DE69533156T2

DE69533156T2 - Synchrondetektorschaltung und synchronisierungsmethode für einen digitalsignalempfänger

Info

Publication number: DE69533156T2
Application number: DE69533156T
Authority: DE
Inventors: Akihiro Higashi; Fumiyuki Yokohama-shi ADACHI; Koji Yokohama-shi Ohno; Mamoru Sawahashi
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 1994-06-22
Filing date: 1995-06-21
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2015-06-22
Also published as: EP0715440A1; JP3118548B2; CN1126013A; EP0715440B1; DE69533156D1; WO1995035615A1; EP0715440A4; CN1082757C; US5692015A

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft einen kohärenten Detektor und ein kohärentes Detektionsverfahren zur Demodulation eines Signals in einem Empfänger, der bei digitaler Mobilkommunikation oder dergleichen eingesetzt wird.
STAND DER TECHNIK
Zum Detektieren bzw. Erfassen digitaler Signale in Verbindung mit Modulationsverfahren werden verschiedene Verfahren eingesetzt. Unter diesen zeigt bei einer Umgebung mit Gaußschem Rauschen ein kohärentes Detektionsverfahren die besten Eigenschaften, das eine Detektion unter Verwendung einer lokalen Oszillation in Gleichlauf mit einer Trägerfrequenz an einer Sendeseite verwirklicht. Mit anderen Worten erfordert das kohärente Detektionsverfahren ein minimales Empfangsleistungs-Rauschen-Verhältnis, das einer bestimmten Fehlerrate genügt. Es ist jedoch notwendig, die Übertragungsfunktion eines Ausbreitungspfads an einer Empfangsseite schnell zu schätzen, um die absolute Phase des für die kohärente Detektion benötigten Übertragungsträger zu erhalten. Dies beruht darauf, dass die Übertragungsfunktion des Ausbreitungspfads scharf mit der Zeit schwankt.
Ein kohärentes Interpolationsdetektionsverfahren ist als ein Verfahren zum Durchführen der kohärenten Detektion durch Schätzen der Übertragungsfunktion des Ausbreitungspfads bekannt. Es ist zum Beispiel offenbart in Seiichi Sampei, „Fading Compensation for 16QAM in Land Communications", The Transactions of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers of Japan B-II, Band J72-B-II Seiten 7–15, Januar 1989, oder in der entsprechenden überarbeiteten Version: S. Sampei, et al. "Rayleigh Fading Compensation for QAM in Land Mobile Radio Communications", IEEE Transactions on Vehicular Technology, Band 42, Nr. 2, Mai 1993.
1 zeigt ein Format eines bei einer derartigen kohärenten Interpolationsdetektion verwendeten Signals. Eine Sendeseite überträgt ein Sendesignal mit einem darin periodisch eingefügten Pilotsignal P. Das Pilotsignal weist ein Muster auf, das sowohl der Sende- als auch der Empfangsseite bekannt ist, und enthält ein oder mehrere bekannte Symbole. Ein Pilotsignal P und eine Informationssymbolmenge (Informationssignal) D, das von zwei aufeinander folgenden Pilotsignalen P umgeben ist, bilden einen Rahmen.
2 zeigt einen herkömmlichen Empfänger. Mittels einer Antenne 1 empfangene Funkwellen werden von einem BPF (Bandpassfilter) 2 dermaßen bandbegrenzt, dass ein bestimmungsgemäßes Empfangssignal keine Verzerrung erfährt. Das bandunterdrückte Empfangssignal wird durch eine AGC-(„Automatic Gain Control": automatische Gewinnsteuerung) Schaltung 3 auf ein Normalpegelsignal korrigiert und die Offset- bzw. Versatzfrequenz zwischen dem Träger und einem lokalen Oszillator wird von einer AFC („Automatic Frequency Controller": automatische Frequenzsteuereinheit) 4 grob reduziert. Das BPF 2 ist zum Sicherstellen des normalen Betriebs der AGC 3 und der AFC 4 bereitgestellt.
