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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Orthogonal-Frequency-Division-Multiplexing
(OFDM)-Signal-Empfänger
und ein OFDM-Signal-Empfangsverfahren.
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Ein
Mehrträger-basiertes
OFDM-Signal kann in einem DVB-T(terrestrischer digitaler Videorundfunk)-System
verwendet werden. DVB-T ist ein pan-europäischer Rundfunkstandard (ETS
300 744) für
digitales terrestrisches Fernsehen. DVB-T ist direkt kompatibel
zu MPEG2-codierten TV-Signalen. Die Einführung dieses digitalen Dienstes
erfolgt bereits in mehreren europäischen Staaten.
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In
OFDM-Systemen können
Modulation und Demodulation digital mittels rechnerisch effizienten schnellen
Fourier-Transformationen (FTT) endlicher Länge N durchgeführt werden.
Die Orthogonalität
der aufeinander folgenden OFDM-Symbole wird beibehalten, indem ein
zyklischer Präfix
(CP) mit Länge
GI am Anfang jedes Symbols hinzugefügt wird. Der CP wird erhalten,
indem die letzten v Abtastwerte jedes Symbols genommen werden, sodass
folglich die Gesamtlänge
der übertragenen
OFDM-Symbole N +
v Abtastwerte beträgt.
Die Dauer des FFT-Fensters N ist die Dauer der "nutzbaren Periode", wobei die Schutzintervall(GI)-Periode
ignoriert wird, während der
die empfangende Antenne voraussichtlich durch eine Mischung des
neuen Symbols und der verzögerten
Versionen des vorherigen Symbols (das heißt der Echos – Geisterbilder)
gestört
ist. Der Empfänger verwirft
den CP und verwendet nur die letzten N Abtastwerte jedes OFDM-Symbols
für die
Demodulation durch die Empfänger-FFT.
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Der
DVB-T-Standard bestimmt FFT-Längen (N)
von 2k und 8k. Folglich besteht ein OFDM-Symbol aus 2k bzw. 8k Unterträgern. Jedoch
können
nicht alle Unterträger
für eine
Datenübertragung
verwendet werden. Eine Anzahl der Unterträger wird entweder für die spektrale
Begrenzung des Übertragungssignals
oder für
die Übertragung
von Pilot-Informationen verwendet.
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Eine
Anzahl von OFDM-Symbolen sind kombiniert, um einen OFDM-DVB-T-Rahmen
zu bilden. Ein Rahmen eines OFDM-DVB-T-Signals ist aus 68 Symbolen
mit jeweils 1705 aktiven Trägern
in einem (N = 2K)-Modus bzw. 6817 aktiven Träger in einem (N = 8K)-Modus
gebildet. Die aktiven Träger
jedes Symbols beinhalten Daten-Unterträger und Pilot-Unterträger. Die
Daten-Unterträger
sind digitale Signale, die zu übertragenden
und zu empfangenden Audio-/Video-Informationen entsprechen, und
die Pilot-Unterträger
sind digitale Signale, die zur Synchronisierung, Moduserkennung,
Kanalbewertung bzw. Kanalschätzung,
usw. verwendet werden. Ein Pilot-Unterträger ist an einer vorbestimmten
Position zwischen benachbarten Daten-Unterträgern eingefügt.
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Orthogonal-Frequency-Division-Multiplexing
(OFDM)-Systeme sind sehr empfindlich gegenüber Phasenrauschen (hervorgerufen
beispielsweise durch Oszillatorinstabilitäten). Das Phasenrauschen kann
in zwei Bestandteile aufgelöst
werden, nämlich den
gemeinsamen Phasenfehler (Common-Phase-Error, CPE), der auch als
durchschnittlicher Phasenrauschen-Offset bekannt ist und der alle
Unterkanäle
gleichermaßen
beeinträchtigt,
sowie die Zwischenträger-Interferenz
(Inter-Carrier-Interference, ICI),
welche durch den Verlust von Orthogonalität der Unterträger verursacht
wird.
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1 zeigt ein Blockdiagramm
eines herkömmlichen
OFDM-Signal-Empfängers 100.
Bezug nehmend auf 1 weist
der OFDM-Signal-Empfänger
ein Radiofrequenz(RF)-Modul 110, einen Demodulator 120,
eine Frequenz-Synchronisierungs(FS)-Einheit 130, eine schnelle
Fourier-Transformation(FFT)-Einheit 140, einen Entzerrer
(EQ) 150, eine Schätz-
und Korrektureinheit 160 für einen gemeinsamen Phasenfehler
(CPE) und einen Rückabbilder 170 auf.
