DE69836036T2 - Verschachtelung und trellisdekodierung mit nichtkohärenter detektion über mehrere symbole gegen eine eventuelle frequenzverschiebung - Google Patents

Verschachtelung und trellisdekodierung mit nichtkohärenter detektion über mehrere symbole gegen eine eventuelle frequenzverschiebung Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf digitale Nachrichtenverbindungssysteme und mehr im Besonderen auf eine Technik um eine verbesserte Leistung zu liefern. Die Erörterung, die folgt, setzt ein Verstehen digitaler Nachrichtenverbindungsgrundlagen voraus, wie sie dem Fachmann bekannt sind. Ein gutes Nachschlagewerk auf dem Gebiet der digitalen Nachrichtenverbindung ist John G. Proakis, „Digital Communications" (McGraw-Hill 1995).
  • Der herkömmliche Viterbi-Algorithmus
  • Der Viterbi-Algorithmus nimmt als Eingang eine Folge empfangener Symbole an und bestimmt die Folge von gesendeten Symbolen mit der höchsten Wahrscheinlichkeit. Der Viterbi-Algorithmus wird angewandt, um Faltungskodierung oder Trelliskodierung, die an dem Sendeende angewandt wird, zu dekodieren oder um die Effekte eines Kanals mit teilweiser Antwort zu entfernen. Der Algorithmus wird vielleicht am besten verstanden durch Bezugnahme auf ein sogenanntes Trellis-Digramm. Ein Trellis-Diagramm ist ein mit einem Zeitindex versehenes Zustandsdiagramm. Bei jeder Trellisstufe, n, gibt es zwei oder mehr Zustände. Übergänge zwischen Zuständen an einer Trellisstufe, n, und Zuständen an einer Trellisstufe n + 1 bezeichnen gesendete Symbole. Ein Weg durch das Trellis besteht aus einer Anzahl von auf einander folgenden Übergängen und bezeichnet eine Folge von Symbolen. Die Anzahl von Zuständen an jeder Stufe und die Entsprechung zwischen Übergängen und Symbolen sind speziell für den relevanten Trelliskode, Faltungskode oder die Merkmale des Kanals mit teilweiser Antwort. Der Viterbi-Algorithmus verwendet empfangene Symbolinformation um einen speziellen Weg durch das Trellis zu erkennen und somit die Folge größter Wahrscheinlichkeit an gesendeten Symbolen zu bestimmen.
  • Die Berechnung der Folge mit größter Wahrscheinlichkeit schreitet auf Stufe-auf-Stufe-Grundlage fort. Mögliche Wege werden beseitigt, sobald es klar wird, daß sie nicht der Weg mit der größtmöglichen Wahrscheinlichkeit sind. Bei gegebener Information über empfangene Symbole wird die Wahrscheinlichkeit eines bestimmten Zweiges, genommen zu werden, gemäß einem Maß beurteilt, das als die Zweigmetrik bekannt ist. Für jeden Zustand berechnet der Viterbi-Algorithmus die Zweigmetriken für die überlebenden Wege, die zu diesem Zustand führen. Die Zweigmetrik wird normalerweise aus der vorher angesammelten Zweigmetrik für den Weg plus der Zweigmetrik für den Übergang, der zu dem neuen Zustand genommen wird, bestehen. Auf der Grundlage der angesammelten Zweigmetriken für alle Wege, die zu dem Zustand führen, wählt der Viterbi-Algorithmus einen besten Weg zu dem Zustand und beseitigt die anderen Zustände. Nur ein Weg überlebt zu jeder Stufe und erlaubt die Erkennung der gesendeten Symbolfolge mit größtmöglicher Wahrscheinlichkeit.
  • 2 bildet die Operation nach dem Stande der Technik eines Viterbi-Dekodierungsalgorithmus ab, unter der Annahme, daß die Kanalphase bekannt ist. Betrachte ein Kanalmodell mit additivem weißen gaußschem Rauschen (AWGN): rn = ejΘAsn + wn, n = ...0, 1, 2, .... (1)wo Θ die Kanalphase ist. Weiter unten betrachten wir zwei Fälle, wo die Kanalphase bekannt ist und wo sie völlig unbekannt ist. Das gesendete Symbol sn ist ein MPSK-Symbol wo sk = ej⌀k und ⌀k eine gleichförmig verteilte Zufallsphase, die Werte in {0,2π/M,... 2π(M – 1)/M} annimmt, Die empfangene Abtastung ist rn und wn ist eine unabhängige Abtastung weißen komplexen gaußschen Rauschens mit Mittelwert Null, der Varianz o2.
