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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Demodulator eines Burst-Kommunikationssystems,
in dem ein OFDM- (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) Modulationsverfahren
verwendet wird, und insbesondere einen OFDM-Demodulator, in dem eine
einfache Taktrückgewinnungsschaltung
verwendet wird.
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Ein
OFDM-Modulationsverfahren ist als Modulationsverfahren für eine Multimediakommunikation,
z.B. über
ein drahtloses Hochgeschwindigkeits-LAN, untersucht worden. In einem
drahtlosen Hochgeschwindigkeits-LAN mit einer Informationsübertragungsgeschwindigkeit
von einigen zehn Mbit/s tritt bei einem herkömmlichen Modulationsverfahren, in
dem z.B. eine QPSK-Modulation bezüglich einer einzelnen Trägerwelle
ausgeführt
wird, durch eine Mehrwegelaufzeitwelle eine starke Wellenformverzerrung über mehrere
Symbole auf. Andererseits wird im OFDM-Modulationsverfahren eine
Mehrträgermodulation
ausgeführt,
bei der ein Informationssignal in mehrere Unterträger geteilt
wird, wobei die durch die Mehrwegelaufzeitwelle verursachte Wellenformverzerrung
durch Einfügen/Löschen eines Schutzintervalls
(Guard Interval) (GI) reduziert wird. Daher ist das Verfahren für ein drahtloses Hochgeschwindigkeitsübertragungssystem
geeignet.
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In
einem drahtlosen LAN-System wird ein Signal im allgemeinen in einem
Paket übertragen/empfangen.
Am für
die Synchronisation eines Pakets verwendeten Kopf des Pakets wird
eine Präambel
für eine
Frequenzsynchronisation und eine Symboltaktsynchronisation bereitgestellt.
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6 zeigt
ein Diagramm zum Darstellen eines dem Standard IEEE802.11, gemäß dem der
internationale Standard eines drahtlosen LAN definiert ist, entsprechenden
Formats eines OFDM-Burstsignals. Gemäß dem Diagramm werden am Kopf
von Burstdaten 23 eine Präambel 24 für eine OFDM-Frequenzsynchronisation
und eine Symboltaktsynchronisation und eine Präambel 25 zum Schätzen einer Kanalcharakteristik
eines Übertragungspfades
bereitgestellt.
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Die
Frequenzsynchronisation wird ausgeführt, um einen Frequenzfehler
eines Oszillators eines Senders/Empfängers zu korrigieren. Dies
ist wichtig, weil die Qualität
eines OFDM-Signals
durch einen Frequenzfehler stärker
abnimmt als bei einem herkömmlichen
Modulationssignal. Die Symboltaktsynchronisation wird zum Demodulieren
eines OFDM-Burstsignals eingerichtet.
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Aus
dem Gesichtspunkt der Übertragungseffizienz
ist es umso vorteilhafter, je kürzer
die Präambel 24 für die Takt-/Trägerfrequenzsynchronisation ist.
Daher werden mehrere Symbole, die jeweils kürzer sind als die Länge des
OFDM-Symbols (im
allgemeinen etwa 4 μs)
angeordnet. Anschließend
wird die Präambel 25 zum
Schätzen
der Kanalcharakteristik mit der OFDM-Symbollänge angeordnet.
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In 6 werden
beispielsweise fünf
Kurzsymbole bereitgestellt. Die Anzahl der Kurzsymbole wird gemäß der Synchronisierungsbedingung
geeignet ausgewählt.
Als Zeitdauer des Kurzsymbols wird im allgemeinen eine Zeitdauer
festgelegt, die kürzer ist
als die Zeitdauer des OFDM-Symbols und z.B. 1/2 oder 1/4 der Zeitdauer
des OFDM-Symbols beträgt.
