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Dokumentenidentifikation DE602004006530T2 10.01.2008
EP-Veröffentlichungsnummer 0001685653
Titel SIGNALREGENERATION
Anmelder BAE Systems PLC, London, GB
Erfinder RICHARDSON, Michael Richard, Romsey Hampshire SO51 5UX, GB
Vertreter Murgitroyd & Company, 80687 München
DE-Aktenzeichen 602004006530
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IS, IT, LI, LU, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 19.11.2004
EP-Aktenzeichen 047986211
WO-Anmeldetag 19.11.2004
PCT-Aktenzeichen PCT/GB2004/004910
WO-Veröffentlichungsnummer 2005053174
WO-Veröffentlichungsdatum 09.06.2005
EP-Offenlegungsdatum 02.08.2006
EP date of grant 16.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.01.2008
IPC-Hauptklasse H04B 1/40(2006.01)A, F, I, 20060704, B, H, EP
IPC-Nebenklasse H04B 7/155(2006.01)A, L, I, 20060704, B, H, EP   H04L 27/18(2006.01)A, L, I, 20060704, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Signalregenerierung. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Regenerierung eines übertragenen Signals, insbesondere, aber nicht ausschließlich, auf die Art von Signal, das durch Zellularbasisstationen übertragen wird, wobei die Signale in Mobil- oder Zellulartelefonnetzsystemen verwendet werden.

Mobiltelefonsysteme beinhalten in der Regel ein Netz von Basisstationen. Die Signale werden an/von Mobilteile(n) eines Anwenders (Teilnehmers) übertragen, um Telefondienste und andere Dienste bereitzustellen.

Die Betriebsreichweite von Basisstationen bei den zuvor erwähnten Mobil- oder Zellulartelefonnetzsystemen liegt typischerweise bei 10 bis 20 Kilometer (km).

Typischerweise liegen derartige Signale, die durch Basisstationen übermittelt werden, in der Größenordnung von ein paar Dutzend oder sogar Hunderten von Watt. Die Frequenz der Signale liegt in der Regel im niedrigen Mikrowellenbereich des elektromagnetischen Spektrums, typischerweise um den Bereich von 1 GHz bis 2 GHz. Dieser Bereich von Frequenzen ist in GSM-Mobiltelefonnetzen zu finden. Es versteht sich jedoch, dass die Betriebsreichweite von Frequenzen in anderen Signalübertragungs-/Rundfunksystemen unterschiedlich sein kann.

Andere Systeme, auf die diese Technik angewendet werden kann, umfassen: zum Beispiel digitale Hörrundfunksysteme (DAG-Systeme), Codemultiplex-Vielfachzugriff (CDMA), Kommunikationssysteme der Quadraturphasenumtastung (QPSK), HIPERLAN-Netze (High Performance Radio Local Area Networks); und UMTS-Telefonnetze (Universal Mobile Telecommunication Systems).

Es ist wichtig, dass die Struktur von übertragenen Signalen innerhalb der zuvor erwähnten und anderen Systemen derart ist, dass die Signalstruktur bekannte, zuvor definierte Kenndaten aufweist und Synchronisationssequenzen oder -bursts, Trainingssequenzen etc. aufweist.

Derartige Sequenzen werden oftmals von pseudozufälligen Codes erzeugt, die gute Autokorrelationsfunktionen aufweisen. Korrelationstechniken sind folglich bei GSM und ähnlichen Kommunikationssystemen weit verbreitet, um die Signalsynchronisation, -identifizierung und andere Signalverarbeitungsaufgaben durchzuführen.

Um eine genaue Nachbildung eines übertragenen Signals in einem Empfänger zu regenerieren, ist es nötig, jegliche Fehler, die vorhanden sind, zu entfernen und/oder jegliche Verschlechterung, die während der Übertragung auftritt, zu kompensieren. Fehler und Signalverschlechterung treten während der Übertragung jedes Signals auf und können als eine Folge auf Folgendes entstehen:

Abschwächung und Schwund des Signals;

Mehrwegereflexion/Mehrwegedispersion; Hintergrundrauschen; Störung durch andere Signale; oder eine Kombination aus diesen und anderen Effekten. Alle Effekte reduzieren in variierendem Maße die Effizienz und die Leistung von Systemen, die übertragene Signale verwenden.

Ein gängiges Motiv vieler Systeme, die Signale benutzen, um zum Beispiel einen Mobiltelefonanwender zu lokalisieren, ist, dass eine genaue Anzeige oder Nachbildung des übertragenen Signals benötigt wird.

Es gibt gewisse Techniken, die helfen können, ein empfangenes Signal zu korrigieren oder zu modifizieren, so dass gewisse Arten von Fehlern korrigiert oder kompensiert werden könnten. In der Vergangenheit wiesen derartige regenerierte Signale jedoch oftmals Restfehler auf.

Das Dokument EP-A-1 501 215 (& WO 03/088524) beschreibt den Aufbau von Zwischenverstärkern zur Verwendung innerhalb des GSM-Systems, wo spektraler Austausch zwischen den GSM-Frequenzbändern von 900 MHz und 1800 MHz angewendet wird. Das Band von 900 MHz wird verwendet, um mit dem GSM-Netz zu kommunizieren, wohingegen das Band von 1800 MHz verwendet wird, um zwischen den Zwischenverstärkern zu kommunizieren. Auf diese Art und Weise wird verhindert, dass Endgeräte störend in die Kommunikation, die zwischen den Zwischenverstärkern stattfindet, eingreifen. Zwischen der Frequenz, die in dem Band von 900 MHz verwendet wird, und der in dem Band von 1800 MHz, besteht eine direkte Phasenbeziehung.