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Der
Demodulator 120 demoduliert ein digitales OFDM-Signal,
das von dem RF-Modul 110 ausgegeben
wird (empfangen in einem Signalisierungsformat wie QPSK, BPSK oder
QAM), um ein In-Phase(I)-Signal (nachfolgend als I-Signal bezeichnet) und
ein Quadratur-Phase(Q)-Signal (nachfolgend als Q-Signal bezeichnet)
zu erzeugen, wobei es sich um komplexe Signale handelt. Der Demodulator 120 wandelt
das digitale OFDM-Signal abwärts
in ein niederfrequentes Signal und demoduliert dieses. Ein Frequenz-Offset
des demodulierten Signals wird kompensiert, während das de modulierte Signal
die Frequenz-Synchronisierungs(FS)-Einheit 130 passiert.
Die Frequenz-Synchronisierungs(FS)-Einheit 130 schätzt den
Frequenz-Offset ausgehend von dem demodulierten Signal. Wenn aufgrund
von Rauschen und Kanalverzerrung ein Fehler bei der Schätzung erzeugt
wird, kann das durch die Frequenz-Synchronisierungseinheit 130 kompensierte Signal
einen restlichen Frequenz-Offset beinhalten. Das mittels der Frequenz-Synchronisierungseinheit 130 kompensierte
Signal passiert die FFT-Einheit 140 und wird anschließend durch
den Entzerrer EQ 150 entzerrt. Die CPE-Schätz- und
-Korrektureinheit 130 schätzt und korrigiert einen gemeinsamen
Phasenfehler (CPE), der gleichermaßen in allen Unterträgern des
OFDM-Signals erzeugt wird. Ein CPE ist die Differenz zwischen der
Phase des ursprünglichen (übertragenen)
Signals und der Phase eines empfangenen Signals und wird in gleicher
Weise in allen Unterträgern
erzeugt. Es ist bekannt, dass der CPE durch einen restlichen Frequenz-Offset
und Phasenrauschen in dem Ausgangssignal eines in dem RF-Moduls 110 enthaltenen
Oszillators bedingt sein kann. Gemäß dem oben beschriebenen konventionellen
Ansatz werden Pilot-Unterträger
verwendet, um den CPE zu schätzen.
Die Pilot-Unterträger
können
eingesetzt werden, um versprochene (vorbestimmte, erwartete) Werte
zwischen einem Sender und einem Empfänger in einem OFDM-System zu übertragen.
Die Pilot-Unterträger
können
durch den Empfänger
verwendet werden, um einen Frequenz-Offset oder eine Kanalverzerrung
zu schätzen.
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Allgemein
kann der CPE unter Verwendung einer in den Pilot-Unterträgern erzeugten
Phasenrotation bzw. Phasenverschiebung geschätzt werden, da es sich um einen
gemeinsamen Phasenfehler handelt, der in allen Unterträgern erzeugt
wird. Der CPE kann einen Wert Δϕ ^
r besitzen, der durch Schätzen des Maßes einer Phasenrotation erhalten
wird, die in Trägern
aufgrund eines restlichen Frequenz-Offset erzeugt wird und die sich
folgendermaßen
darstellen lässt: [Gleichung
1]
wobei k einen Unterträger-Index und S
k bzw.
R
k einen übertragenen (erwarteten) Wert
bzw. einen empfangenen Wert betreffend den Pilot-Unterträger darstellt.
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Die
CPE-Schätz-
und -Korrektureinheit 160 extrahiert Pilot-Unterträger aus
dem entzerrten Signal, das von dem Entzerrer 150 ausgegeben
wird, multipliziert komplexe Zahlen des extrahierten Pilot-Unterträgers Rk mit konjugiert komplexen Zahlen des übertragenen
ursprünglichen
(erwarteten) Pilot-Unterträgers
Sk, summiert die Multiplikationsergebnisse
und schätzt
den tan-1-Wert des als Gesamtergebnis erhaltenen
komplexen Wertes als Maß der Phasenrotation Δϕ ^r.
In Gleichung 1 ist der Satz P ein Beispiel für einen IEEE802.11a Wireless-Local-Area-Network(WLAN)-Standard,
und in diesem Fall werden die Unterträger -21, -7, +7 und +21 (aus einer
Anzahl von 64 Unterträgern
-32 bis +31) als Pilot-Unterträger
verwendet.
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Wie
vorstehend beschrieben, kann der CPE geschätzt werden, indem eine Phasenänderung
zwischen dem übertragenen
(erwarteten) Pilotwert und dem empfangenen Pilotwert verwendet wird.
