DE69217329T2

DE69217329T2 - Datenentscheidungsverfahren

Info

Publication number: DE69217329T2
Application number: DE69217329T
Authority: DE
Inventors: Kouichi Honma; Yoshiko Saito; Kazuhisa Tsubaki; Mitsuru Uesugi
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1991-11-20
Filing date: 1992-11-10
Publication date: 1997-08-28
Anticipated expiration: 2012-11-11
Also published as: DE69217329D1; NO924464L; ES2097290T3; JP2621716B2; US5414737A; EP0543549A2; EP0543549B1; NO301398B1; EP0543549A3; JPH05145525A; NO924464D0

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft eine Datendekodiervorrichtung, welche in einem Empfänger für digitalen Mobilfunk verwendet wird.
Fig. 1 zeigt eine Anordnung einer Datendekodiervorrichtung nach dem Stand der Technik. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Basisstation, Bezugszeichen 2 bezeichnet eine Sendeantenne davon, Bezugszeichen 3 bezeichnet eine Empfangsantenne und Bezugszeichen 4 bezeichnet einen Demodulator. Bezugszeichen 5 bezeichnet ein als Ausgabe des Demodulators 4 erhaltenes und an einen Entzerrer 6 angelegtes, demoduliertes Signal. Ein vom Entzerrer 6 ausgegebenes, entzerrtes Signal wird an eine Dekodiereinrichtung 8 und eine Fehlerberechnungseinrichtung 9 angelegt. Bezugszeichen 10 bezeichnet einen an eine Wahrscheinlichkeitsberechnungseinrichtung 11 angelegten quadratischen Fehler. Eine als Ausgabe der Wahrscheinlichkeitsberechnungseinrichtung 11 erhaltene Wahrscheinlichkeit 12 wird an die Dekodiereinrichtung 8 angelegt, welche die dekodierten Daten 13 und eine geschätzte Bit-Fehlerrate 14 erzeugt.
Fig. 2 zeigt eine Anordnung der Fehlerberechnungseinrichtung 9. Gemäß Fig. 2 wird ein entzerrtes Signal 15 an eine Unterscheidungseinrichtung 16 angelegt. Ein Fehler 18 zwischen einem als Ausgabe der Unterscheidungseinrichtung 6 erhaltenen Unterscheidungssignal 17 und dein entzerrten Signal 15 wird berechnet und ein quadratischer Fehler 19, welcher ein Quadrat des Fehlers 18 ist, wird an eine Addiereinrichtung 20 angelegt, welche die Summe der quadratischen Fehler 21 erzeugt.
Nachstehend wird die Funktion der Vorrichtung nach dem Stand der Technik erläutert. In Fig. 1 wird mit der Basisstation 1 über die Sendeantenne 2 ein Signal an eine mobile Station gesendet. Die mobile Station empfängt dieses Signal der Empfangsantenne 3 und demoduliert es mit dem Demodulator 4 zur Erzeugung des demodulierten Signals 5, welches von dem Entzerrer 6 verwendet wird, welcher eine Verzerrung einer Wellenform des demodulierten Signals beseitigt und eine Bit-Fehlerrate verbessert, zur Erzeugung des entzerrten Signals 7, das an die Fehlerberechnungseinrichtung 9 und die Dekodiereinrichtung 8 angelegt wird. Wie in Fig. 2 dargestellt, wird in der Fehlerberechnungseinrichtung 9 die Polarität des entzerrten Signals 15 mit der Unterscheidungseinrichtung 16 festgestellt und wenn sie positiv ist, wandelt sie das entzerrte Signal 15 zu einem Wert 1 um und wenn sie negativ ist, wandelt sie das entzerrte Signal zu einem von -1 um. Dann wird zur Erzeugung des Fehlers 18 eine Differenz zwischen dem entzerrten Signal 15 und dem Identifikationssignal 17 berechnet. Der Fehler 18 wird dann zur Erzeugung des quadratischen Fehlers 19, welcher zur Erzeugung der Summe der quadratischen Fehler 21 an die Addiereinrichtung 20 angelegt wird, quadriert.
Wenn das entzerrte Signal 15 keinen Fehler enthält, entspricht die Summe der quadratischen Fehler 21 der Stärke eines Rauschanteils des entzerrten Signals 15 und aus der Summe der quadratischen Fehler kann direkt eine Bit-Fehlerrate des entzerrten Signals 15 ermittelt werden. Wenn ein Fehler auftritt, entspricht die Summe der quadratischen Fehler 21 jedoch nicht dieser Stärke und daraus kann keine Bit-Fehlerrate ermittelt werden.