WO-A-01/28272 beschreibt ein System zum Bestimmen der Position einer Basisstation innerhalb eines Zellularübertragungsnetzes. Die Feldstärken von angrenzenden Basisstationen werden gemessen und Informationen, die sich auf diese beziehen, werden verwendet, um auf einem mobilen Sender innerhalb der Zelle des Netzes einen Navigationsfestpunkt bereitzustellen. Die Position basiert auf dem Erkennen von Signalstärken und auf dem Durchführen einer besten Übereinstimmung mit Daten bei dem Überlappen auf eine geographische Karte. Es wird kein Versuch unternommen, ein Signal zu rekonstruieren oder zu regenerieren.

Es ist im Allgemeinen ein Ziel, alle Formen der Signalverschlechterung und des Rauschens zu reduzieren. GB-A-2 291 300 beschreibt ein Verfahren zum Bestimmen, ob ein Fahrzeug auf einem vorher bestimmten Weg fährt, indem über einen Zeitraum die Signalstärke von einer Basisstation eines Mobilfunksystems verglichen wird, wobei das Signal normalisiert wird und dies mit einer gespeicherten Signalstärke im Vergleich zu den Distanzinformationen verglichen wird. Als Teil des Bestimmungsprozesses ist erneut eine Anzeige des übertragenen Signals wünschenswert. Es wird jedoch kein Versuch unternommen, ein derartiges Signal zu erlangen.

Eine andere Technik zur Verbesserung der Qualität des Signals oder zur Reduzierung des Rauschens ist, eine Antenne nach einer Signalquelle auszurichten und eine Phasensynchronisation der Antenne auf die Frequenz des Signals durchzuführen. Dies ist jedoch nicht immer realisierbar, insbesondere dort, wo die Blickrichtung beschränkt ist und/oder wo Signalreflexion auftritt.

GB-A-2 311 697 offenbart eine Technik zum Schätzen der Position eines Mobilfunkendgeräts in einem drahtlosen Kommunikationssystem unter Verwendung von Signalstärken von einer Vielzahl von Basisstationen. Diese Signalstärken werden mit Messungen, die zuvor an einer Vielzahl von bekannten Positionen erhalten wurden, in Beziehung gesetzt. Die resultierenden Daten werden verwendet, um die empfangenen Signale zu korrigieren, um eine Anzeige der Position eines Mobilfunkendgeräts bereitzustellen.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein Gerät zum Empfangen eines Signals bereitzustellen und für Vergleichszwecke oder anderes von dem empfangenen Signal ein regeneriertes Signal wiederzuerlangen.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Regenerieren eines entfernt übertragenen Signals, das einen Symbolstrom beinhaltet, der gemäß einem vorher bestimmten Standard auf einen Träger moduliert wird, bereitgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

  • a) Empfangen des entfernt übertragenen Signals, das bekannte Kenndaten aufweist;
  • b) Bestimmen des Frame-Timing des empfangenen Signals;
  • c) Erkennen der Stellen von Sequenzen innerhalb des Signals aus dem Frame-Timing;
  • d) Erkennen der Struktur der Sequenzen;
  • e) Schätzen der Werte der Phasenverschiebung an den Stellen der Sequenzen;
  • f) Demodulieren des Symbolstroms unter Verwendung der geschätzten Werte der Phasenverschiebung und der Struktur der Sequenzen; und
  • g) Remodulieren des Symbolstroms unter Verwendung der Werte der Phasenverschiebung.

Vorteilhafterweise beinhaltet Schritt f) den zusätzlichen Schritt des Korrigierens des Symbolstroms vor Schritt g). Es können verschiedene Techniken verwendet werden, um die Korrektur auszuführen. Zusätzlich dazu kann der Schritt des Korrigierens des Symbolstroms die Substitution von Symbolen in dem Symbolstrom enthalten, wo der Symbolstrom a priori bekannt ist.

Schritt f) kann ferner das Vergleichen demodulierter Symbole mit bekannten Symbolen beinhalten, um eine Schätzung der Symbolfehlerrate bereitzustellen.

Es wird bevorzugt, dass Schritt a) die Umsetzung des empfangenen Signals nach unten auf eine Nennzwischenfrequenz von 0 Hz umfasst. Zusätzlich dazu umfasst Schritt a) ferner das Digitalisieren des Zwischenfrequenzsignals, um einen digitalisierten Symbolstrom in einem komplexen Signalwertebereich bereitzustellen.

Vorzugsweise umfasst Schritt e) das Schätzen der durchschnittlichen Schwebungsfrequenz des Signals, das Entfernen der geschätzten durchschnittlichen Schwebungsfrequenz von dem Signal und das Speichern der durchschnittlichen Schwebungsfrequenz in einer Datenbank. Zusätzlich dazu umfasst Schritt e) ferner das Schätzen der Restphasenverschiebung des Signals und das Speichern der geschätzten Restphasenverschiebung des Signals in der Datenbank.

Idealerweise umfassen die Sequenzen Trainingssequenzen, Synchronisationssignale, Frequenzkorrektur-Bursts oder Dummy-Bursts. Die Trainingssequenzen können acht Trainingssequenzen, die mit Daten-Bursts in Verbindung stehen, sowie eine neunte Trainingssequenz, die mit Dummy-Bursts in Verbindung steht, umfassen.

