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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Datendemodulation
in einem Funkkommunikationssystem und insbesondere auf eine Vorrichtung
und ein Verfahren zur Demodulation von Daten gegenüber Signalverzerrung,
die durch Fading oder andere Faktoren verursacht wurde.
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Die
Funkkommunikationstechnik, hauptsächlich die mobile Kommunikationstechnik
hat sich sehr schnell entwickelt und GMPCS (Globales Mobiles Persönliches
Kommunikationssystem) wird in der ganzen Welt zur Kommunikation
verwendet. Für
Funkkommunikationssysteme, die Satelliten nutzen, wurden aktiv Forschungen
zur Datendemodulation durchgeführt,
da die große
Entfernung zwischen einem Satelliten und einer mobilen Station ernsthafte
Datenverzerrungen aufgrund von Fading verursacht.
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Im
Allgemeinen werden vorgegebene Symbole (z. B. Pilot-Symbole) vor
der Übertragung
in einen Rahmen eingegeben, und die Verzerrung anderer Informationssymbole
wird kompensiert, indem man die Verzerrung der vorgegebenen Symbole
erfasst. Das heißt,
ein Sender gibt vor der Übertragung
vereinbarte Symbole zwischen den Datensymbolen ein, und ein Empfänger gewinnt
diese vereinbarten Symbole zur Verwendung beim Schätzen eines
Kanals. Die herkömmliche
Schätzung
eines Kanals basiert auf der Verwendung einer Interpoliereinrichtung
oder einer erweiterten symbolgestützten Schätzung (ESAE).
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Hinsichtlich
der Systeme nach dem Stand der Technik ist 1 ein schematisches
Blockdiagramm einer herkömmlichen
Kanalschätzvorrichtung
in einem Funkkommunikationssystem zur Wiederherstellung von Daten. 2 ist
das Format eines Rahmens, der im herkömmlichen Funkkommunikationssystem
verwendet wird. 3 ist ein detailliertes Blockdiagramm
der herkömmlichen
Kanalschätzvorrichtung
im Funkkommunikationssystem. 4 ist ein
Blockdiagramm einer anderen herkömmlichen
Kanalschätzvorrichtung,
die auf ESAE in einem Funkkommunikationssystem basiert, und 5 ist
eine abstrakte Darstellung der Kanalschätzung zur Wiederherstellung
von Daten auf der Basis von ESAE.
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1 veranschaulicht
eine Kanalschätzvorrichtung,
die Pilot-Symbole für
die Kanalschätzung
in einem PSAM-System (Pilot-Symbol-gestützte Modulation) verwendet.
In einem PSAM-System werden periodisch Pilotsymbole durch eine Pilot-Symbol-Eingabevorrichtung 101 zwischen
den Datensymbolen eingegeben, und das gesamte Signal wird vor der Übertragung
durch einen Impulsformer 102 impulsgeformt. Fading und
AWGN (additives weißes
Gaußsches
Rauschen) werden dem Übertragungssignal
durch eine Vervielfachereinrichtung 103 bzw. einen Adder 104 beigemischt.
Ein Empfänger
zerlegt ein Eingangssignal in Pilot-Symbole und Datensymbole, indem
das Eingangssignal durch einen abgestimmten Filter 105 geleitet
wird und schätzt
den Kanal der Datensymbole unter Verwendung der Pilot-Symbole. Für die Kanalschätzung ist eine
Interpoliereinrichtung 108 erforderlich, und die Daten
werden unter Verwendung des Interpolierergebnisses wiederhergestellt.
Die Verzögerungseinrichtung 106 kompensiert
die Signalverzögerung
durch die Interpoliereinrichtung 108.