  • Die mathematischen Berechnungen eines herkömmlichen Viterbi-Dekodieralgorithmus für einen Faltungskode werden nun unter der Annahme daß die Kanalphase Θ bekannt ist, beschrieben. Um die Beschreibung zu vereinfachen sei angenommen, daß der Faltungskode zwei Zweige hat hinein und heraus aus jedem Zustand. 2 bildet ein Zustandsdiagramm ab, worin zwei Zustände, u und v, bei der Stufe n – 1, die beide einen einzigen Zweig in den Zustand w bei der Stufe n haben. Zugehörig zum Zustand u ist der vorher bestimmte obsiegende Weg in den Zustand u, bezeichnet durch su,0, su,1, ... su,n-1 und eine Wegmetrik mu. Zugehörig zum Zustand v ist der vorher bestimmte obsiegende Weg in den Zustand v, bezeichnet durch sv,0, sv1, ... sv,n-1 und eine Wegmetrik mv. Sei su,n das Symbol auf dem Zweig von Zustand u zu Zustand w, und sei sv,n das Symbol auf dem Zweig vom Zustand v zu Zustand w. Seien so, s0, s1, ... sn-1, sn die ersten n tatsächlich gesendeten Symbole und seien r0, r1, ... rn-1, rn die entsprechenden empfangenen Abtastungen. Die folgende Erörterung erklärt, wie man den Zustand w bei der Stufe n fortschreibt, indem man den obsiegenden Zweig in den Zustand w, den obsiegenden Weg in den Zustand w und die obsiegende Wegmetrik für den Zustand w findet. Der herkömmliche Viterbi-Algorithmus schreitet in vier Schritten fort:
    • (1) Bilde zwei Zweigmetriken Re[rns*u,n (sjΘ)*], (2)und Re[rns*v,n (sjΘ)*]. (3)
    • (2) Verwende die Zweigmetrik (2) um eine mögliche Wegmetrik für den oberen Weg zu bilden: mu + Re[rns*u,n (ejΘ)*], (4)und verwende Zweigmetrik (3) um eine mögliche Wegmetrik für den unteren Weg zu bilden: mv + Re[rns*v,n (ejΘ)*]. (5)
    • (3) Vergleiche (4) und (5) und wähle einen Sieger, z.B. (4)
    • (4) Schreibe Zustand w bei der Stufe n fort. Der obsiegende Weg in Zustand w bei Stufe n ist sw,0, sw1, ... sw,n-1, sw,n wo (sw,0, sw,1, ... sw,n-1, sw,n) = (su,0, su,1, ... su,n-1, su,n). Die obsiegende Wegmetrik ist mw = mu + Re(rns*u,n (ejΘ)*]
  • Nicht-kohärente Viterbi-Dekodieralgorithmus-Operation
  • 3 bildet die Operation nach dem Stand der Technik eines Viterbi-Dekodierungsalgorithmus, der nichtkohärentes Detektion über mehrere Symbole verwendet, ab. Nicht-kohärentes Viterbi-Dekodieren wird beschrieben [9] A.N.D'Andrea, U. Mengali, und G.M. Vitetta, „Approximate ML decoding of coded PSK with no explicit carrier phase reference," IEEE Transactions on Communications, Band 42, Nr. 2/3/4, Februar/März/April 1994, Seiten 1033–1039. Diese Vorgehensweise kann ohne einen ausdrücklichen Phasenbezug verwendet werden und so sei angenommen, daß Θ in (1) gleichförmig über (–π, π) verteilt ist. 3 ist die gleiche wie 2 außer daß jedem Zustand eine Weggeschichte-Variable zugeordnet ist. Somit haben die Zustände u und v bei der Stufe n – 1 die Weggeschichtenvariablen Wu,n-1 und Wv,n-1 jeweils zugeordnet, wo Wu,n-1 und Wv,n-1 durch
    Figure 00040001
    gegeben sind und α eine reelle Zahl im Bereich 0 ≤ α ≤ 1 ist. Für einen bestimmten Zustand x, x aus {u, v}, ist die Weggeschichtevariable eine Funktion des obsiegenden Weges in den Zustand x, sx,0, sx,1, ... sx,n-1 und der Kanalabtastgeschichte r0, r1, ... rn-1, rn; die Weggeschichtenvariable für einen bestimmten Weg spielt die Rolle eines remodulierten Phasenbezugs für jenen Weg und nimmt den Platz des kohärenten Phasenbezugsterms (ejΘ)* in den obigen Schritten (1)–(4) ein.