Anschließend wird das Empfangssignal einer quasikohärenten Quadraturdetektion durch einen quasi kohärenten Quadraturdetektor 5 unter Verwendung eines lokalen Signals von einem lokalen Oszillator 6 unterzogen, der die gleiche Frequenz aufweist wie der Träger des Empfangssignals. Die Ausgabe des quasikohärenten Quadraturdetektors 5 wird über ein LPF (Tiefpassfilter) 7 und einen A/D-Wandler 8 einem Interpolationskompensator 9 zugeführt. Das LPF 7 ist zum Unterdrücken von Rauschen von externen Bändern und Interferenz von benachbarten Kanälen bereitgestellt. Der Interpolationskompensator 9 schätzt mittels eines Interpolationsverfahrens unter Verwendung der Pilotsignale für jedes Informationssymbol eine Übertragungsfunktion und kompensiert einzelne Informationssymbole unter Verwendung der geschätzten Übertragungsfunktionen. Das kompensierte bzw. abgeglichene Signal wird einer Entscheidung durch einen Entscheidungsblock 10 unterzogen. Daher ermöglicht eine Kompensation jedes Informationssymbols mit der geschätzten Übertragungsfunktion die absolute Phasendetektion. Als ein typisches Interpolationsverfahren wird im Allgemeinen eine Interpolation erster Ordnung unter Verwendung von zwei Pilotsignalen oder eine Interpolation zweiter Ordnung unter Verwendung von drei Pilotsignalen verwendet.
Enthält das empfangene Signal Rauschen, kann durch ein Erhöhen der Anzahl von Symbolen pro Pilotsignal eine genauere Schätzung der Übertragungsfunktion erreicht werden, wodurch der Schätzfehler der Übertragungsfunktionen reduziert wird. Eine Schätzung der mit jedem Informationssymbol in Zusammenhang stehenden Übertragungsfunktion kann durch Anwenden der Gaußschen Interpolation erster Ordnung oder zweiter Ordnung auf die aus den Pilotsignalen geschätzten Übertragungsfunktionen durchgeführt werden.
Bei dem vorstehend beschriebenen herkömmlichen System kann die mit jedem Informationssymbol in Zusammenhang stehenden Übertragungsfunktion durch eine einfache Interpolation erster Ordnung geschätzt werden, wenn die Schwankungen der Übertragungsfunktionen der Ausbreitungspfade viel langsamer sind als die Einfügungsperiode der Pilotsignale. Da die Schwankungen der Übertragungsfunktionen schnell anwachsen, erhöht sich jedoch der Interpolationsfehler, und daher muss die Einfügungsperiode des Pilotsignals verkürzt werden. Die Verkürzung der Einfügungsperiode erhöht jedoch die Anzahl von Symbolen der Pilotsignale, und dies wird die Übertragungseffizient reduzieren. Andererseits muss die Anzahl von Symbolen pro Pilotsignal reduziert werden, um die Einfügungsperiode zu verkürzen, während die Übertragungseffizienz konstant gehalten wird, und dies wird den Schätzfehler der Übertragungsfunktionen erhöhen.
Daher weist die herkömmliche kohärente Interpolationsdetektion einen Schwachpunkt darin auf, dass die Übertragungseffizienz reduziert werden muss, um mit den schnellen Änderungen der Übertragungsfunktionen der Ausbreitungspfade fertig zu werden.
Die GB-A-2 271 916 offenbart einen Digitalkommunikationsempfänger, bei dem die Symbole in einer Trainingssequenz in jedem empfangenen Übertragungsburst enthalten sind. Eine Vorwärtsfehlerkorrektur wird verwendet, um die Trainingssequenz zu modifizieren.
Das Dokument ITG FACHBERICHTE, DE, VDE-VERLAG, BERLIN, Nr. 107, Seite 363–368, XP-002077505, „Correlative and Iterative Channel Estimation in Adaptive Viterbi Equalizers for TDMA Mobile Radio Systems" von Alfred Baier offenbart einen Empfänger für ein digitales TDMA-Mobilfunksystem, bei dem ein korrelativer Kanalschätzer einen Abschnitt eines gespeicherten Signals bewertet, das aus einer in jedem Zeitschlitzburst enthaltenen bekannten Trainingssequenz stammt, und eine Impulsantwortschätzung für den aktuellen Burst bestimmt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Daher besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, einen kohärenten Detektor und ein kohärentes Detektionsverfahren für einen Digitalkommunikationsempfänger bereitzustellen, die Eigenschaften einer absoluten kohärenten Detektion verbessern, indem die Übertragungsfunktion des Ausbreitungspfads mit einer hohen Genauigkeit ohne eine Erhöhung der Anzahl von Symbolen pro Pilotsignal geschätzt wird.