Es ist möglich, Trainingssequenzen und Korrelationshöhepunkte zur Mehrwegekompensation zu verwenden. Techniken der Kanalschätzung, die die Korrelationsverarbeitung von Datensequenzen verwenden, werden vorzugsweise verwendet, um die Mehrwegekompensation bereitzustellen.

Die Regenerierung des Signals wird in geeigneter Weise bei einer Nullschwebungsfrequenz unter Verwendung von Techniken der digitalen Signalverarbeitung durchgeführt, um bei niedrigen Implementierungskosten eine hohe Leistung und Wiedergabetreue zu erzielen. Es können jedoch andere Techniken eingesetzt werden, um das gewünschte Resultat zu erzielen.

Indem für die Regenerierung eines übertragenen Signals gesorgt wird, ist es möglich, ein Signal zu benutzen, das von einer entfernten Quelle empfangen wird, selbst wenn das empfangene Signal über seinen Ausbreitungsweg ungewollter Verfälschung ausgesetzt war. Folglich ist das regenerierte Signal, das erhalten wird, vorzugsweise im Wesentlichen mit dem übertragenen Signal, oder einem, das von einem Sender erhalten worden wäre, identisch, falls eine Verbindung von hoher Qualität (Festnetz) verwendet worden ist, um das Signal zu dem Empfänger auszubreiten.

Am besten wird die Regenerierung des empfangenen Signals durch eine selektive Kombination aus Folgendem erzielt: Rekonstruierung von Abschnitten des empfangenen Signals, durch das Korrigieren der identifizierten Abweichung von der bekannten Form; und durch andere Techniken zum Entfernen der Fehler und zum Reduzieren des Rauschens.

Ein Gerät kann ebenso zum Regenerieren eines Signals bereitgestellt werden. Ein derartiges Gerät kann Elemente beinhalten, die (i) ermöglichen, dass ein digitaler Probenstrom bei einer Nennnullschwebungsfrequenz in dem komplexen Signalwertebereich von dem empfangenen Signal produziert wird, (ii) in dem Signal der Nennnullschwebungsfrequenz eine Verschiebung der durchschnittlichen Schwebungsfrequenz bestimmen, (iii) über die Spanne des Signals der Nennnullfrequenz Restphasenverschiebungen bestimmen, nachdem die Verschiebung der durchschnittlichen Schwebungsfrequenz entfernt worden ist, (iv) einen Korrekturfaktor der durchschnittlichen Schwebungsfrequenz und Korrekturparameter der Restphasenverschiebung bereitstellen, (v) Abschnitte des empfangenen Signals mit entsprechenden bekannten Signalformen vergleichen, (vi) ungewollt verfälschte Abschnitte des empfangenen Signals korrigieren, um rekonstruierte Signalabschnitte bereitzustellen, (vii) die rekonstruierten Signalabschnitte wieder mit der durchschnittlichen Schwebungsfrequenz und den Restphasenverschiebungen kombinieren, um ein regeneriertes Signal bei der Nennnullschwebungsfrequenz bereitzustellen.

Dann können periodische Zeitinformationen extrahiert und in Zusammenhang mit Messungen der Phasenverschiebung verwendet werden, um eine Schätzung des Versatzes der relativen durchschnittlichen Schwebungsfrequenz und der „rauschartigen" Restphasenverschiebungen zwischen dem empfangenen Signal und einem festen Mischoszillator bereitzustellen. Idealerweise werden die Phaseninformationen verwendet, um die Korrekturparameter der durchschnittlichen Schwebungsfrequenz- und der Restphasenverschiebung bereitzustellen.

Sobald jegliche durchschnittliche Schwebungsfrequenz und rauschartige Restphasenverschiebungen korrigiert worden sind, kann die Demodulation des Signalbitstroms durchgeführt werden, um einen Strom an demodulierten Symbolen bereitzustellen, bei dem verschiedene Techniken angewendet werden können, um Symbolfehler zu korrigieren. Einige bevorzugte Techniken werden nachstehend beschrieben.

Typischerweise liegt das empfangene Signal bei GSM-Systemen in dem Bereich von 900 MHz bis 1800 MHz und wird vor der Nyquist-Filterung und dem Digitalisieren auf eine Zwischenfrequenz gemischt, um Symbolströme bei Nennnullschwebungsfrequenz in dem komplexen Signalwertebereich zu produzieren. Es können andere Ausführungsformen eingesetzt werden, um äquivalente Resultate zu erzielen.

Unter Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung, das oben im Allgemeinen beschrieben wurde, wird ein Signal erhalten, das typischerweise die bestmögliche Nachbildung des übertragenen Signals bei Nennnullschwebungsfrequenz ist, die ohne die Verwendung einer drahtgebundenen Verbindung von der ursprünglichen Quelle des übertragenen Signals erzielt werden kann. Folglich wird ein regeneriertes Signal der Nennnullschwebungsfrequenz erhalten, das gespeichert werden kann und das zum Beispiel in der Folge für Vergleiche herangezogen werden kann.

Bei der einfachsten Ausführungsform der Demodulation der Schwebungsfrequenz und der phasenkorrigierten Version des Signals der Nennnullschwebungsfrequenz sind die demodulierten Daten (Symbole), die von den empfangenen Signalen erlangt werden, strikt begrenzt. Dies hat den Effekt des Entfernens des Großteils der Störung, die vorhanden sein kann, vorausgesetzt, dass das gewollte Signal bedeutend größer als die Störung ist, was in der Regel für die Anwendungen von Belang der Fall ist. Es können auch andere, technisch ausgefeiltere Demodulationstechniken angewendet werden.