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Wenn
ein derartiges Kurzsymbol verwendet wird, kann, obwohl die Verarbeitungszeit
vorteilhaft kurz ist, weil der Symbolzyklus kurz ist, in einer Symbolrückgewinnungsschaltung
keine mittlere Abtastzahl erhalten werden, so daß ein Problem dahingehend besteht,
daß keine
geeignete Zeit- oder Takterfassungsgenauigkeit erhalten werden kann.
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Außerdem besteht
ein Problem darin, daß, weil
das Kurzsymbol verwendet wird, ein Verfahren zum Erfassen eines
Schaltzeitpunkts zum Umschalten des Kurzsymbols auf ein normales
OFDM-Symbol kompliziert ist.
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In
der WO-A-96/19056 wird ein OFDM-Empfangsverfahren zum Korrigieren
einer Frequenz, eines Zeitfensters, eines Abtasttaktes und langsamer Phasenänderungen
beschrieben, wobei die Lage oder Position des Zeitfensters eingestellt
wird.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen OFDM-Demodulator
bereitzustellen, in dem eine Symbolrückgewinnungsschaltung verwendet
wird, die dazu geeignet ist, eine Präambel für eine Takt-/Trägerfrequenzsynchronisation
unter Verwendung von Kurzsymbolen mit hoher Detektionsgenauigkeit
leicht zu erfassen.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.
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Die
vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung
mit den beigefügten
Zeichnungen verdeutlicht; es zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen OFDM-Demodulators;
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2 ein
Blockdiagramm zum Darstellen der Konfiguration einer Synchronisationsschaltung 5 von 1;
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3 ein
Blockdiagramm zum Darstellen der Konfiguration einer Taktrückgewinnungsschaltung 10 von 1;
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4 ein
erfindungsgemäßes Format
von OFDM-Burstdaten;
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5 ein
Blockdiagramm zum Darstellen der Konfiguration einer in 1 dargestellten
Schaltung 7 zum Schätzen
einer Übertragungspfad-
oder Kanalverzerrung; und
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6 ein
Format herkömmlicher
OFDM-Burstdaten unter Verwendung von Kurzsymbolen.
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Nachstehend
wird eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt
ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen OFDM-Demodulators. Im Format
eines zugeführten
OFDM-Burstsignals
besteht, wie in 6 dargestellt, eine Präambel 24 für eine Takt-/Trägerfrequenzsynchronisation
gemäß dem Standard
IEEE802.11 aus Symbolen.
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In 1 wird
ein OFDM-Burstsignal über eine
Antenne 1 empfangen. Ein Detektor 2 zum Erfassen
einer orthogonalen Komponente wandelt das empfangene Signal auf
der Basis eines lokalen Signals, das näherungsweise einer Trägerwelle
entspricht, in ein analoges komplexes Basisbandsignal um.
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A/D-Wandler 3 und 4 tasten
das vom Detektor 2 zum Erfassen einer orthogonalen Komponente ausgegebene
analoge komplexe Basisbandsignal ab und digitalisieren es. Eine
Synchronisationsschaltung 5 empfängt die von den A/D-Wandlern 3 und 4 ausgegebenen
abgetasteten und digitalisierten digitalen komplexen Basisbandsignale
und führen
eine Synchronisationsverarbeitung aus.
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Eine
Fast-Fourier-Transformations(FFT)-Schaltung führt eine Fouriertransformation bezüglich Ausgangssignalen
der Synchronisationsschaltung 5 aus und teilt ein OFDM-Modulationssignal
in Signale jeweiliger Unterträger.
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Beim
Empfang der Präambel 25 zum
Schätzen
der Kanalcharakteristik empfängt
eine Schaltung 7 zum Schätzen einer Kanalverzerrung
die Signale jeweiliger Unterträger
von der FFT-Schaltung 6 und schätzt eine Kanalcharakteristik
H(ω). Basierend
auf dem Schätzergebnis
gibt die Schaltung 7 zum Schätzen einer Kanalverzerrung
einen Koeffizienten 1/H(ω)
zum Kompensieren der Kanalverzerrung an eine Kanalverzerrungskompensationsschaltung 8 aus.