Jedoch kann ein CPE-Schätzfehler
erzeugt werden, wenn Rauschen oder Kanalverzerrung vorhanden sind. Obwohl
die Anzahl von Piloten erhöht
werden kann, um die CPE-Schätzgenauigkeit
zu verbessern, würde
dies zu einer Reduzierung der Gesamt-Übertragungsrate des Systems
führen.
Daher sollte die Anzahl an Piloten in geeigneter Weise festgelegt
sein. Insbesondere ist dann, wenn eine Gesamtanzahl von vier Piloten
verwendet wird, wie vorstehend beschrieben, die herkömmliche
CPE-Schätzgenauigkeit
niedrig, sodass das System gegenüber
Rauschen und Kanalverzerrung anfällig
wird.
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Der
Erfindung liegt die technische Aufgabe zu Grunde, einen OFDM-Signal-Empfänger und
ein OFDM-Signal-Empfangsverfahren anzugeben, die eine hohe CPE-Schätzgenauigkeit
bieten und vergleichsweise wenig anfällig gegenüber Rauschen und Kanalverzerrungen
sind.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
einen OFDM-Signal-Empfänger
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein OFDM-Signal-Empfangsverfahren
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 16.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen, deren
Wortlaut hiermit durch Bezugnahme zum Gegenstand der Beschreibung
gemacht wird, um unnötige
Textwiederholungen zu vermeiden.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Orthogonal-Frequency-Division-Multiplexing(OFDM)-Signal-Empfänger angegeben,
der dazu ausgebildet ist, einen gemeinsamen Phasenfehler (Common-Phase-Error,
CPE) unter Verwendung von (beispielsweise mittels eines entscheidungsgesteuerten
(Decision-Directed, DD) Bewertungsalgorithmus bestimmten) Daten-Unterträgern zusätzlich zu
Pilot-Unterträgern mit
größerer Zuverlässigkeit
zu schätzen,
um auf diese Weise die Leistungsfähigkeit des Systems zu verbessern.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum
Bestimmen des gemeinsamen Phasenfehlers (Common-Phase-Error, CPE)
für einen
OFDM-Signal-Empfänger angegeben,
wobei die Daten-Unterträger
zusätzlich zu
den Pilot-Unterträgern
verwendet werden.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft diese einen OFDM-Signal-Empfänger mit:
einem Entzerrer, einer Kanal-Messeinheit, einer CPE-Schätzeinheit
und einer CPE-Kompensationseinheit. Der Entzerrer entzerrt ein eingegebenes (empfangenes)
Basisbandsignal. Die Kanal-Messeinheit schätzt eine Kanaleigenschaft ausgehend von
dem eingegebenen (empfangenen) Basisbandsignal zum Erzeugen von
Informationen betreffend gute Unterträger-Indizes in Form von Kanalzustands-Informationen
(Channel-State-Information, CSI). Die CPE-Schätzeinheit schätzt gute
Pilot-Unterträger
und gute Daten-Unterträger
ausgehend von dem entzerrten Signal auf der Grundlage der CSI, berechnet
erste und zweite CPEs ausgehend von den geschätzten Unterträgern und
kombiniert (in vielfältiger,
selektiver Weise) die ersten und zweiten CPEs zum Erzeugen eines
endgültigen
CPE. Die CPE-Kompensationseinheit kompensiert die Phase des entzerrten
Signals mittels des endgültigen
CPE und gibt das phasenkompensierte Signal aus.
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Der
OFDM-Signal-Empfänger
beinhaltet weiterhin einen Demodulator, eine Frequenz-Synchronisierungseinheit
und eine schnelle Fourier-Transformation(FFT)-Einheit. Der Demodulator demoduliert
ein digitales OFDM-Signal, das von einem RF-Modul eingegeben wird, um ein komplexes Signal
zu erzeugen. Die Frequenz-Synchronisierungseinheit
kompensiert einen Frequenz-Offset des demodulierten Signals. Die
FFT-Einheit führt
eine schnelle Fourier-Transformation an dem fre quenzkompensierten
Signal durch, um das eingegebene Basisbandsignal zu erzeugen.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein OFDM-Signal-Empfangsverfahren
geschaffen, welches beinhaltet: Entzerren eines eingegebenen (empfangenen)
Basisbandsignals, Schätzen
eines Kanals ausgehend von dem eingegebenen (empfangenen) Basisbandsignal
zum Erzeugen von CSI betreffend gute Unterträger-Indizes, Schätzen guter
Pilot-Unterträger
und guter Daten-Unterträger
ausgehend von dem entzerrten Signal auf Grundlage der CSI, Berechnen
erster und zweiter CP. Es ausgehend von den geschätzten Unterträgern, Kombinieren
(beispielsweise durch Bildung des Mittelwerts oder durch Auswählen) der
ersten und zweiten CPEs zum Erzeugen eines endgültigen CPE, und Kompensieren
der Phase des entzerrten Signals mit dem endgültigen CPE.