Bei einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein kohärenter Detektor für einen Digitalkommunikationsempfänger bereitgestellt, der eine kohärente Detektion eines empfangenen Signals mit Pilotsignalen eines bekannten Musters und Informationssignalen durchführt, und zwar durch Schätzen von Übertragungsfunktionen eines Ausbreitungspfads des empfangenen Signals auf Grundlage der Pilotsignale für einzelne Informationssymbole der Informationssignale, durch Korrigieren der Informationssymbole mit geschätzten Übertragungsfunktionen und durch Entscheiden von korrigierten Informationssymbolen, wobei sich jedes der Pilotsignale mit jedem der Informationssignale mit einer festen Periode abwechselt, wobei der kohärente Detektor aufweist: einen Empfangssignalspeicher zum Speichern des empfangenen Signals; eine Pilotsignal-Erzeugungseinrichtung zum Erzeugen der Pilotsignale des bekannten Musters; eine Übertragungsfunktion-Schätzeinrichtung zum Schätzen von Übertragungsfunktionen unter Verwendung der im Empfangssignalspeicher gespeicherten Pilotsignale und der von der Pilotsignal-Erzeugungseinrichtung gelieferten Pilotsignale des bekannten Musters; eine Interpolationseinrichtung zum Interpolieren einer Vielzahl von durch die Übertragungsfunktion-Schätzeinrichtung geschätzten Übertragungsfunktionen, wodurch die Übertragungsfunktionen für die Informationssymbole erhalten werden; eine Kompensationseinrichtung zum Kompensieren von im Empfangssignalspeicher gespeicherten Informationssymbolen durch Verwendung der durch die Interpolationseinrichtung erhaltenen Übertragungsfunktionen; eine Entscheidungseinrichtung zum Entscheiden der durch die Kompensationseinrichtung kompensierten Informationssymbole; und eine Pseudopilotsignal-Speichereinrichtung zum Speichern einer vorbestimmten Anzahl an Entscheidungswerten von Informationssymbolen, die durch die Entscheidungseinrichtung entschieden wurden und an die Pilotsignale angrenzen, als Pseudopilotsignale, wobei die Übertragungsfunktion-Schätzeinrichtung angepasst ist, für einzelne Informationssymbole, die den Pseudopilotsymbolen entsprechen, die Übertragungsfunktionen des Ausbreitungspfads erneut zu schätzen, indem die Pseudopilotsignale und die Informationssymbole im Empfangssignalspeicher verwendet werden, die den Pseudopilotsignalen entsprechen, und der kohärente Detektor ist dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsfunktion-Schätzeinrichtung aufweist: eine Einrichtung zum Schätzen einer Fading-Frequenz aus den im Empfangssignalspeicher gespeicherten Pilotsignalen; und eine Einrichtung zum vorherigen Speicher von Beziehungen zwischen Vergessensfaktoren und Schätzfehlern der Übertragungsfunktionen mit der Fading-Frequenz als Parameter, und eine Einrichtung zum Auswählen eines der Vergessensfaktoren, der die Schätzfehler minimiert.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein kohärentes Detektionsverfahren für einen Digitalkommunikationsempfänger bereitgestellt, der eine kohärente Detektion eines empfangenen Signals mit Pilotsignalen eines bekannten Musters und Informationssignalen durchführt, und zwar durch Schätzen von Übertragungsfunktionen eines Ausbreitungspfads des empfangenen Signals auf Grundlage der Pilotsignale für einzelne Informationssymbole der Informationssignale, durch Korrigieren der Informationssymbole mit geschätzten Übertragungsfunktionen und durch Entscheiden von korrigierten Informationssymbolen, wobei sich jedes der Pilotsignale mit jedem der Informationssignale mit einer festen Periode abwechselt, wobei das kohärente Detektionsverfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es die Schritte aufweist: Speichern des empfangenen Signals in einem Empfangssignalsspeicher; Schätzen einer Fading-Frequenz aus den Pilotsignalen im empfangenen Signal, das im Empfangssignalspeicher gespeichert ist; Auswählen, durch Verwendung vorher gespeicherter Beziehungen zwischen Vergessensfaktoren und Schätzfehlern der Übertragungsfunktionen mit der Fading-Frequenz als Parameter, von einem der Vergessensfaktoren, der die Schätzfehler minimiert; Erzeugen der Pilotsignale des bekannten Musters; Schätzen von Übertragungsfunktionen unter Verwendung der im Empfangssignalspeicher gespeicherten Pilotsignale und der Pilotsignale des bekannten Musters und dem ausgewählten Vergessensfaktor; Interpolieren einer Vielzahl von geschätzten Übertragungsfunktionen, wodurch die Übertragungsfunktionen für die Informationssymbole erhalten werden; Kompensieren von im Empfangssignalspeicher gespeicherten Informationssymbolen durch Verwenden der im Interpolationsschritt erhaltenen Übertragungsfunktionen; Entscheiden der kompensierten Informationssymbole; Speichern einer vorbestimmten Anzahl von Entscheidungswerten von Informationssymbolen, die im Entscheidungsschritt entschieden wurden und an die Pilotsignale angrenzen, als Pseudopilotsignale, und erneutes Schätzen der Übertragungsfunktionen des Ausbreitungspfads für einzelne Informationssymbole, die den Pseudopilotsymbolen entsprechen, durch Verwendung der Pseudopilotsignale und der Informationssymbole im empfangenen Signal, die den Pseudopilotsignalen entsprechen.