Die passende Modulation wird dann auf die demodulierten Symbole angewendet und die zuvor gemessenen Korrekturparameter der durchschnittlichen Schwebungsfrequenz- und der Restphasenverschiebung werden angewendet, um ein regeneriertes Signal bei der Nennnullschwebungsfrequenz zu kreieren, das nicht durch Mehrwegereflexionen, Störung oder durch andere Effekte auf Grund der „drahtlosen" Ausbreitung ungewollt verfälscht wird.

Technisch ausgefeiltere Dekodierung, z.B. die Viterbi-Dekodierung, kann angewendet werden (zum Beispiel bei Daten-Bursts), um einige Datensequenzen wiederzuerlangen. Andere Datensymbolsequenzen werden unter Verwendung von vorherige Kenntnis der Struktur des Signals rekonstruiert (zum Beispiel Synchronisationssequenzen und -bursts, die zuvor durch die Signalverarbeitungsfunktionen als GSM-Dummy-Bursts erkannt wurden).

Die Verwendung von A-priori-Kenntnis einer Signalstruktur kann ebenfalls verwendet werden, um von der Anzahl an Datenkorrekturen, die nötig sind, um ein Signal zu rekonstruieren, eine Schätzung der Bitfehlerrate (BER) bereitzustellen. Die Abschnitte des Signals, die unter Verwendung von A-priori-Kenntnis rekonstruiert werden können, umfassen zum Beispiel für GSM eine Trainingssequenz, ein Synchronisationssignal (Sync-Signal), ein so genanntes Dummy-Signal oder Frequenzkorrektur-Bursts (FCBs). Ein derartiges A-priori-Kenntnis kann aus Datenbanken oder aus Verweistabellen von Kenndaten des Signals erhalten werden, die als Standards veröffentlicht werden.

Andere Signalverschlechterungen können ebenfalls der Korrektur oder der Kompensation bedürfen, wenn das übertragene Signal regeneriert wird. Eine derartige Signalverschlechterung wird als Mehrwegedispersion bezeichnet. Mehrwegedispersion tritt als ein Resultat von Reflexionen von Gebäuden, Bäumen, sich bewegenden Objekten und anderen geographischen Merkmalen auf. Eine Trainingssequenz kann zum Beispiel in der Mitte von jedem Daten-Burst auftreten, um ein Mittel zum Schätzen der Kenndaten der Mehrwegedispersion bereitzustellen. Sobald sie berechnet ist, kann die Schätzung verwendet werden, um die Mehrwegedispersionen zu korrigieren.

Aktive Daten-Bursts können Daten enthalten, die sich auf Vermittlungs-/Routinganweisungen, Telefonbetreiberbefehle, beziehen, Daten, die sich auf die Steuerung der Basisstation und die Anwenderinformationen sowie die Nutzdaten per se beziehen.

Herkömmliche GSM-Empfänger dekodieren Informationen von einem Trägersignal, um festzustellen, welche Bursts Daten enthalten, die für sie von Interesse sind, und welche der möglichen Gruppe an Trainingssequenzen derzeit verwendet wird, um diese Bursts zu kennzeichnen. Bursts, die keine Daten enthalten, werden mit einem „Dummy"-Code gefüllt, und werden in der Folge nicht von herkömmlichen Empfängern verarbeitet. Es ist realisiert worden, dass es, wenn alle Daten-Bursts, einschließlich der Dummy-Signale, benutzt werden, möglich ist, ein Referenzsignal von hoher Qualität zu regenerieren, das eine sehr gute Nachbildung dessen ist, was übertragen wurde, da die breite Mehrheit des empfangenen Signals verarbeitet werden kann, um die durchschnittliche Schwebungsfrequenz und die Restphasenverschiebungen auf einer Burst-by-Burst-Basis zu schätzen. Bei gelegentlichen Bursts, wo dies nicht möglich oder geeignet ist (zum Beispiel den Frequenzkorrektur-Bursts), wird in geeigneter Weise einfache Interpolation angewendet.

Die Informationen, die von den Trainingssequenzen erlangt werden, ermöglichen, dass die Struktur eines empfangenen Signals abgeleitet wird; und dass relevante Korrekturfaktoren erzeugt werden. Es wird ein Verglich mit bekannten Signalstrukturen vorgenommen und die Substitution von ungewollt verfälschten Daten erwirkt, indem korrekte Daten verwendet werden, die zum Beispiel aus Verweistabellen erlangt werden.

Bei einem typischen GSM-System gibt es acht unterschiedliche Trainingssignalsequenzen, die in Lebenddaten-Bursts verwendet werden können, um Signale von verschiedenen Basisstationen zu unterscheiden und um Störung auf Grund der Wiederverwendung der Frequenz zu minimieren.

Die Menge an GSM-Datenverkehr variiert, insbesondere von Perioden geringer Verwendung zu Höhepunktperioden. Während Perioden geringer Verwendung sind die Basisstationen relativ inaktiv und übertragen so genannte Dummy-Bursts an Daten. Diese Signale werden bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet, um Phasen- und Frequenzinformationen auf dieselbe Art und Weise wie aktive Daten-Bursts zu erhalten, indem das Zentrum des Dummy-Bursts in wirksamer Weise als eine zusätzliche Trainingssequenz verwendet wird. Folglich können Dummy-Bursts, die keine Daten enthalten, als eine neunte Trainingssequenz enthaltend betrachtet werden.

