DE19540652A1

DE19540652A1 - Digitales Kommunikationsverfahren aufgrund weicher Entscheidungen und Apparat

Info

Publication number: DE19540652A1
Application number: DE19540652A
Authority: DE
Inventors: Dariusz A Blasiak; John W Arens
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1994-11-01
Filing date: 1995-10-31
Publication date: 1996-05-02
Anticipated expiration: 2015-11-01
Also published as: BR9505033A; AU704779B2; ITRM950715A0; CN1130832A; CA2161057C; FI955196A0; GB2294851A; ES2113300A1; US5706313A; IT1276582B1; CA2161057A1; RU2121232C1; DE19540652C2; JPH08214037A; ITRM950715A1; GB9521907D0; FR2726420A1; ES2113300B1; GB2294851B; FI955196A

Description

Hintergrund der Erfindung 1. Feld der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf digitale Kommunikationssysteme, die Vorwärtsfehlerkorrektur (Forward Error Correction, FEC) verwenden, und besonders auf ein Verfah ren und einen Apparat zur Dekodierung von empfangenen, differen tiell kodierten, mehrstufig phasenumtastungsmodulierten (Multi- level Phase-Shift Keying, MPSK) Signalen mittels einer Metrik weicher Entscheidungen.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Wegen des schnellen Wachstums der Industrie zellularer Telefone haben digitaler Kommunikationssysteme wegen ihrer Vorteile bei der Systemkapazität und dem Wirkungsgrad begonnen, verbreitet als Standard für viele gegenwärtige und zukünftige Systeme zu dienen. Ein gewöhnlich in digitalen Kommunikations systemen verwendetes Verfahren zur Verbesserung der Bitfehler rate (bit error rate, BER) ist die Vorwärtsfehlerkorrektur (forward error correction, FEC), wobei Redundanz zum übertra genen Signal hinzugefügt wird, um die Immunität des gesendeten Signals hinsichtlich des Kanalrauschens zu erhöhen. Dekodierver fahren der Vorwärtsfehlerkorrektur variieren stark und hängen häufig vom benutzten Modulationsschema ab.

Digitale Kommunikationssysteme haben die Option der Verwen dung verschiedener Modulationsverfahren. Ein solches Modula tionsverfahren ist mehrstufige Phasenumtastungsmodulation (multi-level phase-shift keying, MPSK), das gewöhnlich wegen seines spektralen Wirkungsgrads und seiner Bitfehlerraten leistung (bit error rate, BER) verwendet wird. MPSK ist eine Modulationsstrategie, bei der die Information in der Phase des übertragenen Signals untergebracht ist. Die Phase jedes übertra genen Symbols kann eine von 2^M möglichen Werten annehmen, wobei M die Modulationsordnung bezeichnet. Beispiele der verschiedenen Ordnungen von MPSK sind binäre Phasenumtastungsmodulation (binary phase-shift keying, BPSK) (M=2) und Quadraturphasen umtastungsmodulation (quadrature phase-shift keying, QPSK) (M=4). Zwei generelle Methodenlehren zur Erkennung MPSK-modu lierter Signale sind kohärente Erkennung und nicht-kohärente Erkennung. Für kohärente Erkennung ist eine Einrichtung zum Erlangen eines Schätzwertes für den Phasenbezug des empfangenen Signals erforderlich. Kein derartiger Phasenbezug wird für nicht-kohärente Erkennung erforderlich, obgleich eine Einrich tung wesentlich ist, um das übertragene Signal relativ immun hinsichtlich Phasenumtastung zu machen. Die gebräuchlichste Einrichtung, mit der dieses erreicht wird, ist die differen tielle Kodierung des übertragenen Signals im Sender, und anschließend die differentielle Dekodierung des empfangenen Signals im Empfänger. Differentielle Kodierung ist der Prozeß der Abbildung der Information in die Phasendifferenz zweier benachbarter Symbole, statt der Abbildung der Information in die absolute Phase eines jeden Symbols, was bei MPSK der Fall ist. Ein MPSK-System, das differentielle Kodierung und nicht-kohä rente Erkennung im Empfänger verwendet, wird differentielle Phasenumtastung (differential phase-shift keying, DPSK) genannt, wobei das M aus Schreibbequemlichkeit weggelassen wird. Anderer seits wird ein MPSK-System, das differentielle Kodierung und kohärente Erkennung im Empfänger verwendet, differentiell kodierte Phasenumtastung (differential-encoded phase-shift keying, DEPSK) genannt.