KURZE BESCHREIBUNGEN DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine Darstellung eines Formats eines bei einer kohärenten Interpolationsdetektion eingesetzten Signals;
2 zeigt ein Blockschaltbild einer Konfiguration eines herkömmlichen Empfängers bis zur Detektionsstufe;
3 zeigt ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels eines kohärenten Detektors gemäß der Erfindung;
4 zeigt eine Darstellung eines Formats eines bei der kohärenten Detektion der Erfindung eingesetzten Signals;
5 zeigt eine grafische Darstellung durchschnittlicher Bitfehlerraten der Erfindung im Vergleich mit denjenigen eines herkömmlichen Beispiels;
6 zeigt ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels eines kohärenten Detektors gemäß der Erfindung; und
7 zeigt eine grafische Darstellung von Änderungen bei Schätzfehlern infolge eines Vergessenfaktors.
BESTE ART ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 1
3 zeigt ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels eines kohärenten Detektors gemäß der Erfindung. Der kohärente Detektor entspricht der Kombination des Interpolationskompensators 9 und des Entscheidungsblocks 10 des gemäß 2 gezeigten herkömmlichen Empfängers.
Das empfangene Signal, das der quasi-kohärenten Detektion durch den quasi-kohärenten Quadraturdetektor 5 gemäß 2 unterzogen wurde, wird durch das LPF 7 und den A/D-Konverter 8 weitergegeben und einer Synchronisationsschaltung 22 sowie einem Empfangssignalspeicher 23 des kohärenten Detektors gemäß 3 zugeführt. Die Synchronisationsschaltung 22 stellt Taktzeitvorgaben einzelner Symbole und Rahmenzeitvorgaben wieder her, die für ein Wiederholungsintervall der Pilotsignale kennzeichnend sind, wodurch ein Symbolsynchronisationssignal und ein Rahmensynchronisationssignal erzeugt werden. Das Symbolsynchronisationssignal und das Rahmensynchronisationssignal werden verschiedenen Blöcken des kohärenten Detektors zugeführt, wie es durch gestrichelte Linien gemäß 3 angedeutet ist.
Der Empfangssignalspeicher 23 weist eine Speicherkapazität auf, die gleich oder größer der Gesamtzahl von Symbolen in zwei Pilotsignalen und der dazwischen liegenden Informationssymbolmenge ist, und speichert vom A/D-Wandler 8 gelieferte Basisband-Digitaldaten. Der Empfangssignalspeicher 23 liest zwei aufeinander folgende Pilotsignale durch Verwendung des Rahmensynchronisationssignals aus und liefert die Pilotsignale an einen Übertragungsfunktionsschätzer 24.
Der Übertragungsfunktionsschätzer 24 schätzt die Übertragungsfunktion eines Ausbreitungspfads durch Durchführung einer Operation zwischen einem Bezugspilotsignal eines bekannten Musters, das von einem Pilotsignalsignalgenerator 25 geliefert wird, und den im Empfangsignal enthaltenen Pilotsignalen. Die Übertragungsfunktion des Ausbreitungspfads kann auf Realzeitbasis geschätzt werden, indem die Operation jedes Mal iteriert bzw. wiederholt wird, wenn das Pilotsymbol empfangen wird. Eines der Merkmale der Erfindung besteht im Schätzverfahren der Übertragungsfunktion, aber seine Einzelheiten werden nachstehend beschrieben. Die geschätzte Übertragungsfunktion wird an einen Interpolator 26 geliefert.
Der Interpolator 26 führt unter Verwendung der geschätzten, aufeinander folgenden Übertragungsfunktionen eine Interpolation erster Ordnung oder zweiter Ordnung durch und schätzt zu jeder Informationssymbolzeitvorgabe zwischen den Pilotsignalen eine Übertragungsfunktion. Daher erzeugt der Interpolator 26 eine geschätzte Übertragungsfunktion pro Informationssymbol und liefert sie an einen Kompensator 28.