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Der
Kanalschätzvorgang
in einem allgemeinen PSAM-System kann kurz wie folgt ausgedrückt werden: St(t) = Re[zO(t)exp(j2πfct)] (1) zO(t) = zOi(t) + jzOq(t) (2),wobei gilt:
St(t)
ist das Sendersignal, Re[zO(t)exp(j2πfct)] stellt den Realzahlenteil
von zO(t)exp(j2πfct)
dar, fc ist eine Trägerfrequenz
und zO(t) ist ein Signal einer Basisband-Übertragung,
wobei das Band durch einen Übertragungsfilter
begrenzt ist. Wie in 2 dargestellt ist, werden voreingestellte
Pilot-Symbole in einen Übertragungsrahmen
eingegeben. Aufgrund Fading kommt das Übertragungssignal am Empfänger als Sr(t) = Re[c(t)zO(t)exp{j2π(fc – fo)t}
+ nc(t)exp{j2π(fc – fo)t}] (3) an, wobei
gilt:
Sr(t) ist das empfangene Signal und nc(t) ist die AWGN-Komponente.
Eine komplexe Kanalverstärkung
c(t) umfasst Fading und eine Frequenzverschiebung ist durch c(t) = exp(j2πfot) g(t) (4) gegeben,
wobei gilt:
fo ist eine Frequenzrestverschiebung und g(t) ist
die Hüllkurve
von c(t). Danach wird ein demoduliertes Basisbandsignal ausgedrückt als: U(t) = C(t)Z(t) + n(t) (5).
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Es
ist notwendig, C(t) zu schätzen,
um das Basisbandsignal Z(t) zu erhalten. Der abgetastete Wert eines
m-ten Symbols in einem k-ten Rahmen ist: tk, n = {k + (n/M)}TP (6)für k = 0,
1, 2, 3, ... n = 0, 1, 2, 3, ..., M-1,
wobei gilt:
TP,
eine Eingabeperiode für
ein Pilot-Symbol, ist NT. Ein Pilot-Symbol, das an jedem Rahmenzeitpunkt
demoduliert wird, ist U(tk,
0) = C(tk, 0) + n(tk, 0) (7).
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Ein
geschätzter
Wert des Fading wird zu dem Zeitpunkt berechnet, wenn ein k-tes
Pilot-Symbol empfangen
wird, indem ein verzerrtes Symbol U(tk, 0) der Gleichung (7) durch
ein Pilot-Symbol b dividiert wird. Das heißt, C(tk, 0) = u(tk, 0)/b = C(tk, 0) + n(tk, 0)/b (8).
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Eine
durch Fading verursachte Verzerrung eines Informationssymbols kann
unter Verwendung einer Interpoliereinrichtung erfasst werden, wie
es in Gleichung (8) angewendet wurde. Es gibt im Allgemeinen zwei Interpolationsmethoden:
die feststehende Interpolation und die adaptive Interpolation. Bei
der feststehenden Interpolation wird eine Sync-(Nyquist-), Gaußsche, lineare
oder eine kubische Interpoliereinrichtung über einen gesamten Kanal angewendet,
um die Verzerrung des Kanals ungeachtet der Kanalvariation zu schätzen, wohingegen
bei einer adaptiven Interpolation zum Beispiel eine Wiener-Interpoliereinrichtung
unter Verwendung eines Wiener-Filters einen Kanal genau schätzt, indem
die Kanalvariationen adaptiv unter Ausnutzung von Parametern wie
z. B. Doppler-Frequenz und Symbolenergie pro Dichte des Leistungsspektrums
(Es/No) kompensiert werden.
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3 ist
eine abstrakte Darstellung der Fading-Schätzung und -Kompensation unter
Verwendung einer Sync-Interpoliereinrichtung. Wie in 3 dargestellt
wird, schätzt
eine Fading-Schätzeinrichtung 301 das Fading
von Pilot-Symbolen, und eine Interpoliereinrichtung 302 interpoliert
die Datensymbole auf der Grundlage der Kanalschätzung der Pilot-Symbole. Das
Ergebnis der Kanalschätzung
spiegelt sich in einem Eingangssignal wieder, das durch eine Verzögerungseinrichtung 304 verzögert wird,
um somit das Eingangssignal zu kompensieren.