Zahlreiche digitale Kommunikationssysteme, wie etwa ter restrische, zellulare Systeme (z. B., United States Digital Cellular oder USDC), verwenden gewöhnlich DPSK-Modulation, hauptsächlich wegen der Einfachheit des nicht-kohärenten Empfängerentwurfs. Andere digitale Kommunikationssysteme, wie etwa Satellitensysteme im niedrigen Erdorbit (low earth orbit, LEO), verwenden DEPSK-Modulation aus Gründen wie etwa der engen Energiegrenzen der Satelliten und der Notwendigkeit, mit deut licher Dopplerfrequenzverschiebung auszukommen.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das einen bekannten Apparat zur Dekodierung des DEPSK-modulierten Signals veranschaulicht. Der Apparat von Fig. 1 ist konfiguriert, um QPSK-modulierte Signale zu dekodieren. In einem QPSK-Modulationsschema moduliert der Sender ein Trägersignal mit In-Phase-Komponenten (I) und Quadra tur-Komponenten (Q), in einer Weise, die durch die in das Signal kodierten Symbole definiert wird. Jedes Bit der Symbole modu liert eines der I- oder Q-Komponenten, so daß im Sender nur eine von vier möglichen Phasenbeziehungen zwischen den I- und Q-Kom ponenten existiert. Während des Sendens wird die in dem QPSK-modulierten Trägersignal enthaltene Information durch Rauschen, wie etwa zusätzliches weißes Gauß′sches Rauschen (additive white gaussian noise, AWGN) verstümmelt. In Systemen, die Information über Funkfrequenzen (radio frequencies, RF) übertragen, wie etwa zellulare Systeme, neigen die übertragenen Signale auch zum Schwund wegen konstruktiver und destruktiver Interferenzen des empfangenen Mehrpfadsignals. Schwund hat die Wirkung der Verzer rung sowohl der Amplitude als auch der Phase des empfangenen Signals.

Das QPSK-modulierte Signal wird durch einen kohärenten Empfänger 101 empfangen und demoduliert und mit der Symbolrate abgetastet, um digitale Abtastwerte der I- und Q-Komponenten der empfangenen Symbolsequenz vorzusehen. Die empfangenen Symbole werden einem Quantisierer 103 zugeführt, der Quantisierung durchführt oder einen Dekodieralgorithmus vorsieht, der eine Symbolentscheidung macht; d. h., der entscheidet, welches Symbol übertragen wurde, trotz der Tatsache, daß das empfangene Symbol konstant durch Rauschen verstümmelt worden ist. Nach der Quan tisierung werden die Symbolentscheidungen über einen differen tiellen Dekoder 105 einem Vorwärtsfehlerkorrekturdekoder (FEC) 107 zugeführt. Der FEC-Dekoder 107, der einen Viterbi-Algorith mus verwenden kann, dekodiert die kodierten Daten der empfange nen Symbolsequenz entsprechend den quantisierten Symbolen. Da Quantisierung (d. h., Symbolentscheidungen) der empfangenen Symbole vor dem FEC-Dekoder ausgeführt wurde, ist solch eine Strategie nach dem Stand der Technik als eine Dekodierungs technik mit harten Entscheidungen bekannt.

Ein FEC-Dekodierungsalgorithmus mit harten Entscheidungen ist einer, der empfangene Symbole aufnimmt und verarbeitet, die zu einem der möglicherweise übertragenen Symbole quantisiert worden sind. Für QPSK bildet solch eine Quantisierung die I- und Q-Komponenten jedes empfangenen Symbols als einen Vektor in einem zweidimensionalen Vektorraum ab, der durch die Achsen I und Q definiert wird (welche der komplexen Ebene gleichwertig ist). Der Sender moduliert den Träger (in der QPSK-Modulation) ent sprechend genau einem von vier möglichen, zu übertragenden Symbolen. Jedes der vier möglichen Symbole wird zusätzlich als ein Vektor in einem zentral gelegenen Punkt in einem korres pondierenden der vier Quadranten des I-Q-Vektorraums abgebildet. Der Quantisierer 103 berechnet die Abstände zwischen dem die I- und Q-Komponenten beschreibenden Vektor eines jeden empfangenen Signals und jedem der vier Vektoren, die die möglicherweise übertragenen Symbole beschreiben. Quantisierungsrauschen ent steht als Folge des Treffens von Symbolentscheidungen durch Bewegen der die I- und Q-Komponenten eines jeden empfangenen Symbols beschreibenden Vektoren zu dem nächsten der vier Vek toren, die die möglicherweise übertragenen Symbole beschreiben.

Ein FEC-Algorithmus mit weichen Entscheidungen ist einer, der irgendeine Metrik oder Maß verwendet, das auf eine gewisse Weise der Symbolentscheidung ein Grad des Vertrauens zuordnet, wodurch die Verläßlichkeit in solch eine Vertrauensmaßnahme größer ist, als wenn sie durch eine Quantisierung mit harter Entscheidung erreicht wurde. FEC-Dekodierung mit weichen Ent scheidungen liefert typischerweise verbesserte BER-Leistungen über diejenigen hinaus, die von FEC-Dekodierung mit harten Entscheidungen gezeigt wird.

Bekannte Apparate, die DEPSK-modulierte Signale dekodieren, quantisieren oder treffen Symbolentscheidungen zu früh im Deko dierprozeß. Der in Fig. 1 veranschaulichte Apparat trifft Sym bolentscheidungen vor dem differentiellen Dekoder 105. Obgleich die spätere Verarbeitung vereinfacht sein kann, weil z. B. Abtastwerte nicht im Speicher mit hoher Auflösung gespeichert werden müssen, wird die BER-Leistung verringert. So geht Infor mation für weiche Entscheidungen, die benutzt werden könnte, um die Leistung des FEC-Dekoders 107 zu verbessern, bei der Quan tisierung verloren.

Deshalb wird ein Apparat zur Dekodierung von DEPSK-modulier ten Signalen benötigt, der Informationen für weiche Entschei dungen direkt dem FEC-Decoder zuführt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das einen bekannten Apparat zum Dekodieren kohärenter, differentiell kodierter, MPSK-modulierter Signale veranschaulicht.