Der Kompensator 28 kompensiert einzelne Informationssymbole unter Verwendung der geschätzten Übertragungsfunktionen. Die kompensierten bzw. abgeglichenen Informationssymbole werden an einen Entscheidungsblock 29 geliefert. Der Entscheidungsblock 29 führt eine absolute kohärente Detektion einzelner Informationssymbole durch und erzeugt ihre Ergebnisse. Ein Teil der Entscheidungsergebnisse werden in einem Entscheidungswertspeicher 27 gespeichert. Wird zum Beispiel eine Symbolmenge D₁, wie sie gemäß 4 gezeigt ist, als die Entscheidungsergebnisse erhalten, speichert der Entscheidungswertspeicher 27 eine Informationssymbolmenge A₁, die aus einer Anzahl von L_q an ein Pilotsignal P₁ angrenzenden Symbolen besteht, und eine Informationssymbolmenge B₁, die aus einer Anzahl von L_q an ein Pilotsignal P₂ angrenzenden Symbolen besteht. Bei anderen Informationssymbolmengen D_k speichert der Entscheidungswertspeicher 27 eine Informationssymbolmenge A_k, die aus einer Anzahl von L_q an ein Pilotsignal P_k angrenzenden Symbolen besteht, und eine Informationssymbolmenge B_k, die aus einer Anzahl von L_q an ein Pilotsignal P_k+1 angrenzenden Symbolen besteht. Diese Informationssymbolmengen A_k und B_k, die jeweils aus einer vorbestimmten Anzahl von Symbolen bestehen, werden zum Schätzen (erneuten Schätzen) der Übertragungsfunktionen verwendet.
Genauer gesagt schätzt der Übertragungsfunktionsschätzer 24 die Übertragungsfunktionen, die mit den Informationssymbolmengen A_k und B_k in Zusammenhang stehen, unter der Annahme der (jeweils L_q Symbole umfassenden) Informationssymbolmengen A_k und B_k, die vom Entscheidungswertspeicher 27 geliefert werden, als neue Pilotsignale mit einem bekannten Muster (die nachstehend als Pseudopilotsignale bezeichnet werden). Mit anderen Worten schätzt der Übertragungsfunktionsschätzer 24 mit einzelnen Symbolen in den Informationssymbolmengen A_k und B_k in Zusammenhang stehende Übertragungsfunktionen unter Berücksichtigung der vom Entscheidungswertspeicher 27 gelieferten Pseudopilotsignale als wahre Pilotsignale. Die Schätzung der Übertragungsfunktionen wird beim folgenden Vorgang auf eine ähnliche Art und Weise zu derjenigen der wahren Pilotsignale P_k durchgeführt. Als Erstes werden, unter der Annahme, dass einzelne Symbole des Pseudopilotsignals mit u(n) (n = 1, 2, ..., L_q) bezeichnet werden, einzelne Symbole des Empfangssignals durch r(n) dargestellt, und geschätzte Werte der mit den einzelnen Symbolen in Zusammenhang stehenden Übertragungsfunktionen werden mit Z'(n) bezeichnet, wobei Z'(n) durch Auflösen der folgenden Gleichung erhalten wird. Φ(n)Z'(n) = Θ(n), (1)wobei Φ (n) eine Autokorrelation jedes Pseudopilotsymbols ist, die das Pseudopilotsignal bilden, und Θ(n) eine Kreuzkorrelation zwischen einem Pseudopilotsymbol u(n) und einem Empfangssignalsymbol r(n) ist. Diese sind durch die folgenden Ausdrücke gegeben. Φ(n) = λΦ(n – 1) + u(n)u*(n) (2) Θ(n) = λΦ(n – 1)Z'(n – 1) + u(n)r*(n), (3) wobei λ ein Vergessensfaktor ist, der einzelne Symbole mit exponentiell veränderlichen Gewichtungsfaktoren versieht. Der Vergessensfaktor ist ein Koeffizient, der eine Nachführ- bzw. Verfolgungsfähigkeit verbessert, indem die Auswirkung der Vergangenheit reduziert wird. Gewichtungsfaktoren werden zum Beispiel, wenn sie in die Vergangenheit zurückgehen, auf eine solche Art und Weise allmählich verringert, dass das erste vorangehende Symbol mit λ (≤ 1,0) multipliziert wird und das zweite vorangehende Symbol mit 2λ multipliziert wird. Mit Gleichungen (1) bis (3) sind die geschätzten Werte Z'(n) der Übertragungsfunktionen durch die folgende Gleichung gegeben. Z'(n) = {λΦ(n – 1)Z'(n – 1) + u(n)r*(n)} /{λΦ(n – 1) + u(n)r*(n)} (4)
Durch Berechnen von Gleichung (4) der Reihe nach für einzelne Symbole der Informationssymbolmengen A_k und B_k können die geschätzten Übertragungsfunktionen, die mit jeweiligen Symbolen in Zusammenhang stehen, erhalten werden. Obwohl ein Verfahren zum Schätzen der Übertragungsfunktionen, die mit den Pseudopilotsymbolen in Zusammenhang stehen, hierin erläutert wird, werden die mit den Pilotsignalen in Zusammenhang stehenden Übertragungsfunktionen auf eine ähnliche Art und Weise geschätzt. Das Schätzverfahren selbst ist bekannt und ist offenbart in Simon Haykin, „Adaptive Filter Theory", Prentice Hall, Seiten 381–385 oder dem vorhergehenden Dokument von Sampei, et al.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine vorbestimmte Anzahl von an die Pilotsignale angrenzenden Informationssymbolen als Pseudopilotsignale verwendet werden und die Übertragungsfunktion für jedes dieser Informationssymbole geschätzt wird.
