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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Demodulation eines
8-PSK-modulierten Signals, einen Demodulator zur Demodulation eines 8-PSK-modulierten
Signals sowie eine mobile Kommunikationseinrichtung, die einen solchen
Demodulator aufweist.
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Bei
der Demodulation eines 4-PSK-modulierten (QPSK-modulierten) Signals ist es bekannt, neben
der Hartentscheidungsinformation Weichinformation zu erzeugen. Da
beim QPSK-System die Inphasen- und Quadraturphasenkomponente leicht
getrennt werden können
(orthogonaler Signalraum), ist es sehr einfach die Weichinformation,
welche die Wahrscheinlichkeit des empfangenen Symbols darstellt,
zu erzeugen. 3 zeigt das Modulationspunktkonstellationsschema
gemäß dem QPSK-Schema.
Wie in 4 gezeigt, trennt die Teilereinheit 1 die
Inphasenkomponente, um ein Bit 0 zu erzeugen, und eine Q-Phasenkomponente,
um das Bit 1 zu erzeugen. Außerdem
wird ein drittes Bit ausgegeben, welches die Weichinformation darstellt,
das heißt
die Wahrscheinlichkeit des empfangenen Symbols.
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Jedoch
kann beim Demodulieren eines 8-PSK-modulierten Signals das aus dem
QPSK-Modulationsschema bekannte Weichinformationserzeugungsverfahren
nicht länger
benutzt werden, da es nicht länger
einen orthogonalen Signalraum gibt. Deshalb erzeugt gemäß dem Stand
der Technik ein typisches 8-PSK-Demodulationsverfahren nur Hartentscheidungsinformation.
Zur Erzeugung der Hartentscheidungsinformation (beispielsweise +
und –1) werden Entscheidungssektoren
(Schwellenvergleich) eingeführt.
Die Hartentscheidung des empfangenen Symbols stellt den Sektor dar,
in dem der empfangene Konstellationspunkt detektiert worden ist.
Entsprechend dem detektierten Sektor werden entsprechend der Hartentscheidung
drei Bits B0, B1, B2 erzeugt. Entsprechend diesem Stand der Technik wird
keine Weichentscheidungsinformation, welche die Qualität des Entscheidungsverfahrens
verbessert, erzeugt.
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Verglichen
mit QPSK (4-PSK), wo die I- und Q-Komponente (Inphasen- bzw. Quadraturkomponente)
vollständig
getrennt werden können
(orthogonaler Raum) ist die Erzeugung von Weichinformation (Konfidenz-
oder Wahrscheinlichkeitsinformation) deshalb bei einem 8-PSK-Empfänger komplizierter.
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Aus
US-A-5757856 ist ein Differenzcodierer und -decodierer für eine Trellis-
bzw. Gitter-codierte 8-PSK-Modulation bekannt. In 1 des
Dokuments ist eine 8-PSK-Typ-codierte Signalkonstellation gezeigt
und erläutert.
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Aus
JP04-123553 geht ein Monitorsystem für eine Oktalphasen-PSK-Demodulation
hervor.
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Aus
der Europäischen
Patentanmeldung
EP 0
519 891 A2 geht ein zur Benutzung in einer mobilen Umgebung
ausgebildeter Modemempfänger
hervor, der einen von einer Phasenabschätzungs- und Drehschaltungsanordnung
betriebenen Entzerrer aufweist und der in Multipfad-Schwund- bzw.
-Fadingkanälen betreibbar
ist. Das Modem benutzt infolgedessen eine AFC-Schleife und eine
Phasendrehschaltung vor dem adaptivem Entzerrer, um die Arbeitsweise bzw.
Leistung des Entzerrers im Fadingkanal zu verbessern. Bevor eine
Phasenquantisierungsentscheidung getroffen wird, benutzt es eine
PI/4-Phasendrehschaltungsanordnung. Diese PI/4-Phasendrehschaltungsanordnung ermöglicht,
dass Entscheidungen eher bezüglich
einer QPSK-Konstellation als bezüglich
einer eingegebenen 8-PSK-Konstellation getroffen werden, und verbessert
so die Detektionsleistung.
