DE69325105T3

DE69325105T3 - Datenmultiplixierer für mehrwegempfänger

Info

Publication number: DE69325105T3
Application number: DE69325105T
Authority: DE
Inventors: Lindsay A. Jr. Boulder WEAVER
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 1992-11-24
Filing date: 1993-11-18
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2013-11-19
Also published as: FI952468A; ZA938324B; MX9307373A; DE69325105D1; CA2150015A1; DK0671082T4; BR9307519A; EP0671082B1; FI112755B; AU676249B2; ATE180607T1; DK0671082T3; KR950704863A; JPH08506222A; CN1091879A; GR3030720T3; AU5672594A; RU2202154C2; EP0671082B2; DE69325105T2

Description

I. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kommunikationssysteme. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein neues und verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zur Demodulierung eines Kommunikationssignals durch Bestimmung einer Größe des Teils eines Datensignals, der in Phase mit einem Bezugssignal für das Kommunikationssystem ist. Die Erfindung bezieht sich ferner auf die Erzeugung eines Skalarproduktes (was im Folgenden auch als Punktprodukt bezeichnet wird) zwischen einem Pilotsignal und einem im Kommunikationssignal enthaltenen Datensignal.
II. Beschreibung des Stands der Technik
In Kommunikationssystemen, in welchen Digitalsignale übertragen werden, gibt es verschiedene Demodulationsvorgangsweisen für die Extraktion von Daten aus den empfangenen Signalen. Insbesondere ist es bei Systemen, die Quadraturphasenverschiebungsverschlüsselungsmodulationstechniken bzw. Vierphasenumtastung (QPSK = quadrature phase shift keyed) verwenden, nicht einfach möglich, nach der Demodulation des empfangenen Signals Information zu extrahieren, die notwendig ist, um eine Signalgewichtung für die Kombination von Mehrwegesignalen durchzuführen.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Signalgewichtungsverarbeitung bei der Demodulation eines modulierten Signals vorzusehen, und zwar bezüglich einer empfangenen Referenz bzw. eines Bezugssignals.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist ein neues und verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung für das Demodulieren von übertragenen Signalen zur Extraktion der übertragenen Digitaldaten, und zwar in einem Kommunikationssystem, in welchem digitale Daten digital moduliert und übertragen werden. Insbesondere wird die vorliegende Erfindung in einem Digitalkommunikationssystem ver wendet, in welchem ein Datensignal zusammen mit einem Pilotsignal auf einem Träger sowohl mit Zweiphasenumtastung moduliert als auch mit Vierphasenumtastung (QPSK = quadrature phase shift keyed) gespreizt werden. Am Empfänger werden Daten aus dem empfangenen Signal durch Erzeugung eines Punktprodukts zwischen den Pilot- und Datensignalphasenvektoren extrahiert. Die Größe der Komponente des Datensignalphasenvektors, die in Phase mit dem Pilotsignalphasenvektor ist, eine Phasenreferenz für die Daten, wird durch ein Punktprodukt dieser Signalvektoren bzw. durch Phasenprojektionen bestimmt. Insbesondere ist das Punktprodukt dieser Signalvektoren das Produkt der Multiplikation einer Pilotinphasenkomponente (P_I) und einer Dateninphasekomponente (D_I) summiert mit dem Produkt der Multiplikation einer Pilotquadraturphasenkomponente bzw. Pilotvierphasenkomponente (P_Q) und einer Datenquadraturphasenkomponente bzw. Datenvierphasenkomponente (D_Q).
Die vorliegende Erfindung ist in einer beispielhaften Ausführung in einem Kommunikationssystemempfänger ausgeführt, der ein Pilotsignal und ein Datensignal empfängt, die jeweils entsprechende Phasenvektoren definieren. Jeder empfangene Signalvektor wird durch seine I- und Q-Komponenten repräsentiert. Die Schaltung der vorliegenden Erfindung bestimmt aus den Signalvektorkomponenten die Größe des Datensignalvektors, der in Phase mit dem Pilotsignalvektor ist.
Die Bestimmungsschaltung weist eine Multiplizierschaltung zum Empfang einer I-Komponentenprobe bzw. -abtastung des Datensignals und einer I-Komponenten bzw. -abtastung des Pilotsignals auf, die die empfangene I-Komponentenprobe des Datensignals mit der I-Komponentenprobe des Pilotsignals multipliziert und eine erste Produktprobe vorsieht. Die Multiplizierschaltung dient ferner zum Empfang einer Q-Komponentenprobe des Datensignals und einer Q-Komponentenprobe des Pilotsignals, um die empfangene Q-Komponentenprobe des Datensignals mit der Q-Komponentenprobe des Pilotsignals zu multiplizieren und eine zweite Produktprobe vorzusehen. Die Bestimmungsschaltung weist ferner eine Summierungsschaltung für den Emp fang der ersten und zweiten Produktproben auf, um die empfangenen ersten und zweiten Produktproben zu summieren und eine resultierende Probe eines Werts vorzusehen, der repräsentativ für die Größe des Datensignalvektors ist, der in Phase mit dem Pilotsignalvektor ist.