Die geschätzten Übertragungsfunktionen werden an den Interpolator 26 geliefert. Der Interpolator 26 erhält mit einzelnen Symbolen in der Informationssymbolmenge D₁ in Zusammenhang stehende Übertragungsfunktionen unter Verwendung einer Gaußschen Interpolation durch die folgende Gleichung. Z'k+m/Ld = {1 – (m/Ld)}Z'k + (m/Ld)Z'k+1, (5)wobei Z'_k und Z'_k+1 geschätzte Werte der Übertragungsfunktionen sind, die aus den k-ten und k + 1-ten Pilotsignalen und Pseudopilotsignalen erhalten werden, und Z'_k+m/Ld ein geschätzter Wert der Übertragungsfunktion ist, die mit dem m-ten Informationssymbol in den L_d Informationssymbolen zwischen den Pilotsignalen in Zusammenhang steht.
Da die Erfindung so die Änderungen der Übertragungsfunktionen kompensiert, kann sie die absolute Phasendetektion erreichen.
Außerdem können Blöcke gemäß 3 durch eine digitale Schaltung oder einen Mikroprozessor wie etwa einen digitalen Signalprozessor implementiert werden, da die Erfindung das Signal nach der quasi-kohärenten Detektion als ein digitales Signal verarbeitet. Außerdem können Signalverzögerungen durch die Verarbeitung durch eine schnelle Durchführung der Schätzung und Interpolation der Übertragungsfunktionen sowie der Kompensation und Entscheidung der Symbole minimiert werden.
5 zeigt eine grafische Darstellung von durchschnittlichen Bitfehlerraten, wenn der kohärente Detektor gemäß der Erfindung eingesetzt wird, im Vergleich zu denjenigen, wenn eine herkömmliche Vorrichtung verwendet wird. Die Abszisse stellt die Anzahl von Symbolen pro Pilotsignal dar und die Ordinate gibt die durchschnittlichen Bitfehlerraten an. In diesem Fall wird angenommen, dass Eb/No (Energie pro Bit zu spektraler Rauschdichte) 6 dB beträgt, und dass keine Schwankungen bzw. Fluktuationen im Ausbreitungspfad vorhanden sind. Dementsprechend hat die Einfügungsperiode der Pilotsignale keine Auswirkung auf die Bitfehlerrate.
Gemäß 5 gibt die gestrichelte Linie eine theoretische Grenze an, freie Quadrate stellen Ergebnisse einer herkömmlichen kohärenten Interpolationsdetektion unter ausschließlicher Verwendung der Pilotsignale dar und ausgefüllte Quadrate stellen Ergebnisse der kohärenten Interpolationsdetektion gemäß der Erfindung unter Verwendung eines Teils der Informationssymbole als die Pseudopilotsignale dar. Die Anzahl der Informationssymbole, die als das Pseudopilotsignal verwendet werden, beträgt L_q = 10.
Wie aus dem Graph zu sehen ist, ermöglicht eine Verwendung der Pseudopilotsignale, die Anzahl von Symbolen pro Pilotsignal auf weniger als die Hälfte derer der herkömmlichen Vorrichtung zu reduzieren. Wird die Übertragungseffizienz konstant gehalten, können die Pilotsignale zu jedem 1/2 Intervall eingefügt werden, wenn die Anzahl von Symbolen pro Pilotsignal 1/2 ist. Folglich kann der kohärente Detektor der Änderung selbst dann folgen, falls sich die Übertragungsfunktion des Ausbreitungspfads sich mit einer doppelten Rate ändert. Daher ist die Erfindung besonders wirkungsvoll, mit schnellen Änderungen bei den Übertragungsfunktionen der Ausbreitungspfade fertig zu werden, indem die Pilotsignale mit einer geringen Anzahl von Symbolen mit einer kurzen Periode eingefügt werden.
AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 2
6 zeigt ein Blockschaltbild, das einen Hauptteil eines zweiten Ausführungsbeispiels eines kohärenten Detektors gemäß der Erfindung zeigt. Dieses Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass es den Vergessensfaktor λ der vorangehenden Gleichungen (2) und (3) als Antwort auf die Fading-Frequenz automatisch verändert.