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Die
obigen und weiteren Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden deutlicher durch die Beschreibung detaillierter, beispielhafter Ausgestaltungen
derselben unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung, wie nachfolgend detailliert beschrieben,
sowie die oben zur Erleichterung des Verständnisses der Erfindung erörterten
Ausgestaltungen des Standes der Technik sind in den Figuren dargestellt.
Es zeigt:
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1 ein
Blockdiagramm eines herkömmlichen
OFDM-Signal-Empfängers,
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2 ein
Blockdiagramm eines OFDM-Signal-Empfängers gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden
Erfindung,
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3 ein
Blockdiagramm einer Unterträger-Schätzeinheit 281 und
einer CPE-Bestimmungseinheit 285 aus 2,
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4 ein
Flussdiagramm des Betriebsverfahrens des OFDM-Signal-Empfängers in 2,
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5 ist
ein I-Q-Konstellationsdiagramm im 64-QAM-Format,
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6 ist
ein I-Q-Konstellationsdiagramm im 256-QAM-Format, und
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7 ist
ein Diagramm zur Darstellung eines Verhältnisses zwischen einem Signal-Rausch-Verhältnis (Signal-to-Noise-Ratio,
SNR) und einer Bitfehlerrate (Bit Error Ratio, BER) des OFDM-Signal-Empfängers gemäß einer
Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
ein Blockdiagramm eines OFDM-Signal-Empfängers 200 gemäß einer
Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Bezug nehmend auf 2 beinhaltet
der OFDM-Signal-Empfänger 200 ein
RF-Modul 210, einen Demodulator 220, eine Frequenz-Synchronisierungseinheit 230,
eine schnelle Fourier-Transformation (FFT)-Einheit 240, einen Entzerrer 250,
eine Kanal-Messeinheit 270, eine Schätzeinheit 280 für einen
gemeinsamen Phasenfehler (CPE), eine Kompensationseinheit 260 für einen
gemeinsamen Phasenfehler (CPE) und einen Rückabbilder 290.
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Der
Demodulator 220 demoduliert ein von dem RF-Modul 210 ausgegebenes
digitales OFDM-Signal (das beispielsweise in einem Format wie QAM
(Quadratur-Amplitudenmodulation),
BPSK (binäre
Phasenumtastung), QPSK (Quadratur-Phasenumtastung) usw. empfangen wurde),
um ein I-Signal und ein Q-Signal zu erzeugen, wobei es sich hierbei
um komplexe Signale handelt. Der Demodulator 220 konvertiert
das digitale OFDM-Signal, das von dem RF-Modul 210 ausgegeben
wurde, abwärts
in ein niederfrequentes Signal und demoduliert dieses. Der Demodulator 220 beinhaltet
einen Synchronisierungsschaltkreis, der erforderliche Synchronisierungssignale,
beinhaltend ein Chipraten-Taktsignal und ein Symbolraten-Taktsignal,
rekonstruiert. Das demodulierte Signal, das von dem Demodulator 220 ausgegeben
wird, ist ein Basisband-abgetastetes komplexes Signal. Die Frequenz-Synchronisierungs(FS)-Einheit 220 kompensiert
einen Frequenz-Offset des demodulierten Signals. Die FFT-Einheit 240 führt eine
schnelle Fourier-Transformation des kompensierten Frequenz-Offset-Signals durch.
FFT ist aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Das durch
schnelle Fourier-Transformation transformierte Basisbandsignal ist
ein komplexes Signal im Frequenzbereich. Der Entzerrer 250 entzerrt
das durch schnelle Fourier-Transformation transformierte Basisbandsignal.
Der Entzerrer 250 kann das Signal unter Verwendung von
Kanalkoeffizienten Hk entzer ren, die durch
einen in der Kanal-Messeinheit 270 enthaltenen Kanalschätzer 271 abgeschätzten Unterträgern zugeordnet
sind.
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Der
OFDM-Signal-Empfänger 200 schätzt einen
CPE unter Verwendung von Daten-Unterträgern zusätzlich zu
Pilot-Unterträgern.