Vorzugsweise kann das Gerät angepasst werden, um einen zentralen Abschnitt eines Dummy-Bursts als einen Messwert der Korrelations- und der Phasenrauschmessung zu verwenden.

Auf diese Weise ermöglicht die Verwendung der Informationen, dass die Phase und die Frequenz eines eingehenden Signals relativ zu dem Empfängeroszillator erhalten werden, wenn der Betrieb in dem komplexen Signalwertebereich bei der Nennnullschwebungsfrequenz des Empfängers stattfindet. Dann kann die gemessene Phasenvariation zwischen den Oszillatoren, die die Signale übertragen und empfangen, erhalten werden. Diese Informationen können analysiert werden und können verwendet werden, um die Phasenvariation in geeigneter Weise als eine durchschnittliche Schwebungsfrequenz und eine „rauschartige" Restphasenverschiebung über die Signalspanne von Belang auszudrücken. Sowohl die durchschnittliche Schwebungsfrequenz als auch die Restphasenverschiebungen werden von dem Ausgang der Burst-Identifizierung und des Korrelationsprozesses erlangt.

Idealerweise wird für empfangene GSM-Bursts ein Korrelationstest durchgeführt, wobei alle Trainingssequenzen verwendet werden, einschließlich des passenden Abschnitts des Dummy-Bursts. In der Regel wird dann das Signal ausgewählt, das den größten Betrag ergibt. Dies ermöglicht, dass die Art des Bursts eindeutig erkannt wird (zum Beispiel Dummy- oder Daten-Burst und die passende Trainingssequenz, die für den letzteren verwendet wird). Dann kann die Phase des Daten-Bursts relativ zu dem Empfängeroszillator von „gleichphasigen" Ausgängen (I) und „Phasenquadraturausgängen" (Q-Ausgängen) des komplexen Signalwertebereichkorrelators erlangt werden.

Anfangs werden zugeordnete Synchronisationssequenzen („Sync-Sequenzen") verwendet, um Frame-Timing-Daten festzustellen. Dann können Frame-Timing- und andere nötige Signalstrukturinformationen festgestellt werden.

Idealerweise umfassen periodische Tim ing-Informationen Frame-Timing-Informationen. Bei GSM-Systemen wird vorteilhafterweise anfängliches Frame- und Burst-Timing durch eine Korrelationssuche nach einem Muster des Hauptsynchronisations-Bursts erhalten. Phasen- und Frequenzversatzinformationen werden dann durch Korrelation, vorzugsweise zum Beispiel unter Verwendung einer zentralen Auswahl eines ausgewählten GSM-Signals oder eines Daten-Bursts, mit gespeicherten Versionen von erlaubten Modulationsmustern für diese Signale oder Daten-Bursts erhalten. Es kann ein Vergleich mit gespeicherten Werten, die in einer Datenbank oder einer Verweistabelle gehalten werden, vorgenommen werden.

Vorzugsweise wird das Frame-Timing von Signalen durch die Verwendung eines Korrelators erhalten. Der Korrelator erkennt GSM-Synchronisationssequenzen von einem empfangenen Signal. Typischerweise ist die Haupt-GSM-Synchronisations- oder „Sync-" Sequenz 64 Symbole lang.

Idealerweise wird ein zugeordneter Digitalsignalverarbeitungscomputerchip (DSP-Computerchip), eine frei programmierbare logische Anordnung (FPLA), oder eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) verwendet, um die zuvor erwähnten Aufgaben durchzuführen. Ein Vorteil von digitalen Techniken ist, dass im Vergleich zu analogen Verfahren eine höhere Widergabetreuesignalverarbeitung erzielt werden kann.

Um die Signalrekonstruktion weiter zu steigern, wird bei den empfangenen Signalen eine Messung der Phasenverschiebung vorgenommen. Dies wird verwendet, um den Prozess der Signalrekonstruktion zu verbessern, indem jeglicher Frequenzversatz und jegliche Phasenverschiebung, die aufgetreten sein können, zu berücksichtigen. Dann kann für jeglichen Frequenzfehler und jegliche Phasenverschiebung ein Kompensationsfaktor berechnet werden. Der Kompensationsfaktor wird verwendet, um die folgenden Fehler zu kompensieren, die in geeigneter Weise wie folgt definiert werden:

  • (i) eine durchschnittliche Schwebungsfrequenz (die die durchschnittliche Frequenzdifferenz zwischen den übertragenen und den empfangenen Oszillatoren über eine vorher bestimmte Periode, gemessen mit Bezug auf die Nennnullschwebungsfrequenz des Empfängers, ist); und
  • (ii) jegliche „rauschartigen" Restphasenverschiebungen (die auf relative kurzzeitige Schwankungen der Signalfrequenz über eine vorher bestimmte Periode zurückzuführen sind) zwischen den übertragenen und den empfangenen Oszillatoren.

Fehler werden entfernt, wenn die Signale erzeugt werden und wenn der Bedarf entsteht, so dass in der Folge ein vollständiges Signal rekonstruiert werden kann. Zu diesem Zweck kann ein löschbarer dynamischer Speicher oder Cache-Speicher verwendet werden.

