DE60108416T2

DE60108416T2 - Verfahren und vorrichtung zum abschätzen der phase eines signals

Info

Publication number: DE60108416T2
Application number: DE60108416T
Authority: DE
Inventors: Diego Giancola; Yudho Bhimantoro PRASETYO
Original assignee: Analog Devices BV
Current assignee: MediaTek Inc
Priority date: 2000-11-21
Filing date: 2001-11-19
Publication date: 2005-12-29
Anticipated expiration: 2021-11-20
Also published as: CN1476538A; JP3899027B2; US6891362B2; EP1336111A1; DE60108416D1; JP2004515141A; AU2002223832A1; KR20030051855A; WO2002042782A1; EP1336111B1; GB2369190B; ATE287090T1; CN1265203C; GB2369190A; KR100817902B1; GB0028373D0; US20040032245A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abschätzung der Phase eines interessierenden Signals sowie eine Vorrichtung zur Abschätzung der Phase eines interessierenden Signals.
Das Dokument US-A-4 607 218 beschreibt ein Verfahren zur Messung der Phasendifferenz zwischen zwei periodischen Signalen der gleichen Frequenz durch Mittelung von Zählraten eines Zeitsignals, das eine wesentlich höhere Frequenz hat, zwischen Nulldurchgängen der beiden periodischen Signale.
Gemäß einem ersten Aspekt dieser Erfindung wird ein Verfahren zur Abschätzung der Phasendrehung eines interessierenden Signals geschaffen, unter Verwendung erster und zweiter Signale, die aus dem interessierenden Signal abgeleitet sind, mit den folgenden Schritten:

a) entscheiden, ob zwischen den Größen der ersten und zweiten Signale eine vorgegebene Beziehung besteht,
b) wenn die vorgegebene Beziehung besteht, Sprung zu Schritt g),
c) wenn die vorgegebene Beziehung nicht besteht, multiplizieren des ersten Signals mit einem vorgegebenen Skalierungsfaktor zur Bildung eines multiplizierten Signals,
d) entscheiden, ob die vorgegebene Beziehung zwischen dem multiplizierten Signal und dem zweiten Signal besteht,
e) wenn die vorgegebene Beziehung zwischen dem multiplizierten Signal und dem zweiten Signal nicht besteht, multiplizieren des multiplizierten Signals mit dem vorgegebenen Skalierungsfaktor,
f) wiederholen der Schritte d) und e), bis die vorgegebene Beziehung besteht,
g) feststellen, wie oft das erste Signal oder das multiplizierte Signal multipliziert wurde, bis die vorgegebene Beziehung hergestellt war, und
h) abschätzen der Phasendrehung unter Verwendung der so festgestellten Anzahl der Multiplikationen.

Gemäß einem zweiten Aspekt dieser Erfindung wird eine Vorrichtung zur Abschätzung der Phasendrehung eines interessierenden Signals unter Verwendung erster und zweiter Signale, die aus dem interessierenden Signal abgeleitet sind, geschaffen, mit:
einer Einrichtung zur Entscheidung, ob zwischen den Größen der ersten und zweiten Signale eine vorgegebene Beziehung besteht, einer Einrichtung zum Multiplizieren des ersten Signals mit einem vorgegebenen Skalierungsfaktor zur Bildung eines multiplizierten Signals, wenn die vorgegebene Beziehung nicht besteht,
einer Einrichtung zur Entscheidung, ob die vorgegebene Beziehung zwischen diesem multiplizierten Signal und dem zweiten Signal besteht,
einer Einrichtung zum wiederholten Multiplizieren des multiplizierten Signals mit dem vorgegebenen Skalierungsfaktor, bis die vorgegebene Beziehung besteht, sofern die vorgegebene Beziehung zwischen dem multiplizierten Signal und dem zweiten Signal nicht besteht,
einer Einrichtung zur Feststellung, wie oft ein Signal multipliziert wurde, bis die vorgegebene Beziehung hergestellt war, und
einer Einrichtung, die auf die so festgestellte Anzahl der Multiplikationen anspricht, zur Abschätzung der Phasendrehung.
Diese Erfindung erlaubt es, eine Milderung von Frequenzfehlern ohne extensive Benutzung von Festkomma-Berechnungen und ohne Benutzung von Flieskomma-Berechnungen zu erreichen.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun, lediglich als Beispiel, anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Teils eines Fingers eines Rake-Receivers, bei dem die Erfindung angewandt wird;
2 ein Flußdiagramm einer mathematischen Operation, die zur Bestimmung eines Frequenzfehlers in Übereinstimmung mit der Erfindung verwendet wird; und
3 den Phasenfehler, der durch Verwendung der mathematischen Operation nach 2 erhalten wird.