Um dieses Verfahren zum Schätzen
des CPE durchzuführen,
erzeugt die Kanal-Messeinheit 270 Kanal-Zustandsinformationen
(CSI) und gibt die CSI an den Pilot-/Daten-Unterträgeschätzer 281 in
der CPE-Schätzeinheit 280 aus.
Die Kanal-Messeinheit 270 schätzt einen Kanal ausgehend von
dem Fast-Fourier-transformierten Basisbandsignal zum Erzeugen von
Informationen über
gute Unterträger-Indizes
als Kanal-Zustandsinformation (CSI). Der Unterträger-Schätzer 281 verwendet
die CSI (von der Kanal-Messeinheit 270) und das entzerrte
Signal (von dem Entzerrer 250), um die guten Pilot-Unterträger Rk und die guten Daten-Unterträger Yk zu schätzen. Der
Unterträgerschätzer 281 der
CPE-Schätzeinheit 280 schätzt gute
Pilot-Unterträger
Rk und gute Daten-Unterträger Yk ausgehend von dem entzerrten Signal (von
Entzerrer EQ) auf der Grundlage der CSI, und der CPE-Bestimmungsteil 285 der
CPE-Bestimmungseinheit 280 berechnet einen ersten CPE ϕ ^c und einen zweiten CPE ϕ ^c,data sowie
einen endgültigen
CPE ϕc,final ausgehend von den
geschätzten
Unterträgern
Rk und Yk.
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Die
CPE-Kompensationseinheit 260 kompensiert den gemeinsamen
Phasenfehler CPE des entzerrten Signals mit dem endgültigen CPE ϕc,final. Der Rückabbilder 290 sorgt
für eine
Rückabbildung des
entzerrten phasenkompensierten (entzerrten, CPE-kompensierten) Signals gemäß einem
vorbestimmten Symbol-Abbildungsformat, wie QAM, QPSK oder BPSK.
Das rückabgebildete
Signal wird an einen Viterbi-Dekodierer
oder einen Reed Solomon(RS)-Dekodierer ausgegeben. Der Dekodierer führt eine
Vorwärts-Fehlerkorrektur
(Forward-Error-Correction, FEC) an dem empfangenen Signal durch
und dekodiert das Signal. Das dekodierte Signal wird durch einen
vorbestimmten Signalprozessor verarbeitet, um Videoanzeige- und
Audiosignale zu erzeugen, sodass ein Betrachter einem Programm zuschauen
und zuhören
kann, das gemäß den Anzeige-
und Audiosignalen einer TV-Rundfunkübertragung übertragen wurde.
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4 ist
ein Flussdiagramm des Betriebsverfahrens des OFDM-Signal-Empfängers in 2.
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Der
Betrieb der Kanal-Messeinheit 270 und der CPE-Schätzeinheit 280 werden
nun unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm in 4 detaillierter beschrieben.
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Als Überblick:
Zunächst
empfangen die Kanal-Messeinheit 270 und der Entzerrer EQ
250 in einem Schritt S41 kontinuierlich das Fast-Fourier-transformierte
Basisbandsignal, die Kanal-Messeinheit 270 schätzt kontinuierlich
einen Kanal, um die CSI zu erzeugen, während der Entzerrer 250 das Fast-Fourier-transformierte
Basisbandsignal kontinuierlich im Schritt S41 entzerrt, die CPE-Schätzeinheit 280 erzeugt
in einem Schritt S53 kontinuierlich den endgültigen CPE ϕc,final ausgehend von dem entzerrten Signal
auf der Grundlage der CSI.
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Die
Kanal-Messeinheit
240 von
2 beinhaltet
den Kanalschätzer
271 und
einen Indizierungsteil
272 für gute Unterträger. Der
Kanalschätzer
271 schätzt den
Kanal kontinuierlich ausgehend von dem Fast-Fourier-transformierten
Signal, um die zu jeweiligen Unterträgern gehörenden Kanal-Koeffizienten H
k zu erzeugen. Jeder Kanal-Koeffizient H
k entspricht dem Betrag einer Kanal-Frequenzantwort,
die der Leistung jedes Unterträgers
zugeordnet ist (zu dieser proportional ist). Der Indizierungsteil
272 für gute Unterträger berechnet
den Mittelwert |H -|
2 der Leistungen der Kanalkoeffizienten
H
k als einen Kanal-Referenzwert in einem
Schritt S42. Der Mittelwert |H -|
2 der Leistungen
der Kanal-Koeffizienten H
k ist in Gleichung
2 folgendermaßen
definiert: [Gleichung
2],
wobei k ein (von -26 bis 26 laufender) Unterträger-Index
ist, und wobei die Absolutwerte der Kanal-Koeffizienten H
k proportional zu den Leistungen der jeweiligen
Unterträger
sind. In Gleichung 2 ist angenommen, dass die Anzahl wirksamer Unterträger als
52 bekannt ist. Somit beträgt
die in dem System verwendete FFT-Länge
64, jedoch gibt
es 52 wirksame Unterträger.