Dann kann die Regenerierung des Referenzsignals idealerweise in dem digitalen Wertebereich, zum Beispiel unter der Steuerung eines Mikroprozessors, stattfinden. Die Signalregenerierung beruht auf der Tatsache, dass einige Abschnitte des Signals direkt gemessen, rekonstruiert und geschätzt worden sind. Das Regenerierungsgerät beinhaltet somit in wirksamer Weise Folgendes: einen Signalprozessor und einen in Verbindung stehenden Speicher, die unter der Anweisung einer Software betrieben werden, die programmiert ist, um zugewiesene oder spezifische Funktionen durchzuführen, wobei jede von ihnen unten detaillierter beschrieben ist.

Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung, wird nun lediglich beispielhaft auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen:

1 eine schematische Darstellung eines Zellularkommunikationssystems ist;

2 ein Blockdiagramm ist, das ein System der Signalregenerierung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;

3 eine Tabelle mit Ergebnissen von einem Versuch unter Verwendung des Systems aus 2 ist; und

4 eine graphische Darstellung der Messung der Restphasenverschiebung gegen die Anzahl an Bursts innerhalb eines Signals ist.

Unter anfänglicher Bezugnahme auf 1 ist in schematischer Form ein Netz 10 mit den Basisstationen 12A bis 12J in einem Zellularkommunikationssystem gezeigt. Ein Empfänger, wie etwa ein Mobilteil 14, empfängt Signale von den verschiedenen Basisstationen 12E, 12F, 12G, 121 und 12J. Im Allgemeinen sind die empfangenen Signale mit Rauschen überlagert; können Fehler umfassen und werden oftmals von nicht gewollten (unerwünschten) Signalen begleitet. Das empfangene Signal kann in eine Nullschwebung oder in ein Zwischenfrequenzsignal (ZF-Signal) umgesetzt, gefiltert, digitalisiert und verarbeitet werden in Form von gleichphasigen (I) und Quadraturprobenströmen (Q-Probenströme). Andere Techniken können verwendet werden.

Gegebenenfalls kann Störung reduziert werden, indem die Antenne des Mobilteils 14 auf eine gewünschte Basisstation fokussiert wird, um jegliche Gewinnkenndaten zu benutzen. Obwohl dies dazu dient, Störungs- und Mehrwegeschwundeffekte zu reduzieren, werden weitere Störungs- und Mehrwegereduzierungstechniken benötigt, um die endgültige Qualität des empfangenen Signals zu verbessern.

Das Signal 20 (1) wird von der Basisstation 12J durch das Mobilteil oder einen anderen angemessenen Empfänger 14 empfangen und ist von der Art, die in einem GSM-Zellularkommunikationssystem vorzufinden ist. Das empfangene Signal 20, das auf diese Art und Weise erhalten wird, wird im Allgemeinen durch Mehrwegedispersion und Störungseffekte, zum Beispiel von anderen Basisstationen, ungewollt verfälscht. Um eine Version von hoher Qualität des Signals, das ursprünglich übertragen wurde, zu erhalten, ist die Regenerierung des übertragenen Signals von dem empfangenen Signal nötig. Dies wird nun unten mit Bezugnahme auf 2 detaillierter beschrieben.

Das empfangene Signal wird nach unten umgesetzt und verarbeitet, um separate, digitalisierte I- und Q-Probenströme bei Nullschwebungsfrequenz bereitzustellen. Der I- und der Q-Probenstrom bilden ein komplexes Signal 100 (2), das in der Folge in einem System der Signalregenerierung gemäß der vorliegenden Erfindung verarbeitet wird.

Die durchschnittliche Schwebungsfrequenz und die „rauschartigen" Restphasenverschiebungen entstehen als eine Konsequenz einer Frequenzfehlanpassung und -abwanderung zwischen festen Oszillatoren in dem Empfänger und dem Sender und stellen einen geeigneten Ansatz dar, derartige Frequenzfehlanpassungen und -abwanderungen darzustellen, zu messen und zu verarbeiten.

Nun, unter Bezugnahme auf 2, ist ein System 200 der Signalregenerierung gezeigt, das einen Signalkorrelator 24, einen Frame- und Burst-Timing-Korrelator 28, einen Restphasenverschiebungskorrelator 30, einen Frequenzmischer 32, eine Datenbank (oder eine Verweistabelle) 34, einen Demodulator 40, einen Mischer 42, einen Bitfehlerkorrektor 46, einen GSM-Modulator 48 und einen Remodulator 50 beinhaltet. Die Komponenten des Systems 200 der Regenerierung sind wie gezeigt verbunden.

Das komplexe Signal 100 wird parallel in den Signalkorrelator 24 und den Frame- und Burst-Timing-Korrelator 28 eingegeben. Der Frame- und Burst-Timing-Korrelator 28 identifiziert, wo in dem Signal 100 GSM-Signal-Frames beginnen und enden, sowie die Positionen der Trainingssequenzen und anderen Komponenten der Signalstruktur. Diese Signal-Timing-Informationen werden an den Korrelator 24, den Restphasenverschiebungskorrelator 30 und den Demodulator 40 geliefert.

Der Signalkorrelator 24 verwendet die GSM-Trainingssequenz in jedem Burst, um die durchschnittliche Schwebungsfrequenz zu schätzen, indem über die Signalspanne von Belang die durchschnittliche Änderung der Phasenverschiebung zwischen aufeinander folgenden Bursts geschätzt wird. Die Schätzung 24A der durchschnittlichen Schwebungsfrequenz wird an die Datenbank 34 geliefert. Ein Ausgangssignal 102 wird von dem Signalkorrelator 24 auch an den Frequenzmischer 32 weitergeleitet.