  • Die Erörterung wird sich nun der Frage zuwenden, wie man den obsiegenden Zweig in den Zustand w bei Stufe n, die obsiegende Wegmetrik für den Zustand w und die Weggeschichtenvariable für Zustand w bei Stufe n, Ww,n, findet. Der abgewandelte Viterbi-Algorithmus schreitet in vier Schritten fort:
    • (1a) Bildet zwei Zweigmetriken Re[rns*u,n W*u,n-1 ]. (6)und
    • (2a) Verwende Zweigmetrik (6) um eine mögliche Wegmetrik für den oberen Weg zu bilden mu + Re[rns*u,n W*u,n-1 ], (8)und verwende Zweigmetrik (7) um eine mögliche Wegmetrik für den unteren Weg zu bilden mv + Re[rns*v,n W*v,n-1 ]. (9)
    • (3a) Vergleiche (8) und (9) und wähle einen Sieger, z.B. (8)
    • (4a) Schreibe Zustand w bei der Stufe n fort. Der obsiegende Weg in Zustand w bei Stufe n ist sw,0, sw1, ... sw,n-1, sw,n wo (sw,0, sw,1, ... sw,n-1, sw,n) = (su,0, su,1, ... su,n-1, su,n). Die obsiegende Wegmetrik ist mw = mu + Re[rns*u,n W*u,n-1 ] Die obsiegende Weggeschichtenvariable ist Ww,n = rns*u,n + αWu,n-1.
  • Bemerke, daß Schritte (1a)–(4a) den Schritten (1)–(4) sehr ähnlich sind, wobei die Weggeschichte-Variable die Stelle des kohärenten Phasenterms (ejΘ)* einnimmt.
  • Die Schritte (1a)–(4a) erläutern eine bestimmte Weise der Verwirklichung des Trellis-Dekodierung mit nichtkohärenter Detektion über mehrere Symbole. Verschiedene andere Arten der Verwirklichung der Trellis-Dekodierung mit nichtkohärenter Detektion über mehrere Symbole sind in der Literatur beschrieben, die darin abweichen, wie die Zweigmetriken in (1a) gebildet werden. Jedoch sind alle Ansätze grundsätzlich die gleichen darin, daß jede Zweigmetrik in (1a) unter Verwendung empfangener Abtastungen und vorhergehender Symbole längst des obsiegenden Weges in jenen Zweig gebildet werden.
  • Probleme der digitalen Nachrichtenverbindung
  • Das Ziel der digitalen Nachrichtenverbindung ist die fehlerfreie Sendung digitaler Daten über ein Übertragungsmedium. Um dieses Ziel zu erreichen, muß der Entwerfer von digitaler Nachrichtenverbindungsausrüstung verschiedene Probleme überwinden. Ein solches Problem ist die Herstellung der Phasen- und Frequenzsynchronisation zwischen dem Empfänger und dem Sender. Normalerweise wurden analoge Verfolgungsschleifen verwendet, um die Phasen- und Frequenzsynchronisation herzustellen. Die Leistung dieser Schleifen wird durch Phasenschlupf und andere Probleme beeinträchtigt. Das nichtkohärente Viterbi-Dekodierungsschema, das oben beschrieben wurde, stellt eine teilweise Lösung des Problems der Phasensynchronisation dar, indem der Dekoder die Phasenverschiebung, die zwischen Sender und Empfänger eingeführt wurde, nicht zu kennen braucht. Jedoch ist dieses Schema unbefriedigend um mit der Frequenzverschiebung fertig zu werden, wie sie z.B. durch Sender- und Empfängeroszillatoren oder Dopplerverschiebung, die bei mobiler Nachrichtenverbindung auftritt, eingeführt werden kann. Viterbi-Dekoder, die Teilabschnitte in Vorwärts- und Rückwärts-Richtungen dekodieren, sind im Stande der Technik bekannt. Siehe US-Patent 5 467 374 und 5 400 362.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bietet eine Lösung des Problems der Frequenzverschiebung in einem digitalen Nachrichtenverbindungssystem an. Auf der Senderseite wird Verschachtelung auf einen Strom kodierter Symbole angewandt. Das Ergebnis des Verschachtelungsvorganges ist eine verschachtelte Signalfolge (burst). Innerhalb der Signalfolge werden Symbole, die in dem Strom am frühesten sind, am nächsten zum Zentrum gefunden. Symbole mit gerader Nummer aus dem Strom werden in aufeinanderfolgender Ordnung zugewiesen, fortschreitend von dem Zentrum der Signalfolge zu einem Rand der Signalfolge. Symbole mit ungerader Nummer aus dem Strom werden in aufeinanderfolgender Ordnung zugewiesen fortschreitend vom Zentrum der Signalfolge zum anderen Ende der Signalfolge. In einer Ausführungsform weist das Zentrum der Signalfolge eine oder mehrere Synchronisationssymbole auf, die die ungeradzahligen Symbole und geradzahligen Symbole trennen.