Die Bestimmungsschaltung kann ferner eine Speicherschaltung und eine Auswahlschaltung umfassen. Die Speicherschaltung dient zur Speicherung der I-Komponentenprobe des Datensignals, der Q-Komponentenprobe des Datensignals, der I-Komponentenprobe des Pilotsignals und der Q-Komponentenprobe des Pilotsignals. Die Auswahlschaltung dient dem Empfang der gespeicherten I- und Q-Komponentenproben des Datensignals, der I- und Q-Komponentenproben des Pilotsignals und eines Auswahlsignals. Die Auswahlschaltung ist ansprechend auf einen ersten Zustand des Auswahlsignals, um einen Ausgang bzw. eine Ausgabe der I-Komponentenproben des Datensignals und des Pilotsignals an die Multiplizierschaltung vorzusehen, und ferner ist sie ansprechend auf einen zweiten Zustand des Auswahlsignals, um einen Ausgang bzw. eine Ausgabe der Q-Komponentenproben des Datensignals und des Pilotsignals an die Multiplizierschaltung vorzusehen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden sich aufgrund der detaillierten Beschreibung verdeutlichen, die in der Folge dargelegt ist, und zwar wenn sie in Verbindung mit den Zeichnungen genommen wird, in welchen gleiche Bezugszeichen durchwegs entsprechend verwendet werden und wobei folgendes gezeigt ist:
1 ist ein beispielhaftes Blockdiagramm eines Empfängers, das das Punktproduktverarbeitungsverfahren der vorliegenden Erfindung ausführt;
2 ist eine beispielhafte Vektordarstellung von empfangenen Pilot- und Datensignalen;
3 ist ein beispielhaftes Blockdiagramm eines digitalen Empfängers und der assoziierten Schaltung für die Extraktion von Pilot- und Informationsdaten aus den empfangenen I- und Q-Signalkomponenten;
4 ist ein beispielhaftes Diagramm des QPSK-Signalraums;
5 ist ein Funktionsblockdiagramm von Punktproduktschaltungen, die für den Empfänger der 3 nützlich sind; und
6 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Ausführung der Punktproduktschaltungen der 3 darstellt.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
US-A-4,087,752 beschreibt ein System, in welchem digitale Daten korreliert in diskrete Mehrfachzustände kodiert werden und durch die Modulation eines Trägersignals übertragen werden. Die Phase des Trägersignals in jedem Baudintervall ist eine Funktion der Daten und wird mittels einer Baumsuchtechnik detektiert, die rekursiv die maximale Metrik eines jeden der Zustände während jedem Baudintervall bestimmt und daraus einen Datenbitstrom erzeugt. Im Verlauf des Ableitens einer Transmissions- bzw. Übertragungsmetrik kann ein Basisbandsignal mit einem vom Basisbandsignal abgeleiteten Referenzsignal verglichen werden, beispielsweise durch Inphase- und Quadraturkomponenten, und ein Maß der relativen Nähe des Basisbandsignals zum Referenzsignal kann durch Erstellen einer Punktproduktanalyse des Basisbandreferenzsignals geeicht werden, d.h. das Produkt der Größen bzw. Stärken multipliziert mit dem Kosinus des Winkels zwischen ihnen. Die Punktproduktverarbeitung, die in dieser Patentbeschreibung beschrieben wird, bildet einen Teil der Erzeugung einer Serie von Signalmetriken, die weiter für das Vorsehen einer Signaldetektion verarbeitet werden. Die vorliegende Erfindung ist auf die Bestimmung einer Signalphasengröße bzw. Signalphasenstärke jenes Teils eines empfangenen Datensignals gerichtet, das in Phase mit einem empfangenen Referenzsignal ist, wie beispielsweise einem Pilotsignal.
US-A-4,866,395 beschreibt einen Universaldemodulierer, der für jegliches digital moduliertes Trägersignal mit einem bekannten Konstellationsformat programmierbar ist, welches durch ein einziges Konstellationsmuster von Phasenamplitudenzuständen charakterisiert werden kann. Der Demodulator spaltet ein empfangenes, digital moduliertes Trägersignal in eine Inphasenkompo nente und eine Quadraturphasenkomponente bzw. Vierphasenkomponente. Jede Inphasen- und Quadraturphasenkomponente des Trägersignals wird auf eine entsprechende eindimensionale Zone abgebildet, wobei jede Zone einen Mittelwert besitzt, der durch die Konvertierung der entsprechenden Inphasen- oder Quadraturphasenkomponenten des Trägersignals unter Verwendung von in Speichermitteln gespeicherten Tabellen geliefert wird. Phasen- und Verstärkungsfehler können dann unter Verwendung von Punkt- und Kreuzprodukten erzeugt werden. Wie im Fall der US-A-4,087,752 ist die Offenbarung dieser Patentschrift unterschiedlich vom Gebiet der vorliegenden Erfindung, wo ein Punktproduktprozeß bzw. eine Punktproduktverarbeitung zur Bestimmung einer Signalphasengröße eines Teils eines empfangenen Datensignals verwendet wird, welches in Phase mit einem empfangenen Bezugs- bzw. Referenzsignal ist, wie beispielsweise ein Pilotsignal.
Im U.S.-Patent Nr. 5,103,459, WO-A-9200639, mit dem Titel "SYSTEM AND METHOD FOR FORMING SIGNAL WAVEFORMS IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM", der Anmelderin erteilt, wird ein Modulationsschema für die Übertragung eines digital modulierten Signals offenbart. Dieses Modulationsschema verwendet in der Verbindung zwischen der Zelle zur tragbaren Einheit ein Pilotsignal, das zusammen mit den Datensignalen übertragen wird, und zwar zur Verwendung als eine Phasenreferenz durch den empfangenden Demodulator. Die Verwendung eines Pilotsignals für diesen Zweck ist gut bekannt und ferner im U.S.-Patent Nr. 4,901,307 mit dem Titel "SPREAD SPECTRUM MULTIPLE ACCESS COMMUNICATION SYSTEM USING SATELLITE OR TERRESTRIAL REPEATERS" offenbart, ebenso der Anmelderin dieses Patents zugewiesen.
Ein Empfänger ist im zuvor genannten U.S.-Patent Nr. 5,103,459 offenbart, und zwar für das Demodulieren der QPSK-gespreizten bzw. -kodierten Pilot- und Datensignale. Dieser Empfänger besitzt die Fähigkeit zu einem Mehrwegeempfang, wie ferner im U.S.-Patent Nr. 5,109,390, WO-A-9107036, mit dem Titel "DIVERSITY RECEIVER IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM" offenbart, ebenso der Anmelderin dieser Erfindung zugewiesen.