Der Frequenzmischer 32 eliminiert die Schwebungsfrequenz 24A von dem Ausgangssignal 102 und stellt ein Eingangssignal 104 für den Restphasenverschiebungskorrelator 30 bereit.

Der Restphasenverschiebungskorrelator 30 schätzt die „rauschartigen" Restphasenverschiebungskenndaten, die auf dem Signal 104 vorhanden sind, und stellt eine Schätzung 30A der Restphasenverschiebung (eine Messung für jeden GSM-Burst) für die Datenbank 34 bereit. Ein Signal 106 wird auch für den Mischer 42 bereitgestellt.

Der Mischer 42 entfernt die Schätzung 30A der Restphasenverschiebung und das resultierende Signal 108 wird an den Demodulator 40 weitergeleitet, der das Signal 108 demoduliert. Die demodulierten Datensymbole 40A werden an die Datenbank 34 gesendet.

Der Demodulator 40 kann eine Anzahl an Techniken verwenden, die die Folgenden umfassen kann: harte Entscheidung, die den Effekt der Unterdrückung von Störung aufweist und/oder Techniken der Fehlerkorrektur (z.B. Viterbi-Korrektur).

Es versteht sich, dass die bestimmte Art der Demodulationstechnik und der Fehlerkorrektur, die angewendet werden, von der Implementierung und auch von dem Inhalt und der Struktur des Signals abhängen.

Die Signale 24A, 30A und 40A, die an die Datenbank 34 gesendet wurden, werden in der Folge wieder zu einem regenerierten Referenzsignal zusammengesetzt, wie unten erklärt wird.

Zuvor definierte Symbolsequenzen innerhalb des GSM-Protokolls erlauben die Fehleridentifizierung und die Korrektur von bekannten Teilabschnitten des demodulierten Symbolstroms. Derartige Sequenzen, die in der vorliegenden Erfindung benötigt werden können, werden in der Datenbank oder in der Verweistabelle 34 gespeichert. Diese Sequenzen werden verwendet, um Symbolfehlerraten zu messen und um fehlerhafte Datensymbole in dem Signal 24A zu korrigieren. Die Rekonstruktion des übertragenen Signals wird dann unter Verwendung des korrigierten Symbolstroms in Zusammenhang mit den Frequenz- und Phaseninformationen, die in 24A und 30A enthalten sind, durchgeführt.

Die Datenbank 34 liefert die Symbole an den Fehlerkorrektor 46 bzw. die Informationen, die sich auf die Schwebungsfrequenz und die Restphasenverschiebungen beziehen, an den Remodulator 50. Der Bitfehlerkorrektor 46, der GSM-Modulator 48 und der Remodulator 50 ermöglichen und steuern den Zugriff auf die Datenbank 34, so dass Bitfehler identifiziert und korrigiert werden können; der korrigierte Datensymbolstrom kann moduliert werden; und die Restphasenverschiebungen und die Schätzungen der durchschnittlichen Schwebungsfrequenz können wieder angewendet werden, um eine Version der Nullschwebungsfrequenz des GSM-Signals, wie es ursprünglich übertragen wurde, bereitzustellen.

Die erneute Anwendung der durchschnittlichen Schwebungsfrequenz und der Restphasenverschiebungen ist wichtig, um eine akkurate Annäherung an das ursprünglich übertragene Signal 20 zu erhalten, das zu einer Nullschwebungsfrequenz umgesetzt wurde, mit Bezug auf den festen Mischoszillator in dem Empfänger. Folglich wird daher eine bestmögliche Annäherung an das ursprüngliche Signal 20 erhalten.

Ein Bitkorrektor 46 greift auf die Signaldatenbank 34 zu und lädt gespeicherte Daten herunter. In gewissen bekannten Abschnitten des GSM-Signals werden ungewollt verfälschte Symbole durch definierte Symbole, die in den Verweistabellen in dem Speicher der Datenbank 34 gehalten werden, ersetzt. Ein Vergleich von bekannten Abschnitten des empfangenen Signals (zum Beispiel Sync-Sequenzen und Dummy-Bursts) in der Datenbank mit Signalen aus einem Verweis ermöglicht, dass eine Schätzung der Symbolfehlerrate in dem empfangenen Signal vollzogen werden kann. Der resultierende Bitstrom ist dann in wirksamer Weise eine beste Schätzung der Symbole, die ursprünglich übertragen wurden.

Die beste Schätzung der übertragenen Datensymbolströme wird zu dem GSM-Modulator 48 gespeist, um ein moduliertes korrigiertes Signal 48A zu kreieren, das dann an einen Remodulator 50 weitergeleitet wird. Der Remodulator 50 greift auf die Datenbank 34 zu und wendet die Restphasenverschiebung 24A und die durchschnittliche Schwebungsfrequenzschätzung 30A erneut an. Das regenerierte GSM-Referenzsignal wird dann von dem Remodulator 50 als das Signal 150 ausgegeben.

Indem die demodulierten GSM-Signale remoduliert werden und die Korrekturen der durchschnittlichen Schwebungsfrequenz und der Restphasenverschiebung erneut angewendet werden, eine regenerierte Nachbildung des Signals von dem Sender bezogen auf die Nennnullschwebungsfrequenz des Empfängers.