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4 und 5 veranschaulichen
ein weiteres Kanalschätzungsschema,
ESAE. Ein Empfänger trennt
ein Eingangssignal in Pilot-Symbole und Datensymbole, indem das
Eingangssignal durch einen abgestimmten Filter 401 geleitet
wird. Für
die Kanalschätzung
ist eine Interpoliereinrichtung 403 erforderlich, und die
Daten werden unter Verwendung des Interpolierergebnisses wiederhergestellt.
Eine erste Verzögerungseinrichtung 402 kompensiert
die Signalverzögerung
durch die Interpoliereinrichtung 403. Der Demodulator 405 demoduliert
das Signal. Wie in 5 dargestellt ist, werden wiederhergestellte
Daten vor einem Symbol „S" zusammen mit den
Pilot-Symbolen „P1", „P2", „P3" und „P4" verwendet, um den
Kanal des Symbols „S" zu schätzen.
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Trotz
des relativ einfachen Verfahrens der Kanalschätzung weisen das Datenschätzschema
unter Verwendung einer Kanalschätzung
mittels Pilot-Symbole und das ESAE-Schema Mängel dahingehend auf, dass die
Kanalschätzung
nicht zuverlässig
ist, wenn ein empfangenes Signal schwach ist oder ein schwerwiegendes
Fading aufweist.
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Die
Kanalschätzvorrichtung
für ein
Funkkommunikationssystem nach der Oberbegriff des Anspruchs 1 ist
aus EP-A-0 715 440 bekannt.
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Es
ist deshalb das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Kanalschätzvorrichtung
und ein Verfahren zur Verfügung
zu stellen, die in der Lage sind, eine Kanalschätzung selbst in einer Umgebung
vorzunehmen, in der Fading schwerwiegende Verzerrungen verursacht.
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Dieses
Ziel wird durch den Gegenstand der Hauptansprüche 1 und 5 erreicht.
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Die
bevorzugten Ausführungsformen
sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das
oben genannte Ziel wird insbesondere dadurch erreicht, dass eine
Kanalschätzvorrichtung
sowie ein Verfahren in einem Funkkommunikationssystem zur Verfügung ge stellt
werden. In der Kanalschätzvorrichtung
schätzt
eine Fading-Schätzeinrichtung
einen Kanal unter Verwendung voreingestellter Symbole eines Eingangssignals,
eine erste Interpoliereinrichtung interpoliert die anderen Symbole
des Eingangssignals auf der Grundlage der Fading-Schätzung, eine
erste Invertiereinrichtung invertiert das Ausgangssignal der ersten Interpoliereinrichtung,
eine erste Verzögerungseinrichtung
verzögert
das Eingangssignal um eine vorgegebene Zeit, eine erste Vervielfachereinrichtung
kompensiert primär
das Ausgangssignal der ersten Verzögerungseinrichtung mittels
des Ausgangssignals der ersten Invertiereinrichtung, eine zweite
Interpoliereinrichtung interpoliert jedes Symbol des Eingangssignals
unter Bezugnahme auf primär
kompensierte Symbole in einer vorgegebenen Periode vor und nach
dem Symbol, eine Pegel-Steuereinrichtung
steuert den Pegel des Ausgangssignals der zweiten Interpoliereinrichtung,
eine zweite Invertiereinrichtung invertiert das Ausgangssignal der
Pegel-Steuereinrichtung,
eine zweite Verzögerungseinrichtung
verzögert
das primär
kompensierte Signal um eine vorgegebene Zeit und eine zweite Vervielfachereinrichtung
kompensiert sekundär
das Ausgangssignal der zweiten Verzögerungseinrichtung mittels
des Ausgangssignals der zweiten Invertiereinrichtung.