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Deshalb
ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System bereitzustellen,
das beim Demodulieren eines 8-PSK-modulierten Signals zusätzlich Weichentscheidungsinformation
erzeugt.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die
abhängigen Ansprüche entwickeln
die Zentralität
der vorliegenden Erfindung weiter.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist deshalb ein Verfahren zur Demodulation eines 8-PSK-Modulationssignals
bereitgestellt. Als erstes werden die I- und Q-Komponente des empfangenen Symbols
detektiert. Es werden ein erster und ein zweiter Weich- oder Hartentscheidungsinformationswert,
der die detektierte I- und Q-Komponente darstellt, ausgegeben. Es
wird der Abstand vom empfangenen Symbol zur nähesten Achse eines um 45° relativ
zum I- und Q-Koordinatensystem gedrehten Koordinatensystems detektiert,
und es wird ein dritter Informationswert, der den detektierten Abstand
darstellt, ausgegeben. Der dritte Wert stellt deshalb auch eine
Weichentscheidungs- oder Wahrscheinlichkeitsinformation dar.
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Der
Abstand vom empfangenen Symbol zur nähesten Achse eines um 45° relativ
zum I- und Q-Koordinatensystem gedrehten Koordinatensystems kann
durch Abbildung des empfangenen Symbols in den ersten Quadranten
des I- und Q-Koordinatensystems
gemessen werden. Dann wird der abgebildete Konstellationspunkt um
45° phasengedreht,
und wird die I-Komponente
des phasengedrehten abgebildeten Konstellationspunkt genommen. Die
I-Komponente des phasengedrehten abgebildeten Konstellationspunkts
stellt deshalb die Wahrscheinlichkeits- oder Weichentscheidungsinformation
dar.
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Die
Abbildung des empfangenen Symbols in den ersten Quadranten des I-
und Q-Koordinatensystems kann durch Nehmen des Absolutwerts der
I- und Q-Komponente des empfangenen Symbols bewirkt werden.
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Die
vom Demodulationsverfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung erzeugten drei Werte können
im Fall von drei Weichentscheidungswerten einem Viterbi-Decodierungsschritt
zugeführt
werden, wobei der den Abstand darstellende dritte Wert beim Viterbi-Decodierungsschritt
als eine Wahrscheinlichkeitsinformation benutzt wird. Die Viterbi-Decodierung steht
dabei als ein Beispiel für
Faltungsdecodierungstechniken, die ein Beispiel für generelle
Weicheingabedecodierungstechniken sind.
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Das
dritte Bit kann einer Trägerphasennachführungsschleife
als ein Eingangssignal zugeführt werden.
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Das
dritte Bit kann einer automatischen Verstärkungssteuerung als ein Eingangssignal
zugeführt werden.
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Hinsichtlich
des 8-PSK-Konstellationsabbildungsschemas kann eine Gray-Konstellationsabbildung
benutzt werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist überdies
ein Demodulator zur Demodulation eines 8-PSK-demodulierten Signals
bereitgestellt. Der Demodulator weist eine zum Detektieren der I-
und Q-Komponente (Trennen der I- und Q-Komponente) des empfangenen
Symbols ausgebildete und ein die detektierte I- und Q-Komponente darstellendes erstes
und zweites Bit ausgebende Teilereineinheit auf. Außerdem ist
ein Detektor bereitgestellt, der zum Detektieren des Abstandes vom
empfangenen Symbol zur nähesten
Achse eines um 45° relativ
zum I- und Q-Koordinatensystem gedrehten Koordinatensystems und
zur Ausgabe eines den gemessenen Abstand darstellenden dritten Bits
ausgebildet ist.