Fig. 3 zeigt das entzerrte Signal 15 und den quadratischen Fehler 19 und eine Wahrscheinlichkeit des Auftretens davon, wenn die Sendedaten einen Wert von -1 aufweisen und das Unterscheidungssignal 17 einen Wert von -1 aufweist (kein Fehler), selbst wenn das entzerrte Signal 15 positiv ist. Durch diese Berechnung entspricht die Summe der quadratischen Fehler 21 der Stärke des Rauschanteils des entzerrten Signals 15. Weil das Unterscheidungssignal 17 einen Wert von 1 aufweist wenn das entzerrte Signal 15 positiv ist, tritt der quadratische Fehler 19 jedoch tatsächlich in der in Fig. 4 dargestellten Weise auf, in der er kleiner ist als ein echter Rauschanteil. Der als Ausgabe der Fehlerberechnungseinrichtung 9 erhaltene quadratische Fehler wird an die Wahrscheinlichkeitsberechnungseinrichtung 11 angelegt, welche die Wahrscheinlichkeit 12 berechnet. Die Dekodiereinrichtung 8 führt eine gewichtete Unterscheidungsdekodierung auf Grundlage der Wahrscheinlichkeit 12 und des entzerrten Signals 7 aus, um die dekodierten Daten 13 mit einer niedrigen Fehlerrate zu erzeugen. Darüber hinaus kodiert die Dekodiereinrichtung 8 die dekodierten Daten 13, um ein von der Basisstation gesendetes Muster zu simulieren, und vergleicht dieses mit dem entzerrten Signal 7, um eine geschätzte Bit-Fehlerrate 14 zu erzeugen.
(Der abgeleitete Fehler 14 wird für einen Bericht über die Qualität einer Leitung zur Basisstation benotigt). Wie vorstehend erläutert, weist die Dekodiereinrichtung nach dem Stand der Technik die folgenden Probleme auf: (1) Es wird eine Rückkodierung mit der Dekodiereinrichtung 8 benötigt, weil die Fehlerrate nicht direkt aus der Summe der quadratischen Fehler 10 ermittelt werden kann, da die Summe der Fehler kleiner ist als der echte Rauschanteil, wenn ein Fehler auftritt; (2) die ermittelte Fehlerrate enthält einen Fehler, weil das kodierte Signal nicht das von der Basisstation gesendete Nuster darstellt, wenn ein Fehler darin enthalten ist, und (3) die Bit- Fehlerrate der dekodierten Daten ist höher als diejenige, welche erhalten wird, wenn die Bit-Fehlerrate verwendet wird, weil angenommen wird, daß eine bessere Redundanz erhalten werden kann, wenn die Fehlerrate bei der Wahrscheinlichkeitsberechnung verwendet wird, als wenn die Summe der quadratischen Fehler 10 verwendet wird, weil die Wahrscheinlichkeit 12 gemäß der Fehlerrate addiert werden sollte.
Koralek R.W. et al.: "Viterbi Decoder Synchronization and BER Measurement Using Metric Values"., Proccedings of the 16th Annual Allerton Conference on Communication, Control and Computing, 4. - 6. Oktober 1978, Monticello, Illinois, USA, Seiten 354 - 363 erläutert eine Technik zum Schätzen einer Bit- Fehlerrate unter Verwendung einer Viterbi-Dekodiereinrichtung. Bei dieser Technik wird die Differenz zwischen dem maximalen Wert und dem minimalen Wert metrischer Werte benutzt und die Bit-Fehlerrate wird nach der Viterbi-Dekodierfunktion geschätzt.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Datendekodiervorrichtung, bei der keine Kodierung mit der Dekodiereinrichtung benötigt wird, eine Verbesserung der Genauigkeit der abgeleiteten Fehlerrate erhalten wird und eine geeignetere Wahrscheinlichkeit erzeugt wird, als diejenige, die mit der Vorrichtung nach dem Stand der Technik erhältlich ist.