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das einen Apparat zum Dekodie ren kohärenter, differentiell kodierter, MPSK-modulierter Sig nale nach der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm, das den Metrikrechnerblock von Fig. 2 nach der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.

Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Die hier offengelegte Erfindung umgreift einen Apparat zur Dekodierung eines kohärenten, differentiell kodierten, mehrstu fig phasenumtastungsmodulierten (DEPSK) Signals. Der Dekodier apparat enthält einen kohärenten Empfänger zum Empfang des kohä renten DEPSK-modulierten Signals. Der Dekodierapparat enthält ferner einen Metrikrechner, der an den kohärenten Empfänger angekoppelt ist, zur Erzeugung einer Metrik weicher Entschei dungen, die mit dem kohärenten, DEPSK-modulierten Signal korres pondiert. Der Dekodierapparat enthält zusätzlich einen Vorwärts fehlerkorrekturdekoder (FEC), der an den Metrikrechner angekop pelt ist, zum Dekodieren des kohärenten, DEPSK-modulierten Sig nals in Übereinstimmung mit der Metrik weicher Entscheidungen, die mit dem kohärenten, DEPSK-modulierten Signal korrespondiert.

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das einen Dekodierapparat 200 des Kommunikationssystems zum Dekodieren kohärenter, DEPSK-modulierter Signale nach der vorliegenden Erfindung veranschau licht. Obwohl vorzugsweise zur Benutzung in Teilnehmereinheiten und Satelliten eines Satellitenkommunikationssystems gedacht, enthält der Dekodierapparat 200 einen Teil der Empfangsschalt kreise eines jeden digitalen Empfängers, der DEPSK-Modulation verwendet. Der Dekodierapparat 200 enthält den kohärenten Empfänger 101 und den Vorwärtsfehlerkorrekturdekoder (FEC) 107, der zuvor mit Bezug auf Fig. 1 offengelegt wurde. Jedoch statt Verwendung des Quantisierers 103 und des differentiellen Deko ders 105 von Fig. 1, schaltet der Dekodierapparat 200 einen Metrikrechner 201 zwischen den kohärenten Empfänger 101 und den FEC-Dekoder 107.

Der kohärente Empfänger 101 empfängt ein kohärentes, DEPSK-moduliertes Signal, das durch einen Sender gesendet wurde. Vor der Aussendung wurden die zu sendenden Daten zuerst durch einen FEC-Kodierer kodiert und auf Symbole abgebildet, wobei die Zahl der unterschiedlichen Symbole vom Typ der in dem Kommunikations system verwendeten Modulation abhängt. Z.B. verwendet mehr stufige Phasenumtastungsmodulation (MPSK) M unterschiedliche Symbole, während Quadraturphasenumtastungsmodulation (QPSK) nur vier unterschiedliche Symbole verwendet. Als nächstes werden die in Symbole kodierte Daten differentiell kodiert, um so uner wünschte Frequenzrotation zwischen Symbolen und "Sektorschlupf" wegen möglicher Dopplerfrequenzverschiebung während der Über tragung zu bekämpfen. Das sich ergebende, differentiell kodierte Signal, das zum kohärenten Empfänger 101 durch den Sender übertragen wird, kann durch das Folgende dargestellt werden:

√d (n)

wobei
n ein diskretes Zeitintervall darstellt;
P die durchschnittliche Energie darstellt; und
d(n), die differentiell kodierte Sequenz, durch die folgende Funktionalgleichung definiert wird:

wobei
N die Länge des empfangenen Signals darstellt; und
s(n) das aktuelle (FEC-kodierte) übertragene Symbol darstellt, das eines der möglichen Symbole sein kann, die durch die folgende Menge bezeichnet werden:

Nach Empfang durch den kohärenten Empfänger 101 wird das differentiell kodierte, übertragene Signal einem Filter und einem darin enthaltenen Abwärtsabtaster zugeführt. Weil das empfangene, differentiell codierte, übertragene Signal mit der Symbolrate abwärtsabgetastet wird, gibt der Abwärtsabtaster ein einziges empfangenes Symbol während eines diskreten Zeitinter valls ab. Das einzelne empfangene Symbol kann als das gegenwär tig empfangene Symbol r(n) bezeichnet werden, das durch die folgende Gleichung dargestellt wird:

r (n) = √d (n) + w(n) (2)

wobei
w(n) während der Übertragung aufgenommenes Gauß′sches Rauschen darstellt.

Vor der Ausgabe des gegenwärtig empfangenen Symbols r(n) kom pensiert der kohärente Empfänger 101 das gegenwärtig empfangene Symbol r(n) hinsichtlich Dopplerfrequenzverschiebungen durch erstens Abschätzung sowohl der Phase als auch der Frequenzver schiebung des gegenwärtig empfangenen Symbols r(n) mittels eines Phasenabschätzers und dann Mischen des gegenwärtig empfangenen Symbols r(n) mit einem konjugierten Ausgabewert des Phasenab schätzers. Zusätzlich kann auch Kompensation für kurzzeitigen Kanalschwund vorgesehen werden. Das nun kompensierte, gegen wärtig empfangene Symbol r(n) wird an den Metrikrechner 201 abgegeben.

