DE60128526T2

DE60128526T2 - Verfahren zum Korrigieren der Frequenzfehler

Info

Publication number: DE60128526T2
Application number: DE60128526T
Authority: DE
Inventors: Javier Sanchez; Alexandre Santa Clara Da Rocha; Jean-Hugues Perrin
Original assignee: TCT Mobile Ltd
Current assignee: TCT Mobile Ltd
Priority date: 2000-11-10
Filing date: 2001-10-18
Publication date: 2008-01-24
Anticipated expiration: 2021-10-19
Also published as: CN1249945C; EP1206045A1; CN1353518A; FR2816776A1; ES2287088T3; EP1206045B1; ATE363160T1; DE60128526D1; US20020057753A1; PT1206045E; US6956915B2; FR2816776B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Korrigieren des Frequenzfehlers in einem Mobilkommunikationsnetz vom Typ CDMA, Akronym für den angelsächsischen Ausdruck "Code Division Multiple Access", bei dem die Anzahl der Nutzer einer Basisstation in engem Zusammenhang mit der Leistungssteuerung in dem Netz steht.
Die Erfindung bezieht sich vor allem auf das Gebiet der Telekommunikation und insbesondere auf das Gebiet der Funkkommunikationsendgeräte.
Das Problem, das auftritt, ist jenes der Schätzung des Frequenzfehlers und seiner Korrektur in einem Kommunikationsnetz vom Typ CDMA. Der Frequenzfehler wird durch verschiedene physikalische Erscheinungen hervorgerufen, die in dem Quarz eines Oszillators eines mobilen Funkkommunikationsendgeräts auftreten und infolgedessen eine Frequenzverschiebung hervorrufen. Diese Erscheinungen können mit der Temperatur, mit dem Abbau des Quarzes auf atomarer Ebene im Laufe der Zeit usw. zusammenhängen.
Infolge dieser Erscheinungen ist der Oszillator des mobilen Funkkommunikationsendgeräts nicht immer mit jenem der Basisstation synchronisiert. Ein Frequenzfehler kann dann eine Verschlechterung der Leistungsfähigkeit der Demodulation, die ermöglicht, die Binärinformationen zurückzugewinnen, bewirken und folglich einen Informationsverlust hervorrufen. Außerdem wirkt sich der Frequenzfehler direkt auf die Leistungsfähigkeit der Ausbreitungskanalschätzung aus.
Zwecks Erhalt einer guten Frequenzsynchronisation zwischen der Basisstation und dem mobilen Funkkommunikationsendgerät kann folglich ein sehr präziser Quarz innerhalb des Hilfsoszillators des Endgeräts verwendet werden. Je präziser der Quarz ist, desto teurer ist er jedoch. Ein Oszillator, der mit einem solchen Quarz versehen ist, hat folglich einen zu hohen Preis, als dass seine Verwendung bei der Serienfertigung von mobilen Funkkommunikationsendgeräten in Erwägung gezogen werden könnte.
Eine andere Betrachtungsweise ist, eine Korrektur des Frequenzfehlers für den Basisbandteil des Signals, d. h. den digitalen Teil des Signals, durchzuführen, wobei für die Verarbeitung des Funkfrequenzsignals ein preiswerter Hilfsoszillator, der einen herkömmlichen Quarz verwendet, beibehalten wird. In diesem besonderen Kontext, in den sich die vorliegende Erfindung einordnet, gibt es bereits wohlbekannte Techniken zur Korrektur der Frequenz. Diese Techniken können in zwei Typen eingeteilt werden.
Einerseits gibt es die Techniken, die auf der Analyse im Frequenzbereich basieren, die darin besteht, die verschiedenen Frequenzen eines komplexen Signals aufzuzeigen und die Amplitude und die Phase der entsprechenden Teilsignale zu bestimmen. Folglich wird ein Leistungsspektrum mittels einer schnellen Fouriertransformation berechnet. Ausgehend von der erhaltenen Schätzung des Leistungsspektrums wird eine Bestimmung der Verschiebung des Spektrums in Bezug auf die Frequenzreferenz von 0 Hertz durchgeführt. Es handelt sich dann darum, das Spektrum zu zentrieren, mit dem Ziel, die Verschiebung, die auf den Frequenzfehler zurückzuführen ist, zu kompensieren. Schließlich wird eine schnelle Fourierrücktransformation angewendet, um in den Zeitbereich zurückzukehren und die Verarbeitung des entsprechenden Signals fortzusetzen.
Andererseits gibt es Techniken zu einer Korrektur des Frequenzfehlers, die auf einer Analyse im Zeitbereich basiert. Der Frequenzfehler wird anhand eines gemeinsamen Kanals berechnet, der Informationen transportiert, die dem mobilen Endgerät bekannt sind. Die Korrektur wird dann Symbol für Symbol auf das Eingangssignal angewendet. Dieser Schritt umfasst die Bildung eines komplexen Produkts zwischen dem Frequenzfehler und dem Eingangssignal. Ein solches Produkt bedeutet folglich eine Berechnung mittels der Sinus- und Cosinus-Funktionen.