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Die
Kanalverzerrungskompensationsschaltung 8 empfängt die
Signale jeweiliger Unterträger und
führt eine
komplexe Multiplikation der Signale mit dem Koeffizienten 1/H(ω) aus, um
die Kanalverzerrung zu kompensieren, wodurch die Kanalverzerrung kompensiert
wird. Eine Unterträgerdemodulationsschaltung 9 empfängt das
Signal, das der Kanalverzerrungskompensation unterzogen wurde, und
demoduliert jeden Unterträger.
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2 zeigt
die Konfiguration der Synchronisationsschaltung 5. In 2 reproduziert
eine Symboltaktschätzschaltung 10,
wenn die Präambel 24 für die Takt-/Trägerfrequenzsynchronisation
empfangen wird, einen Symboltakt durch die von den A/D-Wandlern 3 und 4 ausgegebenen
abgetasteten und digitalisierten digitalen komplexen Basisbandsignale
und gibt ein Taktsignal an eine Symbolsynchronisationsverarbeitungsschaltung 13 aus.
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Eine
Trägerfrequenzschätzschaltung 11 schätzt die
Trägerfrequenz
unter Verwendung von Ausgangssignalen der A/D-Wandler 3 und 4 beim Empfang
der Präambel
für die
Synchronisation und gibt ein Frequenzfehlerkorrektursignal an einen
komplexen Multiplizierer 12 aus.
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3 zeigt
die Konfiguration der Symboltaktschätzschaltung 10. In 3 korreliert
eine komplexe Korrelationsschaltung 14 die von den A/D-Wandlern 3 und 4 ausgegebenen
abgetasteten und digitalisierten digitalen komplexen Basisbandsignale
und das Muster der Präambel 24 für die Takt-/Trägerfrequenzsynchronisation
eines in einer Referenzsignalspeicherschaltung 15 vorgespeicherten
Kurzsymbols und gibt das Korrelationsergebnis sequentiell aus.
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Eine
Takterfassungsschaltung 16 überwacht das Korrelationsergebnis
von der komplexen Korrelationsschaltung 14 und gibt das
Takterfassungsergebnis aus.
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Eine
Taktsteuerungsschaltung 17 empfängt das Takterfassungsergebnis
von der Takterfassungsschaltung 16, gibt ein Detektionsfenstersignal
an die Takterfassungsschaltung 16 aus und gibt ein Taktsignal
an die Symbolsynchronisationsverarbeitungsschaltung 13 aus.
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Die
Takterfassungsschaltung 16 erfaßt den Takt der Kurzsymbole
als die Präambel 24 unter
Verwendung des Korrelationsergebnisses von der komplexen Korrelationsschaltung 14.
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Nachstehend
wird das Takterfassungsverfahren unter Bezug auf 4 beschrieben.
Wie in 4 dargestellt ist, entsprechen die Korrelationsergebnisse
sich wiederholenden Kurzsymbolen. Wenn ein Schwellenwert gesetzt
ist und das Korrelationsergebis den Schwellenwert überschreitet,
wird der Peak als Takt des Kurzsymbols erfaßt.
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Wenn
der Takt des Kurzsymbols erfaßt
wird, erzeugt die Taktsteuerungsschaltung 17 ein Detektionsfenstersignal
und verschmälert
die Zeitperiode, während
der die Peakerfassungsoperation ausgeführt wird (Detektionszeitfenster)
schrittweise, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer fehlerhaften
Peakerfassung reduziert wird. Wenn das Korrelationsergebnis den
gesetzten Schwellenwert in einem Zustand nicht überschreitet, in dem die Breite
des Detektionsfensters verschmälert
ist, wird es als Zeitpunkt erfaßt,
zu dem das Kurzsymbol auf ein Signal einer OFDM-Symboleinheit umgeschaltet
wird.