7 zeigt eine grafische Darstellung eines Vergessensfaktors gegenüber einem Schätzfehler der Übertragungsfunktion mit f_DT als Parameter. Bei f_DT handelt es sich um ein Produkt der maximalen Dopplerfrequenz f_D (Hz) mit einer Symbollänge T (Sekunden) und es entspricht der mit einer Symbollänge normalisierten Fading-Frequenz. Wie aus 7 zu sehen ist, ändern sich die den Schätzfehler minimierenden Vergessensfaktoren mit veränderlichem f_DT. Die Vergessensfaktoren müssen zum Beispiel bei schneller wachsendem Fading bzw. Schwund, das heißt, wenn f_DT größer wird, kleiner eingestellt werden. Die folgenden Verfahren können zum Einstellen der Vergessensfaktoren eingesetzt werden.

(1) Ein Verfahren zur Verwendung eines festen Vergessensfaktors. Es ist ein wichtiger Aspekt, auf welchen Wert der Vergessensfaktor festgelegt werden soll, wenn ein fester Wert verwendet wird. Ein Verfahren besteht darin, ihn auf einen derartigen Wert einzustellen, der auf die maximale Dopplerfrequenz f_D reagieren kann, und ein weiteres besteht darin, ihn auf einen derartigen Wert einzustellen, der einem durchschnittlichen f_DT entspricht. Wie aus 7 zu sehen ist, ist ein Wert von ungefähr 0,85 im ersteren Fall optimal, und ein Wert von ungefähr 0,91 ist im letzteren Fall optimal.
(2) Ein Verfahren zum Wechseln der Vergessensfaktoren gemäß der Fading-Frequenz.

Das zweite Ausführungsbeispiel übernimmt dieses Verfahren, welches nun unter Bezugnahme auf 6 beschrieben wird.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel durch die Anordnung des Übertragungsfunktionsschätzers 24: Der Übertragungsfunktionsschätzer des zweiten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich wie folgt von demjenigen des gemäß 3 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels.

(1) Ein Block mit einer Funktion, die ähnlich zu derjenigen des Übertragungsfunktionsschätzers 24 gemäß 3 ist, ist gemäß 6 als ein Übertragungsfunktionsrechner 24a bezeichnet.
(2) Ein Fadingfrequenzschätzer 24b ist bereitgestellt. Der Fadingfrequenzschätzer 24b schätzt die Phasendifferenz zwischen den Pilotsignalen an beiden Enden eines Informationssignals und schätzt die Fading-Frequenz aus der geschätzten Phasendifferenz.
(3) Ein Vergessensfaktor-gegen-Schätzfehler-Speicher 24c ist zum Speichern von Daten bereitgestellt, die denjenigen im Graphen des Vergessensfaktors gegenüber dem Schätzfehler entsprechen, wie er gemäß 7 veranschaulicht ist.

Dem Speicher 24c wird eine vom Fadingfrequenzschätzer 24b geschätzte Fading-Frequenz zugeführt, so dass die Vergessensfaktoren erhalten werden, die die Schätzfehler minimieren werden. Der Übertragungsfunktionsrechner 24a schätzt die Übertragungsfunktionen durch Substituieren bzw. Ersetzen der Vergessensfaktoren in Gleichungen (2) bis (4).
Das zweite Ausführungsbeispiel macht es möglich, die optimalen Übertragungsfunktionen als Antwort auf die Bewegungsgeschwindigkeit einer Mobilstation zu schätzen.

