dass Computerprogramme oder andere Anweisungen oder Daten in das Rechenmodul 1900 geladen werden. Solche Instrumentalitäten können beispielsweise eine feste oder entfernbare Speichereinheit 1922 und eine Schnittstelle 1920 umfassen. Beispiele für solche Speichereinheiten 1922 und Schnittstellen 1920 können ein Programmsteckmodul und eine Steckmodulschnittstelle, einen entfernbaren Speicher (beispielsweise einen Flashspeicher oder ein sonstiges entfernbares Speichermodul) und Speicherslot, einen PCMCIA Slot und Karte und sonstige feste oder entfernbare Speichereinheiten 1922 und Schnittstellen 1920 umfassen, die ermöglichen, dass Software und Daten von der Speichereinheit 1922 an das Rechenmodul 1900 übertragen werden.
Das Rechenmodul 1900 kann auch eine Kommunikationsschnittstelle 1924 umfassen. Die Kommunikationsschnittstelle 1924 kann verwendet werden, um zu ermöglichen, dass Software und Daten zwischen dem Rechenmodul 1900 und externen Vorrichtungen übertragen werden. Beispiele für die Kommunikationsschnittstelle 1924 können ein Modem oder Softmodem, eine Netzwerkschnittstelle (wie beispielsweise Ethernet, Network Interface Card, WiMedia, IEEE 802.XX oder eine sonstige Schnittstelle), einen Kommunikationsanschluss (wie beispielsweise einen USB Port, IR Port, RS232 Port Bluetooth® Schnittstelle, oder sonstigen Anschluss) oder eine sonstige Kommunikationsschnittstelle umfassen. Über die Kommunikationsschnittstelle 1924 übertragene Software und Daten können typischerweise auf Signalen getragen werden, die elektronische, elektromagnetische (einschließlich optische) oder sonstige Signale sein können, die von einer gegebenen Kommunikationsschnittstelle 1924 ausgetauscht werden können. Diese Signale können der Kommunikationsschnittstelle 1924 über einen Kanal 1928 zugeführt werden. Dieser Kanal 1928 kann Signale tragen und kann unter Verwendung eines verdrahteten oder unverdrahteten Kommunikationsmediums implementiert werden. Einige Beispiele für einen Kanal können eine Telefonleitung, einen Mobilfunklink, einen Frequenzlink, eine optischen Link, eine Netzwerkschnittstelle, ein lokales oder Fernnetzwerk und sonstige verdrahtete oder drahtlose Kommunikationskanäle umfassen.
In diesem Dokument werden die Begriffe „Computerprogrammmedium” und „computernutzbares Medium” verwendet, um allgemeinen Bezug auf Medien wie beispielsweise den Speicher 1908, die Speichereinheit 1920, Medien 1914 und den Kanal 1928 zu nehmen. Diese und andere verschiedene Formen von Computerprogrammmedien oder computernutzbaren Medien können am Transport von einer oder mehreren Sequenzen von einer oder mehreren Anweisungen zu einer Verarbeitungsvorrichtung zur Ausführung beteiligt sein. Solche im Medium eingebettete ausgeführte Anweisungen werden allgemein als „Computerprogrammcode” oder ein „Computerprogrammprodukt” bezeichnet (das in Form von Computerprogrammen oder anderen Gruppierungen gruppiert werden kann). Bei der Ausführung können solche Anweisungen ermöglichen, dass das Rechenmodell 1900 Merkmale oder Funktionen der hierin erörterten offenbarten Technologie ausführt.
