DE60027432T2

DE60027432T2 - Synchronisierung sowie erfassung der modulationsart

Info

Publication number: DE60027432T2
Application number: DE60027432T
Authority: DE
Inventors: Anders Khullar; Niklas Stenström; Bengt Lindoff
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1999-07-01
Filing date: 2000-06-27
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2020-06-28
Also published as: MY120849A; DE60027432D1; CN1372744A; EP1197050B1; CN1166139C; AU5820700A; WO2001003397A1; US6463107B1; JP4464022B2; ATE323996T1; JP2003503962A; EP1197050A1

Description

HINTERGRUND
Diese Erfindung betrifft allgemein Verfahren und Vorrichtungen zur Erfassung einer Synchronisation und einer Modulationsart. Insbesondere betrifft diese Erfindung auf Verfahren und Vorrichtungen zur Erfassung einer Synchronisation und einer Modulationsart in einem Kommunikationssystem.
In manchen Mobilkommunikationssystemen kann es vorteilhaft sein, verschiedene Modulationsarten zum Austauschen von Informationen, beispielsweise zwischen einem Sender, wie etwa einer Basisstation, und einem Empfänger, wie etwa einer Mobilstation oder einem ortsfesten zellularen Endgerät, zu verwenden. Zum Beispiel können manche Modulationsarten gegenüber Interferenzen und Hintergrundrauschen bei hohen Geschwindigkeiten der Mobilstation gute Leistungen zeigen. Diese Art einer Modulationsart ist normalerweise mit einer niedrigen Datenrate verbunden. Andere Modulationsarten können höhere Datenraten bereitstellen, können aber gegenüber Rauschen usw. empfindlicher sein. Solche Modulationsarten sind nur bei geringen Geschwindigkeiten der Mobilstation und in begrenzten Gebieten, in denen das Rauschen im Vergleich zu der empfangenen Signalstärke klein ist, beispielsweise in Büros oder Städten, geeignet.
Ein Beispiel eines zellularen Systems, das unterschiedliche Modulationsarten verwendet, ist das vorgeschlagene EDGE (Enhanced Data Rates For Global System For Mobile Communication (GSM) Evolution)-System, in welchem GMSK (die heute in GSM-Systemen verwendete Modulationsart) als die robuste Modulation mit geringer Datenrate verwendet werden wird, und versetztes 8-PSK als die Modulation für höhere Datenraten verwendet werden wird.
In Kommunikationssystemen wie diesen werden Informationen vorwiegend in Signalfolgen einer festen Länge ausgetauscht. Typisch ist innerhalb einer Signalfolge die Modulationsart gleich. Die Verwendung unterschiedlicher Modulationsarten in demselben digitalen Kommunikationssystem erfordert die Erfassung der in einer bestimmten Signalfolge verwendeten Modulationsart. Ein einfacher Weg zum Ermitteln der Modulationsart besteht darin, irgend eine Art einer Signalisierung zwischen dem Sender und dem Empfänger zu verwenden, um anzuzeigen, welche Modulationsart verwendet wird. Diese Signalisierung verringert jedoch die Informationsdatenrate und kann daher nicht wünschenswert sein. Um die Notwendigkeit dieser Signalisierung zu vermeiden, kann eine Blindmodulationserfassung verwendet werden, die die Erfassung der übertragenen Bits und der Modulationsart in dem Empfänger erfordert. Die Komplexität der Modulationserfassungseinrichtung sollte gering gehalten werden, um die in dem Empfänger erforderliche Verarbeitungsleistung zu minimieren. Darüber hinaus sollte die Erfassung für einen guten Kompromiss zwischen Komplexität und Leistung an die empfangene Signalqualität angepasst sein.
Es wurden verschiedene Versuche unternommen, um Modulationsarten zu erfassen. Zum Beispiel beschreibt das US-Patent Nr. 5,600,673 von Kimura et al. die Verwendung von Phasendifferenzen zwischen einem wiederhergestellten Datentakt und empfangenen Daten zum Unterscheiden von Modulationsformaten. Das US-Patent Nr. 4,933,958 von Brandl et al. beschreibt ein ähnliches Verfahren zur Modulationserfassung. Keines dieser Patente spricht das Problem der Zwischensymbolinterferenz (Inter Symbol Interference; ISI) an, welches aufgrund einer Mehrwegausbreitung von Funkwellen in gegenwärtigen Funkkommunikationssystemen üblich ist.
Die Druckschrift US 5,289,476 offenbart ein System, in welchem entweder ein erstes Synchronisationswort in einem Paket übertragen wird, um eine erste Art einer Modulation anzuzeigen, oder ein zweites Synchronisationswort in einem Paket übertragen wird, um eine zweite Art einer Modulation anzuzeigen.