Der Metrikrechner 201 vergleicht generell das gegenwärtig empfangene Symbol r(n) mit einer Menge aller möglicherweise übertragenen Symbole, in einem Versuch, das aktuell übertragene Symbol r(n) zu unterscheiden. Um diesen Vergleich zu machen, wird der Metrikrechner 201 während jedes diskreten Zeitinter valls viele Male zur Ausführung gebracht. Die Anzahl, mit der der Metrikrechner 201 zur Ausführung gebracht wird, hängt von dem Typ der im Kommunikationssystem verwendeten Modulation ab. Für MPSK-modulierte Signale, in denen es insgesamt M möglicher weise übertragene Symbole gibt, muß der Metrikrechner 201 M-mal für jedes diskrete Zeitintervall zur Ausführung gebracht werden. Für die vier unterschiedlichen Signale, die in der QPSK-Modula tion verwendet werden, braucht der Metrikrechner nur viermal für jedes diskrete Zeitintervall zur Ausführung gebracht werden.

Aus Kompatibilität mit bekannten FEC-Dekodern, wie etwa dem FEC-Dekoder 107, und dem Viterbi-Dekodieralgorithmus, der darin verwendet sein kann, gibt der Metrikrechner 201 die Information weicher Entscheidungen in Termen der Korrespondenz zwischen dem möglicherweise übertragenen Symbol und dem aktuell übertragenen Symbol s(n) aus. Genauer gesagt, gibt der Metrikrechner 201 für jedes einzelne der möglicherweise übertragenen Symbole einen Wahrscheinlichkeitswert aus, der einen Grad des Vertrauens reflektiert, daß das aktuell übertragene Symbol s(n), das im gegenwärtig empfangenen Symbol r(n) verkörpert ist, genau dasjenige der möglicherweise übertragenen Symbole ist. Deshalb wird am Ende des diskreten Zeitintervalls des gegenwärtig empfangenen Symbols r(n), in dem der Metrikrechner 201 in Übereinstimmung mit dem Typ der verwendeten Modulation mehrfach zur Ausführung gebracht wurde, eine Serie von Wahrscheinlich keitswerten, die mit den möglicherweise übertragenen Symbolen korrespondieren, als eine Zeile oder Spalte in einer Ausgabe matrix ((n)) ausgegeben.

Zum Beispiel kann die Ausgabematrix ((n)) des gegenwärtig empfangenen Symbols r(n) in einem QPSK-Modulationsschema, in dem die möglicherweise übertragenen Symbole die Menge {1,-j,-1,j} enthalten, dargestellt werden durch eine 1×4 dimensionierte Matrix von Wahrscheinlichkeitswerten, wie etwa [ 4 2 5 7 ]. Die Spalten der 1×4 dimensionierten Matrix [ 4 2 5 7 ] werden durch jedes der Symbole der Menge {1,-j,-1,j} definiert, um sich so direkt auf die entsprechende Wahrscheinlichkeit zu beziehen, daß das aktuell übertragene Symbol s(n) mit den möglicherweise über tragenen Symbolen {1,-j,-1,j} korrespondiert. D.h., die (1,1)-Stelle der 1×4 dimensionierten Matrix korrespondiert mit Symbol 1, die (1,2)-Stelle korrespondiert mit Symbol -j, die (1,3)-Stelle korrespondiert mit Symbol -1, und die (1,4)-Stelle korrespondiert mit Symbol j. Der FEC-Dekoder 107 kann dann die Ausgabematrix ((n)), [ 4 2 5 7 ], derart bewerten, daß j mit größter Wahrscheinlichkeit die Identität des aktuell übertra genen Symbols s(n) ist, -1 weniger wahrscheinlich die Identität ist, 1 noch weniger wahrscheinlich ist, und Symbol -j am wenig sten die Identität des aktuell übertragenen Symbols s(n) ist.

Das vorstehende Beispiel offenbart einen Teil der Ausgabe matrix ((n)), die entsprechend dem gegenwärtig empfangenen Symbol r(n) während eines diskreten Zeitintervalls gebildet wird. Am Schluß aller diskreten Zeitintervalle, enthält die Ausgabematrix ((n)) Wahrscheinlichkeitswerte für alle Symbole des empfangenen Signals. Die Ausgabematrix ((n)) verkörpert in ihrer Gesamtheit die Metrik weicher Entscheidungen.

Die an den FEC-Dekoder 107 ausgegebene Ausgabematrix ((n)) hat eine Größe entsprechend der Zahl der Symbole, die das differentiell kodierte Signal √ d(n) enthält, das an den kohärenten Empfänger 101 gesendet und von ihm empfangen wurden. Wenn z. B. das differentiell kodierte Signal √ d(n) in Überein stimmung mit der MPSK-Modulation moduliert wurde und eine Länge von 100 Symbolen hat, hat die Ausgabematrix ((n)) am Ende der 100 diskreten Zeitintervalle die Dimension 100×M. Ähnlich hat das differentiell kodierte Signal √d (n) mit 100 Symbolen für QPSK-Modulation die Dimension 100×4.