Das Dokument XP010072149 von Saito S. und Suzuki H.: "Performance of QPSK coherent detection with dual-mode carrier recovery circuit for fast and stable carrier tracking", präsentiert anlässlich der "DIGITAL TECHNOLOGY – SPANNING THE UNIVERSE. PHILADELPHIA, JUNE 12–15, 1988, INTERNATIONAL CONFERENCE ON COMMUNICATIONS, NEW YORK, IEEE, US", beschreibt einen Empfänger, bei dem die Schätzung der Trägerfrequenz in zwei verschiedenen Betriebsarten durchgeführt wird, "Costas loop" oder "Adaptive Carrier Tracking – ACT", wobei die zwei Betriebsarten in Abhängigkeit vom Träger-Rausch-Verhältnis des zu demodulierenden Signals gewählt werden.
Der Hauptnachteil der oben dargelegten Techniken zur Frequenzfehlerkorrektur ist die sehr hohe Komplexität der Berechnung, die sie zur Folge haben, wenn sie bei einem mobilen Endgerät vom CDMA-Typ angewendet werden. Außerdem ist keine dieser Lösungen dafür vorgesehen, auch das Problem der Filterung der Kanalschätzungen zu berücksichtigen.
Deshalb hat die Erfindung zum Ziel, den vorerwähnten Nachteilen des Standes der Technik abzuhelfen, indem sie ein Verfahren zum Korrigieren des Frequenzfehlers schafft, das dafür vorgesehen ist, in mobilen Funk kommunikationsendgeräten vom CDMA-Typ angewendet zu werden und das in Abhängigkeit vom Wert des Frequenzfehlers auf adaptive Weise die Komplexität der Berechnung reguliert. So sind durch die Erfindung drei Korrekturweisen für die Korrektur des Frequenzfehlers vorgesehen: eine Behandlungsweise mit geschlossener Schleife, die einer sehr genauen Korrektur des Frequenzfehlers entspricht, eine Behandlungsweise mit offener Schleife, die einer groben Korrektur entspricht, und schließlich eine Behandlungsweise ohne jegliche Frequenzkorrektur. Dieses System ermöglicht, die Komplexität der Berechnungen, die bei der Frequenzfehlerkorrektur durchgeführt werden, an die Erfordernisse anzupassen, wobei die Leistungsfähigkeit der Demodulation unberührt bleibt.
Die Erfindung betrifft folglich ein Verfahren zum Korrigieren des Frequenzfehlers, der in einem Eingangssignal eines Empfängers eines mobilen Funkkommunikationsendgeräts auftritt, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, eine von drei verschiedenen Behandlungsweisen für den Frequenzfehler auszuführen, die einer Behandlungsweise ohne jegliche Korrektur des Frequenzfehlers, einer Behandlungsweise mit offener Schleife für eine grobe Korrektur des Frequenzfehlers bzw. einer Behandlungsweise mit geschlossener Schleife für eine genaue Korrektur des Frequenzfehlers entsprechen, wobei die Frequenzfehler-Behandlungsweise durch eine Zentraleinheit in Abhängigkeit einerseits von dem Wert des Frequenzfehlers und andererseits von einem durch eine Qualitätssteuereinheit eines Filterblocks der Kanalkoeffizienten bestimmten Qualitätsfaktor ausgewählt wird.
Ein weiteres Merkmal des Verfahrens gemäß der Erfindung ist, dass es einen vorhergehenden Schritt umfasst, der darin besteht, den in dem Eingangssignal auftretenden Frequenzfehler anhand der Impulsantwort des Ausbreitungskanals des Eingangssignals zu schätzen, wobei die Schätzung des Frequenzfehlers mittels einer Schätzung des Phasenfehlers ausgeführt wird.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird die Schätzung des Frequenzfehlers mit einer veränderlichen Periodizität ausgeführt.
Es ist vorgesehen, den geschätzten Frequenzfehler entsprechend einer Mehrzahl von Schätzungen des Frequenzfehlers zu filtern, derart, dass ein gemittelter Frequenzfehler erhalten wird.
Die Funktion des Qualitätsfaktors besteht darin, den Wirkungsgrad der Filterung der Kanalkoeffizienten zu steuern.
Deshalb wird der Qualitätsfaktor als Funktion eines Signal/Störungs-Verhältnisses bestimmt.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zum Korrigieren des Frequenzfehlers, der in einem Mehrweg-Eingangssignal eines Empfängers eines mobilen Funkkommunikationsendgeräts (REC), das mit einem entfernten Sender über einen Ausbreitungskanal kommunizieren kann, auftritt, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Zentraleinheit umfasst, die dazu vorgesehen ist, drei verschiedene Behandlungsweisen für den Frequenzfehler auszuführen, die einer Behandlungsweise ohne jegliche Korrektur des Frequenzfehlers, einer Behandlungsweise mit offener Schleife für eine grobe Korrektur des Frequenzfehlers bzw. einer Behandlungsweise mit geschlossener Schleife für eine genaue Korrektur des Frequenzfehlers entsprechen, wobei die Behandlungsweise in Abhängigkeit einerseits von dem Wert des Frequenzfehlers und andererseits von einem durch eine Qualitätssteuereinheit eines Blocks zum Filtern der Kanalkoeffizienten bestimmten Qualitätsfaktor ausgewählt wird.