Zur Lösung der oben angegebenen Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Fehlerratenableitungseinrichtung zum Schätzen der Fehlerrate auf Grundlage der Summe der quadratischen Fehler zwischen der Fehlerberechnungseinrichtung und der Wahrscheinlichkeitsberechnungseinrichtung bereitgestellt, um die Notwendigkeit der Kodierung mit der Dekodiereinrichtung zu beseitigen.
Erfindungsgemäß wird bereitgestellt eine Datendekodiervorrichtung mit:
einem Demodulator zum Demodulieren eines empfangenen Signals;
einem Entzerrer zum Beseitigen einer auf dem Übertragungsweg hinzugekommenen Verzerrung von der demodulierten Ausgabe des Demodulators, um ein entzerrtes Ausgabesignal zu erzeugen;
einer Fehlerberechnungseinrichtung zum Berechnen einer Summe der quadratischen Fehler auf Grundlage des entzerrten Ausgabesignals;
einer Wahrscheinlichkeitsberechnungseinrichtung zum Berechnen einer Wahrscheinlichkeit;
einer Dekodiereinrichtung zum Dekodieren von Daten auf Grundlage des entzerrten Ausgabesignals und der Wahrscheinlichkeit,
wobei die Vorrichtung gekennzeichnet ist durch
eine Fehlerratenschätzeinrichtung zum Schätzen einer Bit- Fehlerrate auf Grundlage der Summe der quadratischen Fehler durch
Ermitteln eines S/N-Verhältnisses aus der Summe der quadratischen Fehler mittels einer ersten Formel und
Ermitteln der Bit-Fehlerrate aus dem S/N-Verhältnisses mittels einer zweiten Formel, die von dem verwendeten Modulationssystem abhängt, wobei
die Wahrscheinlichkeitsberechnungseinrichtung die Wahrscheinlichkeit auf Grundlage der mit der Schätzeinrichtung geschätzten Bit-Fehlerrate berechnet und
die erste Formel dargestellt wird durch
wobei Nγ darstellt: Mittlerer quadratischer Fehler (Summe der quadratischen Fehler/Anzahl der Abtastungen)
Weil erfindungsgemäß die Fehlerratenschätzeinrichtung zum Schätzen der Fehlerrate auf Grundlage der Summe der quadratischen Fehler zwischen der Fehlerberechnungseinrichtung und der Wahrscheinlichkeitsberechnungseinrichtung vorgesehen ist, ist das Kodieren mit der Dekodiereinrichtung nicht notwendig, die Genauigkeit der geschätzen Fehlerrate wird verbessert und die Dekodiereingenschaften werden ebenfalls verbessert.
Nachstehend wird die Erfindung lediglich beispielsweise unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm einer Dekodiereinrichtung nach dem Stand der Technik,
Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Fehlerberechnungseinrichtung, welche einen Teil der Datendekodiervorrichtung bildet,
Fig. 3 ein Diagramm der Fehlereigenschaften, die mit der Fehlerberechnungseinrichtung ermittelt werden (wenn kein Unterscheidungsfehler enthalten ist),
Fig. 4 ein Diagramm der Fehlereigenschaften, die mit der Fehlerberechnungseinrichtung ermittelt werden (wenn ein Unterscheidungsfehler enthalten ist) und
Fig. 5 ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsforin der erfindungsgemäßen Datendekodiervorrichtung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Fig. 5 zeigt eine Anordnung einer Ausführungsform der Erfindung. In Fig. 5 bezeichnet das Bezugszeichen 31 eine Basisstation, Bezugszeichen 33 bezeichnet eine Empfangsantenne einer mobilen Station und Bezugszeichen 34 bezeichnet einen Demodulator, welcher ein RF (Hochfrequenz)signal, welches mit der Antenne 33 erzeugt wird, zum Erhalt eines Grundbandsignals demoduliert. Bezugszeichen 35 bezeichnet ein als Ausgabe des Demodulators 34 erhaltenes demoduliertes Signal, welches an einen Entzerrer 36 angelegt wird. Einzelheiten des Entzerrers 36 sind in "ADAPTIVE EQUALIZATION IN TDMA DIGITAL MOBIL RADIO" von Uesugi et al, IEEE Global Telecommunications Conference and Exhibition 1989, Conference Record, Band 1 von 3, Seiten 95 - 101, 27. - 30. November 1989, Dallas, Texas erläutert. Ein als Ausgabe