Während vorstehend unterschiedliche Ausführungsformen der offenbarten Technologie beschrieben wurden, sollte zu verstehen sein, dass diese rein beispielhaft und nicht einschränkend dargestellt wurden. Ebenso können die verschiedenen Diagramme eine beispielhafte Architektur oder sonstige Konfiguration für die offenbarte Technologie zeigen, was einem besseren Verständnis der Merkmale und Funktionalität dienen soll, die in der offenbarten Technologie enthalten sein können. Die offenbarte Technologie ist nicht auf die beispielhaften dargestellten Architekturen oder Konfigurationen beschränkt, sondern die erwünschten Merkmale können unter Verwendung einer Vielfalt von alternativen Architekturen oder Konfigurationen realisiert werden. Es wird dem Fachmann ersichtlich sein, wie alternative funktionelle, logische oder physikalische Teile und Konfigurationen realisiert sein können, um die erwünschten Merkmale der offenbarten Technologie zu realisieren. Außerdem kann auch eine Vielzahl von unterschiedlichen konstituierenden Modulnamen außer den hierin dargestellten auf die verschiedenen Teile angewendet werden. Zusätzlich sollen bezüglich der Ablaufdiagramme die Beschreibungen der Operationen und Verfahrensansprüche, die Reihenfolge, in der die Schritte hierin dargestellt werden, nicht festlegen, dass verschiedene Ausführungsformen derart realisiert sind, dass sie die dargelegte Funktionalität in der gleichen Reihenfolge ausführen, wenn der Zusammenhang dies nicht anders vorgibt.
Obgleich die vorstehend beschriebene offenbarte Technologie bezüglich verschiedener beispielhafter Ausführungsformen und Implementierungen beschrieben wird, sollte zu verstehen sein, dass die unterschiedlichen Merkmale, Aspekte und beschriebene Funktionalität in einer oder mehreren der individuellen Ausführungsformen in ihrer Anwendbarkeit nicht auf die bestimmte Ausführungsform beschränkt sind, mit der sie beschrieben werden, sondern stattdessen auch alleine oder in verschiedenen Kombinationen auf eine oder mehrere der anderen Ausführungsformen der offenbarten Technologie angewendet werden können, unabhängig davon, ob solche Ausführungsformen beschrieben wurden und ob solche Merkmale als Teil der beschriebenen Ausführungsformen dargelegt werden. Somit sollte der Umfang und Offenbarungsbereich der hierin offenbarten Technologie nicht durch jegliche der vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen beschränkt sein.
In diesem Dokument verwendete Begriffe und Phrasen sowie Varianten davon sollten, wenn nicht ausdrücklich anderweitig angegeben, als offen und nicht als einschränkend verstanden werden. Als Beispiele dafür sollte der Begriff „umfassen” zu verstehen sein als „enthalten ohne Einschränkung” oder dergleichen; wird der Begriff „Beispiel” verwendet, um beispielhafte Fälle des erörterten Elements und keine erschöpfende oder einschränkende Liste davon darzustellen; sollten die Begriffe „ein, eine oder einen” als „mindestens einen, eine oder mehrere” oder dergleichen zu verstehen sein; und sollten Adjektive wie beispielsweise „herkömmlich”, „traditionell”, „normal”, „Standard”, „bekannt” und Begriffe mit einer ähnlichen Bedeutung nicht als das beschriebene Element auf eine spezielle Zeitdauer oder ein zu einem gegebenen Zeitpunkt verfügbares Element einschränkend verstanden werden, sondern sollten anstattdessen als herkömmlich, traditionell, normal oder Standard, umfassend zu verstehen sein, Technologien, die jetzt oder irgendwann in der Zukunft verfügbar oder bekannt sind. Auf ähnliche Weise umfassen, wo sich dieses Dokument auf Technologien bezieht, die dem Durchschnittsfachmann ersichtlich oder bekannt sind, solche Technologien dem Fachmann ersichtlichen oder bekannten Technologien jetzt oder irgendwann in der Zukunft.