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Die
oben genannte Zielstellung, die Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung verständlicher,
wenn sie im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen gelesen werden.
Für die
Zeichnungen gilt:
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1 ist
ein schematisches Blockdiagramm einer herkömmlichen Kanalschätzvorrichtung
in einem Funkkommunikationssystem;
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2 ist
das Format eines Rahmens, der in dem herkömmlichen Funkkommunikationssystem
verwendet wird;
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3 ist
ein detailliertes Blockdiagramm der Kanalschätzvorrichtung im herkömmlichen
Funkkommunikationssystem;
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4 ist
ein Blockdiagramm einer weiteren Kanalschätzvorrichtung auf der Basis
von ESAE in einem Funkkommunikationssystem;
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5 ist
eine abstrakte Darstellung der Kanalschätzung zur Datenwiederherstellung
auf der Basis von ESAE in einem Funkkommunikationssystem;
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6 ist
ein Blockdiagramm einer Kanalschätzvorrichtung
nach einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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7 ist
eine abstrakte Darstellung der Kanalschätzung zur Datenwiederherstellung
nach der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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8A bis 8D sind
graphische Darstellungen, die die BER-Merkmale nach der Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird hier unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden bekannte Funktionen
oder Ausführungen
nicht im Detail beschrieben, da dies die Erfindung durch unnötige Details
unverständlich
machen würde.
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6 ist
ein Blockdiagramm einer Kanalschätzvorrichtung
nach einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und 7 ist eine
abstrakte Darstellung der Kanalschätzung zur Datenwiederherstellung
nach der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Unter
Bezugnahme auf 6 schätzt eine Fading-Schätzeinrichtung 600 das
Fading in einem Eingangssignal unter Verwendung vorgegebener Pilot-Symbole.
Eine erste Interpoliereinrichtung 610 interpoliert die
Informationssymbole auf der Grundlage der Fading-Schätzung.
Eine Wiener-Interpoliereinrichtung kann als erste Interpoliereinrichtung 610 verwendet
werden. Eine erste Invertiereinrichtung 620 gewinnt durch
Invertieren den reziproken Wert des Ausgangs der ersten Interpoliereinrichtung 610.
Eine erste Verzögerungseinrichtung 630 verzögert ein
Eingangssignal um eine vorgegebene Zeit, um der Fading-Schätzeinrichtung 600,
der ersten Interpoliereinrichtung 610 und der ersten Invertiereinrichtung 620 Zeit
für die
Tätigkeit
zu verschaffen. Unter Verwendung des Kanal-Schätzsignals,
das von der ersten Invertiereinrichtung 620 invertiert wurde,
kompensiert eine Vervielfachereinrichtung 640 primär das verzögerte Signal,
das sie von der ersten Verzögerungseinrichtung 630 erhielt.
Das primär
kompensierte Signal wird in eine zweite Interpoliereinrichtung 650 und
eine zweite Verzögerungseinrichtung 680 eingeleitet.
Die zweite Interpoliereinrichtung 650 ist vorzugsweise
eine Sync- oder Nyquist-Interpoliereinrichtung
und schätzt
das Fading unter Bezugnahme auf die primär kompensierten Daten, wie
in 7 dargestellt wird.
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In 7 schätzt die
zweite Interpoliereinrichtung 650 das Fading unter Bezugnahme
auf die primär kompensierten
Symbole (durch Schrägstriche
gekennzeichnet) vor und nach einem Datensymbol S, das geschätzt werden
soll. Die Pilot-Symbole P1, P2, P3 und P4, die für die primäre Kompensierung verwendet
wurden, können
zusammen mit den primär
kompensierten Symbolen für
die sekundäre
Kanalschätzung
verwendet werden. Den primär
kompensierten Datensymbolen und den Pilot-Symbolen kann die gleiche
oder eine unterschiedliche Bedeutung beigemessen werden.