des Entzerrers 36 erhaltenes, entzerrtes Signal wird an eine Dekodiereinrichtung 38 und eine Fehlerberechnungseinrichtung 39 angelegt. Die Fehlerberechnungseinrichtung 39 entspricht der in Fig. 2 dargestellten Fehlerberechnungseinrichtung. Bezugszeichen 40 bezeichnet einen quadratischen Fehler, welcher an eine Fehler-Schätzeinrichtung 41 angelegt wird. Eine als Ausgabe der Bit- Fehlerratenschätzeinrichtung 41 erhaltene geschätzte Bit- Fehlerrate wird an eine Wahrscheinlichkeitsberechnungseinrichtung 43 angelegt und als geschätzter Fehler 46 ausgegeben. Eine als Ausgabe der Wahrscheinlichkeitsberechnungseinrichtung 43 erhaltene Wahrscheinlichkeit 44 wird an die Dekodiereinrichtung 38 angelegt, welche mit einem Viterbi-Dekodierverfahren dekodierte Daten 45 erzeugt.
Nachstehend wird die Funktion dieser Ausführungsform erläutert. Mit der Basisstation 31 wird über die Sendeantenne 32 ein RF-Signal an die mobile Station gesendet. Die mobile Station empfängt das RF-Signal mit der Empfangsantenne 33 und demoduliert es mit dein Demodulator 34 zum Erhalt eines Grundbandsignals, das von dem Entzerrer 36 zur Erzeugung des demodulierten Signal 35 zu verwenden ist. Der Entzerrer 36 beseitigt eine Verzerrung einer Wellenform des demodulierten Signals 35, verbessert eine Bit-Fehlerrate, erzeugt das entzerrte Signal 37 und legt es an die Fehlerberechnungseinrichtung 39 und die Dekodiereinrichtung 38 an. Die Fehlerberechnungseinrichtung 39 berechnet die Summe der quadratischen Fehler 40 genauso wie im Stand der Technik. Ein S/N-Verhältnis (Signal/Rausch-Verhältnis) der Summe der quadratischen Fehler 40 und das entzerrte Signal 37 weisen die durch die Formel (1) dargestellte Beziehung zueinander auf:
in der Nγ bedeutet: mittlerer quadratischer Fehler (Summe der quadratischen Fehler/Anzahl der Abtastungen)
Es wird angenommen, daß eine Amplitude des entzerrten Signals die Form einer bei
zentierten Normalverteilung mit einer Varianz von
aufweist.
In der Bit-Fehlerrateschätzeinrichtung kann die geschätzte Bit-Fehlerrate 42 auf Grundlage einer inversen Funktion der Formel (1) und einer Formel, welche eine Beziehung zwischen S/N und der Bit-Fehlerrate (welche mit einem Modulations-/Demodulationssystem ermittelt wird. Formel (2) zeigt ein Beispiel einer kohärenten Erfassung eines MSK) darstellt, bestimmt werden.
in der Pe bedeutet: Bit-Fehlerrate einer kohärenten Erfassung eines MSK
Die geschätzte Bit-Fehlerrate 42 wird so wie sie ist als geschätzte Bit-Fehlerrate 46 ausgegeben und darüber hinaus zur Erzeugung der Wahrscheinlichkeit 44 an die Wahrscheinlichkeitsberechnungseinrichtung 43 angelegt. Die Dekodiereinrichtung 38 führt eine gewichtete Entscheidungsdekodierung auf Grundlage der Wahrscheinlichkeit 44 und des entzerrten Signals 37 aus, um die eine niedrige Bit-Fehlerrate aufweisenden, dekodierten Daten 45 zu erzeugen.
Weil die geschätzte Bit-Fehlerrate 42 auf Grundlage der Summe der quadratischen Fehler 40 mit der Bit-Fehlerrateschätzeinrichtung 41 bestimmt werden kann, ist es nicht notwendig, sie zum Vergeich mit der Dekodiereinrichtung 38 zu kodieren. Weil die geschätzte Bit-Fehlerrate 46 ohne Rücksicht kodieren. Weil die geschätzte Bit-Fehlerrate 46 ohne Rücksicht auf das Vorliegen oder Nichtvorliegen des Fehlers bestimmt wird, wird ferner die Genauigkeit verbessert. Weil von der Wahrscheinlichkeitsberechnungseinrichtung 43 die geschätzte Bit-Fehlerrate 42 verwendet wird, wird zusätzlich diejenige Wahrscheinlichkeit 44, welche einer optimalen Wahrscheinlichkeit am nächsten liegt, bestimmt und die Bit-Fehlerrate nach der Dekodierung kann verbessert werden.