1 stellt in Blockdiagrammform eine grundlegende Ausführung eines Empfängers zum Empfang und zum Demodulieren einer Wellenform dar, die von einer Basisstation gesendet wird, wie im U.S.-Patent Nr. 5,103,459 offenbart. In 1 wird das von der Basisstation übertragene Signal durch eine Antenne 10 empfangen und an einen Diverstity-RAKE-Empfänger geliefert, welcher einen Analogempfänger 12 und einen Digitalempfänger 14 aufweist. Das wie durch die Antenne 10 empfangene und an den Analogempfänger 12 gelieferte Signal kann Mehrfachwegfortpflanzungen des selben, von der Basisstation übertragenen Signals aufweisen, welches Pilot- und Datensignale aufweist, die für einzelne oder mehrere entfernte Empfänger gedacht bzw. beabsichtigt sind. Der Analogempfänger 12, der im beispielhaften Ausführungsbeispiel als ein QPSK-Modem konfiguriert ist, konvertiert die Frequenz nach unten und digitalisiert das empfangene Signal in zusammengesetzte I- und Q-Komponenten. Die zusammengesetzten I- und Q-Komponenten werden an den digitalen Empfänger 14 zur Demodulierung geliefert. Die demodulierten Daten werden dann an eine Digitalschaltung 16 zur Kombinierung, Entschachtelung und Dekodierung geliefert. Die Steuerung 18 verwendet bestimmte Daten zur Einstellung bestimmter Demodulationsparameter im Digitalempfänger 14, wie weiter unten im Einzelnen diskutiert wird.
Jede I- und Q-Komponentenausgangsgröße vom Analogempfänger 12 kann Mehrwegefortpflanzungen eines selben Pilot- und entsprechenden Datensignals aufweisen. Im Digitalempfänger 14 werden bestimmte Mehrwegefortpflanzungen des übertragenen Signals, und zwar ausgewählt durch einen Suchempfänger 14a in Kombination mit der Steuerung 18, jeweils durch eine unterschiedlichen einer Vielzahl von Datenempfängern oder Demodulatoren 14b–14d verarbeitet, auf die sich auch als "Finger" bezogen wird. Obwohl in diesem Beispiel nur drei Datendemodulierungsfinger (Demodulatoren 14b–14d) dargestellt sind, sei klar, daß mehr oder weniger Finger verwendet werden können. Aus den zusammengesetzten I- und Q-Komponenten extrahiert jeder Finger durch ein Entspreizen bzw. Dekodieren einen ausgewählten Weg die I- und Q-Komponenten für sowohl das Pilotsignal als auch das Datensignal.
Die I- und Q-Komponenten des Pilotsignals für jeden Finger bilden einen Pilotsignalvektor (P_I, P_Q). Ähnlich bilden die I- und Q-Komponenten des Datensignals für jeden Finger einen Datensignalvektor (D_I, D_Q). Aus diesen I- und Q-Komponenten sowohl des Pilotsignals als auch des Datensignals für den Weg bzw. Pfad wird die Größe bzw. Stärke der Datensignalvektorkomponenten bestimmt, die in Phase mit dem Pilotsignalvektor ist.
2 stellt eine beispielhafte Vektorrepräsentation eines Pilotsignals und eines Datensignals dar. In 2 definieren die entspreizten I- und Q-Komponenten des Pilotsignals und des Datensignals für einen Finger des Diversity-RAKE-Empfängers jeweils einen Pilotsignalvektor 20 und einen Datensignalvektor 22 in einer IQ-Konstellation. Das Pilotsignal wird typischerweise bei einer größeren Signalstärke als die des Datensignals übertragen, und somit ist die Größe bzw. Stärke des Pilotsignalvektors 20 größer als die des empfangenen Datensignalvektors 22. Ferner, da das Pilotsignal viel stärker als das Datensignal ist, kann es für eine genaue Phasenreferenz für die Signalverarbeitung verwendet werden.
Beim Übertragungsprozeß pflanzen sich die übertragenen Pilot- und Datensignale über den selben Weg zum Empfänger fort. Bei der Abwesenheit von Rauschen decken sich bzw. fallen die Pilot- und Datensignalvektoren zusammen und befinden sich relativ zueinander unter einem Phasenwinkel von entweder π/4, –π/4, 3π/4 oder –3π/4. Jedoch kann aufgrund eines Kanalrauschens das empfangene Signal gegenüber dem übertragenen Phasenwinkel versetzt sein. Im beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird das Pilotsignal weiter tiefpaßgefiltert, um ein Rauschen und Daten zu entfernen, während das Datensignal ungefiltert bleibt. Somit, wenn ein Rauschen vorliegt, wird eine Phasendifferenz von θ zwischen dem Pilot- und Datensignalvektoren resultieren, wobei das Pilotsignal als genaue Phasenreferenz dient. Es sei bemerkt, daß für die in 2 dargestellten Signalvektoren eine Phasendifferenz als vorliegend zwischen den Pilot- und Datenvektoren gezeigt ist.
Die Bildung des Punktprodukts, ebenso als das Skalarprodukt des Pilotsignalsvektors 20 und des Datensignalvektors 22 bekannt, ist besonders vorteilhaft für die Extraktion der Daten aus dem empfangenen Signal in einem Mehrfachdemodulator oder Mehrfinger-Diversity-Empfänger. Bei diesem Empfängertyp werden den mehreren Fingern die Demodulation von Signalen von mehreren verschiedenen Wegen oder Quellen zugewiesen. Innerhalb jedes Fingers wird das Punktprodukt verwendet, um die Größe der Komponente des Datensignalvektors zu finden, die in Phase mit dem Pilotsignalvektor ist, und zwar durch Projektion der Datenvektoren auf den Pilotvektor. Durch Bildung eines Punktprodukts zwischen den Pilot- und Datenvektoren wird ein orthogonales Rauschen auf den Daten entfernt.