Es ist ein Block zum Schätzen des Frequenzfehlers vorgesehen, dem ein Block zum Filtern der Schätzung des Frequenzfehlers zugeordnet ist, um den Wert des Frequenzfehlers an die Zentraleinheit zu liefern.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung umfasst außerdem für die Ausführung der groben Korrektur des Frequenzfehlers einerseits einen Block für die Korrektur der Kanalschätzungen, der dazu vorgesehen ist, an den Block für die Kanalfilterung eine Impulsantwort des Ausbreitungskanals ohne Frequenzfehler zu liefern, und andererseits einen Block für die Behandlung der Impulsantwort des Ausbreitungskanals, der dazu vorgesehen ist, den Frequenzfehler wieder in die gefilterte Impulsantwort des Ausbreitungskanals einzuleiten.
Schließlich ist die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass sie darüber hinaus für die Ausführung der genauen Korrektur des Frequenzfehlers eine geschlossene Schleife umfasst, die aus einem Block zum Filtern des gemittelten Frequenzfehlers, dem ein Frequenzkorrekturblock zugeordnet ist, gebildet ist, wobei der Frequenzkorrekturblock am Eingang das Mehrwegsignal empfängt und am Ausgang ein Mehrwegsignal ohne Frequenzfehler ausgibt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlicher beim Lesen der folgenden Beschreibung eines besonderen Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Figuren, wovon
1 ein Blockschaltbild eines Empfängers von dem Typ, der unter dem angelsächsischen Ausdruck "Rake" bekannt ist, in einem Mobilfunksystem ist – in dem Fall, in dem keinerlei Korrektur der Frequenz durchgeführt wird;
2 ein Blockschaltbild eines Empfängers in dem Fall ist, in dem eine Frequenzkorrektur mit offener Schleife durchgeführt wird;
3 ein Blockschaltbild eines Empfängers in dem Fall ist, in dem eine Frequenzkorrektur mit geschlossener Schleife durchgeführt wird.
1, 2 und 3 stellen jeweils eine Art und Weise, um den Frequenzfehler zu behandeln, von den drei exklusiven Behandlungsweisen des Verfahrens zum Korrigieren des Frequenzfehlers gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Sie veranschaulichen also die drei Szenarien, die das erfindungsgemäße Verfahren vorsieht. Alle Blöcke und Elemente, die in 1, 2 und 3 gleich sind, haben das gleiche Bezugszeichen beibehalten.
In 1 liegt am Eingangsanschluss eines Empfängers eines mobilen Funkkommunikationsendgeräts REC ein Eingangssignal an, das die Nutzdaten umfasst, die von einem entfernten Sender gesendet worden sind, im Folgenden Signaldaten genannt. Es wird an einen Eingangsanschluss einer Wegesuchschaltung 1, an einen ersten Eingangsanschluss eines Kanalschätzers 2 sowie an einen ersten Eingangsanschluss einer Kombinationsschaltung 8 geliefert. Das Signal DATA ist ein Mehrwegsignal. Die Wegesuchschaltung 1 umfasst einen Ausgangsanschluss, der mit einem zweiten Eingangsanschluss des Kanalschätzers 2 und mit einem zweiten Eingangsanschluss der Kombinationsschaltung 8 verbunden ist.
Der Kanalschätzer 2 umfasst einen Ausgangsanschluss, der einerseits mit einem ersten Eingangsanschluss eines Blocks 3 zum Kanalfiltern und andererseits mit einem Eingangsanschluss eines Blocks 4 zum Schätzen des Frequenzfehlers verbunden ist. Der Block 3 zum Kanalfiltern umfasst einen Ausgangsanschluss, der einerseits mit einem dritten Eingangsanschluss der Kombinationsschaltung 8 und andererseits mit einem Eingangsanschluss einer Qualitätssteuereinheit oder QCU 7 verbunden ist.
Der Block 4 zum Schätzen des Frequenzfehlers umfasst einen Ausgangsanschluss, der mit einem Eingangsanschluss eines Blocks 5 zum Filtern der Frequenzfehlerschätzung verbunden ist. Der Block 5 zum Filtern der Frequenzfehlerschätzung umfasst einen Ausgangsanschluss, der mit einem ersten Eingangsanschluss einer Zentraleinheit oder CPU 6 verbunden ist. Die Zentraleinheit 6 umfasst einen zweiten Eingangsanschluss, der mit dem Ausgangsanschluss der Qualitätssteuereinheit 7 verbunden ist. Die Zentraleinheit 6 liefert ein Steuersignal an den Kanalfilterblock 3.
Das Funksignal breitet sich über einen oder mehrere Wege aus, die auf Hindernisse zurückzuführen sind, an denen die Wellen abprallen, bevor sie ihr Ziel erreichen. Sie kommen folglich mit unterschiedlichen Phasen an.
Außerdem haben die Wellen, die mit Verspätung ankommen, einen längeren Weg zurückgelegt, ihre Amplitude kann folglich stärker gedämpft sein.
Das Signal erreicht das mobile Funkkommunikationsendgerät folglich mit einer Phasenverzerrung und möglicherweise einer Amplitudenverzerrung.