In zellularen Funkkommunikationssystemen ist es wichtig, dass der Empfänger mit dem Sender synchronisiert wird, d.h. die lokale Zeitreferenz des Empfängers sollte mit der Zeitreferenz des Senders synchronisiert sein. Zu diesem Zweck werden von dem Sender periodisch Synchronisationssignale übertragen. Der Empfänger synchronisiert sich selbst mit dem Sender unter Verwendung der Synchronisationssignale.
Daher besteht ein Bedarf an einer effizienten Modulationserfassungstechnik, die, auf eine einfache und zuverlässige Weise, die Art der verwendeten Modulation erfasst. Ferner sollte die Erfassungseinheit auch unter harten Zwischensymbolinterferenz (ISI)-Bedingungen zuverlässig sein. Um die Komplexität des Empfängers zu verringern und folglich die Verarbeitungsleistung zu minimieren, sollte die Erfassung der Modulationsart sobald wie möglich nach dem Empfang des Signals, beispielsweise zur selben Zeit wie die Synchronisation, durchgeführt werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Es ist daher ein Ziel der Erfindung, einen einfachen und effizienten Weg zum Erfassen einer Art einer Modulation in einem empfangenen Signal bereitzustellen. Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Modulationserfassungsverfahren bereit zu stellen, das unter harten Interferenzbedingungen wirkungsvoll ist. Es ist ein nochmals weiteres Ziel der Erfindung, ein Verfahren zum Durchführen oder zumindest Versuchen einer Modulationsarterfassung gleichzeitig mit der Synchronisation bereitzustellen.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung bereitgestellt zum Synchronisieren eines Empfängers mit einem Sender und Erfassen einer Modulationsart in einem von dem Sender übertragenen und von dem Empfänger empfangenen Signal in einem den Sender und den Empfänger enthaltenden Kommunikationssystem, wobei die Vorrichtung umfasst: einen Detektor, ausgelegt zum Erfassen der Art von Modulation, die in dem empfangenen Signal verwendet wird, durch Korrelieren eines ersten Abschnitts des empfangenen Signals mit einem oder mehr Signalen, die Modulationsarten repräsentieren, die von dem Kommunikationssystem verwendet werden; und eine Synchronisationseinheit, ausgelegt zum Synchronisieren des Empfängers mit dem Sender, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner einen Derotator umfasst, ausgelegt zum Derotieren des empfangenen Signals in unterschiedlichen Ausmaßen zum Erzeugen einer Vielzahl von derotierten Signalen, wobei der Detektor dazu ausgelegt ist, ein Signal, das eine von dem Kommunikationssystem verwendete Modulation repräsentiert, mit jedem derotierten Signal zu korrelieren, um die Art der verwendeten Modulation zu erfassen.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Synchronisieren eines Empfängers mit einem Sender und Erfassen einer Modulationsart in einem von dem Empfänger empfangenen, übertragenen Signal in einem den Sender und den Empfänger enthaltenden Kommunikationssystem bereitgestellt, umfassend die Schritte: Erfassen der Art von Modulation, die in dem empfangenen Signal verwendet wird, durch Korrelieren eines ersten Abschnitts des empfangenen Signals mit einem oder mehr Signalen, die die Art der von dem Kommunikationssystem verwendeten Modulation repräsentieren; und Synchronisieren des Empfängers mit dem Sender, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner einen Schritt des derotieren des ersten Abschnitts in unterschiedlichen Ausmaßen zum Erzeugen einer Vielzahl von derotierten Signalen umfasst, wobei der Schritt des Erfassens das Korrelieren eines Signals, das die von dem Kommunikationssystem verwendete Modulation repräsentiert, mit jedem derotierten Signal beinhaltet, um die Art der verwendeten Modulation zu bestimmen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Merkmale, Ziele und Vorteile dieser Erfindung werden durch Lesen dieser Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, in welchen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente beziehen, und in welchen:
1A bis 1D Vorrichtungen zur Erfassung der Synchronisation und der Modulationsart gemäß beispielhaften Ausführungsbeispielen darstellen; und
2A bis 2D Verfahren zur Erfassung der Synchronisation und der Modulationsart gemäß beispielhaften Ausführungsbeispielen darstellen.
DETAILIERTE BESCHREIBUNG
Zu Darstellungszwecken ist die folgende Beschreibung auf ein zellulares Funkkommunikationssystem gerichtet, jedoch versteht sich, dass diese Erfindung nicht darauf beschränkt und auf andere Arten von Kommunikationssystemen anwendbar ist.