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Wiederum
unter Bezugnahme auf 6 steuert eine Pegel-Steuereinrichtung 660 den
Pegel des geschätzten
Wertes. Wenn zum Beispiel die Bezugssymbole (1, 0) und (–1, 0) sind,
werden alle Symbole in einen (1, 0)-Bereich verschoben, indem die
anderen Symbole der Quadraturphasenumtastung (QPSK) (0, 1) und (0, –1) zur
Erreichung des geschätzten
Wertes des Kanals verallgemeinert werden. Eine zweite Invertiereinrichtung 670 invertiert
das pegelgesteuerte Signal, und eine Vervielfachereinrichtung 690 kompensiert
sekundär das
verzögerte
Signal, das von der zweiten Verzögerungseinrichtung 680 empfangen
wird, indem das verzögerte
Signal mit dem invertierten Signal, das von der zweiten Invertiereinrichtung 670 empfangen
wird, multipliziert wird.
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Nach
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird der Kanal des Symbols S durch die
primäre
Schätzung
unter Verwendung von Pilot-Symbolen sowie durch die sekundäre Schätzung unter
Verwendung der durch die Wiener-Interpoliereinrichtung 610 als
neue Pilot-Symbole mittels der Nyquist-Interpoliereinrichtung 650 kompensierten
Symbole geschätzt.
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Während die
Wiener-Interpoliereinrichtung 610 für die primäre Kanalschätzung genutzt wird, wird die Nyquist-Interpoliereinrichtung 650 für die sekundäre Kanalschätzung verwendet,
da die dazugehörigen
primär kompensierten
Symbole sich in der Nähe
des zu schätzenden
Symbols befinden.
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Nach
dem Verfahren der Kanalschätzung
in der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden Datensymbole in dem Maße genauer
kanalgeschätzt
wie sich das Signal-Rausch-Verhältnis
(SNR) erhöht,
und die Verwendung von kompensierten Datensymbolen gemeinsam mit
den Pilot-Symbolen erhöht
die Zuverlässigkeit
der Kanalschätzung.
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8A bis 8D veranschaulichen
die BER-Merkmale nach der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In 8A bis 8D stellt
jeweils die horizontale Achse Es/No dar und die vertikale Achse
die BER-Änderungen.
In der Tabelle 1 sind die Versuchsdaten aufgelistet.
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Wie
man aus den 8A bis 8D erkennen
kann, wird die Leistung in der Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung im Vergleich zur Leistung eines Schemas unter Verwendung
einer herkömmlichen Wiener-Interpoliereinrichtung
verbessert.
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In
der Tabelle 1 bezeichnet K einen Ricean-Fadingfaktor und fd ist
eine Doppler-Frequenz.
Normalisierte Doppler-Frequenzen (fdT) sind 0,0011 und 0,011, das
heißt
20 Hz und 200 Hz, wenn die Symbolrate 18.000 Symbole pro Sekunde
beträgt.
Hier ist eine Pilot-Eingabeperiode M = 20. Im Falle einer kohärenten Modulation
wird angenommen, dass ein Empfänger
die erforderliche Doppler-Frequenz und die Symbolenergie pro Dichte
des Leistungsspektrums (γ =
Es/No) genau kennt. Aus Simulationsergebnissen wird die Schlussfolgerung
gezogen, das die Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dem Schema unter Verwendung der herkömmlichen
Wiener-Interpoliereinrichtung hinsichtlich eines schnellen Fading
(fdT = 0,011) überlegen
ist, wie in 8B und 8D ersichtlich
ist.
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Wie
oben beschrieben wird nach der vorliegenden Erfindung ein Kanal
primär
unter Verwendung von Pilot-Symbolen geschätzt, sowie sekundär unter
Verwendung der primär
kompensierten Symbole. Deshalb kann die Kanalschätzung selbst bei einer schwerwiegenden
Verzerrung, die durch Fading verursacht wurde, durchgeführt werden.