Es wird anerkannt, dass, falls die Struktur des Signals a priori bekannt ist, eine einfache Substitution des relevanten Elements, das korrigiert werden soll, aus der Datenbank oder der Verweistabelle 34 implementiert werden kann. Alternativ dazu wird die Korrektur während des nachfolgenden Verarbeitens erwirkt.

Demgemäß empfängt somit zusammenfassend ein Signalregenerator ein ungewollt verfälschtes Signal, verwendet eine Gruppe von bekannten Signalsequenzen (z.B. Sync- und Trainingssequenzen), um das Signal-Timing zu bestimmen und um das Signal zu korrelieren. Die durchschnittliche Schwebungsfrequenz wird geschätzt, gemischt und in einer Datenbank gespeichert. Dann werden die Restphasenverschiebungen geschätzt und in einer Datenbank gespeichert. Ein Symbolstrom wird durch angemessene Demodulationstechniken erlangt und der Symbolstrom wird in einer Datenbank gespeichert. Die gespeicherten Informationen werden aus der Datenbank extrahiert, um Symbolfehler zu messen und zu korrigieren, GSM moduliert den korrigierten Symbolstrom und remoduliert die Restphasenverschiebungen und die durchschnittliche Schwebungsfrequenz.

Folglich reduziert und idealerweise entfernt die Erfindung ungewollte Signalverfälschungen, die durch Effekte, wie etwa Mehrwegedispersion, Störung und Rauschen, entstehen.

Das Verfahren, das oben unter Bezugnahme auf 2 beschrieben wurde, wird auf jedem Kurst innerhalb des Signals, das regeneriert werden soll, durchgeführt, so dass Daten für jeden Kurst erhalten werden. 3 veranschaulicht einen Abschnitt einer Tabelle mit Daten, die von einem Versuch unter Verwendung des Systems der Signalregenerierung, das in 2 gezeigt ist, erhalten wurden (für Kurst Nummer 293 bis 348). Die Daten zeigen für jeden Kurst innerhalb des Signals die Burst-Nummer, den Burst-Versatz in der Speicherdatenbank, ein Merkerfeld, das zu internen Steuerzwecken verwendet wird, die Kennung der Trainingssequenz (8 = „Dummy"), die anfangs gemessene Burst-Phase und die Restphasenverschiebung nach der Korrektur der durchschnittlichen Schwebungsfrequenz an.

4 zeigt einen Verbundgraphen der Phasenverschiebung gegen die Burst-Zählung, der aus der Tabelle, die in 3 gezeigt ist, konstruiert ist. Jeder Punkt auf dem Graphen entspricht der Messung der Restphasenverschiebung von einem Burst.

Es versteht sich, dass Änderungen an der bevorzugten Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.


Anspruch[de]
Ein Verfahren zum Regenerieren eines entfernt übertragenen Signals, das einen Symbolstrom beinhaltet, der gemäß einem vorher bestimmten Standard auf einen Träger moduliert wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

a) Empfangen des entfernt übertragenen Signals, das bekannte Kenndaten aufweist;

wobei das Verfahren durch Folgendes gekennzeichnet ist:

b) Bestimmen des Frame-Timing des empfangenen Signals;

c) Erkennen der Stellen von Sequenzen innerhalb des Signals aus dem Frame-Timing;

d) Erkennen der Struktur der Sequenzen;

e) Schätzen der Werte der Phasenverschiebung an den Stellen der Sequenzen;

f) Demodulieren des Symbolstroms unter Verwendung der geschätzten Werte der Phasenverschiebung und der Struktur der Sequenzen; und

g) Remodulieren des Symbolstroms unter Verwendung der Werte der Phasenverschiebung.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt f) den zusätzlichen Schritt des Korrigierens des Symbolstroms vor Schritt g) beinhaltet. Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei der Schritt des Korrigierens des Symbolstroms die Substitution von Symbolen in dem Symbolstrom enthält, wo der Symbolstrom a priori bekannt ist. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt f) ferner das Vergleichen demodulierter Symbole mit bekannten Symbolen beinhaltet, um eine Schätzung der Symbolfehlerrate bereitzustellen. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt a) die Umsetzung des empfangenen Signals nach unten auf eine Nennzwischenfrequenz von 0 Hz umfasst. Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei der Schritt a) ferner das Digitalisieren des Zwischenfrequenzsignals umfasst, um einen digitalisierten Symbolstrom in einem komplexen Signalwertebereich bereitzustellen. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt e) das Schätzen der durchschnittlichen Schwebungsfrequenz des Signals, das Entfernen der geschätzten durchschnittlichen Schwebungsfrequenz von dem Signal und das Speichern der durchschnittlichen Schwebungsfrequenz in einer Datenbank umfasst. Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei der Schritt e) ferner das Schätzen der Restphasenverschiebung des Signals und das Speichern der geschätzten Restphasenverschiebung des Signals in der Datenbank umfasst. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sequenzen Trainingssequenzen, Synchronisationssignale, Frequenzkorrektur-Bursts oder Dummy-Bursts umfassen. Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei die Trainingssequenzen acht Trainingssequenzen umfassen, die mit Daten-Bursts in Verbindung stehen. Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei die Trainingssequenzen eine neunte Trainingssequenz umfassen, die mit Dummy-Bursts in Verbindung steht. Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, das ferner den Schritt des Verwendens von Trainingssequenzen und Korrelationshöhepunkten zur Mehrwegekompensation umfasst. Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei die Kanalschätzung von Datensequenzen zur Mehrwegekompensation verwendet wird.






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