1A stellt eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Erfassung der Synchronisation und der Modulationsart gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dar. Dieses System kann in einem Empfänger, wie beispielsweise einer Mobilstation, oder einem ortsfesten zellularen Endgerät enthalten sein. Wie in 1A gezeigt ist, wird ein empfangenes Signal y_n, das aus einem Funksignal zu einem Basisbandsignal herunterkonvertiert und mit irgend einer Rate, beispielsweise der Symbolrate, mit einer vorbestimmten Signalfolgenlänge abgetastet wurde, in einem Puffer 100 gespeichert. Das Signal beinhaltet einen ersten Abschnitt, der ein bekanntes Symbolmuster, beispielsweise eine Trainingssequenz, enthält, und einen zweiten Abschnitt, der beispielsweise Daten und/oder Steuer- und Signalisierungsinformationen enthält. Der erste Abschnitt des empfangenen Signals y_n innerhalb der Signalfolge, beispielsweise eine Trainingssequenz, wird von dem Puffer 100 an eine Synchronisationseinheit 110 ausgegeben. Eine Korrelation zwischen den unterschiedlichen Trainingssequenzen für jede der in dem bestimmten Kommunikationssystem verwendeten M möglichen Modulationsarten TS₁, ..., TS_m und der empfangenen Trainingssequenz wird in der Synchronisationseinheit 110 durchgeführt, um die Art der in dem empfangenen Signal verwendeten Modulation zu erfassen und zu ermitteln, wo die Trainingssequenz innerhalb der Signalfolge beginnt, um eine Signalfolgensynchronisation herzustellen. Mathematisch kann dies auf die folgende Weise erklärt werden.
Es sei angenommen, dass eine Signalfolge des empfangenen Signals, in das Basisband herunterkonvertiert und abgetastet, geschrieben werden kann als: yn = h0un + ... + hL un–L + en, n = 1, ..., K (1)worin K die Signalfolgenlänge ist, H = [h₀, ..., h_L] der Funkkanal ist, u_k das übertragene Symbol zur Zeit k ist, und e_n irgend eine Art von Rauschen ist. Die Korrelation in der Synchronisationseinheit 110 erfolgt durch Berechnen von:
worin cⁱ (k) die k-Zeitdifferenz-Kreuzkorellation zwischen dem empfangen Signale und uⁱ _TS (n) ist, welches die bekannte Trainingssequenz für die Modulationsart i ist, N die Synchronisationsfenstergröße ist, und M die Gesamtanzahl möglicher Modulationsarten ist, die in dem Kommunikationssystem verwendet werden. Da angenommen wird, dass der Funkkanal von der Ordnung L ist, können die Anfangs- oder Synchronisationsposition und die Modulationsart unter Verwendung der folgenden Gleichungen ausgewählt werden:
Wie aus diesen Gleichungen ersehen werden kann, werden die Synchronisationsposition und die Modulationsart, die in der größten Energiekorrelation Energieⁱ (k) resultieren, als die korrekte Modulationsart und Synchronisationsposition ermittelt. Falls M = 1, bedeutet dies, dass nur eine Art von Modulation verwendet wird. Dies ist zum Beispiel in J. Proakis, Digital Communications, McGraw-Hill Inc., New York, 1995, und der Druckschrift WO 96/13910 beschrieben.
Die erfasste Modulationsart repräsentierende Informationen werden einer Derotationseinheit 120 zugeführt, die den zweiten Abschnitt des empfangenen Signals, beispielsweise eine Informationssequenz, auf der Grundlage der erfassten Modulationsart rotiert bzw. dreht. Die Rotation wird durchgeführt, um mögliche Verschiebungen, die in den Sender eingeführt wurden, zu kompensieren. Es sei zum Beispiel angenommen, dass M = 2, und dass die beiden Modulationsarten, die verwendet werden, entweder eine π/8-Verschiebung 8-PSK, so dass das gesendete Signal u_t gegeben ist als:

oder GMSK sind, d.h. die lineare Approximation, in welchem Fall das gesendete Signal u_t gegeben ist als:
worin νt ∊ (–1, 1). (8)
Um die Verschiebung zu kompensieren, wird das empfangene Signal in dem 8-PSK-Fall um
und in dem GMSK-Fall um
derotiert. Die Synchronisationseinheit 110 erfasst die Modulationsart und versorgt die Derotationseinheit 120 mit dem korrekten Rotationsfaktor, d.h. mit θ = π/8 in dem 8-PSK-Fall, und mit θ = π/2 in dem GMSK-Fall. Der rotierte zweite Abschnitt des empfangenen Signals,
zusammen mit der Synchronisationsposition und die erfasste Modulationsart repräsentierenden Informationen werden dann einem Kanalschätzer 130 zugeführt, welcher den Kanal auf der Grundlage der Trainingssequenz, der erfassten Modulationsart und des derotierten empfangenen Signals schätzt. Die Schätzkanal-Filterabgriffe,
, i = 0, ..., L werden dann einem Entzerrer 140 zugeführt, zusammen mit dem derotierten Signal
zur Schätzung des gesendeten Signals u_t.