In 1 ist ein Finger 10 eines Rake-Receivers gezeigt, bei dem die Erfindung angewandt wird.
Gemäß 1 umfaßt der Finger 10 allgemein einen Verkehrskanal 11 und einen Pilotkanal 12. Ein Mischer 13 im Verkehrskanal 11 mischt ein Eingangssignal, das von einer schematischen Verzögerungsleitung 14 empfangen wird, mit einem Code, der von einem Scramble-Code-Generator 15 bereitgestellt wird, und mit einem für den Verkehrskanal spezifischen Code, der von einem ersten OVSF-Code-Generator 16 bereitgestellt wird. Das resultierende Signal wird einem ersten Akkumulator 17 und einem ersten FIFO-Puffer (First-In-First-Out) 18 in herkömmlicher Weise zugeführt. Im Pilotkanal 12 wird das Eingangssignal in einem zweiten Mischer 19 mit dem Code gemischt, der vom Scramble-Code-Generator 15 bereitgestellt wird, und mit einem für den Pilotkanal spezifischen Code, der von einem zweiten OVSF-Code-Generator 20 generiert wird. Dieses gemischte Signal wird dann in einem zweiten Akkumulator 21 über eine Zeitspanne, die gleich 256 Chips oder einem Symbol des Scramble-Codes ist, akkumuliert, bevor er zurückgesetzt wird. Die Rücksetzperiode des zweiten Akkumulators ist an die Rücksetzperiode des vom ersten OVSF-Code-Generator 16 bereitgestellten OVSF-Codes angepaßt. Die resultierenden komplexen Signale werden einer zweiten Verzögerungsleitung 22 und von dort über eine kohärente Phasenreferenzeinrichtung 24 einem komplexen Multiplizierer 23 zugeführt. Der komplexe Multiplizierer 23 multipliziert die Ausgangssignale des Verkehrskanals 11 und des Pilotkanals 12, und das Resultat wird zusammen mit Signalen anderer (nicht gezeigter) Finger des Rake-Receivers an einem kohärenten Kombinierer (nicht gezeigt) zugeführt.
Die Code-Generatoren 15, 16 und 20 sind miteinander symbolverriegelt und laufen mit der Coderate.
Der komplexe Wert an einer Stelle P(n) in der zweiten Verzögerungsleitung 22 wird dem ersten Eingang eines Multiplizierers 25 zugeführt. Der komplex konjugierte Wert an einer anderen Stelle P(n + k) in der zweiten Verzögerungsleitung 22 wird durch eine Einrichtung 26 zur komplexen Konjugation berechnet, und das Resultat wird einem zweiten Eingang des Multiplizierers 25 zugeführt. Der Multiplizierer 25 multipliziert die beiden empfangenen komplexen Zahlen und stellt die resultierende komplexe Zahl an einem Ausgang 27 bereit. Anfangs ist der Wert k auf 2 eingestellt, und die Stelle P(n) entspricht dann einem Akkumulationsergebnis zweier Symbole, die auf die Stelle P(n + 2) folgen. Die zweite Verzögerungsleitung 22 arbeitet "rollend", derart, daß, wenn ein neues Akkumulationsergebnis vom zweiten Akkumulator 21 bereitgestellt wird, dieses durch die zweite Verzögerungsleitung durchgeschoben wird und dem Multiplizierer 25 dann Signale von zwei aufeinanderfolgenden Orten in der zweiten Verzögerungsleitung zugeführt werden. Deshalb erhält man für jedes Symbol ein neues komplexes Ausgangssignal.
Das komplexe Ausgangssignal ist ein komplexer Vektor, dessen Phase eine kohärente Messung der Phasendrehung ist, die zwischen den Symbolen auftritt, die den Stellen P(n) und P(n + k) entsprechen. Der Betrag des komplexen Vektors ist proportional zur mittleren Potenz der Akkumulationsergebnisse für diese beiden Symbole.