  • Auf der Empfängerseite wird nichtkohärente Viterbi-Detektion auf die empfangene Signalfolge angewandt. Beim Beurteilen der Zweigmetriken für die nicht-kohärente Viterbi-Technik werden die Phasenbezüge unabhängig für die geradzahligen Symbole und die ungeradzahlige Symbole aufrechterhalten. Für geradzahlige Symbole führt eine positive Frequenzverschiebung zu einer Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn von Symbolsignalpunkten, wie sie in einer zweidimensionalen Anordnung dargestellt würden. Für ungeradzahlige Symbole, die in der Signalfolge in umgekehrter Reihenfolge eintreffen, führt eine positive Frequenzverschiebung zu einer Drehung im Uhrzeigersinn von Symbolsignalpunkten. (Es wird verstanden werden, daß die geradzahligen und ungeradzahligen Symbole zwischen den Hälften der Signalfolge vertauscht werden könnten.) Somit werden die Zweigmetriken, wenn aufeinanderfolgende Zweigmetriken gebildet werden, zuerst in eine Richtung und dann in die andere Richtung aufgrund von Frequenzverschiebung vorbeeinflußt. Dieser Effekt vermindert die Vorbeeinflussung, die durch Frequenzverschiebung erzeugt wird.
  • Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Übermitteln digitaler Daten in einem digitalen Nachrichtenverbindungssystem unter Verwendung von Viterbi-Dekodierung, wobei sie Korrekturen gegen Frequenzverschiebung durchführt, gekennzeichnet durch die Schritte:
  • Verschachteln eines Stromes von Symbolen, auf die ein Fehlerkorrekturkode angewandt wurde, um eine Signalfolge von Symbolen S0 bis Sn-1 des Stromes zu entwickeln, wobei das Zentrum der Signalfolge L bekannte Sync-Symbole sind, L ≥ 1, die kodierten Symbole des Stroms sind nach einem vorbestimmten Muster verschachtelt, so daß ein Symbol auf eine Seite der Sync-Symbole fällt, das nächste Symbol auf die andere Seite usw., so daß eine erste Gruppe von Symbolen des Stroms den Synchronisationssymbolen folgt und eine zweite Gruppe von Symbolen des Stroms den Synchronisationssymbolen vorausgeht, wobei Symbole in der ersten Gruppe in der gleichen Reihenfolge wie im Strom auftreten und Symbole in der zweiten Gruppe in umgekehrter Reihenfolge im Vergleich zu ihrer Reihenfolge im Strom auftreten,
  • Senden besagter Signalfolge von Symbolen über einen Kanal;
  • Empfangen besagter Signalfolge von Symbolen von besagtem Kanal; und
  • Detektieren besagter Signalfolge von Symbolen gemäß einer nicht-kohärenten Viterbi-Dekodierungs-Technik, worin die Zweigmetriken beurteilt werden und für Symbole, die den Synchronisationssymbolen folgen, derart, daß die Zweigmetriken für ein Symbol, das den Synchronisationssymbolen vorausgeht, allein aus Symbolen aus besagter zweiter Gruppe von Symbolen gebildet werden und die Zweigmetriken für Symbol, das den Synchronisationssymbolen folgt, allein aus Symbolen aus besagter erster Gruppe von Symbolen gebildet werden.