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Der
Detektor zum Messen des Abstandes vom empfangenen Symbol zur nähesten Achse
des um 45° relativ
zum I- und Q-Koordinatensystem
gedrehten Koordinatensystems kann eine Einrichtung zur Abbildung
des empfangenen Symbols auf den ersten Quadranten des I- und Q-Koordinatensystems,
eine Einrichtung zur Phasendrehung des abgebildeten Konstellationspunkts
um 45° und
eine Einrichtung, welche die I-Komponente des phasengedrehten abgebildeten
Konstellationspunkts nimmt, aufweisen.
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Die
Einrichtung zur Abbildung des empfangenen Symbols in den ersten
Quadranten des I- und Q-Koordinatensystems kann eine Einrichtung
zum Nehmen des Absolutwerts der I- und Q-Komponente des empfangenen Symbols aufweisen.
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Außerdem kann
ein Viterbi-Decodierer bereitgestellt sein, wobei die den gemessenen
Abstand darstellenden drei Bits im Viterbi-Decodierer als eine Wahrscheinlichkeitsinformation
benutzt werden.
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Es
kann eine Trägerphasennachführungsschleife
bereitgestellt sein, der das dritte Bit als ein Eingangssignal zuzuführen ist.
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Einer
automatischen Verstärkungssteuerung kann
ein Drittbitinformationssignal als ein Eingangssignal zugeführt werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist außerdem
eine mobile Kommunikationseinrichtung bereitgestellt, die einen
wie oben dargelegten Demodulator aufweist.
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Im
Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung anhand der Fig.en der beigefügten Zeichnungen so erläutert, dass
weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile, die von der vorliegenden
Erfindung bereitgestellt werden, klarer werden.
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1 zeigt
ein 8-PSK-Modulationspunktkonstellationsschema
und zwei Koordinatensysteme, das heißt das I-Q-Koordinatensystem
sowie das zweite Koordinatensystem, das aus um 45° relativ zum
I-Q-Koordinatensystem gedrehten virtuellen Achsen aufgebaut ist,
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2 zeigt
ein Blockschaltbild einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wobei die Weichentscheidungsinformation
(Wahrscheinlichkeitsinformation) einem Viterbi-Decodierer eingegeben wird,
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3 zeigt
ein bekanntes QPSK-Konstellationsschema, und
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4 zeigt
eine Teilereinheit zur Trennung der I- und Q-Komponente eines QPSK-modulierten Symbols.
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Anhand
der 1 wird die grundlegende Idee der vorliegenden
Erfindung erläutert.
In 1 ist das Modulationspunktkonstellationsschema
eines Gray-codierten 8-PSK-Modulationssystems
gezeigt. Außerdem
sind das I-Q-Koordinatensystem
sowie ein aus orthogonalen Achsen A1, A2 gebildetes zweites Koordinatensystem
gezeigt. Das aus den Achsen A1 und A2 aufgebaute zweite Koordinatensystem
ist um 45° relativ
zum I-Q-Koordinatensystem verschoben. Durch Bereitstellen eines
zweiten Koordinatensystems, mit anderen Worten eines orthogonalen
Signalraums, kann auch für
eine 8-PSK-Modulation
erzeugt werden. Für
Modulationsschemata höherer Ordnung
wie beispielsweise eine 16-PSK-Modulation können weitere Koordinatensysteme
und virtuelle Achsen eingeführt
werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden zuerst die I- und Q-Komponente des empfangenen Symbols detektiert
und jeweils als ein erstes und zweites Bit ausgegeben. Diese Information
kann als eine Weichinformation benutzt werden, oder es kann entschieden
werden, in welchem Entscheidungssektor das empfangene Symbol positioniert
ist (Hartentscheidung), und es werden nur Daten, welche den entschiedenen
Sektor darstellen, erzeugt und einem Decodierer zugeführt.