2A stellt ein Verfahren zur gleichzeitigen Erfassung der Synchronisation und der Modulationsart gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel dar. Das Verfahren beginnt bei Schritt 200, bei welchem ein empfangenes Signal gespeichert wird. Bei Schritt 210 wird der erste Abschnitt des Signals, beispielsweise die Trainingssequenz, mit Signalen korreliert, die verschiedene Modulationsarten repräsentieren, um die Modulationsart des empfangenen Signals zu erfassen, und wird der Beginn der Trainingssequenz ermittelt, um eine Signalfolgensynchronisation herzustellen. Bei Schritt 220 wird der zweite Abschnitt des empfangenen Signals, beispielsweise die Informationssequenz, derotiert. Bei Schritt 230 wird die Kanalschätzung unter Verwendung von Informationen, die die ermittelte Modulationsart, das derotierte Signal und die erfasste Synchronisationsposition repräsentieren, durchgeführt. Schließlich wird bei Schritt 240 der Kanal geschätzt, und werden die derotierten Signale in einem Entzerrer verarbeitet.
In manchen Kommunikationssystemen wird dieselbe Trainingssequenz für alle M unterschiedlichen Modulationsarten verwendet. In diesem Fall ist die Verschiebung die Information, die sich zwischen den unterschiedlichen Modulationsarten unterscheidet. Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel kann die in 1B gezeigt Vorrichtung zur gleichzeitigen Erfassung der Synchronisation und der Modulationsart für diese Art eines Systems verwendet werden.
In der in 1B gezeigten Vorrichtung wird ähnlich zu der in 1A gezeigten ein empfangenes Signal in einem Puffer 100 gespeichert. Der erste Abschnitt des empfangenen Signals, beispielsweise eine Trainingssequenz, wird von dem Puffer 100 an Derotatoreinheiten 105 ausgegeben, die den ersten Abschnitt in Übereinstimmung mit den unterschiedlichen Verschiebungen für jeweilige Modulationsarten derotieren. Als ein Beispiel sei angenommen, das M = 2, und dass die beiden Modulationsarten, die verwendet werden, entweder π/8 Verschiebung 8-PSK, so das das gesendete Signal u_t durch Gleichung 5 gegeben ist, oder GMSK, d.h. (die lineare Approximation), in welchem Fall das gesendete Signal u_t durch Gleichung 7 gegeben ist, sind. Dann wird das empfangene Signal y_t um
in dem Derotator Derot₁ 105 und um
in dem Derotator Derot₂ 105 derotiert. Die derotierten Ausgangssignale y ₁, ..., y _M werden dann einer Synchronisationseinheit 110 zugeführt, welche eine Korrelation zwischen der Trainingssequenz TS des Kommunikationssystems und jeder derotierten empfangenen Sequenz y ₁, ..., y _M durchführt, um festzustellen, welche Modulation verwendet wird, und wo die Trainingssequenz innerhalb der Signalfolge beginnt, um eine Signalfolgensynchronisation herzustellen. Informationen, die die erfasste Modulationsart repräsentieren, werden dann einer Derotationseinheit 120 zugeführt, die den zweiten Abschnitt des empfangenen Signals, beispielsweise die Informationssequenz, um ein für die erfasste Modulationsart geeignetes Ausmaß rotiert. Die rotierte empfangene Sequenz
in der θ die entschiedene Verschiebung ist (d.h. welche die Modulationsart bestimmt), zusammen mit der Synchronisationsposition und Informationen, die die erfasste Modulationsart repräsentieren, werden dann dem Kanalschätzer 130 zugeführt, welcher den Kanal auf der Grundlage der Trainingssequenz, der erfassten Modulationsart und des empfangenen Signals schätzt. Die Schätzkanal-Filterabgriffe, h ^_i, i = 0, ..., L, und Informationen, die die erfasste Modulationsart repräsentieren, werden dann zusammen mit y _n zur weiteren Verarbeitung dem Entzerrer 140 zugeführt.
2B stellt ein Verfahren zur gleichzeitigen Erfassung der Synchronisation und der Modulationsart gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dar. Ähnlich zu dem in 2A gezeigten Verfahren beginnt das Verfahren bei Schritt 200, bei welchem ein empfangenes Signal gespeichert wird. Bei Schritt 205 wird der erste Abschnitt des empfangenen Signals, beispielsweise die Trainingssequenz, in einer Anzahl von Derotatoren derotiert. Bei Schritt 212 werden die derotierten Versionen der Trainingssequenz mit einer Trainingssequenz TS des Kommunikationssystems korreliert, um die Modulationsart des empfangenen Signals zu erfassen, und wird der Beginn der Trainingssequenz ermittelt, um die Signalfolgensynchronisation herzustellen. In Schritt 220 wird der zweite Abschnitt des empfangenen Signals, beispielsweise die Informationssequenz, derotiert. Bei Schritt 230 wird unter Verwendung von Informationen, die die ermittelte Modulationsart repräsentieren, des derotierten Signals und der erfassten Synchronisationsposition die Kanalschätzung durchgeführt. Schließlich wird bei Schritt 240 die Kanalschätzung mit dem derotierten Signal in einem Entzerrer verarbeitet.