Gemäß 2 wird die vom Multiplizierer bereitgestellte komplexe Zahl von einem Verarbeitungsblock 30 empfangen, der ein erstes Signal liefert, bei dem es sich um eine binäre Zahl mit 32 Bit handelt, die den Betrag und das Vorzeichen des Imaginärteils des Ausgangssignals des Multiplizierers 25 angibt, sowie ein zweites Signal, bei dem es sich um eine binäre Zahl mit 32 Bit handelt, die den Betrag und das Vorzeichen des Realteils des Ausgangssignals des Mulitplizierers angibt. Diese ersten und zweiten Signale werden an einen Initialisierungsblock 31 weitergeleitet, von wo sie sowohl an einen Block 32 zur Bestimmung des Quadranten als auch an einen Vergleichsblock 33 weitergeleitet werden. Der Block 32 zur Bestimmung des Quadranten untersucht die Vorzeichen der ersten und zweiten Signale, um den Quadranten zu bestimmen, in dem die Phase des Eingangssignals liegt, und liefert das Ergebnis an einen Winkel-Bestimmungsblock 34.
Der Vergleichsblock 33 entscheidet, ob die Größe des ersten Signals größer oder gleich der Größe des zweiten Signals ist. Im Fall einer negativen Entscheidung wird die Größe des ersten Signals in einem Multiplikationsblock 35 verdoppelt, um ein multipliziertes Signal zu bilden, und ein Zähler wird von 0 auf 1 erhöht. Die Verdopplung wird bewirkt durch eine einzige Bitverschiebung des ersten Signals nach links und durch Auffüllen des niederwertigsten Bit mit einer "0". Der Vergleichsblock 33 entscheidet dann, ob das multiplizierte Signal größer oder gleich der Größe des zweiten Signals ist. Wenn erneut eine negative Entscheidung getroffen wird, so wird das multiplizierte Signal im Multiplikationsblock verdoppelt, um ein revidiertes multipliziertes Signal zu bilden, und der Zähler wird erneut erhöht. Der Prozeß wird fortgesetzt, bis das multiplizierte Signal gleich der Größe des zweiten Signals oder größer als dieses ist und dann zu einem Aufskalierungsblock 36 verzweigt wird. Die an den Aufskalierungsblock 36 übermittelte Information ist das multiplizierte Signal (oder das erste Signal, falls es kein multipliziertes Signal gibt), die Größe des zweiten Signals und der Zählerstand des Zählers. Der Zählerstand des Zählers kann als ein Multiplikationsfaktor betrachtet werden. Wenn die Größe des ersten Signals größer oder gleich der Größe des zweiten Signals war, d.h., wenn keine multiplizierten Signale berechnet wurden, ist der Multiplikationsfaktor gleich 0.
Der Aufskalierungsblock 36 untersucht das multiplizierte Signal oder ggf. das erste Signal und entscheidet, wie oft das Signal aufskaliert werden kann, bevor es die Grenze überschreiten würde, die durch die 32 Bit gesetzt ist, die den Signalen zugewiesen sind. Das so bestimmte Ausmaß der Aufskalierung wird nachstehend als Aufskalierungsfaktor bezeichnet. Das multiplizierte Signal oder ggf. das erste Signal wird ebenso wie das zweite Signal mit dem Skalierungsfaktor multipliziert, und die aufskalierten Signale werden dem Winkel-Bestimmungsblock 34 zugeführt.
Der Phasenfehler θ_e, in Grad, wird dann nach folgenden Formel abgeschätzt: θe = 45°/2M wobei M der Zählerstand des Zählers ist.
3 zeigt, wie dieser geschätzte Phasenfehler vom tatsächlichen Phasenfehler abweicht. In 3 ist der Tangens der Phase 40, der den wahren Phasenfehler angibt, zusammen mit einer linearen Näherung 41 desselben gezeigt. Die Quantisierungsniveaus 42–44 resultieren aus der Verdopplung und dem Vergleich, die durch den Multiplikationsblock 35 und den Vergleichsblock 33 bewirkt werden. Die Differenz zwischen dem mit Hilfe der obigen Formel erhaltenen Phasenfehler und dem tatsächlichen Phasenfehler ist bei 45–47 gezeigt.
Gemäß 2 wird der berechnete Phasenfehler einem Winkel/Frequenz-Fehlerkonversionsblock 37 zugeführt, wo ein (möglicherweise aufskalierter) Frequenzfehler f_e mit Hilfe der folgenden Formel berechnet wird: fe = θe/2π(Tm/C) wobei θ_e der berechnete Phasenfehler ist, T_m die Meßperiode in Chips ist (anfänglich 512 Chips) und C die Chip-Rate ist. Der Frequenzfehler f_e wird auf die nächste ganze Zahl abgerundet.