Im Mehrfinger-Diversity-Empfänger dient das durch jeden Finger erzeugte Punktprodukt der Daten zur Gewichtung der Daten für eine effiziente Kombination. Somit dient das Punktprodukt der Skalierung der Daten gegen die Größe des Pilotsignals vor der Kombination. Wenn keine der Eingangssignale orthogonal zu den Daten sind und die Gesamteingangsleistung auf einem eingestellten Punkt gehalten wird, ist die Größe des Pilotsignals proportional zur Quadratwurzel des Signal-zu-Rauschverhältnisses (SNR = signal-to-noise ratio) des Fingers. Somit wird eine optimale Kombination erreicht, wie im Text "Maximal Ratio Combining", Microwave Mobile Communications, John Wiley & Sons, New York, 1974, Seiten 313–319, beschrieben.
Das Punktprodukt zwischen einem Pilotsignalvektor P und einem Datensignalvektor D im IQ-Koordinatenraum kann repräsentiert werden durch die Gleichung: P·D = |P| |D| cosθ (1)wobei θ der Winkel zwischen den P- und D-Vektoren ist.
Wie in 2 dargestellt erzeugt das gemäß der Gleichung 1 berechnete Punktprodukt zwischen den Vektoren 20 und 22 die Vektorkomponente 24, die dem Vektor 20 überlagert ist.
Es sei klar, daß die Beziehung der Gleichung (1) in Vektorkomponentenform ausgedrückt werden kann zu: P·D = PIDI + PQDQ. (2)wobei P_I und P_Q jeweils die I- und Q-Komponenten des Pilotvektors P sind;
und D_I und D_Q jeweils die I- und Q-Komponenten des Datenvektors D sind.
Durch Berücksichtigung des durch die Gleichung (1) repräsentierten Punktprodukts bei der Verarbeitung der Pilot- und Daten-I- und -Q-Komponenten wird sowohl eine Projektion als auch eine Skalierung erreicht. Durch die Berücksichtigung der Beziehung der Gleichung (2) wird das Punktprodukt leicht in digitalen Anwendungen ausgeführt. Eine einzige Multiplizier- und Akkumuliereinheit kann diese Operationen in drei Schritten durchführen, um so die Komplexität der Hardware zu reduzieren.
3 stellt in einer weiteren Einzelheit Teile des Digitalempfängers 14 und der Digitalschaltung 16 der 1 dar. In 3 werden die zusammengesetzten I- und Q-Signalabtastungen, die im Folgenden auch als Signalproben bezeichnet werden, vom Analogempfänger 12 zu jeden der Datendemodulierungsfinger 14b–14d geliefert. Nur für Diskussionszwecke sind Einzelheiten an einem der Datendemodulierungsfinger, Finger 14b, vorgesehen, wobei die anderen Finger einen identischen Aufbau und eine identische Funktion besitzen. Jedem der Finger 14b–14c wird die Demodulation eines übertragenen Signals zugewiesen, das auf einem unterschiedlichen Weg zum Benutzerempfänger sich fortpflanzt und somit eine leicht unterschiedliche Zeittaktung verwendet, und zwar zumindest ein PN-Chip bzw. -Schnitzel getrennt während des Demodulationsprozesses.
Die zusammengesetzten I- und Q-Komponentensignalproben, die jeweils von einem Mehrfachbitwert sind, werden dem QPSK-Entspreizer bzw. -Dekodierer 30 eingegeben. Der QPSK-Entspreizer 30 empfängt ebenso vom Pilot-PN-Sequenzgenerator 32 die Pilot-PN-Sequenzen PN_I und PN_Q.
Der Pilot-PN-Sequenzgenerator 32 erzeugt die PN-Sequenzen PN_I und PN_Q, die identisch zu jenen sind, die im Sender verwendet werden, und zwar gemäß einer Sequenzzeittaktung und Zustandseingangs (nicht gezeigt), wie von der Steuerung 18 (1) vorgesehen. Die Steuerung bzw. der Controller 18 ist typischerweise als ein Mikroprozessor ausgeführt und umfaßt einen geeigneten Speicher und Programmanweisungen.
Im beispielhaften Ausführungsbeispiel werden die I- und Q-Komponentensignalproben an den QPSK-Entspreizer 30 bei einer Probenrate geliefert, die achtmal der Chip- bzw. Taktrate der PN-Sequenzen entspricht. Jedoch sei klar, daß die Proben mit irgendeiner anderen Rate bei oder größer als die PN-Sequenzchiprate geliefert werden können. Im beispielhaften Ausführungsbeispiel ist die PN-Chiprate 1,2288 Mcps, was viel größer als die Datensymbolrate von 19,2 ksps ist.
Der QPSK-Entspreizer 30 streift die PN-Spreizung (PN = pseudo noise = Pseudorauschen) von den zusammengesetzten I- und Q-Komponentensignalproben, um so daraus die zusammengesetzten I- und Q-Komponentenproben zu extrahieren. Um den Betrieb des Entspreizers 30 zu verstehen, ist es notwendig, die Wirkung des beispielhaften Übertragungsmodulationsschemas, BPSK-Modulation und QPSK-Spreizung, auf die Pilot- und Datensignale zu verstehen. 4 stellt die Modulationskonstellation für I- und Q-Spreizsignale dar. Ein BPSK-Signal wird normalerweise übertragen, indem keine Phasenverschiebung oder eine Phasenverschiebung von 180° im Träger verwendet wird, um die zwei Datenzustände zu repräsentieren, d.h. "0" oder eine "1". Durch das Vorsehen von zwei Versionen des selben Datenbits für die QPSK-Spreizung im BPSK-Modulationsschema, im Fall, daß es keinen I- oder Q-Spreizungssignaleingang gibt, besitzt das I/Q-Ausgangssignal im Signalraum die Koordinaten (0,0) oder (1,1). Durch den Beitrag von den I- und Q-PN-Sequenzen beim QPSK-Spreizen besitzt das resultierende Signal eine von vier Phasen, wie in 4 dargestellt. Tabelle I weiter unten stellt die Entsprechungen zwischen den Daten dar, die bei den Koordinaten (0,0) oder (1,1) auftreten und der Phasenrotation gegen den Uhrzeigersinn, die als Ergebnis des I- und Q-Spreizens auftritt.