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5 zeigt
ein Blockdiagramm der Schaltung 7 zum Schätzen der
Kanalverzerrung. In diesem Diagramm wird das Präambelsignal 25 zum
Schätzen
der Kanalcharakteristik einem komplexen Multiplizierer 71 in
der Schaltung 7 zum Schätzen der
Kanalverzerrung zugeführt.
Das Inverse des Musters des Präambelsignals 25 wird
in einer Referenzsignalspeicherschaltung 73 gespeichert
und dem anderen Eingang des komplexen Multiplizierers 71 der
Schaltung 7 zum Schätzen
der Kanalverzerrung zugeführt. Die
Eingangssignale werden miteinander multipliziert, und ein Schätzergebnis
H(ω) der
Kanalcharakteristik wird als Ausgangssignal des komplexen Multiplizierers 71 erhalten.
Das Ausgangssignal H(ω) des
komplexen Multiplizierers 71 wird einer Invertierschaltung 72 zugeführt, in
der ein Koeffizient 1/H(ω) zum
Kompensieren der Kanalverzerrung berechnet wird. Der Kanalverzerrungskompensationskoeffizient 1/H(ω) wird durch
den komplexen Multiplizierer 8 mit einem Ausgangssignal
der FFT-Schaltung 6 multipliziert, wodurch die Kanalverzerrung
kompensiert wird. Das erhaltene Signal wird an die Unterträgerdemodulationsschaltung 9 ausgegeben.
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In
der in 1 dargestellten Ausführungsform wird gemäß der Konfiguration
einer quasi-synchronen Erfassungsschaltung ein Empfangssignal zunächst einer
Verarbeitung zum Erfassen einer orthogonalen Komponente unterzogen,
und anschließend
wird das erhaltene Signal einer A/D-Umsetzung unterzogen. Natürlich kann
auch zunächst
eine A/D-Umsetzung und anschließend
eine digitale Verarbeitung zum Erfassen der orthogonalen Komponente
ausgeführt
werden.
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Wie
vorstehend ausführlich
beschrieben wurde, kann unter Verwendung der Präambel 24 für die Takt-/Trägerfrequenzsynchronisation,
die aus in 6 dargestellten Kurzsymbolen
besteht, die Schaltungsgröße einer
Korrelationsschaltung oder einer ähnlichen Schaltung im Vergleich
zu dem Fall, in dem eine aus OFDM-Symbolen bestehende Präambel verwendet
wird, reduziert werden, und die Verarbeitungszeit wird ebenfalls
reduziert.
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Erfindungsgemäß wird während der
Taktrückgewinnung
die Takterfassungsverarbeitungszeitdauer unter Verwendung des Detektionsfenstersignals
eingestellt, wodurch die Takterfassungsgenauigkeit auch bei Verwendung
von Kurzsymbolen erhöht
werden kann. Außerdem
kann der Zeitpunkt, zu dem die Kurzsymbole auf die OFDM-Symbole
umgeschaltet werden, leicht erfaßt werden, ohne daß die Schaltungsgröße zunimmt.
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Erfindungsgemäß kann ein
OFDM-Demodulator, in dem eine Taktrückgewinnungsschaltung verwendet
wird, die eine geringe Verarbeitungzeit aufweist und stabil arbeitet,
mit einer kleinen Schaltungsgröße bereitgestellt
werden.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung unter Bezug auf exemplarische Ausführungsformen
beschrieben worden ist, sollte diese Beschreibung nicht im einschränkenden
Sinn verstanden werden. Für
Fachleute ist anhand der vorliegenden Beschreibung ersichtlich,
daß innerhalb
des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung verschiedene Modifikationen der
exemplarischen Ausführungsformen
und andere Ausführungsformen
möglich
sind. Die vorliegenden Patentansprüche umfassen dafür alle Modifikationen oder
Ausführungsformen,
die in den Schutzbereich der Patentansprüche fallen.