Wie zuvor erwähnt, führt der durch den Metrikrechner 201 verwirklichte Algorithmus weicher Entscheidungen die Ausgabe matrix ((n)) in Termen des aktuell übertragenen Symbols s(n) zum FEC-Dekoder 107. Dies erlaubt dem Metrikrechner 201, mit den meisten FEC-Dekodern kompatibel zu sein, die den Viterbi-Algo rithmus verwenden. Der Dekodierapparat 200 von Fig. 2 verbessert die bekannten Dekodierapparate, wie etwa den in bezug zu Fig. 1 offengelegten, aber verlangt keinen differentiellen Dekoder 105, der das empfangene Signal in Terme des aktuell übertragenen Symbols s(n) bringt, die für die Kompatibilität mit dem FEC-Dekoder 107 erforderlich ist. Folglich ist der Dekodierapparat 200 von Fig. 2 nach der vorliegenden Erfindung im Gegensatz zum bekannten Apparat von Fig. 1 in der Lage, die Dekodierleistung des FEC-Dekoders durch direktes Vorsehen der Information weicher Entscheidungen zu verbessern.

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm, das genauer den Betrieb des Metrikrechners 201 nach der vorliegenden Erfindung veranschau licht. Das gegenwärtig empfangene Symbol r(n), das durch den kohärenten Empfänger 101 von Fig. 2 ausgegeben wird, wird dem Mischer 301 zugeführt. Der Mischer 301 mischt das gegenwärtig empfangene Symbol r(n) mit einer Konjugierten des gegenwärtigen Symbols von den möglicherweise übertragenen Symbolen, der durch einen Nurlesespeicher (ROM) 303 vorgesehen wird. Das ROM 303 enthält einen vorbestimmten Satz aller möglicherweise übertra genen Symbole für das besondere, im Kommunikationssystem verwen dete Modulationsschema. Für MPSK-Modulationsschemen sind M mög licherweise übertragene Symbole innerhalb des ROM 303 gespei chert, wohingegen für QPSK nur vier möglicherweise übertragene Symbole innerhalb des ROM 303 gespeichert sind. Das ROM 303 führt ein gegenwärtiges der möglicherweise übertragenen Symbole s(n) zu einem Komplexkonjugiertkonverter 305 innerhalb des Metrikrechners 201. Der Komplexkonjugiertkonverter 305 gibt eine Konjugierte des gegenwärtigen Symbols der möglicherweise über tragenen Symbole *(n) an den Mischer 301. Der Mischer 301 mischt das gegenwärtig empfangene Symbol r(n) mit der Konjugierten des gegenwärtigen Symbols der möglicherweise übertragenen Symbole *(n), um ein rotiertes, empfangenes Symbol *(n)r(n) zu erzeu gen, das weiter an einen Summierer geleitet wird.

Das gegenwärtig empfangene Symbol r(n) wird auch in einen Verzögerer 309 geleitet, der zwischen den Mischer 301 und den Summierer 309 geschaltet ist. Der Verzögerer 309 bewirkt eine Verzögerung des gegenwärtig empfangenen Symbols r(n) um ein diskretes Zeitintervall. Am Ende des einen diskreten Zeitinter valls führt der Verzögerer 309 ein zuvor empfangenes Symbol r(n-1) dem Summierer 307 zu.

Der Grund für das Mischen des gegenwärtig empfangenen Symbols r(n) und der Konjugierten des gegenwärtigen Symbols der mögli cherweise übertragenen Symbole *(n), um ein rotiertes, empfan genes Symbol *(n)r(n) zu erzeugen, ist es, eine funktionierende Annäherung des zuvor empfangenen Symbols r(n-1) zu erzeugen. Die oben erwähnte Gleichung (2) legt nahe, daß das gegenwärtig empfangene Symbol r(n) sich direkt auf die differentiell kodierte Sequenz d(n) bezieht. Ferner enthüllt die Gleichung (1), daß die differentiell kodierte Sequenz d(n) gleich s(n)d(n-1) für alle diskreten Zeitintervalle nach dem ersten Zeitintervall ist (es wird bemerkt, daß kein Symbol im ersten Zeitintervall (n=0) übertragen wurde). Daraus folgt, daß

r(n) ≈ s (n)r(n-1)

und daraus, daß

r(n)s*(n) ≈ r(n-1).

Falls die Konjugierte des gegenwärtigen Symbols der möglicher weise übertragenen Symbole *(n) mit der Konjugierten des aktuell übertragenen Symbols s*(n) korrespondiert, dann wird deshalb das rotierte, empfangene Symbol *(n)r(n) näherungsweise mit dem zuvor empfangenen Symbol r(n-1) korrespondieren. Oder ähnlich, falls das gegenwärtige Symbol der möglicherweise übertragenen Symbole (n)mit dem aktuell übertragenen Symbol s(n) korrespon diert, dann wird das rotierte, empfangenen Symbol *(n)r(n) näherungsweise mit dem zuvor empfangenen Symbol r(n-1) korres pondieren.