Tabelle I
Es sei ferner klar, daß im beispielhaften Modulationsschema eine FIR-Filterung des Signals im Übertragungsmodulationsschema verwendet wird. Die I- und Q-PN-Spreizpilot- und Datenwerte von "0" und "1" werden entsprechend zu Werten von "+1" und "–1" für die FIR-Filterung konvertiert. Nach der Filterung werden die Proben von der digitalen zur analogen Form für die Trägermodulation konvertiert.
Nach Empfang und Demodulation des modulierten Trägers werden die zusammengesetzten I- und Q-Signalproben an den Entspreizer 30 geliefert. Obwohl PN-Chips vom Pilot-PN-Sequenzgenerator 32 an den Entspreizer 30 geliefert "0"- und "1"-Werte sind, werden diese Werte durch den Entspreizer 30 als "+1"- und "–1"-Werte interpretiert. Als Ergebnis dieser Interpretation muß das Vorzeichen der I- und Q-Komponentensignalproben gemäß den PN-Werten geändert werden, wie in Tabelle II dargestellt. Um geeignet das Vorzeichen der I- und Q-Werte zu ändern, muß der Phasenwinkel der QPSK-Wellenform berücksichtigt werden. Tabelle II weiter unten stellt die entsprechende Drehung im Uhrzeigersinn (CW) oder gegen den Uhrzeigersinn (CCW) der empfangenen Signalkoordinate bewirkt durch die PN-Bits dar. Als Ergebnis werden die I- und Q-Ausgänge bezüglich der I- und Q-Eingänge gemäß der Tabelle II festgelegt.
Tabelle II
Als ein Beispiel kann die Gesamt-Null-("0")-Sequenz für die Eingangsdaten betrachtet werden. Die ungespreizten Daten besitzen die Signalkoordinaten von (0,0), wie in 4 gezeigt. Unter Verwendung der Beziehungen der Tabelle I werden die Daten in einen der vier IQ-Vektoren gespreizt, wie in 4 gezeigt. Durch die Anwendung der Drehung, wie in Tabelle II gezeigt, beim Entspreizen der Datensequenz wird jeder IQ-Signalvektor zurückgedreht in den ersten Quadranten entsprechend einer Null, d.h. Koordinate (0,0).
Die I- und Q-Komponentenproben werden jeweils vom QPSK-Entspreizer 30 an die Digitalfilter 34 und 36 ausgegeben, wo die Signale digital gefiltert werden. Die Filter 34 und 36 sind jeder typischerweise als einfache Filter der ersten Ordnung mit einem Rückkopplungskoeffizienten von (N – 1/N) konfiguriert, wobei im beispielhaften Ausführungsbeispiel N = 64. Die von den Filtern 34 und 36 ausgegebenen, gefilterten I- und Q-Signalproben sind Proben der I- und Q-Komponenten des Pilotsignals und werden als Pilot I (P_I) und Pilot Q (P_Q)-Proben bezeichnet. Die Pilot-I- und Pilot-Q-Proben werden an die Punktproduktschaltung 38 geliefert, die Teil der digitalen Schaltung 16 (1) ist.
Es sei klar, daß im für dieses Beispiel betrachteten Modulationsschema das übertragene Pilotsignal den Gesamt-Null-Walshcode verwendet, und zwar als das Pilotsignal, welches PN-gespreizt durch die I- und Q-PN-Spreizungssequenzen ist. Durch Verwendung des Gesamt-Null-Walshcodes ist das PN-gespreizte Pilotsignal gleich wie die I- und Q-PN- Spreizungssequenzen selbst. Demgemäß wird durch Entfernen der PN-Spreizung auf dem zusammengesetzten I- und Q-Komponentensignal und durch Filtern der Gesamt-Null-Pilot wiedergewonnen. Es sei klar, daß irgendeiner der Walshcodes als Pilotsignal verwendet werden kann. Es sei weiter klar, daß für die Verwendung als ein Pilotsignal ein vorbestimmter Eingang durch eine Walshsequenz für die Übertragung abgedeckt sein kann. Nach dem Empfang wird die Walshabdeckung vom entspreizten Signal entfernt, und zwar auf eine Art und Weise, wie sie bezüglich der Datenrückgewinnung weiter unten beschrieben ist, um so den Originaleingang bzw. die Originaleingangsgröße wiederzugewinnen.
Zur Wiedergewinnung der Daten werden die I- und Q-Komponenten ebenso jeweils vom QPSK-Entspreizer 30 an die Digitalmischer 40 und 42 ausgegeben, die als Modulo-Zwei-Addierer oder Exklusive-Oder-Gatter konfiguriert sein können. Die digitalen Mischer 40 und 42 empfangen ebenso vom Walshsequenzgenerator 44 eine Walshsequenz. Diese Walshsequenz ist identisch zur Walshsequenz, die diesem Kanal im Sender zugewiesen ist und sie ist gemäß einem Sequenzzuweisungseingang (nicht gezeigt) der Steuerung 18 ausgewählt. In der beispielhaften Ausführungsform ist die Walshsequenzchiprate ebenso 1,2288 Mcps. Die Digitalmischer 40 und 42 führen eine Modulo-2-Addition zwischen der Walshchipsequenz und den entsprechenden Eingangs-I- und -Q-Komponentenproben durch. Die entspreizten und nun nicht mehr abgedeckten I- und Q-Komponentenproben werden von den Digitalmischern 40 und 42 ausgegeben, wo sie jeweils zu den Akkumulatoren 46 und 48 geliefert werden. Die Akkumulatoren 46 und 48 akkumulieren jeweils die I- und Q-Komponentenproben über eine Symbolzeit, welche im beispielhaften Ausführungsbeispiel 46 Proben entspricht oder 1/19200 Sekunden. Die Ausgangsgrößen von den Akkumulatoren 46 und 48 sind bei den Symbolraten von 19200 Symbolen/Sekunde und sind die entsprechenden Symboldaten I und Q, auf die sich hier als Daten-I (D_I)- und Daten-Q (D_Q)-Proben bezogen wird. Die Daten-I- und Daten-Q-Proben werden ebenso an die Punktproduktschaltung 38 geliefert. Die Akkumulatoren 46 und 48 werden dann geleert oder zurück gesetzt nachfolgend der Datenausgabe, um den nächsten Satz von Proben zu akkumulieren.