  • Die vorliegende Erfindung schafft weiter einen Sender mit Einrichtungen zum Ausführen des Verschachtelungsschrittes im obigen Verfahren, einen Empfänger mit Einrichtungen zum Ausführen des Dekodierungsschrittes im obigen Verfahren, und ein Nachrichtenverbindungssystem mit dem Sender und mindestens einem der Empfänger.
  • Ein weiteres Verständnis der Natur und der Vorteile der Erfindungen hier kann durch Bezug auf die verbleibenden Teile der Beschreibung und die angefügten Zeichnungen erzielt werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1A zeigt ein Diagramm auf oberster Ebene eines digitalen Nachrichtenverbindungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 1B ist eine Funktionsdarstellung der Arbeitsweise eines nichtkohärenten Viterbi-Dekoders gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 zeigt die Arbeitsweise nach dem Stande der Technik eines Viterbi-Dekodierungsalgorithmus unter der Annahme, daß die Kanalphase bekannt ist.
  • 3 zeigt die Arbeitsweise nach dem Stande der Technik eines Viterbi-Dekodieralgorithmus unter Verwendung der nichtkohärenten Detektion über mehrere Symbole.
  • 4 zeigt die Übertragung von N kodierten MPSK-Symbolen in einer Signalfolge in einem Kanal mit unbekannter Phase gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 5 zeigt die Arbeitsweise eines nichtkohärenten Viterbi-Dekoders, der auf einer Gruppe von Symbolen arbeitet, die in der Signalfolge der 4 empfangen wurde, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 6 zeigt die Arbeitsweise eines nichtkohärenten Viterbi-Dekoders, der auf einer andere Gruppe von Symbolen arbeitet, die in der Signalfolge der 4 empfangen wurde, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • BESCHREIBUNG SPEZIELLER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • 1A zeigt ein Diagramm auf oberster Ebene eines digitalen Nachrichtenverbindungssystems 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Digitale Daten entstehen aus einer Datenquelle 102. Ein Faltungskodierer 104 legt einen Fehlerkorrekturkode an die Daten an. Abhängig von dem Modulationstyp werden Gruppen von einem oder mehreren Bits kodierter Daten Datensymbolen durch einen Symbolzuordner 106 zugeordnet (mapped). Ein Verschachteler 108 ändert die Reihenfolge der Symbole gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Arbeitsweise des Verschachtelers 108 wird mehr im Einzelnen unter Bezugnahme von 4 erläutert. Ein Modulationsblock 110 ist gezeigt, um die Funktionen der Modulation, der Aufwärtsumwandlung, der Verstärkung und der Sendung anzuzeigen. Zuletzt wird ein moduliertes Signal über ein Übertragungsmedium 112 übertragen.
  • Auf der Empfängerseite gewinnt ein Demodulator 114 die Symbole aus dem Signal, wie es durch eine Übertragung 112 erhalten wurde, zurück. Der Demodulator 114 enthält Funktionen des Abstimmens, der Vorverstärkung, der Abwärtsumwandlung und der Demodulation. Demodulator 114 gibt wiedergewonnene Symbole an einen nichtkohärenten Viterbi-Dekodierer 116 ab. Der Modulationsblock 110, das Übertragungsmedium 112 und der Demodulator 114 können zusammen als ein "Kanal" zwischen Verschachteler 108 und nichtkohärentem Viterbi-Dekoder 116 betrachtet werden. Der nichtkohärente Viterbi-Dekoder 116 ist besonders abgewandelt gemäß der Erfindung wie unter Bezugnahme auf 5–6 erläutert werden wird.
  • 1B ist eine Funktionsdarstellung der Arbeitsweise des nichtkohärenten Viterbi-Dekodierers 116. Der empfangene Symbolstrom wird von einem Eingang 118 aufgenommen. Während der Viterbi-Verarbeitung erkennt ein Wegbewerter 124 bei jeder Stufe einen überlebenden Weg zu jedem Zustand. Die Information über die überlebenden Wege wird in einem Trellis-Rückverfolgungsspeicher 120 gespeichert. Die Beurteilung und Auswahl überlebender Wege ist eine Funktion von mehrfachen Zweigmetriken, die für Übergänge zwischen Zuständen an aufeinanderfolgenden Stufen beurteilt werden. Diese Beurteilungen werden durch einen Zweigmetrikbewerter 122 durchgeführt. Eine Rückverfolgungsoperation erkennt einen obsiegenden Weg, was dann zu einer Schätzung der Sendesymbole führt.