Des Weiteren sind vier der 52 wirksamen Unterträger Pilot-Unterträger, und
48 sind Daten-Unterträger.
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Der
Indizierungsteil
272 für
gute Unterträger indiziert
als gute Unterträger
diejenige Mehrzahl von Unterträgern,
für die
die Leistungen eines jeden ihrer zugehörigen Kanal-Koeffizienten H
k, die durch den Kanalschätzer
271 erzeugt werden,
größer sind,
als die Hälfte
des Mittelwerts |H -|
2, wie in Entscheidung
3 gezeigt,
um die CSI bezüglich
des Index k im Schritt S43 zu erzeugen. [Entscheidung
3]
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Wenn
die guten Unterträger
indiziert sind, bestimmt die CPE-Schätzeinheit 280 den
endgültigen
CPE ϕc,final aus dem entzerrten
Signal auf der Grundlage der CSI, die durch die Kanal-Messeinheit 270 erzeugt
wurden.
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Bezug
nehmend auf 2 beinhaltet die CPE-Schätzeinheit 280 einen
Unterträger-Schätzer 281 und
einen CPE-Bestimmungsteil 285. Der Unterträger-Schätzer 281 schätzt die
guten Pilot-Unterträger
Rk und die guten Daten-Unterträger Yk. Der CPE-Bestimmungsteil 285 berechnet
den ersten CPE ϕ ^c und den zweiten CPE ϕ ^c,data und kombiniert die ersten und zweiten
CPEs zum Erzeugen des endgültigen
CPE ϕc,final.
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3 ist
ein Blockdiagramm der in 2 gezeigten CPE-Schätzeinheit 280,
die aus dem Unterträger-Schätzer 281 und
dem CPE-Bestimmungsteil 285 gebildet ist. Bezug nehmend
auf 3 beinhaltet der Unterträger-Schätzer 281 einen Pilot-Extrahierungsteil 282 und
einen Daten-Extrahierungsteil 283, und der CPE-Bestimmungsteil 285 beinhaltet
einen ersten CPE-Bestimmungsteil 286, einen zweiten CPE-Bestimmungsteil 287 und
einen endgültigen Bestimmungsteil 288.
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Der
Pilot-Extrahierungsteil 282 gibt Pilot-Unterträger (die
als "gute" Unterträger eingeordnet
wurden) basierend auf ihren Kanalkoeffizient-Leistungen, die größer sind als
die Hälfte
des Mittelwerts |H -|2, auf Grundlage der CSI
als die "guten" Pilot-Unterträger Rk aus (Schritt S44). Dabei werden Piloten mit "schlechten" Kanaleigenschaften
(diejenigen, deren Kanalkoeffizient-Leistungen nicht größer als
die Hälfte
des Mittelwerts |H -|2 sind) eliminiert, um
die CPE-Schätzgenauigkeit
zu verbessern.
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Der
Daten-Extrahierungsteil 283 gibt Daten-Unterträger aus,
die Realteile Re(Yk) und Imaginärteile Im(Yk) aufweisen, die größer sind als die Hälfte eines
maximalen Abbildungsniveaus gemäß der Konstellation
unter den Daten-Unterträgern.
Der Daten-Extrahierungsteil 283 selektiert
und gibt als die "guten" Daten-Unterträger Yk diejenigen der guten Unterträger (mit
Leistungen von Kanal-Koeffizienten Hk größer als
die Hälfte
des Mittelwerts |H -|2 auf der Grundlage der
CSI (Schritt S46)) aus, welche die nachfolgende Bedingung 4 erfüllen:
[Bedingung
4]
Wenn ({k ist "guter
Unterträger"}&{Re(Yk)>(Maximalgröße)/2}& {Im(Yk)>(Maximalgröße)/2}),
Dann k wird "ausgewählt"
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Dabei
werden Daten mit "schlechten" Kanaleigenschaften
(die Bedingung 4 nicht erfüllen)
eliminiert, um die CPE-Schätzgenauigkeit
zu verbessern.