Claims

Kohärenter Detektor für einen Digitalkommunikationsempfänger, der eine kohärente Detektion eines empfangenen Signals mit Pilotsignalen eines bekannten Musters und Informationssignalen durchführt, und zwar durch Schätzen von Übertragungsfunktionen eines Ausbreitungspfads des empfangenen Signals auf Grundlage der Pilotsignale für einzelne Informationssymbole der Informationssignale, durch Korrigieren der Informationssymbole mit geschätzten Übertragungsfunktionen und durch Entscheiden von korrigierten Informationssymbolen, wobei sich jedes der Pilotsignale mit jedem der Informationssignale mit einer festen Periode abwechselt, wobei der kohärente Detektor aufweist: einen Empfangssignalspeicher (23) zum Speichern des empfangenen Signals; eine Pilotsignal-Erzeugungseinrichtung (25) zum Erzeugen der Pilotsignale des bekannten Musters; eine Übertragungsfunktion-Schätzeinrichtung (24) zum Schätzen von Übertragungsfunktionen unter Verwendung der im Empfangssignalspeicher (23) gespeicherten Pilotsignale und der von der Pilotsignal-Erzeugungseinrichtung (25) gelieferten Pilotsignale des bekannten Musters; eine Interpolationseinrichtung (26) zum Interpolieren einer Vielzahl von durch die Übertragungsfunktion-Schätzeinrichtung (24) geschätzten Übertragungsfunktionen, wodurch die Übertragungsfunktionen für die Informationssymbole erhalten werden; eine Kompensationseinrichtung (28) zum Kompensieren von im Empfangssignalspeicher (23) gespeicherten Informationssymbolen durch Verwendung der durch die Interpolationseinrichtung (26) erhaltenen Übertragungsfunktionen; eine Entscheidungseinrichtung (29) zum Entscheiden der durch die Kompensationseinrichtung (28) kompensierten Informationssymbole; und eine Pseudopilotsignal-Speichereinrichtung (27) zum Speichern einer vorbestimmten Anzahl an Entscheidungswerten von Informationssymbolen, die durch die Entscheidungseinrichtung (29) entschieden wurden und an die Pilotsignale angrenzen, als Pseudopilotsignale, wobei die Übertragungsfunktion-Schätzeinrichtung (24) angepasst sind, für einzelne Informationssymbole, die den Pseudopilotsymbolen entsprechen, die Übertragungsfunktionen des Ausbreitungspfads erneut zu schätzen, indem die Pseudopilotsignale und die Informationssymbole im Empfangssignalspeicher (23) verwendet werden, die den Pseudopilotsignalen entsprechen, und der kohärente Detektor ist dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsfunktion-Schätzeinrichtung (24) aufweist: eine Einrichtung (24b) zum Schätzen einer Fading-Frequenz aus den im Empfangssignalspeicher (23) gespeicherten Pilotsignalen; und eine Einrichtung (24c) zum vorherigen Speichern von Beziehungen zwischen Vergessensfaktoren und Schätzfehlern der Übertragungsfunktionen mit der Fading-Frequenz als Parameter, und eine Einrichtung zum Auswählen eines der Vergessensfaktoren, der die Schätzfehler minimieren wird.
Digitalkommunikationsempfänger mit einem kohärenten Detektor gemäß Anspruch 1.
Kohärentes Detektionsverfahren für einen Digitalkommunikationsempfänger, der eine kohärente Detektion eines empfangenen Signals mit Pilotsignalen eines bekannten Musters und Informationssignalen durchführt, und zwar durch Schätzen von Übertragungsfunktionen eines Ausbreitungspfads des empfangenen Signals auf Grundlage der Pilotsignale für einzelne Informationssymbole der Informationssignale, durch Korrigieren der Informationssymbole mit geschätzten Übertragungsfunktionen und durch Entscheiden von korrigierten Informationssymbolen, wobei sich jedes der Pilotsignale mit jedem der Informationssignale mit einer festen Periode abwechselt, wobei das kohärente Detektionsverfahren die Schritte aufweist: Speichern des empfangenen Signals in einem Empfangssignalspeicher; Schätzen einer Fading-Frequenz aus den Pilotsignalen im empfangenen Signal, das im Empfangssignalspeicher gespeichert ist; Auswählen, durch Verwendung vorher gespeicherter Beziehungen zwischen Vergessensfaktoren und Schätzfehlern der Übertragungsfunktionen mit der Fading-Frequenz als Parameter, von einem der Vergessensfaktoren, der die Schätzfehler minimieren wird; Erzeugen der Pilotsignale des bekannten Musters; Schätzen von Übertragungsfunktionen unter Verwendung der im Empfangssignalspeicher gespeicherten Pilotsignale und der Pilotsignale des bekannten Musters und dem ausgewählten Vergessensfaktor; Interpolieren einer Vielzahl von geschätzten Übertragungsfunktionen, wodurch die Übertragungsfunktionen für die Informationssymbole erhalten werden; Kompensieren von im Empfangssignalspeicher gespeicherten Informationssymbolen durch Verwendung der im Interpolationsschritt erhaltenen Übertragungsfunktionen; Entscheiden der kompensierten Informationssymbole; Speichern einer vorbestimmten Anzahl an Entscheidungswerten von Informationssymbolen, die im Entscheidungsschritt entschieden wurden und an die Pilotsignale angrenzen, als Pseudopilotsignale, und erneutes Schätzen der Übertragungsfunktionen des Ausbreitungspfads für einzelne Informationssymbole, die den Pseudopilotsymbolen entsprechen, durch Verwendung der Pseudopilotsignale und der Informationssymbole im empfangenen Signal, die den Pseudopilotsignalen entsprechen.