  • 4 zeigt die Sendung von N kodierten MPSK-Symbolen in einer Signalfolge in einem Kanal mit unbekannter Phase gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Eingang zum Verschachteler 108 ist ein Strom von Symbolen als Ausgang vom Symbolzuordner 106 (symbol mapper). Der Verschachtler 108 entwickelt eine Signalfolge aus Symbolen von den Symbolen so durch sN-1 des Stromes. Das Zentrum der Signalfolge sind L bekannte Sync-Symbole, L ≥ 1. Die kodierten Symbole des Stromes werden in einem bestimmten Muster verschachtelt, so daß ein Symbol auf eine Seite der Sync-Symbole fällt, das nächste Symbol fällt auf die andere Seite usw. Somit wird eine erste Gruppe Symbole des Stromes den Synchronisierungssymbolen folgen und eine zweite Gruppe von Symbolen des Stromes den Synchronisierungssymbolen vorausgehen. Symbole in der ersten Gruppe erscheinen in der gleichen Reihenfolge wie im Strom. Symbole in der zweiten Gruppe erscheinen in der umkehrten Reihenfolge verglichen mit ihrer Reihenfolge im Strom. Symbole von der ersten Gruppe und Symbole von der zweiten Gruppe wechseln sich im Strom ab.
  • Der nicht-kohärente Viterbi-Dekodierer 110 nutzt die besondere verschachtelte Signalfolgenstruktur, die in 4 gezeigt ist, aus um Frequenzverschiebungseffekte zu mildern. Wie nun erläutert werden wird, wird die Zweigmetrik unabhängig für aufeinanderfolgende Symbole sn und die allgemeine Beschreibung sn+1 beurteilt. Die Zweigmetrik für das Symbol sn auf der rechten Seite der Sync-Signalfolge wird ausschließlich aus Symbolen auf der rechten Seite des Sync-Musters gebildet: s0, s2, ... sn-2 und die Zweigmetrik für Symbol sn+1 auf der linken Seite der Sync-Signalform wird ausschließlich aus Symbolen auf der linken Seite des Sync-Musters: s1, s3, ... sn-1 gebildet. Angenommen die Symbole s0, s2, ... sn-2, sn sind unmoduliert und Symbolsignalpunkte werden beobachtet während die Symbolverarbeitung von s0 bis s2, zu s4 usw. bis sn-2 und schließlich zu sn fortschreitet. Angenommen, z.B., daß die Frequenzverschiebung im Empfänger positiv ist. Dann drehen sich die aufeinanderfolgenden Symbolsignalpunkte im Uhrzeigersinn, siehe 4. Nun, wenn man die linke Seite der Sync-Signalfolge betrachtet bei den Symbolen s1, s3, ... sn-1, sn+1 und annimmt, daß diese Symbole auch unmoduliert sind, dann wandern die Symbolsignalpunkte für die gleiche positive Frequenzverschiebung in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn. Dann sind, nach der Bildung von aufeinanderfolgenden Zweigmetriken, zuerst von einer Seite und dann von der anderen, die Zweigmetriken zuerst in einer Richtung vorbeeinflußt und dann die andere von der Frequenzverschiebung her. Dies bedeutet, daß Wegmetriken bei der Viterbi-Dekodierung durch die Frequenzverschiebung weniger vorbeeinflußt sind.
  • Insbesondere würden, wenn man einen vierdimensionalen Kode benützte, wo das erste der zwei Symbole, das einem Zweig zuwiesen wird, von einer Seite der Sync-Signalfolge wäre und das andere Symbol von der anderen Seite der Sync-Signalfolge wäre, die Zweigmetriken, die durch den Viterbi-Dekoder gebildet werden, durch Frequenzverschiebung unbeeinflußt sein. Ob man einen herkömmlichen 2D-Kode oder einen 4D-Kode benutzt, ist der Nettoeffekt des Bildens der Zweigmetriken auf diese Weise, daß die Trellis-Wegmetriken weniger durch Frequenzverschiebung beeinflußt sind, und daher die Wahl des obsiegenden Weges weniger durch Frequenzverschiebung vorbeeinflußt ist. Die Wirkung ist ähnlich zur Verwendung eines Verschachtelers um den Phasenfehler zufällig zu gestalten um die Leistung des Viterbi-Dekodierers beim Vorhandensein von Phasenverschiebung zu verbessern.