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5 ist
ein I-Q-Konstellationsdiagramm im 64-QAM Symbol-Abbildungsformat,
und 6 ist ein I-Q-Konstellationsdiagramm im 256-QAM-Symbol-Abbildungsformat.
Hierbei entspricht die Hälfte des
maximalen Abbildungsniveaus zwei Blöcken in jeder von vier Richtungen
(horizontal und vertikal) ausgehend von dem Zentrumspunkt in 64-QAM
und vier Blöcken
in jeder von vier Richtungen (horizontal und vertikal) von dem Zentrumspunkt
in 256-QAM.
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Des
Weiteren erzeugt der Daten-Extrahierungsteil 283 von 3 die
Anzahl (m) guter Daten-Unterträger,
die innerhalb der in dem System verwendeten FFT-Länge (beispielsweise
64) existieren.
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Der
erste CPE-Bestimmungsteil
286 von
3 berechnet
das geschätzte
Maß einer
Phasenrotation Δϕ ^
r unter Verwendung der guten
Pilot-Unterträger
R
k (die durch den Pilot-Extrahierungsteil
282 extrahiert
wurden), wie in Gleichung 1 dargestellt. Hierbei wird das geschätzte Maß der Phasenrotation Δϕ ^
r als der erste CPE ϕ ^
c erzeugt
(Schritt S45). Auf diese Weise entspricht der erste CPE ϕ ^
c der Größe
in
Gleichung 1 bei Verwendung der guten Pilot-Unterträger R
k (extrahiert durch den Pilot-Extrahierungsteil
282).
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Der
zweite CPE-Bestimmungsteil
287 von
3 führt zunächst unter
Verwendung des ersten CPE ϕ ^
c eine Phasenkompensation
der guten Daten-Unterträger
Y
k durch (die durch den Daten-Extrahierungsteil
283 extrahiert
wurden) (Schritt S47). Anschließend
bestimmt der zweite CPE-Bestimmungsteil
287 Abbildungsniveaus
G
k gemäß der Konstellation
für die
durch den ersten CPE ϕ ^
c phasenkompensierten
Daten-Unterträger
(Schritt S48), wie in Gleichung 5 gezeigt. In Gleichung 5 repräsentiert Π einen Symbol-Entscheidungsvorgang
gemäß der Konstellation
(wie z.B. 256-QAM). [Gleichung
5].
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Wenn
die Abbildungsniveaus G
k bestimmt sind,
erzeugt der zweite CPE-Bestimmungsteil
287 von
3 das
Maß der
Phasenrotation für
die guten Daten-Unterträger Y
k als den zweiten CPE ϕ ^
c,data auf der
Grundlage der Abbildungsniveaus G
k (Schritt S49),
wie weiterhin in Gleichung 6 gezeigt. [Gleichung
6].
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Während Gleichung
6 der Gleichung 5 ähnlich
ist, wird in Gleichung 6 das Maß der
Phasenrotation als eine Referenzphase unter Verwendung der Phase
der Abbil dungsniveaus Gk anstelle der Phase des übertragenen
Wertes Sk des Unterträgers berechnet.
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Hierbei
begrenzt der zweite CPE-Bestimmungsteil 287 von 3 den
Bereich des berechneten zweiten CPE ϕ ^c,data.
Somit bestimmt der zweite CPE-Bestimmungsteil 287, ob der
zweite CPE ϕ ^c,data größer ist als die Hälfte der
minimalen Phase zwischen benachbarten Punkten (beispielsweise 15,4° in 64-QAM
und 7,64° in
256-QAM) in den in 5 oder 6 gezeigten
Konstellationen (Schritt S50). Wenn der zweite CPE ϕ ^c,data größer ist
als die Hälfte der
minimalen Phase zwischen benachbarten Punkten, beschränkt der
zweite CPE-Bestimmungsteil 287 den zweiten CPE ϕ ^c,data auf die Hälfte der minimalen Phase zwischen
benachbarten Punkten (Schritt S51). Wenn der zweiten CPE ϕ ^c,data nicht größer ist als die Hälfte der
minimalen Phase zwischen benachbarten Punkten, gibt der zweite CPE-Bestimmungsteil 287 das
Maß der
Phasenrotation, die gemäß Gleichung
6 berechnet wurde, unverändert
aus.