Der erste Schritt in der Bestimmung, ob das rotierte, empfan gene Symbol *(n)r(n) näherungsweise mit dem zuvor empfangenen Symbol r(n-1) korrespondiert, besteht in der Summierung des rotierten, empfangenen Symbols *(n)r(n) und des zuvor empfan genen Symbols r(n-1) über den Mischer 307. Summieren des rotier ten, empfangenen Symbols *(n)r(n) und des zuvor empfangenen Symbols r(n-1) erzeugt ein resultierendes, empfangenes Symbol *(n)r(n)+r(n-1). Sowohl das rotierte, empfangene Symbol *(n)r(n) als auch das zuvor empfangene Symbol r(n-1) können als Vektoren dargestellt werden. Die Vektoraddition von zwei ange nähert ähnlichen Vektoren, die in die gleiche Richtung zeigen, führt zu einem resultierenden Vektor, der näherungsweise die doppelte Länge des ursprünglichen Vektors hat. Als Ergebnis bezieht sich die Größe des resultierenden, empfangenen Symbols *(n)r(n)+r(n-1), oder passender, die Länge seines Vektors direkt auf den Grad der Korrektheit in der Identifikation, ob das gegenwärtige Symbol der möglicherweise übertragenen Symbole (n) die beste Schätzung für das aktuell übertragene Symbol s(n) dar stellt. Der Mischer 301, der Verzögerer 309 und der Summierer 307 können zusammen eine Kombinierereinheit bilden. Im Gegensatz zu bekannten Algorithmen weicher Entscheidungen, die typischer weise nur das gegenwärtig empfangene Symbol analysieren, verwen det der Algorithmus weicher Entscheidungen des Metrikrechners 201 sowohl das gegenwärtig empfangene Symbol r(n) als auch das zuvor empfangene Symbol r(n-1), um die Identität des aktuell übertragenen Symbols s(n) zu bestimmen.

Als nächstes wird das resultierende, empfangene Symbol *(n)r(n)+r(n-1) dem Phasenrotierer 311 zugeführt. Der Phasen rotierer 311 rotiert das resultierende, empfangene Symbol *(n)r(n)+r(n-1) über alle der möglicherweise übertragenen Sym bole. Der Phasenrotierer 311 kann verwirklicht werden durch eine Serie von parallelen Mischern, die das resultierende, empfangene Symbol *(n)r(n)+r(n-1) mit allen der möglicherweise übertragenen Symbole mischen, um die resultierenden, empfangenen Symbole zu erzeugen. Falls MPSK-Modulation verwendet wird, werden M resul tierende, empfangene Symbole erzeugt. Die M rotierten, resultie renden, empfangenen Symbole können durch die folgende Gleichung definiert werden:

wobei

alle der M möglicherweise übertragenen Symbole darstellt.

Die rotierten, resultierenden, empfangenen Symbole, die Vektoren unterschiedlicher Länge sind, stellen die Wahrschein lichkeiten dar, daß das gegenwärtige Symbol der möglicherweise übertragenen Symbole (n) das aktuell übertragene Symbol s(n) ist. Das rotierte, resultierende, empfangene Symbol, das in dem Vektorraum am dichtesten zu einem von allen der möglicherweise übertragenen Symbole ist, stellt die beste Wahl für die Iden tität des aktuell übertragenen Symbols s(n) dar bezüglich nur des gegenwärtigen Symbols der möglicherweise übertragenen Sym bole (n). Die rotierten, resultierenden, empfangenen Symbole werden dem Realoperator 313 über einen ersten Bus mit mindestens der Kapazität M zugeführt.

Der Realoperator 313 extrahiert den Realteil oder die In-Phase-Komponente von jedem der rotierten, resultierenden, empfangenen Symbole. Dies kann durch die folgende Gleichung dargestellt werden:

Der Realoperator 313 gibt den Realteil von jedem der rotierten, resultierenden, empfangenen Symbole an einen Maximierer 315 über einen zweiten Bus mit mindestens der Kapazität M aus.

Der Maximierer 315 identifiziert, welches der rotierten, resultierenden, empfangenen Symbole den größten Realteil hat, und, wie zuvor spezifiziert, die beste Wahl für die Identität des aktuell übertragenen Symbols s(n) bezüglich nur des gegen wärtigen Symbols der möglicherweise übertragenen Symbole (n) ist. Die Arbeitsweise des Maximierers 315 kann durch die folgende Gleichung dargestellt werden:

Das größte rotierte, resultierende, empfangene Symbol wird an einen ersten Eintrag einer Reihe in der Ausgabematrix ((n)) ausgegeben. Der Phasenrotierer 311 und der Realoperator 313 können einen Mehrphasenwinkelschaltkreis bilden, und der Mehrphasenwinkelschaltkreis und der Maximierer 315 können zusammen einen Maximumphasenerkenner bilden.

Neben der Ausführung für jedes gegenwärtige, empfangene Sym bol r(n), das durch den kohärenten Empfänger 101 während jedes diskreten Zeitintervalls mittels Abwärtsabtastung vorgesehen wird, wird der Metrikrechner 201 innerhalb desselben diskreten Zeitintervalls viele Male zur Ausführung gebracht, um den Ver gleich mit jedem von allen möglicherweise übertragenen Symbolen zu erlauben. Die Metrik weicher Entscheidungen, die an den FEC-Dekoder 107 in der Ausgabematrix ((n)) ausgegeben wird, kann am besten beschrieben werden als eine Menge bester Wahlen für die oder Wahrscheinlichkeit der Korrespondenz zwischen allen der aktuell übertragenen Symbole und allen der möglicherweise übertragenen Symbole.