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Bei
einem anderen Schritt werden die empfangenen Symbole auf die Achsen
des aus den Achsen A1, A2 aufgebauten zweiten Koordinatensystems
projiziert, und wird der Abstand vom empfangenen Symbol zu den nähesten Achsen
A1, A2 des Koordinatensystems gemessen. Der gemessene Abstand wird
dann als Weichentscheidungs- oder Wahrscheinlichkeitsinformation
ausgegeben und kann in einem Faltungsdecodierer wie beispielsweise einem
Viterbi-Decodierer benutzt werden.
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Anhand
der 2 wird eine Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung erläutert. 2 zeigt
einen Demodulator 11 zur Demodulation eines 8-PSK-modulierten
Signals gemäß der vorliegenden Erfindung.
Das 8-PSK-modulierte RF-Signal wird von einer Antenne 10 empfangen
und dann an einen Basisband-Abwärtsumsetzer 9 gegeben.
Das Basisband-umgesetzte Signal wird dann in einer Teilereinheit 1 in
die Inphasenkomponente und Quadraturphasenkomponente aufgespalten.
Die Teilereinheit 1 erzeugt deshalb die Inphasenquadraturphasenkomponente
der hereinkommenden komplexen Konstellation. Die Inphaseninformation
und die Quadraturphaseninformation werden jeweils als ein Bit 0
bzw. ein Bit 1 ausgegeben. Diese zwei Bits 0 und 1 werden in einen
Faltungsdecodierer wie beispielsweise einen Viterbi-Decodierer 8 eingegeben.
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Außerdem wird
gemäß der vorliegenden
Erfindung die empfangene Komplexsymbolkonstellation in den ersten
Quadranten abgebildet. Deshalb ist für die Inphasenkomponente eine
Absolutberechnungseinheit 2 bereitgestellt, und für die Quadraturphasenkomponente
ist eine Absolutwertberechnungseinheit 3 bereitgestellt.
Die Absolutwertberechnungseinheit 2, 3 bildet
alle hereinkommenden Komplexsymbolkonstellationen auf den ersten
Quadranten der komplexen Ebene ab. Die Implementierung der Absolutwertberechnungseinheit 2, 3 ist
deshalb sehr einfach. Wenn der hereinkommende Symbolwert ≥ 0 ist, ist
keine Änderung
erforderlich, und wenn der Signalwert < 0 ist, wird das Vorzeichen des Symbols
invertiert (das Vorzeichenbit umgeschaltet).
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Die
Ausgangssignale der Absolutwertberechnungseinheiten 2, 3 werden
in eine Kombinationseinheit 4 eingegeben. Die Kombinationseinheit 4 benutzt
die zwei Eingangssignale aus der Absolutwertberechnungseinheit 2, 3 zum
Erzeugen eines komplexen Konstellationspunkts in der komplexen I-Q-Ebene.
Der von der Kombinationseinheit 4 erzeugte komplexe Konstellationspunkt
wird dann mittels einer Phasenaddiereinheit 6, die eine
Phasenverschiebung von 45° oder
PI/4 erzeugt, und eines Multiplizierers 5 um 45° oder PI/4
im komplexen Bereich gedreht. Bei der Implementierung müssen deshalb
eine Addition und zwei Multiplikationen ausgeführt werden (später wird
nur der I-Teil benutzt).
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Das
phasengedrehte, abgebildete Symbol wird dann in eine zweite Teilereinheit 7 eingegeben. Die
zweite Teilereinheit 7 nimmt nur den Inphasenwert des abgebildeten
phasenverschobenen Symbols, um einen Weichinformationswert zu erzeugen. Deshalb
wird durch Durchlassen nur der Inphasenkomponente des empfangenen
Symbols zum Ausgang ein drittes Bit (Bit 2) erzeugt, das in den
Viterbi-Decodierer als Wahrscheinlichkeitsinformation eingegeben
werden kann.
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Das
anhand von 1 und 2 erläuterte Schema
ist sowohl bei kohärenter
8-PSK-Modulation als auch differentialer 8-PSK-Modulation anwendbar. Das Schema ist überdies
unabhängig
von der tatsächlichen Übertragungstechnologie
bzw. -technik (Einzelträger,
Mehrfachträger,
...).