  • Wie die Zweigmetriken für Symbol sn und Symbol sn+1 gebildet werden wird nun erklärt. 5 zeigt die Bildung der Zweigmetrik für Symbol sn. Im Gegensatz zu 3 sind nun zwei Weggeschichte-Variable jedem Weg Wu,n-2 und Wu,n-1 für den oberen Weg und Wv,n-2 und Wv,n-1 für den unteren Weg zugehörig. Diese werden gegeben durch:
    Figure 00120001
  • Die vorliegende Erfindung liefert spezielle Techniken zum Finden des obsiegenden Zweiges in den Zustand w bei Stufe n, den obsiegenden Weg in Zustand w, die obsiegende Wegmetrik für Zustand w und die Weggeschichte-Variablen für Zustand w bei Stufe n, Ww,n. 6 zeigt, wie diese Ergebnisse unabhängig für Stufe n + 1 erzielt werden. Für Stufe n schreitet der abgewandelte Viterbi-Algorithmus in vier Schritten vor:
    • (1b) Bilde zwei Zweigmetriken Re[rns*u,n W*u,n-2 ], (10)
    • und Re[rns*v,n W*v,n-2 ]. (11)
    • (2b) Verwende Zweigmetrik (10) um eine mögliche Wegmetrik für den oberen Weg zu bilden mu + Re[rns*u,n W*u,n-2 ], (12) und verwende Zweigmetrik (11) um eine mögliche Wegmetrik für den unteren Weg zu bilden mv + Re[rns*v,n W*v,n-2 ], (13)
    • (3b) Vergleiche (12) und (13) und wähle einen Sieger, z.B. (12)
    • (4b) Schreibe Zustand w bei der Stufe n fort. Der obsiegende Weg in den Zustand w bei Stufe n ist sw,0, sw1, ... sw,n-1, sw,n wo (sw,0, sw,1, ... sw,n-1, sw,n) = (su,0, su,1, ... su,n-1, su,n). Die obsiegende Wegmetrik ist mw = mu + Re[rns*u,n W*u,n-2 ] Die obsiegende Weggeschichtevariable ist Ww,n = rns*u,n + αWu,n-2.
  • Setzte Ww,n-1 = Wu,n-1. Es kann somit ersehen werden, daß die Berechnungen der Weggeschichte-Variablen und der Zweigmetrik für Stufe n von diesen Parametern für vorhergehende Symbole auf der gleichen Seite der Synchronisationssymbole innerhalb einer Signalfolge abhängen. 6 zeigt, wie man den obsiegenden Zweig, den obsiegenden Weg, die Metrik des obsiegenden Weges und die Weggeschichte-Variablen für Zustand y bei Stufe n + 1 findet, wo der vorher betrachtete Zustand bei Stufe n, w, mit Zustand y verbunden ist. Wie vorher schreitet der abgewandelte Viterbi-Algorithmus in vier Schritten fort.
    • (5b) Bilde zwei Zweigmetriken Re[rn+1s*w,n+1 W*w,n-1 ], (14)und Re[rn+1s*x,n+1 W*x,n-1 ], (15)wo Wx,n-1 analog zu Ww,n-1 definiert ist.
    • (6b) Verwende die Zweigmetrik (14) um eine mögliche Wegmetrik für den oberen Weg zu bilden mw + Re[rn+1s*w,n+1 W*w,n-1 ], (16)und verwende Zweigmetrik (15) um eine mögliche Wegmetrik für den unteren Weg zu bilden mx + Re[rn+1s*x,n+1 W*x,n-1 ). (17)
    • (7b) Vergleiche (16) und (17) und wähle einen Sieger, z.B. (16)
    • (8b) Schreibe Zustand y bei der Stufe n + 1 fort. Der obsiegende Weg in den Zustand y bei Stufe n ist sy,0, sy,1, ... sy,n-1, sw,n+1 wo (sy,0, sy,1, ... sy,n, sy,n+1) = (sw,0, sw,1, ... sw,n, sw,n+1). Die obsiegende Wegmetrik ist my = mw + Re[rn+1s*w,n+1 W*w,n-1 ] Die Geschichts-Variable des obsiegenden Weges ist Wy,n+1 = rn+1s*w,n+1 + αWw,n-1
  • Setzte Wy,n = Ww,n. Wiederum kann ersehen werden, daß die Berechnungen für die Weggeschichte-Variable und die Wegmetrik für die Stufe n + 1 von den vergangenen Werten die den vorhergehenden Symbolen auf der selben Seite der Synchronisationssymbole innerhalb der Signalfolge zugehörigen, abhängen.