Die Funktion der Wegesuchschaltung 1 besteht dann darin, die Verzögerungen bei der Signalübertragung, die auf das oben erläuterte Mehrweg-Phänomen zurückzuführen sind, zu schätzen. Dazu nimmt die Wegesuchschaltung 1 für jeden der Wege eine Leistungsabschätzung vor, die ermöglicht, auf die Verzögerungen zu schließen. Die Wegesuchschaltung 1 empfängt als Eingabe das Mehrwegsignal DATA und liefert als Ausgabe, nach einer Verarbeitung auf im Stand der Technik bekannte Weise mittels verschiedener Algorithmen, das Leistungsprofil des Signals DATA über eine bestimmte Zeit.
Sobald die verschiedenen Verzögerungen durch die Verarbeitung, die mittels der Wegesuchschaltung 1 durchgeführt wird, bestimmt werden konnten, tritt der Kanalschätzer 2 in Aktion, um eine Schätzung der Impulsantwort des Ausbreitungskanals zu liefern. Mit anderen Worten, der Kanalschätzer 2 hat die Aufgabe, die Amplituden und die Phasen für jeden Weg zu bestimmen. Eine Kanalschätzung wird für jeden Zeitschlitz oder "Slot" nach der üblicherweise verwendeten angelsächsischen Terminologie zur Bezeichnung eines Zeitabschnitts durchgeführt, der im vorliegenden Kontext 0,6 Millisekunden entspricht.
Damit die Schätzung der Impulsantwort des Ausbreitungskanals geliefert wird, ist es erforderlich, dass der Kanalschätzer 7 als Eingabe einerseits das Mehrwegsignal DATA und andererseits die von der Wegesuchschaltung 1 berechneten Verzögerungen empfängt. Um die Amplitude und die Phase des Signals für jeden Weg zu bestimmen, muss nämlich der Kanalschätzer 2 den Wert der Verzögerung für jeden Weg kennen. Die Amplitude und die Phase jedes Wegs werden dann durch einen komplexen Koeffizienten dargestellt. Die Gesamtheit der Koeffizienten, welche die Amplitude und die Phase jedes Wegs repräsentieren, bildet die Impulsantwort des Ausbreitungskanals CIR ("Channel Impulse Response" in der angelsächsischen Terminologie).
Als Ausgabe des Kanalschätzers 2 wird dann das Signal CIR an den Frequenzschätzblock 4 geliefert. Der Block 4 hat folglich die Aufgabe, den momentanen Frequenzfehler zu bestimmen. Konkret kommt der Frequenzfehler in einer Drehung des Mehrwegsignals mit einem stetigen Phaseninkrement, als φ bezeichnet, zum Ausdruck. Das Problem der Frequenzfehlerschätzung kann folglich als ein Problem der Phasenfehlerschätzung abgehandelt werden.
Der momentane Phasenfehler φ(t) wird im Block 4 anhand der Phasendifferenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kanalschätzungen, zu den Zeitpunkten t und t + 1 erhalten, berechnet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Schätzung des Phasenfehlers, der durch den Frequenzfehler verursacht ist, am leistungsstärksten Weg durchgeführt, d. h. an dem Weg, für den die empfangene Leistung am höchsten ist.
Jedoch werden im Rahmen der UMTS-Norm bei Frequenzduplex (FDD), wobei UMTS das Akronym für den angelsächsischen Ausdruck "Universal Mobile Telecommunication System" und FDD das Akronym für den angelsächischen Ausdruck "Frequency Division Duplex" ist, zehn Kanalschätzungen pro Zeitschlitz vorgenommen, die anschließend gemittelt werden.
Im Rahmen dieser Norm entspricht folglich die Kanalschätzung für jeden Zeitschlitz einem Mittelwert von 10 Kanalschätzungen. Der Wert von φ(t) wird dann über diesen Mittelwert bestimmt. Nun kann aber bei einem Zeitschlitz der Frequenzfehler schon so groß sein, dass es unmöglich ist, die Informationen zu gewinnen.
Deshalb kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung der Phasenfehler mit einer veränderlichen Periodizität berechnet werden. Es ist dann möglich, den Wert von φ(t) nicht nach zehn Kanalschätzwerten zu bestimmen, sondern beispielsweise nach fünf Kanalschätzwerten.
Der momentane Phasenfehler φ(t), der für den Frequenzfehler repräsentativ ist, wird dann im Filterblock 5 gefiltert, damit die zufälligen Phasenfehler oder aber die Phasenfehler, die auf den Dopplereffekt zurückzuführen sind, beseitigt werden. Der momentane Phasenfehler φ(t) wird folglich mittels eines herkömmlichen Tiefpassfilters mit der folgenden Gleichung über mehrere Schätzungen gemittelt: φm(t) = β·φm(t – 1) + (1 – ß)·φ(t), wobei 0 < β < 1
Der gemittelte Phasenfehler φm(t), in dem der gemittelte Frequenzfehler zum Ausdruck kommt, wird dann an die CPU 6 geliefert, die bestimmt, ob der Phasenfehler groß genug ist, um der Leistungsfähigkeit der Demodulation zu schaden. Folglich ermöglicht die Verkettung des Blocks 4 zum Schätzen des Frequenzfehlers und des Blocks 5 zum Filtern der Schätzung des Frequenzfehlers, den Wert des Frequenzfehlers an die Zentraleinheit 6 zu liefern.