Dieser Frequenzfehler f_e wird dann in einem Abskalierungsblock 38 herunterskaliert, indem er durch den Aufskalierungsfaktor dividiert wird, und der resultierende Frequenzfehler wird als Ausgangssignal bereitgestellt. Der Frequenzfehler wird zurückgemeldet zur Steuerung der Frequenz eines (nicht gezeigten) Oszillators, der Teil des Rake-Receivers ist. Die Aufskalierung und nachfolgende Abskalierung resultiert in einer verbesserten Genauigkeit der Abschätzung des Frequenzfehlers, da sie das Quantisierungsrauschen vermindert.
Der Abskalierungsblock 38 ist so ausgebildet, daß er kein Frequenzfehlersignal liefert, das einem Phasenfehler im Bereich von –1 bis +1 entspricht. Wenn ein solcher Frequenzfehler ausgegeben würde, so wird das Frequenzfehlersignal inkrementell erhöht, bis dieses Kriterium erfüllt ist. Wenn einmal eine annähernde Konvergenz der Frequenz der empfangenen Signale mit der im Rake-Receiver herunter konvertierten Frequenz erreicht ist, pendelt somit der Fehler von einer Seite der wahren Frequenz zur anderen, usw.
Wenn einmal Konvergenz erreicht ist, wird der Wert von k erhöht, so daß der Multiplizierer 25 Signale empfängt, die Akkumulationsergebnissen entsprechen, die zeitlich weiter voneinander getrennt sind. Dies erlaubt eine genauere Berechnung von Fehlersignalen für die Phase und damit für die Frequenz.
Diese Erfindung erlaubt es, ein Fehlersignal für die Phase und damit für die Frequenz mit relativ wenigen Festkomma-Operationen und ohne Flieskomma-Operationen bereitzustellen. Die benötigte Vorrichtung hat deshalb einen einfacheren Aufbau als herkömmliche digitale Vorrichtungen zur Abschätzung des Phasen- und Frequenzfehlers. Die erhaltenen Frequenzfehlersignale sind zwar nicht so genau wie die herkömmlich erhaltenen, doch sehen die Erfinder dies als einen Nachteil an, der im Hinblick auf die erreichten Vorteile akzeptabel ist. Die Erfindung kann sowohl bei der Suche nach dem Träger der empfangenen Signale als auch bei der Verfolgung desselben benutzt werden und ist nicht auf die Verwendung mit CDMA-Empfängern (Code Division Multiple Access) beschränkt.
Obgleich die Erfindung mit dem Multiplikationsblock beschrieben worden ist, der eine Verdopplungsfunktion aufweist, sind auch andere Skalierungsfaktoren möglich, beispielsweise vier oder acht, obgleich größere Skalierungsfaktoren zu verminderter Genauigkeit führen.

Claims

Verfahren zur Abschätzung der Phasendrehung eines interessierenden Signals unter Verwendung erster und zweiter Signale, die aus dem interessierenden Signal abgeleitet sind, mit den folgenden Schritten: a) entscheiden, ob zwischen den Größen der ersten und zweiten Signale eine vorgegebene Beziehung besteht, b) wenn die vorgegebene Beziehung besteht, Sprung zu Schritt g), c) wenn die vorgegebene Beziehung nicht besteht, multiplizieren des ersten Signals mit einem vorgegebenen Skalierungsfaktor zur Bildung eines multiplizierten Signals, d) entscheiden, ob die vorgegebene Beziehung zwischen dem multiplizierten Signal und dem zweiten Signal besteht, e) wenn die vorgegebene Beziehung zwischen dem multiplizierten Signal und dem zweiten Signal nicht besteht, multiplizieren des multiplizierten Signals mit dem vorgegebenen Skalierungsfaktor, f) wiederholen der Schritte d) und e), bis die vorgegebene Beziehung besteht, g) feststellen, wie oft das erste Signal oder das multiplizierte Signal multipliziert wurde, bis die vorgegebene Beziehung hergestellt war, und h) abschätzen der Phasendrehung unter Verwendung der so festgestellten Anzahl der Multiplikationen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die vorgegebene Beziehung besteht, wenn die Größe des ersten Signals größer als oder größer oder gleich der Größe des zweiten Signals ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die ersten und zweiten Signale bereitgestellt werden durch: mischen des interessierenden Signals, das eine bekannte Datensequenz hat, mit einem Entspreizungscode, akkumulieren des gemischten Signals über eine erste Zeitperiode, zur Bildung eines ersten komplexen Wertes, akkumulieren des gemischten Signals über eine zweite Zeitperiode, die von der ersten Zeitperiode getrennt ist, zur Bildung eines zweiten komplexen Wertes, multiplizieren des ersten komplexen Wertes mit dem komplex Konjugierten des zweiten komplexen Wertes, Übernahme des Realteils des Multiplikationsergebnisses als das zweite Signal und Übernahme des Imaginärteils des Multiplikationsergebnisses als das erste Signal.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit Bestimmung des Quadranten der Phase des interessierenden Signals durch Untersuchung der Vorzeichen der ersten und zweiten Signale.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit Einstellung der Trennung zwischen den ersten und zweiten Zeitperioden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit Hochskalieren des zweiten Signals und Hochskalieren des ersten Signals oder, wenn das erste Signal multipliziert wurde, bevor die vorgegebene Beziehung hergestellt wurde, Hochskalieren des multiplizierten Signals, das zur Herstellung der vorgegeben Beziehung geführt hat.