Jeder der anderen Demodulationsfinger 14c–14d sieht ebenso die entsprechenden Pilot-I- und -Q-, und Daten-I- und -Q-Proben für den Weg an eine entsprechende Punktproduktschaltung 50 und 52 vor. Die Punktproduktschaltungen 38, 50 und 52 führen eine Punktproduktoperation auf den empfangenen Pilot-I- und -Q-, und Daten-I- und -Q-Proben aus, um so einen entsprechenden Skalarwert zu liefern, der anzeigend für die Größe des Datensignals über eine Symbolperiode ist, welches in Phase mit dem Pilot für diesen Wert ist. Die Symbolprobendaten werden von einer jeden der Punktproduktschaltungen 38, 50 und 52 an einen Symbolkombinierer 54 ausgegeben. Der Ausgang einer jeden der Punktproduktschaltungen 38, 50 und 52 kann die niedrigeren Bits des Symbolprobenwertes durch einen Bitabschneider (nicht gezeigt) abgeschnitten bzw. abgetrennt haben, um die Bithandhabungsanforderungen zu reduzieren. Der Kombinierer 54 summiert die Eingangssymbolproben und liefert eine Ausgangssymbolprobe. Der Ausgang vom Kombinierer 54 kann ebenso die niedrigeren Bits des Symbolprobenwerts durch einen Bitabschneider bzw. Bitabtrenner (nicht gezeigt) abgeschnitten bzw. abgetrennt haben, um die Bithandhabungsanforderungen zu reduzieren.
Der Ausgang vom Kombinierer 54 wird an einen digitalen Mischer 56 geliefert. Ebenso ist ein an dem Digitalmischer gelieferter Eingang eine Benutzer-PN-Sequenz, sofern erforderlich, d.h. wenn ein Benutzer-PN zum Mixen des übertragenen Symbolstroms verwendet wurde. Der Benutzer-PN-Generator 58 erzeugt unter der Steuerung 18 (Eingang nicht gezeigt) die selbe Benutzer-PN-Sequenz, die zum Mixen bzw. Mischen des übertragenen Symbolstroms verwendet wird. Der Digitalmischer 56 kann einfach als ein Satz von logischen Exklusiv-Oder-Gattern konfiguriert sein, wie zuvor diskutiert. Typischerweise wird die Benutzer-PN-Sequenz bei der Symbolrate übertragen oder getaktet.
Die benutzer-PN-entmischten Symbolproben werden an einen Entverschachteler 60 geliefert, wo ein Rahmen von verschachtelten Symbolen entschach telt wird. Die entschachtelten Symbole werden dann an einen Dekodierer 62 für die Dekodierung der Symbole geliefert, die vorwärtsfehlerkorrekturkodierte Daten repräsentieren (forward error correction = FEC = Vorwärtsfehlerkorrektur). Typischerweise ist der Dekodierer 62 als ein Viterbidekodierer konfiguriert.
5 stellt in einer Funktionsblockdiagrammform die Elemente dar, die die Punktproduktschaltungen 38, 50 und 52 der 3 aufweisen. In 5 werden eine Daten-I-Probe und eine entsprechende Pilot-I-Probe als Eingänge an einen Digitalmultiplizierer 70 geliefert, und eine Daten-Q-Probe und eine entsprechende Pilot-Q-Probe werden als Eingänge an den Digitalmultiplizierer 72 geliefert. Das Produkt der Multiplikation, das im Multiplizierer 70 zwischen den Daten-I-Proben und den Pilot-I-Proben auftritt, wird als ein Eingang an den Digitaladdierer 74 geliefert. Gleichfalls wird das Produkt der Multiplikation im Multiplizierer 72 zwischen der Daten-Q-Probe und der Pilot-Q-Probe dann als ein weiterer Eingang an den Digitaladdierer 74 geliefert. Der Addierer 74 summiert die zwei Eingangswerte, um eine Ausgangssymbolprobe zu liefern, und zwar für eine Kombination mit den demodulierten Symbolen von anderen Wegen. Die Werte der Symbolproben repräsentieren den Wert des Datenvektors, der in Phase mit dem Pilotvektor ist, und zwar skaliert durch die Pilotsignalstärke.
6 sieht eine beispielhafte Ausführung der Punktproduktschaltung 38 der 3 vor, wobei die Punktproduktschaltungen 50 und 52 von einem identischen Aufbau sind. Die Schaltung der 6 führt eine Digitalschaltung unter Verwendung der Beziehungen aus, die in den Gleichungen (1) und (2), wie weiter oben ausgeführt, ausgedrückt sind. In 6 werden die Daten-I- und Daten-Q-Proben und die entsprechenden Pilot-I- und Pilot-Q-Proben jeweils an Signalspeicher bzw. Latches 80, 82, 84 und 86 geliefert, wo sie ansprechend auf ein Latchfreigabesignal gespeichert werden, das mit der Symbolrate geliefert wird. Da eine jede dieser Proben eine Mehrfachbitprobe ist, ist ein jeder der Signalspeicher bzw. Latches 80–86 als eine Serie von Signalspei cherelementen bzw. Latchelementen (nicht gezeigt) aufgebaut, von denen ein jedes ein unterschiedliches Bit der Probe speichert.
Die in jeden der Signalspeicher 80 und 82 gespeicherten I-, Q-Werte werden jeweils an einen I- und einen Q-Eingang eines Zwei-zu-Eins-(2:1)-Mehrfachbiteingangsmultiplexer 88 geliefert. Gleichfalls wird der Ausgang eines jeden der Signalspeicher 84 und 86 jeweils an einen I- und einen Q-Eingang eines Zwei-zu-Eins-(2:1)-Mehrfachbiteingangsmultiplexer 90 geliefert. Ebenso wird an die Multiplexer 88 und 90 ein I/Q-Auswahlsignal geliefert. Die Multiplexer 88 und 90 antworten auf das I/Q-Auswahlsignal durch Lieferung, und zwar während der Hälfte der Symbolperiode, eines Ausgangs bzw. einer Ausgangsgröße von einem der Eingänge, beispielsweise dem I-Eingang, und während der anderen Hälfte der Symbolperiode durch Liefern eines Ausgangs vom anderen der Eingänge, beispielsweise dem Q-Eingang.