In dem Fall, in dem der Phasenfehler φm(t) von der CPU als nicht groß genug angesehen wird, wird eine Behandlungsweise ohne Korrektur des Frequenzfehlers angewendet. Die Zentraleinheit 6 sendet dann ein Steuersignal an den Kanalkoeffizientenfilterblock 3, um ihm zu verstehen zu geben, dass der Frequenzfehler nicht zu berücksichtigen ist. Das Filtern der Kanalschätzungen im Filterblock 3 ermöglicht, den Dopplereffekt, d. h. den Schätzfehler der Kanalkoeffizienten, der auf die Bewegungsgeschwindigkeit des Funkkommunikationsendgeräts zurückzuführen ist, zu berücksichtigen. Folglich filtert der Kanalfilterblock 3 die Kanalschätzungen in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Funkkommunikationsendgeräts. Bei dieser Behandlungsweise ohne Korrektur wird die Verschiebung, die auf den Frequenzfehler zurückzuführen ist, der zu dem Dopplereffekt hinzukommt, als nicht störend angesehen.
Die CPU weist dann die Durchführung einer Kanalfilterung aus einer begrenzten Anzahl von Möglichkeiten, und zwar bei einer hohen Bewegungsgeschwindigkeit, einer mittleren Bewegungsgeschwindigkeit, einer niedrigen Bewegungsgeschwindigkeit, und schließlich eine völlige Abwesenheit einer Kanalfilterung an.
Der Block 3 zum Filtern der Kanalschatzungen führt folglich das Filtern der Kanalkoeffizienten, die vom Kanalschätzer 2 kommen, durch. Dieses Filtern ermöglicht, die gefilterten Kanalkoeffizienten zu erhalten und folglich die Kanalkoeffizienten-Schätzfehler, die auf den Dopplereffekt zurückzuführen sind, abzuschwächen. Der Block 3 liefert als Ausgabe eine verbesserte Kanalimpulsantwort CIR', welche die Bewegungsgeschwindigkeit des mobilen Funkkommunikationsendgeräts berücksichtigt. Das Signal CIR' wird dann einerseits an die Kombinationsschaltung 8 und andererseits an die Qualitätssteuereinheit 7 geliefert.
Die Qualitätssteuereinheit 7 hat die Aufgabe, einen Qualitätsfaktor qual_est für die gefilterten Kanalschätzungen zu bestimmen, der vom Signal/Störleistungs-Verhältnis SIR abhängt. Der Qualitätsfaktor qual_est ermöglicht, den Wirkungsgrad der Kanalkoeffizientenfilterung, die im Filterblock 3 durchgeführt wird, zu kontrollieren. Der Qualitätsfaktor qual_est wird von der QCU 7 an die CPU 6 geliefert, die diesen Parameter ebenfalls berücksichtigen wird, um zu entscheiden, ob die Behandlungsweise des Frequenzfehlers ohne jegliche Korrektur anzuwenden ist.
Bei der Anwendung der Behandlungsweise des Frequenzfehlers stützt sich die CPU folglich einerseits auf den Wert des Frequenzfehlers, repräsentiert durch den Bemittelten Phasenfehler φm(t), und andererseits auf den Wert des Qualitätsfaktors qual_est.
Die Kombinationsschaltung 10 kombiniert dann alle Wege auf kohärente Weise, d. h. indem sie die Phasenfehler und die Verzögerungen korrigiert, zu einem einzigen Weg. Die Kombinationsschaltung 10 wird die Signale, die zuerst ankommen, verzögern, um dann jene zu berücksichtigen, die mit Verspätung ankommen, um sie alle gleichzeitig kombinieren zu können, wobei die Phasen korrigiert werden. Dazu bildet die Kombinationsschaltung 8 ein komplexes Produkt aus dem Signal DATA und dem konjugierten Wert der gefilterten Impulsantwort des Ausbreitungskanals CIR'. Sie liefert als Ausgabe ein leistungsverstärktes Signal DATA'.
Falls jedoch der Frequenzfehler groß genug ist, dass es erforderlich ist, eine Korrektur der Frequenz vorzusehen, kann die CPU 6 für den Frequenzfehler eine Behandlungsweise mit offener Schleife anweisen, die einer groben Korrektur des Frequenzfehlers entspricht. Diese Frequenzfehler-Behandlungsweise mit offener Schleife wird mit Bezug auf 2 beschrieben. Sie entspricht einer mittleren Komplexität der Berechnung, verglichen mit der vorhergehenden Behandlungsweise des Frequenzfehlers, bei der keine Korrektur vorgesehen war, und verglichen mit der Behandlungsweise, die später im Zusammenhang mit 3 beschrieben wird, die eine sehr genaue Korrektur des Frequenzfehlers bei geschlossener Schleife durchführt.