Das Vorhandensein von breitgefassten Wörtern und Phrasen wie beispielsweise „eine oder mehr”, „mindestens”, „aber nicht beschränkt auf” oder sonstige ähnliche Phrasen in einigen Fällen soll nicht derart zu verstehen sein, dass der schmaler gefasste Fall beabsichtigt ist oder erforderlich in Fällen ist, wo eine solche erweiternde Phrase nicht vorhanden ist. Die Verwendung des Begriffes „Modul” impliziert nicht, dass die beschriebenen oder beanspruchten Komponenten oder Funktionalitäten als Teil des Moduls alle in einem gemeinsamen Gehäuse ausgebildet sind. Tatsächlich können sämtliche oder jegliche der verschiedenen Komponente eines Moduls, ob Steuerlogik oder andere Komponenten, in einem einzelnen Gehäuse kombiniert werden oder getrennt vorgesehen sein und können außerdem in verschiedenen Gruppierungen oder Gehäusen oder über verschiedene Stellen verteilt sein.
Außerdem sind die hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen in Bezug auf beispielhafte Blockdiagramme, Ablaufdiagramme und sonstige Darstellungen beschrieben. Wie dem Fachmann nach dem Lesen dieses Dokumentes ersichtlich sein wird, können die dargestellten Ausführungsformen und deren verschiedene Alternativen ohne Beschränkung auf die dargestellten Beispiele realisiert werden. Beispielsweise sollten Blockdiagramme und die zugehörige Beschreibung nicht als eine spezielle Architektur oder Konfiguration vorgebend verstanden werden.

Claims

Hochfrequenz-Empfänger, der dazu ausgebildet ist, ein über einen Kanal gesendetes moduliertes Signal zu empfangen, wobei der Hochfrequenz-Empfänger umfasst: ein erstes Transformationsmodul, das dazu ausgebildet ist, ein erstes Fehlersignal für ein Informationssignal zu erzeugen, das das von dem Empfänger empfangene modulierte Signal darstellt, wobei das Transformationsmodul umfasst: ein Quadriermodul, das dazu ausgebildet ist, das Informationssignal zu quadrieren, wodurch ein quadriertes Signal erzeugt wird, und eine erste Mischeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, eine komplexe Multiplikation des quadrierten Signals mit einem lokalen Bezugssignal auszuführen, ein Symboltaktschätzungsmodul, das dazu ausgebildet ist, einen Symboltakt des empfangenen Signals auf Grundlage des von dem Transformationsmodul erzeugten Fehlersignals zu schätzen und ein Symboltaktsignal zu erzeugen; ein Frequenzversatzschätzungsmodul, das dazu ausgebildet ist, einen Frequenzversatz des empfangenen Signals auf Grundlage des von dem Transformationsmodul erzeugten Fehlersignals zu schätzen; und ein Phasenversatzschätzungsmodul, das dazu ausgebildet ist, einen Phasenfehler in dem empfangenen Signal auf Grundlage des von dem Transformationsmodul erzeugten Fehlersignals zu schätzen.
Hochfrequenz-Empfänger nach Anspruch 1, bei dem das Symboltaktschätzungsmodul, das Frequenzversatzschätzungsmodul und das Phasenversatzschätzungsmodul jeweils dazu ausgebildet sind, ihre entsprechende Schätzung unter Verwendung des auf Grundlage des gleichen Informationssignals berechneten Fehlersignals auszuführen.
Hochfrequenz-Empfänger nach Anspruch 1, ferner umfassend ein zweites Transformationsmodul, wobei das zweite Transformationsmodul dazu ausgebildet ist, ein zweites Fehlersignal für das empfangene Signal auf Grundlage eines frequenzkorrigierten Informationssignals zu erzeugen, und wobei das erste Transformationsmodul dazu ausgebildet ist, das erste Fehlersignal auf Grundlage des Informationssignals zu erzeugen; und wobei ferner das Symboltaktschätzungsmodul und das Frequenzversatzschätzungsmodul dazu ausgebildet sind, ihre entsprechenden Schätzungen unter Verwendung des auf Grundlage des gleichen empfangenen Signals berechneten ersten Fehlersignals auszuführen, und das Phasenversatzschätzungsmodul dazu ausgebildet ist, Phasenschätzung unter Verwendung des auf Grundlage des frequenzkorrigierten Informationssignals berechneten zweiten Fehlersignals auszuführen.