In den vorstehenden Ausführungsbeispielen wird die Modulationsarterfassung gleichzeitig mit der Synchronisation durch Korrelieren beispielsweise der Trainingssequenz des empfangenen Signals mit einem oder mehr Signalen, die von dem Kommunikationssystem verwendete Modulationsarten repräsentieren, durchgeführt, um die Art der in dem empfangenen Signal verwendeten Modulation zu ermitteln. Falls die empfangene Sequenz zu viel Rauschen enthält, kann die Modulationsarterfassung fehlschlagen.
Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die die Modulationsarterfassung in dem Fall handhabt, in dem die Modulationsarterfassung durch die Synchronisationseinheit fehlschlägt. 1C stellt eine Vorrichtung zur Erfassung der Synchronisation und der Modulationsart gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel dar. Das System von 1C ist ähnlich zu dem in 1A gezeigten, d.h., ein empfangenes Signal wird in einem Puffer 100 gespeichert, und der erste Abschnitt des empfangenen Signals, beispielsweise eine Trainingssequenz, wird von dem Puffer 100 an die Synchronisationseinheit 115 ausgegeben. Ein Korrelation zwischen den unterschiedlichen Trainingssequenzen für jede der in dem bestimmten Kommunikationssystem verwendeten M möglichen Modulationsarten, TS_i, ..., TS_m, und der empfangenen Trainingssequenz wird in der Synchronisationseinheit 115 durchgeführt, um zu ermitteln, wo die Trainingssequenz innerhalb der Signalfolge beginnt, um die Signalfolgensynchronisation herzustellen. Da angenommen wird, dass der Funkkanal von der Ordnung L ist, kann die Synchronisationsposition für jede mögliche Modulationsart durch Maximieren der Energie innerhalb eines Fensters der Länge L unter Verwendung der Gleichungen 3 und 4 berechnet werden.
Die Energien für die beste Synchronisationsposition für jede mögliche Modulationsart werden dann miteinander verglichen. Auf der Grundlage der Energieverteilung zwischen den Modulationsarten wird eine Entscheidung dahingehend durchgeführt, ob die Modulationsart erfasst ist oder nicht. Falls zu Beispiel: Energiei (kiopt ) » Energien (knopt ), für alle n ≠ i (9)worin k i / opt die beste Synchronisationsposition für die Modulationsart i ist, und k n / opt die beste Synchronisationsposition für die Modulationsart n ist, wird eine Entscheidung dahingehend getroffen, dass die Modulationsart die Modulationsart i ist. Falls andererseits: Energiei (kiopt ) » Energien (knopt ), für manche n ≠ i (10)kann entweder eine vorbestimmte Modulationsart als die Modulationsart gewählt werden, oder wird die Modulationsartentscheidung an dieser Stelle nicht durchgeführt. Zum Beispiel kann die robusteste Modulationsart als die Modulationsart gewählt werden, basierend auf der Annahme, dass die Modulationsarterfassung aufgrund schlechter Signalqualität fehlschlug, welches impliziert, dass wahrscheinlich die robusteste Modulation verwendet wird. Falls zum Beispiel GMSK und 8-PSK die beiden möglichen Modulationsarten sind, kann GMSK als die Modulationsart gewählt werden, da GMSK ziemlich unempfindlich gegenüber Rauschen und folglich robuster als 8-PSK ist. Daher ist nach dieser Stufe entweder die Modulationsart erfasst, oder sind 1 < ν ≤ M Modulationsarten übrig, aus denen gewählt werden kann, worin v eine Anzahl von möglichen Modulationsarten zwischen 1 und der Gesamtanzahl möglicher Modulationsarten M repräsentiert.
Informationen darüber, ob über die Modulationsart entschieden wurde, werden dann einer Derotatoreinheit 125 zugeführt, die die empfangenen Abtastwerte derotiert, entweder basierend auf der erfassten Modulationsart (angezeigt durch eine ausgezogene Linie) oder gemäß allen v Modulationsarten, die noch Kandidaten sind (angezeigt durch ausgezogene und durchbrochene Linien). Die Rotation wird durchgeführt, um Verschiebungen zu kompensieren, die in dem Sender eingeführt wurden, wie vorstehend beschrieben wurde. Die Rotierten zweiten Abschnitte des empfangenen Signals, y t / n ... y ν / n, zusammen mit der Synchronisationsposition, den Trainingssequenzen, TS₁ ... TS_m, und Informationen, die repräsentieren, ob die Modulationsart erfasst ist oder nicht, werden dann einem Kanalschätzer 135 zugeführt, welcher den Kanal basierend auf den Trainingssequenzen, Informationen bezüglich der Modulationsart und den derotierten empfangenen Signalabschnitten schätzt. Der Kanalschätzer 135 kann von einem nach dem Prinzip kleinster Quadrate arbeitenden Typ sein. Falls die Modulationsarterfassung in der Synchronisationseinheit 115 durchgeführt wurde, werden dann die Schätzkanal-Filterabgriffe, h ^_i, i = 0, ..., L zusammen mit dem derotierten Signal y ~_n einem Entzerrer 145 zur weiteren Verarbeitung zugeführt.