Zusammengefaßt schließt die oben offengelegte Erfindung einen Aufbau für die und ein Verfahren zu der Dekodierung aktuell übertragener Symbole ein, die innerhalb eines DEPSK-modulierten Signals enthalten sind. Der Aufbau schließt einen kohärenten Empfänger ein zum Empfang und nachfolgenden Abwärtsabtasten (mit der Symbolrate) des kohärenten, DEPSK-modulierten Signals, um so während jedes Zeitintervalls ein einziges, gegenwärtig empfan genes Symbol auszugeben. An den kohärenten Empfänger ist ein Metrikrechner angeschlossen, der aus den empfangenen Symbolen, die durch den kohärenten Empfänger während jedes Zeitintervalls bereitgestellt werden, eine Metrik weicher Entscheidungen erzeugt, die mit den aktuell übertragenen Symbolen korrespon diert. Der Metrikrechner mischt das einzelne, gegenwärtig empfangene Symbol mit einer Konjugierten eines gegenwärtigen Symbols von allen möglicherweise übertragenen Symbolen, um ein rotiertes Symbol zu bilden. Zusätzlich ist ein Verzögerer an den Eingang des Metrikrechners angeschlossen zum Verzögern des einzelnen, gegenwärtig empfangenen Symbols um ein Zeitintervall, um so ein einzelnes, zuvor empfangenes Symbol des kohärenten, DEPSK-modulierten Signals auszugeben. Das einzelne, zuvor empfangene Symbol und das rotierte Symbol werden dann summiert, um ein resultierendes Symbol zu bilden, das ein gegenwärtiges Symbol der aktuell übertragenen Symbole identifiziert. Das resultierende Symbol wird dann einer Phasenrotation unterzogen, die das resultierende Symbol über jedes Symbol von allen der möglicherweise übertragenen Symbole rotiert, um so eine Menge von Wahrscheinlichkeiten zu erzeugen, die weiter die Möglichkeit definieren, daß das gegenwärtige Symbol von allen der möglicher weise übertragenen Symbole das gegenwärtige Symbol der aktuell übertragenen Symbole ist. Die Menge der Wahrscheinlichkeiten werden einem Realoperator zum Extrahieren seiner Realteile und einem Maximierer zum Bestimmen einer größten Wahrscheinlichkeit aus der Menge der Wahrscheinlichkeiten zugeführt. Die größte Wahrscheinlichkeit bildet einen Teil der Metrik weicher Entscheidungen. Der Metrikrechner wird viele Male innerhalb jeden Zeitintervalls zur Ausführung gebracht, um das einzelne, gegenwärtig empfangene Symbol mit allen der möglicherweise übertragenen Symbole zu vergleichen. Am Schluß des Vergleichs aller der abgetasteten Symbole, die das kohärente, DEPSK-modulierte Symbol ausmachen, wird die Metrik weicher Entschei dungen an den FEC-Dekoder in der Form einer Matrix ausgegeben, die die Wahrscheinlichkeiten enthält, daß jedes der möglicher weise übertragenen Symbole mit jedem der aktuell übertragenen Symbole korrespondiert.

Obwohl die Erfindung in der obigen Beschreibung beschrieben und veranschaulicht worden ist, ist zu verstehen, daß diese Beschreibung nur als Beispiel gilt, und daß viele Änderungen und Modifikationen, wie etwa Ersatz des Phasenrotierers, des Realoperators und des Maximierers durch einen Realoperator und einen parallel arbeitenden Imaginäroperator, einen Maximierer und einen Absolutwertoperator zur Erzeugung eines größten Wahrscheinlichkeitswertes, gemacht werden können durch in der Technik Geübte, ohne vom wahren Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Aufbau (200) zur Dekodierung eines kohärenten, differentiell kodierten, mehrstufig phasenumtastungsmodulierten (DEPSK) Sig nals, das aktuell übertragene Symbole darstellt, gekennzeichnet durch:
einen kohärenten Empfänger (101) zum Empfang des kohärenten, DEPSK-modulierten Signals;
einen Metrikrechner (201), der an den kohärenten Empfänger (101) gekoppelt ist, zum Erzeugen einer Metrik weicher Entschei dungen, die mit den aktuell übertragenen Symbolen korrespon diert; und
einem Vorwärtsfehlerkorrekturdekoder (FEC) (107), der an den Metrikrechner (201) gekoppelt ist, zum Dekodieren des kohären ten, DEPSK-modulierten Signals in Übereinstimmung mit der Metrik weicher Entscheidungen.

2. Aufbau (200) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metrikrechner (201) ferner enthält:

einen Kombiniererschaltkreis (301, 307, 309), der betrieblich an den kohärenten Empfänger (101) gekoppelt ist, um ein kombi niertes Symbol zu erzeugen; und
einen Maximumphasenerkenner (311, 313, 315), der betrieblich an den Kombiniererschaltkreis (301, 307, 309) gekoppelt ist, um eine größte Wahrscheinlichkeit aus verschiedenen Phasenwinkeln des kombinierten Symbols zu erkennen.

3. Aufbau (200) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kombiniererschaltkreis (301, 307, 309) enthält:

einen Mischer (301), der betrieblich an den kohärenten Empfänger (101) gekoppelt ist, um ein gegenwärtiges Symbol des kohärenten, DEPSK-modulierten Signals mit einem gegenwärtig vorbestimmten Symbol aus einer Menge von vorbestimmten Symbolen zu kombinieren;
einen Verzögerer (309), der betrieblich an den kohärenten Empfänger (101) gekoppelt ist, um das gegenwärtige Symbol des kohärenten, DEPSK-modulierten Signals um ein Zeitintervall zu verzögern, und ein vorangehendes Symbol des kohärenten, DEPSK-modulierten Signals zu erzeugen; und
einen Summierer (307), der betrieblich an den Mischer (301) und an den Verzögerer (309) gekoppelt ist, um das gegenwärtige Symbol und das vorangehende Symbol des kohärenten, DEPSK-modu lierten Signals zu summieren, um das kombinierte Symbol zu bilden.