So befindet sich zwischen dem Kanalschätzer 2 und dem Kanalfilterblock 3 ein Block 9 zum Korrigieren der Kanalschätzungen. Dieser Block 9 empfängt als Eingabe einerseits das Signal CIR vom Kanalschätzer 2, das die Impulsantwort des Ausbreitungskanals repräsentiert, und andererseits den gemittelten Phasenfehler φm(t) von dem Block 5 zum Filtern von φ(t). Der Block 9 liefert als Ausgabe ein korrigiertes Signal CIR' an den Kanalfilterblock 3.
Ein Block 10 zum Verarbeiten der Impulsantwort des Ausbreitungskanals empfängt als Eingabe ein Signal CIR'', das vom Kanalfilterblock 3 kommt, und liefert als Ausgabe ein Signal CIR'' an die Kombinationsschaltung 8.
Schließlich liefert die CPU 6 ein Steuersignal an die Blöcke 9, 3 und 10.
Die CPU empfängt nämlich wie bei der vorhergehenden Behandlung ohne Korrektur, die 1 entnommen werden kann, den Wert des gemittelten Phasenfehlers φm(t) von Seiten des Blocks 5 zum Filtern von φ(t). Bei dieser Behandlungsweise mit offener Schleife schätzt die CPU ab, dass der Phasenfehler φm(t) groß genug ist, um eine Frequenzkorrektur zu erfordern. Die CPU sendet dann ein Steuersignal an den Korrekturblock 9.
Die Frequenzfehlerkorrektur besteht darin, ein komplexes Produkt zwischen den Koeffizienten der Schätzung für den Kanal CIR und der komplexen Funktion e^{–j φm(t)} zu bilden. Das komplexe Produkt e^{–j φm(t)}·CIR ermöglicht folglich, die Kanalkoeffizienten in Bezug auf den gemittelten Phasenfehler φm(t) wieder in Phase zu bringen, sodass das Filtern der Kanalkoeffizienten im Block 3 nicht durch den Frequenzfehler gestört wird und nur den Dopplereffekt berücksichtigt. Der Block 9 ermöglicht, den Beitrag des Frequenzfehlers an der Impulsantwort des Ausbreitungskanals CIR zurückzunehmen. Der Block 9 liefert folglich als Ausgabe an den Filterblock 3 die Impulsantwort des Ausbreitungskanals CIR', die frequenzfehlerfrei ist.
Es muss festgehalten werden, dass diese Behandlungsweise denselben Phasenfehler φm(t) unterschiedslos auf alle Symbole anwendet, die sich in dem Zeitschlitz befinden, wenn die Kanalkoeffizienten im Block 9 wieder in Phase gebracht werden, da nämlich φm(t) einer mittleren Schätzung über alle Zeitschlitze entspricht. Die Behandlungsweise mit offener Schleife verwirklicht folglich eine grobe Korrektur des Frequenzfehlers, die sich trotzdem in zahlreichen Fällen, die durch die CPU festgelegt werden, als ausreichend erweist.
Die mittels des Blocks 9 wieder in Phase gebrachte Impulsantwort CIR' des Kanals wird dann an den Kanalfilterblock 3 geliefert, der nach Empfang des von der CPU gesendeten Steuersignals die Kanalkoeffizienten filtern wird, um dem Dopplereffekt Rechnung zu tragen. Das Signal CIR'', das von dem Kanalfilterblock 3 ausgegeben wird, entspricht folglich der gefilterten Impulsantwort des Ausbreitungskanals, die einerseits den Phasenfehler und andererseits den Fehler, der auf den Dopplereffekt zurückzuführen ist, berücksichtigt.
Das Signal CIR'' wird dann an den Verarbeitungsblock 10 geliefert, dessen Funktion es ist, den Phasenfehler, der für den Frequenzfehler repräsentativ ist, wieder in das Signal CIR'' einzubringen, damit er durch die Kombinationsschaltung 10 berücksichtigt wird. Die Kombinationsschaltung 10 bildet nämlich in der Folge ein komplexes Produkt aus dem Signal DATA und den gefilterten Kanalkoeffizienten, um als Ausgabe ein leistungsverstärktes Signal DATA' zu liefern.
Der Block 10 bildet folglich bei Ansteuerung mit einem Steuersignal, das die CPU sendet, ein komplexes Produkt aus den gefilterten Koeffizienten des Signals CIR'' und der komplexen Funktion e^{j φm(t)}. Das komplexe Produkt e^{j φm(t)}·CIR'' ermöglicht, eine Impulsantwort CIR''' zu erhalten, in die der Phasenfehler wieder eingebracht ist. Die Verarbeitung in der Kombinationsschaltung 8 kann dann ohne Fehler erfolgen.
Schließlich wird die QCU auf der Grundlage des Signals CIR''' den Qualitätsfaktor qual_est in Abhängigkeit vom Signal-/Störleistungs-Verhältnis bestimmen. Der Qualitätsfaktor qual_est ermöglicht, den Wirkungsgrad der Kanalfilterung zu verifizieren, und wird an die CPU geliefert. Das Zurückschleifen von der QCU zur CPU verhilft also dem System zu einer zusätzlichen Kontrolle und ermöglicht, die auf den Frequenzfehler anzuwendende Behandlungsweise zu verfeinern.