Falls in der Synchronisationseinheit 115 keine Modulationserfassung durchgeführt wurde, schätzt der Kanalschätzer 135 v Kanalschätzungen, eine für jede der möglichen v Modulationsarten. Eine neue Erfassungsprozedur auf der Grundlage einiger Qualitätsmessungen, wie beispielsweise das geschätzte Signal-Rausch-Verhältnis (SNR), für jede der v Modulationsarten, erhalten aus der Schätzung kleinster Quadrate, kann in dem Kanalschätzer 135 durchgeführt werden. Das SNR für die Modulationsart kann wie folgt definiert werden:
worin h ^ i / k, k = 0, ..., L die Schätzkanal-Filterabgriffe für die Modulationsart i sind, und σ 2 / i die geschätzte Rauschleistung ist, wenn die Modulationsart i angenommen wird. Falls zum Beispiel: SNRi » SNRn, für alle n ≠ i (12)dann wird die Modulationsart i erfasst. Die Schätzkanal-Filterabgriffe h ^_i, i = 0, ..., L und die erfasste Modulationsart werden dann zusammen mit y _n zur weiteren Verarbeitung dem Entzerrer zugeführt.
Falls in dem Kanalschätzer 135 keine Modulationsarterfassung durchgeführt wird, weil w Kandidaten, mit 1 < w ≤ v, näherungsweise dasselbe SNR haben, werden die Kanalfilterabgriffe für alle diese w Modulationsarten
dem Entzerrer 145 zugeführt. Dann werden in dem Entzerrer 145 w Entzerrungen durchgeführt, und werden die Ergebnisse für jede der w Modulationsarten zusammen mit den Informationen dahingehend, ob die Modulationsart erfasst ist oder nicht, einer Entscheidungseinheit 150 zugeführt. In der Entscheidungseinheit 150 kann eine Entscheidung dahingehend durchgeführt werden, mit welchen der der w Modulationsarten das empfangene Signal moduliert ist, auf der Grundlage der Metrik aus dem Entzerrer 145, wobei die Berechnung der Metrik im Stand der Technik bekannt ist.
2C stellt ein Verfahren zur Erfassung der Synchronisation und der Modulationsart gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel dar. Das Verfahren beginnt bei Schritt 200, bei welchem ein empfangenes Signal gespeichert wird. Bei Schritt 215 wird ein Versuch unternommen, einen Abschnitt des Signals, beispielsweise die Trainingssequenz, mit Signalen, die verschiedene Modulationsarten repräsentieren, zu korrelieren, um die Modulationsart des empfangenen Signals zu erfassen, und wird der Beginn der Trainingssequenz ermittelt, um eine Signalfolgensynchronisation herzustellen. Bei Schritt 218 wird eine Ermittlung dahingehend durchgeführt, ob die Modulationsart erfasst ist oder nicht. Falls die Art der Modulation erfasst ist, wird bei Schritt 220 der zweite Abschnitt des empfangenen Signals, beispielsweise die Informationssequenz, derotiert. Bei Schritt 230 wird eine Kanalschätzung durchgeführt unter Verwendung von Informationen, die die ermittelte Modulationsart repräsentieren, des derotierten Signals, und der erfassten Synchronisationsposition. Bei Schritt 240 werden die derotierten Signale in einem Entzerrer verarbeitet. Falls bei Schritt 218 ermittelt wird, dass die Modulationsart nicht erfasst ist, schreitet das Verfahren zu Schritt 225 fort, bei welchem der zweite Abschnitt des empfangenen Signals in Übereinstimmung mit allen Kandidaten-Modulationsarten derotiert wird. Als Nächstes wird bei Schritt 235 eine Kanalschätzung unter Verwendung der Trainingssequenzen und der rotierten zweiten Abschnitte durchgeführt. Bei Schritt 237 wird die Modulationsarterfassung auf der Grundlage eines Vergleichs von Signalqualitäten erneut versucht. Bei Schritt 239 wir eine Ermittlung dahingehend durchgeführt, ob die Modulationsart erfasst ist. Falls dem so ist, wird bei Schritt 245 eine Entzerrung durchgeführt. Andernfalls wird die Entzerrung für alle Kandidaten-Kanalschätzungen bei Schritt 247 durchgeführt, und wird die Modulationsart schließlich bei Schritt 250 entschieden.
Gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel kann die Vorrichtung zur Erfassung der Synchronisation und der Modulationsart, die in 1D gezeigt ist, für ein System verwendet werden, in welchem dieselbe Trainingssequenz für alle M unterschiedlichen Modulationsformate verwendet wird.
In der in 1D gezeigten Vorrichtung wird ähnlich zu der in 1D gezeigten ein empfangenes Signal in einem Puffer 100 gespeichert. Der erste Abschnitt des empfangenen Signals, beispielsweise eine Trainingssequenz, wird von dem Puffer 100 an Derotatoreinheiten 105 ausgegeben, die den ersten Abschnitt gemäß den unterschiedlichen Verschiebungen für jeweilige Modulationsarten derotieren. Das empfangen Signal y_t wird um
in dem Derotator Derot₁ 105 und um
in dem Derotator Derot₂ 105 derotiert. Die derotierten Ausgangssignale y ₁, ..., y _M werden dann einer Synchronisationseinheit 115 zugeführt, welche eine Korrelation zwischen der Trainingssequenz TS des Kommunikationssystems und jeder derotierten empfangenen Sequenz y ₁, ..., y _M durchführt, um festzustellen, ob die Trainingssequenz innerhalb der Signalfolge beginnt, um die Signalfolgensynchronisation herzustellen. Die Kanalschätzung, die weitere Derotation, die Entzerrung und die Entscheidung über die Modulationsarterfassung werden dann wie vorstehend unter Bezugnahme auf die 1B und 1C beschrieben durchgeführt.
2D stellt ein Verfahren zur Erfassung der Synchronisation und der Modulationsart gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dar. Ähnlich zu dem in 2B gezeigten Verfahren beginnt das Verfahren bei Schritt 200, bei welchem ein empfangenes Signal gespeichert wird. Bei Schritt 205 wird der erste Abschnitt des empfangenen Signals, beispielsweise die Trainingssequenz, in einer Anzahl von Derotatoren derotiert. Bei Schritt 217 wird ein Versuch unternommen, die Modulationsart durch Korrelieren der derotierten Versionen der Trainingssequenz zu erfassen, und wird der Beginn der Trainingssequenz ermittelt, um die Signalfolgensynchronisation herzustellen. Bei Schritt 218 wird eine Ermittlung dahingehend durchgeführt, ob die Modulationsart erfasst wurde. Falls dem so ist, wird bei Schritt 220 der zweite Abschnitt des empfangenen Signals, beispielsweise die Informationssequenz, derotiert. Bei Schritt 230 wird die Kanalschätzung unter Verwendung von Informationen, die die ermittelte Modulationsart repräsentieren, des derotierten Signals und der erfassten Synchronisationsposition durchgeführt. Bei Schritt 240 wird die Kanalschätzung mit dem derotierten Signal in einem Entzerrer verarbeitet.
Falls bei Schritt 218 ermittelt wird, dass die Modulationsart nicht erfasst ist, schreitet der Prozess zu Schritt 225 fort, bei welchem die zweiten Abschnitte des empfangenen Signals derotiert werden. Als nächstes wird bei Schritt 235 die Kanalschätzung unter Verwendung der Trainingssequenz und der rotierten zweiten Abschnitte durchgeführt. Bei Schritt 237 wird die Modulationsarterfassung basierend auf einem Vergleich von Signalqualitäten erneut versucht. Bei Schritt 239 wird eine Ermittlung dahingehend durchgeführt, ob die Modulationsart erfasst ist. Falls dem so ist, wird bei Schritt 245 die Entzerrung durchgeführt. Andernfalls wird bei Schritt 247 die Entzerrung für alle Kandidaten-Kanalschätzungen durchgeführt, und wird bei Schritt 250 endgültig über die Modulationsart entschieden.
Es ist willkommen, dass die in den vorstehenden Ausführungsbeispielen beschriebene Reihenfolge von Schritten nur beispielhaft gegeben ist, so dass die Reihenfolge vorzugsweise geändert werden kann. Zum Beispiel kann der zweite Abschnitt des empfangenen Signals an jedem beliebigen zweckmäßigen Punkt vor der Entzerrung derotiert werden.
Diese Erfindung bezieht sich auf alle Gebiete, in denen eine Synchronisation und eine Erfassung in einer digitalen Kommunikation verwendet werden. Die Erfindung schlägt ein schnelles und einfaches Verfahren zur Signalfolgensynchronisation und Modulationsarterfassung vor. Die Erfindung ist insbesondere geeignet für Mobil- und Basisstationen in zellularen Kommunikationssystemen, aber ihre Anwendungen sind nicht auf diese beschränkt.
Denjenigen mit durchschnittlichem Fachwissen ist willkommen, dass diese Erfindung in anderen bestimmten Formen ausgestaltet werden kann, ohne ihren wesentlichen Charakter zu verlassen. Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele sollten daher in jeder Hinsicht als darstellend und nicht als beschränkend betrachtet werden.