  • Die Schritte (1b)–(8b) erläutern einen speziellen Weg der Verwirklichung der Trellis-Dekodierung mit nichtkohärenter Detektion über mehrere Symbole um die Frequenzverschiebung, die auf der speziellen Verwirklichung der nichtkohärenten Detektion über mehrere Symbole, die in (1a)–(4a) erörtert wurde, basiert, zu mildern. Jedoch, wie in Verbindung mit (1a)–(4a) erörtert, kann man leicht den speziellen Weg des Durchführens der nichtkohärenten Detektion über mehrere Symbole abwandeln und eine oberflächlich verschiedene Verwirklichung erzielen, die jedoch im Grundsatz die gleiche ist, wie die erläuterte.
  • Z.B., obwohl für die MPSK-Modulation erörtert, kann die gleiche Technik der Verschiedenheitskombination (diversity combining) bei anderen Modulationen verwendet werden. Obwohl für den AWGN-Kanal erörtert, kann die gleiche Technik für andere Kanalbeeinträchtigungen, z.B. Fading-Kanäle, verwendet werden.
  • In der vorhergehenden Beschreibung wurde die Erfindung unter Bezugnahme auf spezielle beispielhafte Ausführungsformen davon beschrieben. Es wird jedoch offensichtlich sein, daß verschiedene Abwandlungen und Änderungen an ihr ausgeführt werden können ohne von der breiteren Erfindung, wie sie dargestellt ist in den anhängenden Ansprüchen und ihrem vollen Bereich von Äquivalenten, abzuweichen.

Claims (4)

  1. Ein Verfahren zum Übermitteln digitaler Daten in einem digitalen Nachrichtenverbindungssystem unter Verwendung von Viterbi-Dekodierung während Korrekturen gegen Frequenzverschiebung durchgeführt werden, gekennzeichnet durch die Schritte: Verschachteln (108) eines Stromes von Symbolen auf die ein Fehlerkorrekturkode angewandt wurde um eine Signalfolge von Symbolen aus Symbolen S0 bis Sn-1 des Stromes zu entwickeln, wobei das Zentrum der Signalfolge L bekannte Synchronisationssymbole sind, L ≥ 1, die kodierten Symbole des Stroms nach einem vorbestimmten Muster verschachtelt sind, so daß ein Symbol auf eine Seite der Synchronisationssymbole fällt, das nächste Symbol auf die andere Seite usw., so daß eine erste Gruppe von Symbolen des Stroms den Synchronisationssymbolen folgt und eine zweite Gruppe von Symbolen des Stroms den Synchronisationssymbolen vorausgeht, und worin Symbole in der ersten Gruppe in der gleichen Reihenfolge wie im Strom auftreten und Symbole in der zweiten Gruppe in umgekehrter Reihenfolge im Vergleich zu ihrer Reihenfolge im Strom auftreten, Senden (112) besagter Signalfolge von Symbolen über einen Kanal; Empfangen (114, 116) besagter Signalfolge von Symbolen von besagtem Kanal; und Detektieren besagter Signalfolge von Symbolen gemäß einer nicht-kohärenten Viterbi-Dekodierungs-Technik wobei die Zweigmetrik für Symbole, die den Synchronisationssymbolen vorausgehen und für Symbole, die den Synchronisationssymbolen folgen, unabhängig ausgewertet werden derart, daß die Zweigmetriken für Symbole, die den Synchronisationssymbolen vorausgehen, allein aus Symbolen aus besagter zweiter Gruppe von Symbolen gebildet werden, und die Zweigmetriken für Symbole, die den Synchronisationssymbolen folgen, allein aus Symbolen aus besagter erster Gruppe von Symbolen gebildet werden.
  2. Ein Sender mit Einrichtungen zum Durchführen des Verschachtelungsschrittes im Verfahren, das in Anspruch 1 angegeben wurde.
  3. Ein Empfänger mit Einrichtungen zum Durchführen des Dekodierschrittes im Verfahren, das in Anspruch 1 angegeben wurde.
  4. Ein Nachrichtenverbindungssystem mit einem Sender nach Anspruch 2 und mindestens einem Empfänger nach Anspruch 3.
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