Schließlich ist eine letzte Behandlungsweise, die durch die Erfindung geschaffen wird, die Behandlungsweise mit geschlossener Schleife, die in 3 veranschaulicht ist. Diese Behandlungsweise ermöglicht, den einflussreichen Frequenzfehlern Rechnung zu tragen, die einer sehr genauen Korrektur bedürfen. Sie entspricht folglich der leistungsfähigsten Behandlungsweise, wobei sie jedoch eine höhere Komplexität der Berechnung als die vorhergehenden Behandlungsweisen mit sich bringt.
Im Vergleich zu dem Schaltbild von 1 umfasst das Schaltbild von 3 nämlich eine geschlossene Schleife, gebildet aus einem Block 11 zum Filtern des gemittelten Frequenzfehlers φm(t), der an einen Block 12 zur Frequenzkorrektur angeschlossen ist. Der Block 11 empfängt über einen ersten Eingangsanschluss ein Signal, das vom Block 5 zum Filtern des momentanen Phasenfehlers φ(t) kommt und über einen zweiten Eingangsanschluss ein Steuersignal, das von der CPU 6 kommt.
Der Block 11 umfasst einen Ausgangsanschluss, der mit einem ersten Eingangsanschluss des Frequenzkorrekturblocks 12 verbunden ist. Der Frequenzkorrekturblock 12 umfasst einen zweiten Eingangsanschluss, an den das Signal DATA geliefert wird. Schließlich umfasst der Block 12 einen ein Signal DATA' liefernden Ausgangsanschluss, der einerseits mit einem Eingangsanschluss des Kanalschätzers 2 und andererseits mit einem Eingangsanschluss der Kombinationsschaltung 8 verbunden ist.
Wie zuvor empfängt die CPU 6 einerseits den Wert des gemittelten Phasenfehlers φm(t) vom Filterblock 5 und andererseits den Wert des von der QCU berechneten Qualitätsfaktors qual_est. Wenn diese Werte eine bestimmte, im Voraus festgelegte Schwelle überschreiten, die eine zu starke Verschlechterung im Hinblick auf die Demodulation bedeutet, steuert die CPU die Anwendung der Behandlungsweise mit geschlossener Schleife.
Die CPU liefert dann ein Steuersignal an den Filterblock 11, um den Prozess der Frequenzfehlerbehandlung mit geschlossener Schleife zu starten. Die Frequenzfehlerbehandlung mit geschlossener Schleife wird fortgesetzt, bis die Schleife konvergiert. Die Konvergenzzeit der Schleife ist in der Größenordnung von einigen Millisekunden.
Der Block 11 filtert den gemittelten Phasenfehler φm(t) gemäß der folgenden Filtergleichung: Φ(t) = Φ(t – 1) + α·φm(t), mit 0 ≤ α ≤ 1
Der Wert von α wird von der CPU in Abhängigkeit von der Konvergenzgeschwindigkeit bestimmt, die die Schleife haben soll.
Der Wert von Φ(t) wird dann an den Frequenzkorrekturblock 12 geliefert, der ein komplexes Produkt aus dem Wert e^–jΦ(t) und dem komplexen Signal DATA bildet, um es wieder in Phase zu bringen. Im Gegensatz zu der Behandlungsweise mit offener Schleife erfolgt die Frequenzkorrektur direkt an dem Signal DATA und nicht anhand der Impulsantwort des Ausbreitungskanals. Die Frequenzkorrektur wird demnach Symbol für Symbol durchgeführt, wodurch alle Symbole wieder in Phase gebracht werden. Die Behandlung mit geschlossener Schleife ist folglich sehr genau, auch wenn sie, was die Komplexität der Berechnung angeht, aufwändiger als die ersten beiden Behandlungen ist.
Als Ausgabe des Korrekturblocks 12 wird das Signal DATA' an den Kanalschätzer 2 geliefert, der die Impulsantwort des Ausbreitungskanals CIR auf der Grundlage dieses frequenzfehlerfreien Signals DATA' liefern wird. Der restliche Frequenzfehler wird dann mittels des Blocks 4 zum Schätzen des restlichen Frequenzfehlers auf der Grundlage der Impulsantwort des Kanals CIR geschätzt. Diese Schätzung des Restfehlers wird im Filterblock 5 gefiltert, dann an die CPU geliefert. Die CPU steuert die Fortführung der Behandlung mit geschlossener Schleife, bis der restliche Frequenzfehler behoben ist.