Die von den Multiplexern 88 und 90 ausgegebenen, ausgewählten Daten- und Pilotproben werden an ein serielles Multiplizier- und Akkumulierelement 92 geliefert, welches einen digitalen Multiplizierer 94 und einen Akkumulator 96 aufweist. Das Element 92 multipliziert im Multiplizierer 94 die Daten-I-Probe mit der Pilot-I-Probe, multipliziert es im Multiplizierer 94 die Daten-Q-Probe mit der Pilot-Q-Probe und summiert die Produkte dieser Multiplikationen im Akkumulator 96, und zwar aufeineanderfolgend während jeder Symbolperiode, um einen Symbolprobenwert vorzusehen, der repräsentativ für die Größe des Symbols ist, das in Phase mit dem Pilot bzw. Pilotsignal ist. Der im Element 92 erzeugte Wert wird jede Symbolperiode ansprechend auf einen Symboltakteingang gelöscht.
Es sei klar, daß verschiedene anderer Digitalausführungen der Punktproduktschaltung verwendet werden können. Beispielsweise können getrennte Multiplizierer verwendet werden, anstatt daß die miteinander zu multiplizierenden Werte, Daten-I mit Pilot-I und Daten-Q mit Pilot-Q gemultiplext bzw. vervielfacht werden.
Die vorangegangene Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele ist vorgesehen, um dem Fachmann zu ermöglichen, die vorliegende Erfindung zu verwenden. Verschiedene Modifikationen dieser Ausführungsbeispiele werden sich dem Fachmann leicht verdeutlichen und die hier definierten generischen bzw. allgemeinen Prinzipien können auf andere Ausführungsbeispiele ohne den Gebrauch von erfinderischer Fähigkeit angewandt werden. Somit ist beabsichtigt, die vorliegende Erfindung nicht durch die hier gezeigten Ausführungsbeispiele sondern durch den Umfang der Ansprüche einzuschränken.

Claims

Vorrichtung zur Bestimmung einer relativen Größe eines Teils eines Datensignals in einem Kommunikationssystem, wobei das Teil eines Datensignals in Phase mit einem Pilotsignal als ein Referenzsignal für das Kommunikationssystem ist, wobei das Datensignal und das Pilotsignal über einen gemeinsamen Signalweg empfangen werden, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist: Mittel (12) für das Extrahieren von in-Phase (I) und Quadratur (Q) Komponenten des Pilotsignals; und Mittel (12) für das Extrahieren von in-Phase (I) und Quadratur (Q) Komponenten des Datensignals; dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiter folgendes aufweist: Mittel (38, 50, 52) zur Erzeugung eines Produkts der in-Phase (I) Komponenten des Daten- und Pilotsignals, um einen ersten resultierenden Wert vorzusehen, und zur Erzeugung eines Produkts der Quadratur (Q) Komponenten des Daten- und Pilotsignals, um einen zweiten resultierenden Wert vorzusehen; und Mittel (54) zur Summierung des ersten und zweiten resultierenden Werts.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiter folgendes aufweist: Mittel (80, 82; 84, 86) zum Speichern der in-Phase (DATA I) und Quadratur (DATA Q) Signalkomponenten des Datensignals und der in-Phase (PILOT I) und Quadratur (PILOT Q) Komponenten des Pilotsignals; und Mittel (88, 90), die ansprechend auf ein ausgewähltes Signal (I/Q) sind, und zwar zum Liefern der in-Phase Komponenten (DATA I, PILOT I) des Daten- und Pilotsignals an die Mittel (94) zur Erzeugung eines Produkts, wenn das ausgewählte Signal (I/Q) einen ersten Zustand (I) hat, und zum Liefern der Quadratur Komponenten (DATA Q, PILOT Q) des Daten- und Pilotsignals an die Mittel (94) zur Erzeugung eines Produkts, wenn das ausgewählte Signal (I/Q) einen zweiten Zustand (Q) hat.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Mittel (80, 82; 84, 86) zum Speichern der in-Phase (DATA I) und Quadratur (DATA Q) Signalkomponenten des Datensignals folgendes aufweisen: ein erstes Paar von Kipp- bzw. Klinkenschaltungen bzw. latches (80, 84), von denen jedes zum Empfang eines der in-Phase (DATA I) oder Quadratur (DATA Q) Komponenten des Datensignals verbunden ist und ein jedes einen Ausgang aufweist; und ein zweites Paar von Kipp- bzw. Klinkenschaltungen bzw. latches (84, 86) von denen ein jedes zum Empfang eines der in-Phase (PILOT I) und Quadratur (PILOT Q) Komponenten des Pilotsignals verbunden ist und ein jedes einen Ausgang aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die auf ein ausgewähltes Signal ansprechenden Mittel folgendes aufweisen: einen ersten Multiplexer (88) mit einem Auswahlsignaleingang (I, Q, einem Paar von Eingängen, von denen ein jeder mit einem Ausgang des ersten Paars von latches (80, 82) gekoppelt ist, und mit einem Ausgang, der mit einem Eingang der Mittel (94) zur Erzeugung eines Produkts gekoppelt ist; und einen zweiten Multiplexer (90) mit einem Auswahlsignaleingang (I, Q, einem Paar von Eingängen, von denen ein jeder mit einem Ausgang des zweiten Paars von latches (84, 86) gekoppelt ist, und mit einem Ausgang, der mit einem zweiten Eingang der Mittel (94) zur Erzeugung eine Produkts gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mittel zur Erzeugung der Produkte der in-Phase und Quadratur Komponenten folgendes aufweisen: einen ersten Multiplizierer (70), der zum Empfang der in-Phase Datensignalkomponente (DATA I) und der in-Phase Pilotsignalkomponente (PILOT I) verbunden ist und einen Produktausgang aufweist, der