Hochfrequenz-Empfänger nach Anspruch 1, ferner umfassend eine zweite Mischeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, den geschätzten Frequenzversatz auf das Informationssignal anzuwenden, was zu einem frequenzkorrigierten Informationssignal führt, und eine dritte Mischeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, den geschätzten Phasenversatz auf das frequenzkorrigierte Informationssignal anzuwenden.
Hochfrequenz-Empfänger nach Anspruch 1, bei dem das Transformationsmodul ferner ein Schieberegistermodul, das dazu ausgebildet ist, ein Ausgangssignal von der Mischeinrichtung zu empfangen und das Ausgangssignal zu verzögern; und einen Downsampler, der dazu ausgebildet ist, Spektralfaltung des gemischten verzögerten Signals auszuführen, um verzögerte Abtastungen des ausgegebenen Fehlersignals auszuwählen, umfasst.
Hochfrequenz-Empfänger nach Anspruch 1, bei dem das Transformationsmodul ferner ein Schieberegistermodul, das dazu ausgebildet ist, das Informationssignal zu verzögern, ein Downsamplermodul, das dazu ausgebildet ist, das verzögerte Informationssignal vor der Quadrierung herunterzutakten, umfasst, und wobei die Quadrierung des Informationssignals die Quadrierung des heruntergetakteten verzögerten Informationssignals umfasst.
Hochfrequenz-Empfänger nach Anspruch 1, bei dem das Informationssignal eine digitalisierte und abwärtsgewandelte Version des von dem Empfänger empfangenen modulierten Signals umfasst.
Hochfrequenz-Empfänger nach Anspruch 7, bei dem das Symboltaktschätzungsmodul, das Frequenzversatzschätzungsmodul und das Phasenversatzschätzungsmodul einen in einem nicht flüchtigen Speichermedium gespeicherten computerlesbaren Programmcode umfassen.
Hochfrequenz-Empfänger nach Anspruch 1, bei dem das Informationssignal ein digitales Basisbandsignal umfasst.
Hochfrequenz-Empfänger nach Anspruch 1, bei dem das von dem ersten Transformationsmodul erzeugte Fehlersignal umfasst:
wobei die ε Komponente die Symboltaktschätzung darstellt, die Δω Komponente die Frequenzversatzschätzung darstellt und die θ₀ Komponente die Phasenversatzschätzung darstellt.
Hochfrequenz-Empfänger nach Anspruch 1, bei dem das Schätzen des Symboltakts durch das Symboltaktschätzungsmodul Ausführen einer Vielzahl von Transformationen, wobei jede Transformation auf einer Version des um einen unterschiedlichen Betrag verzögerten Informationssignals arbeitet, Vergleichen der Ergebnisse der Vielzahl von Transformationen und auf Grundlage des Vergleiches Bestimmen, welchen Verzögerungsbetrag die Verzögerung zwischen dem empfangenen Signal und dem lokalen Bezugssignal darstellt, umfasst.
Hochfrequenz-Empfänger nach Anspruch 11, bei dem das Vergleichen Vergleichen einer gemittelten Leistung von jeder der Vielzahl von Transformationen umfasst, um zu bestimmen, welche die Maximalleistung hat. Das System wählt den Zweig mit der Maximalleistung aus und dessen zugehörige Verzögerung wird identifiziert. Die ausgegebene Maximalleistung zeigt die Verzögerung D zwischen dem empfangenen Signal und dem lokalen Bezugssignal, um den Symboltakt wiederherzustellen.