4. Aufbau (200) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Maximumphasenerkenner (311, 313, 315) enthält:
einen Vielphasenwinkelschaltkreis (311, 313), der betrieblich an den Kombiniererschaltkreis (301, 307, 309) gekoppelt ist, um vielfache Phasenwinkeldarstellungen des kombinierten Symbols über jedes aus einer Menge von vorbestimmten Symbolen vorzuse hen, um so eine Menge von Wahrscheinlichkeiten dafür zu erzeu gen, daß ein gegenwärtiges, vorbestimmtes Symbol ein gegenwär tiges Symbol des aktuell übertragenen Symbols ist; und
einen Maximierer (315), der betrieblich an den Vielphasenwin kelschaltkreis (311, 313) gekoppelt ist, um eine größte Wahr scheinlichkeit aus einer Menge von Wahrscheinlichkeiten zu bestimmen, wobei die größte Wahrscheinlichkeit einen Teil der Metrik weicher Entscheidungen bildet.

5. Aufbau (200) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vielphasenwinkelschaltkreis (311, 313) enthält:
einen Phasenrotierer (311), der betrieblich an den Kombinie rerschaltkreis (301, 307, 309) gekoppelt ist, um das kombinierte Symbol über jedes aus einer Menge von vorbestimmten Symbolen zu rotieren, um so eine Menge von Wahrscheinlichkeiten dafür zu erzeugen, daß ein gegenwärtiges vorbestimmtes Symbol ein gegen wärtiges Symbol der aktuell übertragenen Symbole ist; und
einen Realoperator (313), der betrieblich an den Phasenrotie rer (311) und den Maximierer (315) gekoppelt ist, um einen Real teil von jedem aus einer Menge von Wahrscheinlichkeiten zu extrahieren.

6. Verfahren zum Dekodieren eines kohärenten, differentiell kodierten, mehrstufig phasenumtastungsmodulierten (DEPSK) Sig nals, das aktuell übertragene Symbole darstellt, wobei das Ver fahren die Schritte enthält:

(a) kohärentes Empfangen (101) des kohärenten, DEPSK-modulierten Signals;
(b) Erzeugen (201) einer Metrik weicher Entscheidungen, die mit den aktuell übertragenen Symbolen korrespondiert, welche das kohärente DEPSK-modulierte Signal enthält; und
(c) Ausgabe (201) der Metrik weicher Entscheidungen an einen Vorwärtsfehlerkorrekturdekoder (FEC) (107).

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (b) zum Erzeugen ferner die Unterschritte enthält:

(b1) Kombinieren (301, 307) eines gegenwärtigen Symbols des kohärenten, DEPSK-modulierten Signals und ein vorangehendes Symbol des kohärenten, DEPSK-modulierten Signals, um ein kombiniertes Symbol zu bilden; und
(b2) Bestimmen (311, 313, 315) einer größten Wahrscheinlich keit aus unterschiedlichen Phasenwinkeln des kombinierten Symbols.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (b1) ferner die Unterschritte enthält:

(b1ii) Mischen (301) eines gegenwärtigen Symbols des kohä renten, DEPSK-modulierten Signals mit einem gegenwärtigen, vor bestimmten Symbol aus einer Menge von vorbestimmten Symbolen;
(b1ii) Verzögern (309) eines gegenwärtigen Symbols des kohä renten, DEPSK-modulierten Signals, um ein vorangehendes Symbol des kohärenten, DEPSK-modulierten Signals zu erzeugen; und
(b1iii) Summieren (307) des gegenwärtigen Symbols des kohä renten, DEPSK-modulierten Signals und des gegenwärtigen, vorbe stimmten Symbols mit dem vorangegangenen Symbol des kohärenten, DEPSK-modulierten Signals, um das kombinierte Symbol zu bilden.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (b2) ferner die Unterschritte enthält:

(b2i) Erzeugen (311, 313) von vielfachen Phasenwinkeldar stellungen des kombinierten Symbols über jedes einer Menge von vorbestimmten Symbolen, um so eine Menge von Wahrscheinlich keiten dafür zu erzeugen, daß ein gegenwärtiges, vorbestimmtes Symbol ein gegenwärtiges Symbol der aktuell übertragenen Symbole ist; und
(b2ii) Bestimmen (315) einer größten Wahrscheinlichkeit aus einer Menge von Wahrscheinlichkeiten, wobei die größte Wahr scheinlichkeit einen Teil der Metrik weicher Entscheidungen bildet.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (b2i) ferner die Unterschritte enthält:

(b2ia) Rotieren (311) des kombinierten Symbols über jedes aus einer Menge von vorbestimmten Symbolen, um so eine Menge von Wahrscheinlichkeiten dafür zu erzeugen, daß ein gegenwärtiges vorbestimmtes Symbol ein gegenwärtiges Symbol der aktuell übertragenen Symbole ist; und
(b2ib) Extrahieren (313) eines Realteils von jedem aus einer Menge von Wahrscheinlichkeiten.