mit den Mitteln (74) zur Summierung gekoppelt ist; und einen zweiten Multiplizierer (72), der zum Empfang der Quadratur Datensignalkomponente (DATA Q und der Quadratur Pilotsignalkomponente (PILOT Q verbunden ist und einen Produktausgang aufweist, der mit den Mitteln (74) zur Summierung gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Mittel (74) zur Summierung einen Addierer mit einem Paar von Eingängen aufweisen, von denen jeder mit den ersten (70) und zweiten (72) Multipliziererausgängen gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Kommunikationssystem ein draht- bzw. schnurloses Telefon/Datenkommunikationssystem aufweist, in welchem entfernte Benutzer innerhalb einer Vielzahl von Zellen befindlich sind und Informationssignale an zumindest ein gateway kommunizieren, und zwar unter der Verwendung eines Kodemultiplex-Vielfachzugriffs (CDMA = code division multiple access) mit spreizspektrumartigem Kommunikationssignalen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei: (a) das Datensignal in Phase mit dem Pilotsignal ist; (b) das Kommunikationssystem ein Spreizspektrumkommunikationssystem ist; (c) die Daten- und Pilotsignale über einen gemeinsamen Signalweg empfangen werden; (d) jedes Signal eine In-Phasen-(I) und eine Quadratur-Phasen(Q)-Komponente hat; (e) die Produkterzeugungsmittel einen Multiplizierer (70, 72) aufweisen, der zum Empfang und zum Zusammenmultiplizieren einer Datensignal-(I)-Komponentenprobe und einer Pilotsignal-(I)-Komponentenprobe verbunden ist, um eine erste Produktprobe zu produzieren, und weiter zum Empfang und Zusammenmultiplizieren einer Datensignal-(Q)-Komponentenprobe und einer Pilotsignal-(Q)-Komponentenprobe verbunden ist, um eine zweite Produktprobe zu produzieren; und (f) die Summiermittel einen Addierer (74) aufweisen, der zum Empfang und zum Summieren der ersten und zweiten Produktproben verbunden ist, um einen Wert zu produzieren, der die Größe des Datensignals, das in Phase mit dem Pilotsignal ist, repräsentiert.
Vorrichtung nach Anspruch 8, die weiter folgendes aufweist: Speichermittel (80, 82, 84, 86) zur Speicherung der Datensignal-I-, Datensignal-Q-, Pilotsignal-I- und Pilotsignal-Q-Komponentenproben; und Auswahlmittel (88, 90) zum Empfang der gespeicherten Datensignal-I- und Datensignal-Q-Komponentenproben, der Pilotsignal-I- und Pilotsignal-Q-Komponentenproben und eines Auswahlsignals, wobei die Auswahlmittel (88, 90) ansprechend auf einen ersten Zustand des Auswahlsignals sind, um die Datensignal-I- und Pilotsignal-I-Komponentenproben an den Multiplizierer (94) zu liefern, und weiter ansprechend auf einen zweiten Zustand des Auswahlsignals sind, um die Datensignal-Q- und Pilotsignal-Q-Komponentenproben an den Multiplizierer (94) zur liefern.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Daten- und Pilotsignale über den gemeinsamen Signalübertragungsweg übertragen werden, und zwar miteinander synchronisiert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei: die Mittel (39, 50, 52) zur Produkterzeugung zumindest einen digitalen Multiplizierer (70, 72) mit zwei Signaleingängen und einem Ausgang aufweisen; und die Summiermittel (54) einen digitalen Akkumulator (92) mit ersten und zweiten Eingängen und einem Ausgang aufweisen.
In einen Kommunikationssystemempfänger, der ein Pilotsignal als ein Referenzsignal und ein Datensignal empfängt, welche jeweils In-Phasen-(I)- und Quadratur-(Q)-Komponenten haben, ist ein Verfahren zur Bestimmung einer Größe des Datensignals, das in Phase mit dem Pilotsignal in einem vorgewählten Phasenraum relativ zur Pilotsignalphase ist, gekennzeichnet dadurch, dass es folgende Schritte aufweist: Bildung (70) eines Produkts einer empfangenen Datensignal-I-Komponentenprobe bzw. -abtastung und Pilotsignal-I-Komponentenprobe bzw. -abtastung, um eine resultierende erste Produktprobe bzw. -abtastung vorzusehen. Bildung (72) eines Produkts einer empfangenen Datensignal-Q-Komponentenprobe und einer Pilotsignal-Q-Komponentenprobe, um eine resultierende zweite Produktprobe vorzusehen; und Summieren (74) der ersten und zweiten Produktproben, um einen resultierenden Wert vorzusehen, der repräsentativ für eine Größe des Datensignals ist, das in Phase mit dem Pilotsignal ist.
Verfahren nach Anspruch 12, das weiter folgende Schritte aufweist: Speichern (80, 82, 84, 86) einer jeden der Datensignal-I-, der Datensignal-Q-, der Pilotsignal-I- und der Pilotsignal-Q-Komponentenproben; Liefern (88) der gespeicherten Datensignal-I- und Pilotsignal-I-Komponentenproben zur Multiplikation (94), und zwar in Synchronisation miteinander; und Liefern bzw. Vorsehen (90) der gespeicherten Datensignal-Q- und Pilotsignal-Q-Komponentenproben zur Multiplikation (94) in Synchronisation miteinander.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Kommunikationssystem ein draht- bzw. schnurloses Telefon/Datenkommunikationssystem aufweist, in welchem entfernte Benutzer sich innerhalb einer Vielzahl von Zellen befinden und Informationssignale an zumindest ein gateway kommunizieren, und zwar unter der Verwendung von Kodemultiplex-Vielfachzugriff-(CDMA = code division multiple access) Kommunikationssignalen vom Spreizspektrumtyp.