Claims

1. Datendekodiervorrichtung mit:

einem Demodulator (34) zum Demodulieren eines empfangenen Signals;

einem Entzerrer (36) zum Beseitigen einer auf dem Übertragungsweg hinzugekommenen Verzerrung von der demodulierten Ausgabe des Demodulators, um ein entzerrtes Ausgabesignal zu erzeugen;

einer Fehlerberechnungseinrichtung (39) zum Berechnen einer Summe der quadratischen Fehler auf Grundlage des entzerrten Ausgabesignals;

einer Wahrscheinlichkeitsberechnungseinrichtung (43) zum Berechnen einer Wahrscheinlichkeit;

einer Dekodiereinrichtung (38) zum Dekodieren von Daten auf Grundlage des entzerrten Ausgabesignals und der Wahrscheinlichkeit,

wobei die Vorrichtung gekennzeichnet ist durch

eine Fehlerratenschätzeinrichtung (41) zum Schätzen einer Bit-Fehlerrate auf Grundlage der Summe der quadratischen Fehler durch

Ermitteln eines S/N-Verhältnisses aus der Summe der quadratischen Fehler mittels einer ersten Formel und

Ermitteln der Bit-Fehlerrate aus dem S/N-Verhältnisses mittels einer zweiten Formel, die von dem verwendeten Modulationssystem abhängt, wobei

die Wahrscheinlichkeitsberechnungseinrichtung die Wahrscheinlichkeit auf Grundlage der mit der Schätzeinrichtung (41) geschätzten Bit-Fehlerrate berechnet und

die erste Formel dargestellt wird durch

wobei Nγ darstellt: Mittlerer quadratischer fehler (Summe der quadratischen Fehler/Anzahl der Abtastungen)

2. Datendekodiervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Fehlerberechnungseinrichtung Differenzen zwischen dem entzerrten Ausgabesignal und einer Polarität des entzerrten Ausgabesignals berechnet und die Summe der Quadrate dieser Differenzen berechnet.

3. Datendekodiervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die mit der Dekodiereinrichtung dekodierten Daten und die Bit-Fehlerrate gemeinsam ausgegeben werden.

4. Datendekodiervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Dekodiereinrichtung eine Viterbi-Dekodiereinrichtung ist.