Vorrichtung zur Abschätzung der Phasendrehung eines interessierenden Signals unter Verwendung erster und zweiter Signale, die aus dem interessierenden Signal abgeleitet sind, mit: einer Einrichtung (33) zur Entscheidung, ob zwischen den Größen der ersten und zweiten Signale eine vorgegebene Beziehung besteht, einer Einrichtung (35) zum Multiplizieren des ersten Signals mit einem vorgegebenen Skalierungsfaktor zur Bildung eines multiplizierten Signals, wenn die vorgegebene Beziehung nicht besteht, einer Einrichtung (33) zur Entscheidung, ob die vorgegebene Beziehung zwischen dem multiplizierten Signal und dem zweiten Signal besteht, einer Einrichtung (35), die, wenn die vorgegebene Beziehung zwischen dem multiplizierten Signal und dem zweiten Signal nicht besteht, das multiplizierte Signal wiederholt mit dem vorbestimmten Skalierungsfaktor multipliziert, bis die vorgegebene Beziehung besteht, einer Einrichtung zur Feststellung, wie oft ein Signal multipliziert wurde, bis die vorgegebene Beziehung hergestellt war, und einer Einrichtung (34), die auf die so festgestellte Anzahl der Multiplikationen anspricht, zur Abschätzung der Phasendrehung.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Einrichtung zur Entscheidung, ob die vorgegebene Beziehung besteht, eine Einrichtung aufweist zur Feststellung, wann die Größe des ersten Signals größer als die oder größer oder gleich der Größe des zweiten Signals ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, mit einer Einrichtung zur Bereitstellung der ersten und zweiten Signale, welche Einrichtung aufweist: einen Mischer (19) zum Mischen des interessierenden Signals, das eine bekannte Datensequenz hat, mit einem Entspreizungscode, einen Akkumulator (21) zum Akkumulieren des gemischten Signals über eine erste Zeitperiode, zur Bildung eines ersten komplexen Wertes, und zum Akkumulieren des gemischten Signals über eine zweite Zeitperiode, die von der ersten Zeitperiode getrennt ist, zur Bildung eines zweiten komplexen Wertes, eine Einrichtung (35) zum Multiplizieren des ersten komplexen Wertes mit dem komplex Konjugierten des zweiten komplexen Wertes, eine Einrichtung (30) zur Übernahme des Realteils des Multiplikationsergebnisses als das zweite Signal und eine Einrichtung (30) zur Übernahme des Imaginärteils des Multiplikationsergebnisses als das erste Signal.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, mit einer Einrichtung (32) zur Untersuchung der Vorzeichen der ersten und zweiten Signale zur Bestimmung des Quadranten der Phase des interessierenden Signals.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, mit einer Einrichtung (22) zur Einstellung der Trennung zwischen den ersten und zweiten Zeitperioden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, mit einer Einrichtung (36) zum Hochskalieren des zweiten Signals und einer Einrichtung zum Hochskalieren des ersten Signals oder, wenn festgestellt wird, daß das erste Signal multipliziert wurde, bevor die vorgegebene Beziehung hergestellt war, Hochskalieren des multiplizierten Signals, das zur Herstellung der vorgegebenen Beziehung geführt hat.