Claims

Vorrichtung zum Synchronisieren eines Empfängers mit einem Sender und Erfassen einer Modulationsart in einem von dem Sender übertragenen und von dem Empfänger empfangenen Signal in einem den Sender und den Empfänger enthaltenden Kommunikationssystem, umfassend: einen Detektor, ausgelegt zum Erfassen der Art von Modulation, die in dem empfangenen Signal verwendet wird, durch korrelieren eines ersten Abschnitts des empfangenen Signals mit einem oder mehr Signalen, die Modulationsarten repräsentieren, die von dem Kommunikationssystem verwendet werden; und eine Synchronisationseinheit (110; 115), ausgelegt zum Synchronisieren des Empfängers mit dem Sender, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner einen Derotator (105) umfasst, ausgelegt zum Derotieren des empfangenen Signals in unterschiedlichen Ausmaßen zum Erzeugen einer Vielzahl von derotierten Signalen, wobei der Detektor dazu ausgelegt ist, ein Signal, das eine von dem Kommunikationssystem verwendete Modulation repräsentiert, mit jedem derotierten Signal zu korrelieren, um die Art der verwendeten Modulation zu erfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Kanalschätzer (130; 135) zum Schätzen eines Kanals des empfangenen Signals auf der Grundlage der erfassten Modulationsart.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend einen zusätzlichen Derotator (120; 125), ausgelegt zum Derotieren eines zweiten Abschnitts des empfangenen Signals, um von dem Sender eingeführte Verschiebungen zum kompensieren.
Vorrichtung nach Anspruch 2, ferner umfassend einen Entzerrer (140; 145) zum Entzerren des empfangenen Signals unter Verwendung der Kanalschätzung und des zweiten Abschnitts des empfangenen Signals.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Vorrichtung zum Erfassen der Modulationsart und gleichzeitigen Durchführen der Synchronisation ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der erste Abschnitt des empfangenen Signals eine Trainingssequenz ist, und ein zweiter Abschnitt des empfangenen Signals eine Informationssequenz ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Entscheidungseinheit, wobei die Entscheidungseinheit derart ausgestaltet ist, dass dann, wenn die Art der Modulation nicht von dem Detektor erfasst wird, entweder eine vorbestimmte Modulationsart als die verwendete Modulationsart bestimmt wird, oder eine Entscheidung über die Modulationsart durch die Entscheidungseinheit erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Entscheidungseinheit zum Entscheiden über die Modulationsart auf der Grundlage eines Vergleichs von Signalqualitäten ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, ferner umfassend einen Entzerrer (140; 145), wobei die Entscheidungseinheit zum Entscheiden über die Modulationsart auf der Grundlage von Entzerrungsergebnissen ausgestaltet ist.
Verfahren zum Synchronisieren eines Empfängers mit einem Sender und Erfassen einer Modulationsart in einem von dem Empfänger empfangenen, übertragenen Signal in einem den Sender und den Empfänger enthaltenden Kommunikationssystem, umfassend die Schritte: Erfassen der Art von Modulation, die in dem empfangenen Signal verwendet wird, durch korrelieren eines ersten Abschnitts des empfangenen Signals mit einem oder mehr Signalen, die Art der von dem Kommunikationssystem verwendeten Modulation repräsentieren; und Synchronisieren des Empfängers mit dem Sender, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner einen Schritt des Derotierens des ersten Abschnitts in unterschiedlichen Ausmaßen zum Erzeugen einer Vielzahl von derotierten Signalen umfasst, wobei der Schritt des Erfassens das Korrelieren eines Signals, das die von dem Kommunikationssystem verwendete Modulation repräsentiert, mit jedem derotierten Signal beinhaltet, um die Art der verwendeten Modulation zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend das Schätzen eines Kanals des empfangenen Signals auf der Grundlage der erfassten Modulationsart.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend das Derotieren eines zweiten Abschnitts des empfangenen Signals zum Kompensieren von von dem Sender eingeführten Verschiebungen.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend das Entzerrens des empfangenen Signals unter Verwendung der Kanalschätzung und des zweiten Abschnitts des empfangenen Signals.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Schritte des Erfassens und des Synchronisierens gleichzeitig durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der erste Abschnitt des empfangenen Signals eine Trainingssequenz ist, und ein zweiter Abschnitt des empfangenen Signals eine Informationssequenz ist.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem dann, wenn die Art der Modulation nicht durch den Erfassungsschritt erfasst wird, entweder eine vorbestimmte Modulationsart als die verwendete Modulationsart bestimmt wird, oder über die Modulationsart entschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem über die Modulationsart auf der Grundlage eines Vergleichs von Signalqualitäten entschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend eines Schritts des Entzerrens, wobei über die Modulationsart auf der Grundlage von Entzerrungsergebnissen entschieden wird.