Verfahren zum Schätzen von Frequenz- und Phasenversatz und Symboltakt für ein über einen Kanal übertragenes und von einem Empfänger empfangenes moduliertes Signal, wobei das Verfahren umfasst: Anwenden einer ersten Transformation auf ein Informationssignal, das das von dem Empfänger empfangene modulierte Signal darstellt, um ein erstes Fehlersignal zu erzeugen, wobei die Transformation das Quadrieren des Informationssignals, wodurch ein quadriertes Signal erzeugt wird, und Multiplizieren durch komplexe Multiplikation des quadrierten Signals mit einem Bezugssignal umfasst; Schätzen eines Symboltakts des empfangenen Signals auf Grundlage des durch die erste Transformation erzeugten Fehlersignals und Erzeugen eines Symboltaktsignals für das Informationssignal; Schätzen eines Frequenzversatzes des empfangenen Signals auf Grundlage des durch die Transformation erzeugten Fehlersignals; und Schätzen eines Phasenfehlers in dem empfangenen Signal auf Grundlage des durch die Transformation erzeugten Fehlersignals.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Schätzen von Symboltakt, Frequenzversatz und Phasenversatz unter Verwendung des auf Grundlage des gleichen Informationssignals berechneten Fehlersignals ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend Anwenden einer zweiten Transformation, die ein zweites Fehlersignal für das empfangene Signal auf Grundlage eines frequenzkorrigierten Informationssignals erzeugt, und wobei die erste Transformation das erste Fehlersignal auf Grundlage das Informationssignals erzeugt; und wobei ferner das Schätzen des Symboltakts und Frequenzversatzes unter Verwendung des auf Grundlage des gleichen empfangenen Signals berechneten ersten Fehlersignals ausgeführt wird und das Schätzen des Phasenversatzes unter Verwendung des auf Grundlage des frequenzkorrigierten Informationssignals berechneten zweiten Fehlersignals ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend Mischen des geschätzten Frequenzversatzes mit dem Informationssignal, was zu einem frequenzkorrigierten Informationssignal führt, und Mischen des geschätzten Phasenversatzes mit dem frequenzkorrigierten Informationssignal, was zu einem korrigierten Informationssignal führt.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Transformation ferner Verzögern eines von der Multiplikation ausgegebenen Signals und Heruntertakten des verzögerten Signals, um das Fehlersignal zu erzeugen, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Transformation ferner Verzögern des Informationssignals und Heruntertakten des verzögerten Informationssignals vor der Quadrierung umfasst und wobei die Quadrierung des Informationssignals Quadrierung des heruntergetakteten verzögerten Informationssignals umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Informationssignal eine digitalisierte und abwärtsgewandelte Version des von dem Empfänger empfangenen modulierten Signals umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Informationssignal ein digitales Basisbandsignal umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das durch die erste Transformation erzeugte Fehlersignal umfasst:
wobei die ε Komponente die Symboltaktschätzung darstellt, die Δω Komponente die Frequenzversatzschätzung darstellt und die θ₀ Komponente die Phasenversatzschätzung darstellt.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Schätzen des Symboltakts durch das Symboltaktschätzungsmodul Ausführen einer Vielzahl von Transformationen, wobei jede Transformation auf einer Version des um einen unterschiedlichen Betrag verzögerten Informationssignals arbeitet, Vergleichen der Ergebnisse der Vielzahl von Transformationen und auf Grundlage des Vergleiches Bestimmen, welchen Verzögerungsbetrag die Verzögerung zwischen dem empfangenen Signal und dem lokalen Bezugssignal darstellt, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 22, bei dem das Vergleichen Vergleichen einer mittleren Leistung von jeder der Vielzahl von Transformationen umfasst, um zu bestimmen, welche die Maximalleistung aufweist. Das System wählt den Zweig mit der Maximalleistung aus, und dessen zugehörige Verzögerung wird identifiziert. Die ausgegebene Maximalleistung zeigt die Verzögerung D zwischen dem empfangenen Signal und dem lokalen Bezugssignal, um den Symboltakt wiederherzustellen.