Wenn die Schleife konvergiert hat, ist das Signal Data', was den Frequenzfehler anbelangt, sauber. Die herkömmliche Verarbeitung des Signals DATA' durch die Wegesuchschaltung 1 und den Kanalschätzer 2 findet statt, als ob es keinen Frequenzfehler gegeben hätte. Die Kanalkoeffizienten werden dann durch den Kanalfilterblock 3 bei Ansteuerung durch ein von der CPU gesendetes Steuersignal gefiltert. Die Kombinationsschaltung 8 kann dann ihre Verarbeitung an dem Signal DATA' durchführen und liefert als Ausgabe ein leistungsverstärktes Signal DATA''.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht folglich, zwei Probleme gleichzeitig zu meistern: die Korrektur des Frequenzfehlers und die Filterung der Kanalschätzung. Es ermöglicht nämlich, sich von der Frequenzverschiebung zu befreien, die dem Frequenzfehler zuzuschreiben ist, der zum Dopplereffekt hinzukommt und folglich den Wirkungsgrad der Kanalfilterung verschlechtert. Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht, einen optimalen Kompromiss zwischen der Komplexität der Berechnung, die für die Korrektur des Frequenzfehlers erforderlich ist, und der Leistungsfähigkeit der Demodulation zu finden. Die Leistungsfähigkeit des Demodulators steht nämlich in engem Zusammenhang mit der Wahl der Kanalfilterung und der Genauigkeit der Frequenzkorrektur.

Claims

Verfahren zum Korrigieren des Frequenzfehlers, der in einem Mehrweg-Eingangssignal (data) eines Empfängers eines mobilen Funkkommunikationsendgeräts (REC) auftritt, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, eine von drei verschiedenen Behandlungsweisen für den Frequenzfehler auszuführen, die einer Behandlungsweise ohne jegliche Korrektur des Frequenzfehlers, einer Behandlungsweise mit offener Schleife für eine grobe Korrektur des Frequenzfehlers bzw. einer Behandlungsweise mit geschlossener Schleife für eine genaue Korrektur des Frequenzfehlers entsprechen, wobei die Frequenzfehler-Behandlungsweise durch eine Zentraleinheit (6) in Abhängigkeit einerseits von dem Wert des Frequenzfehlers und andererseits von einem durch eine Qualitätssteuereinheit (7) eines Filterblocks (3) der Kanalkoeffizienten bestimmten Qualitätsfaktor (qual_est) ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es einen vorhergehenden Schritt umfasst, der darin besteht, den in dem Mehrweg-Eingangssignal (data) auftretenden Frequenzfehler anhand der Impulsantwort des Ausbreitungskanals (CIR) des Eingangssignals (data) zu schätzen, wobei die Schätzung des Frequenzfehlers mittels einer Schätzung des Phasenfehlers (☐(t)) ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schätzung des durch den Frequenzfehler verursachten Phasenfehlers auf dem leistungsstärksten Weg erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schätzung des Frequenzfehlers mit einer veränderlichen Periodizität ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der geschätzte Frequenzfehler entsprechend einer Mehrzahl von Schätzungen des Frequenzfehlers gefiltert wird, derart, dass ein Bemittelter Frequenzfehler erhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Qualitätsfaktor (qual_est) die Steuerung des Wirkungsgrades der Filterung der Kanalkoeffizienten ermöglicht.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Qualitätsfaktor (qual_est) als Funktion eines Signal/Störungs-Verhältnisses bestimmt wird.
Vorrichtung zum Korrigieren des Frequenzfehlers, der in einem Mehrweg-Eingangssignal (data) eines Empfängers eines mobilen Funkkommunikationsendgeräts (REC), das mit einem entfernten Sender über einen Ausbreitungskanal kommunizieren kann, auftritt, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Zentraleinheit (6) umfasst, die dazu vorgesehen ist, drei verschiedene Behandlungsweisen für den Frequenzfehler auszuführen, die einer Behandlungsweise ohne jegliche Korrektur des Frequenzfehlers, einer Behandlungsweise mit offener Schleife für eine grobe Korrektur des Frequenzfehlers bzw. einer Behandlungsweise mit geschlossener Schleife für eine genaue Korrektur des Frequenzfehlers entsprechen, wobei die Behandlungsweise in Abhängigkeit einerseits von dem Wert des Frequenzfehlers und andererseits von einem durch eine Qualitätssteuereinheit (7) eines Blocks (3) zum Filtern der Kanalkoeffizienten bestimmten Qualitätsfaktor (qual_est) ausgewählt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Block (4) zum Schätzen des Frequenzfehlers umfasst, dem ein Block (5) zum Filtern der Schätzung des Frequenzfehlers zugeordnet ist, um den Wert des Frequenzfehlers an die Zentraleinheit (6) zu liefern.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem für die Ausführung der groben Korrektur des Frequenzfehlers einerseits einen Block (9) für die Korrektur der Kanalschätzungen, der dazu vorgesehen ist, an den Block (3) für die Kanalfilterung eine Impulsantwort (CIR') des Ausbreitungskanals ohne Frequenzfehler zu liefern, und andererseits einen Block (10) für die Behandlung der Impulsantwort des Ausbreitungskanals, der dazu vorgesehen ist, den Frequenzfehler wieder in die gefilterte Impulsantwort (CIR'') des Ausbreitungskanals einzuleiten, umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie darüber hinaus für die Ausführung der genauen Korrektur des Frequenzfehlers eine geschlossene Schleife, die aus einem Block (11) zum Filtern des Bemittelten Frequenzfehlers, dem ein Frequenzkorrekturblock (12) zugeordnet ist, gebildet ist, wobei der Frequenzkorrekturblock (12) am Eingang das Mehrwegsignal (data) empfängt und am Ausgang ein Mehrwegsignal (data') ohne Frequenzfehler ausgibt.