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Im
Folgenden wird ein Berechnungsbeispiel zum Demonstrieren der von
der in 2 gezeigten Struktur bewirkten Verarbeitung benutzt:
Der
empfangene Modulationspunkt ist: = 0,72·exp(j·1,1·PI) = –0,685 + j(–0,222).
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Die
Teilereinheit 1 erzeugt die Entscheidungen: Bit0 = –0,685 (Inphasenkomponente),
Bit1 = –0,222
(Quadraturkomponente).
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Nach
der Kombinationseinheit 4 ist die folgende komplexe Konstellation
präsent:
0,685 + j(0,222) = 0,72·exp(j·0,1·PI).
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Nach
der (PI/4)-Dreheinheit 5, 6 ist das Signal:
0,72·exp(j·0,35·PI) =
0,327 + j·(0,642).
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Nach
der zweiten Teilereinheit 7 (die nur den I-Teil nimmt)
ist die Entscheidung für
B = 0,327. Deshalb wird bei diesem Beispiel B2 = 0,327 als Weichentscheidungs-Wahrscheinlichkeitsinformationsbit ausgegeben.
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Bei
fortgeschrittenen Übertragungssystemen werden
Faltungscodes benutzt. Faltungsdecodierer (wie Decodierer, die auf
Viterbi-Algorithmen basieren) zeigen eine exzellente Arbeitsweise
bzw. Leistung, wenn neben der Symbolentscheidung selbst „Weichinformation" (Wahrscheinlichkeit)
verfügbar ist.
Wahrscheinlichkeitsinformation drückt die Konfidenz der Entscheidung
aus und wird beim Maximumwahrscheinlichkeits-Decodierungsverfahren in Rechnung gestellt.
Bei Reed-Solomon- oder
bei generellen Blockcodes kann die Wahrscheinlichkeitsinformation
(Konfidenzinformation) als eine Anzeige für Löschung und Verbessern des Decodierungsverfahrens
benutzt werden.
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Selbst
wenn keine Codierung angewendet wird, kann die Verfügbarkeit
von Weichinformation im Kommunikationssystem dazu benutzt werden,
die Arbeitsweise bzw. Leistung zu verbessern (beispielsweise als
Eingangssignal in eine Trägerphasennachführungsschleife,
Eingangssignal in eine AGC = automatic gain control (automatische
Verstärkungssteuerung)).
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Mit
der Struktur gemäß der vorliegenden
Erfindung wird Weichinformation während des Demodulationsverfahrens
addiert. Das Schema kann Weichausgangssignalwerte erzeugen, welche
die Stärke
des empfangenen Konstellationspunkts (Energie bzw. Leistung des
empfangenen Symbols) und die Position („Abweichung" vom optimalen Punkt
= Mitte des Sektors) in Rechnung stellen.
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Die
Vorteile und der Charakter der vorliegenden Erfindung können wie
folgt zusammengefasst werden:
- – Es wird
Maximumwahrscheinlichkeitsinformation mit 8-PSK-Konstellationen erzeugt, was die Gesamtsystemleistungen
mit einer einfachen Decodiererstruktur verbessert.
- – Es
sind keine komplizierten Berechnungen (wie Absolutphasenberechnung)
notwendig.
- – Die
Benutzung einer Gray-Konstellationsabbildung reduziert die Fehlerereignisse.
- – Die
kleinere Konfidenz von „Bit3" (Resultat des Übertragerkonstellationsdiagramms)
ist schon in der Demodulatorstruktur in Rechnung gestellt.
- – Die
Struktur kann als eine einfache Erweiterung von 4-PSK- bzw. QPSK-Modulations-/-Demodulations-Schemata
gesehen werden, und deshalb ist die Implementierung von flexiblem
(Weichinformations)-QPSK-/-8-PSK-Demodulatoren vereinfacht.