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Der
endgültige
Bestimmungsteil
288 von
3 erzeugt
den endgültigen
CPE ϕ ^
c,final aus dem ersten CPE ϕ ^
c und
dem zweiten CPE ϕ ^
c,data sowie auf der Grundlage
eines Entscheidungsschritts S52. Wenn beispielsweise die Anzahl
(m) der guten Daten-Unterträger größer ist
als die Anzahl der in dem System verwendeten Pilot-Unterträger (S52),
erzeugt der endgültige
Bestimmungsteil
288 den Mittelwert des ersten CPE ϕ ^
c und des zweiten CPE ϕ ^
c,data als
den endgültigen
CPE ϕ ^
c,final (S53), wie in Gleichung 7 gezeigt. [Gleichung
7]
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Der
endgültige
Bestimmungsteil 288 erzeugt den ersten CPE ϕ ^c als
den endgültigen
CPE ϕ ^c,final, wenn die Anzahl (m) der guten
Daten-Unterträger kleiner
ist als die Anzahl der Pilot-Unterträger, beispielsweise vier, die
in dem System verwendet wird (Schritt S54). Dementsprechend kompensiert
die CPE-Kompensationseinheit 260 von 2 die
Phase des entzerrten Signals mit dem endgültigen CPE ϕ ^c,final und
gibt das phasenkompensierte Signal aus.
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7 ist
ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen Signal-Rausch-Verhältnis (Signal-to-Noise-Ratio,
SNR) und Bitfehlerrate (BER) des OFDM-Signal-Empfängers 200 in 2 gemäß Ausgestaltungen
der vorliegenden Erfindung. In dieser Simulation wurde 256-QAM-Modulation
verwendet. Das Simulationsergebnis repräsentiert die Leistung eines
schwundbehafteten Mehrwegekanals mit einer mittleren quadratischen
(Root-Mean-Square, RMS) Verzögerungsbreite
von 50 ns in einer drahtlosen Innenraum-Umgebung.
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7 zeigt
darüber
hinaus die Leistungen eines herkömmlichen
OFDM-Signal-Empfängers ("Pef FS, Pef EQ, CPE
an"/"Est FS, Est EQ, CPE
an") zum Vergleich
mit den OFDM-Signal-Empfänger
der vorliegenden Erfindung ("Pef
FS, Pef EQ, CPE an"/"Est FS, Est EQ, CPE(M)
an") sowie zum Vergleich
einen idealen Fall ("Pef
FS, Pef EQ, CPE aus") mit
perfekter Frequenz-Offset-Kompensation und Entzerrung sowie ohne
CPE-Schätzung.
Wenn perfekte Frequenz-Offset-Kompensation und Entzerrung erzielt
werden ("Pef FS,
Pef EQ"), kann der
erfindungsgemäße OFDM-Signal-Empfänger ("CPE(M) an"), der nach Maßgabe der
CPE-Schätzeinheit 280 von 2 und 3 betrieben
wird, das SNR um 0,3 dB gegenüber
dem herkömmlichen
OFDM-Signal-Empfänger
("CPE an") verbessern. Des Weiteren
kann die vorliegende Erfindung ("CPE(M) an") bei geschätzter Frequenz-Offset-Kompensation und
Entzerrung ("Est
FS, Est EQ") das
SNR um 0,3 dB gegenüber
dem konventionellen Verfahren ("CPE an") verbessern.
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Wie
oben beschrieben, schätzt
in dem OFDM-Signal-Empfänger 200 von 2 gemäß Ausgestaltungen
der vorliegenden Erfindung die Kanal-Messeinheit 270 einen
Kanal ausgehend von dem Fast-Fourier-transformierten Signal, um
die CSI betreffend gute Unterträger-Indizes
zu erzeugen. Des Weiteren schätzt
die CPE-Schätzeinheit 280 die guten
Pilot-Unterträger
Rk und die guten Daten-Unterträger Yk ausgehend von dem entzerrten Signal, das
von dem Entzerrer 250 ausgegeben wird, nach Maßgabe der
CSI, berechnet den ersten CPE ϕ ^c und den
zweiten CPE ϕ ^c,data und kombiniert diese
auf unterschiedliche Arten, um den endgültigen CPE ϕ ^c,final zu
erzeugen. Dementsprechend kompensiert die CPE-Kompensationseinheit 260 die
Phase des entzerrten Signals mit dem endgültigen CPE ϕ ^c,final und gibt
das phasenkompensierte Signal aus.
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Wie
oben beschrieben, schätzt
der OFDM-Signal-Empfänger
gemäß der vorliegenden
Erfindung den CPE unter Verwendung der mit großer Zuverlässigkeit bestimmten Daten-Unterträger zusätzlich zu
den Pilot-Unterträgern.
Dementsprechend können
die CPE-Schätzgenauigkeit
und die Leistungsfähigkeit
des Systems verbessert werden.