DE69925314T2

DE69925314T2 - Adaptiver Empfänger für drahtlose Kommunikation

Info

Publication number: DE69925314T2
Application number: DE69925314T
Authority: DE
Inventors: Earl C. La Crescenta Cox; David O. Portland Anderton; Jaleh Irvine Komaili; Yongbing Irvine Wan; Kenneth S. Portola Hills Walley
Original assignee: Skyworks Solutions Inc
Current assignee: Skyworks Solutions Inc
Priority date: 1998-09-30
Filing date: 1999-09-23
Publication date: 2006-01-26
Anticipated expiration: 2019-09-24
Also published as: EP1160993A2; EP1160993A3; ATE295634T1; EP1158705B1; EP1118178A1; EP1118178B1; DE69923602D1; WO2000019644A1; DE69923602T2; ATE288641T1; US20030058929A1; EP1158705A2; DE69920244D1; DE69925314D1; EP1160993B1; ATE276611T1; US6693953B2; EP1158705A3; DE69920244T2

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der drahtlosen Kommunikation und insbesondere einen adaptiven Empfänger.
Hintergrund der Erfindung
Das Gebiet der drahtlosen Kommunikation expandiert rapide. Insbesondere erfahren Mobile Phone-Kommunikationssysteme ein phänomenales Wachstum. Ebenso sind schnurlose Telefone weitreichend in Gerbrauch.
Jede mobile Station, ob schnurloses Telefon oder mobiles Telefon arbeitet unter Verwendung einer Leistung, die von einer zugeordneten Batterie versorgt wird. Jede Mobilstation zieht kontinuierlich Leistung aus der Batterie während des Stand-by Modus oder während einer aktiven Kommunikationsverbindung. Die mobile Einheit zieht die meiste Leistung während der Zeiträume einer aktiven Kommunikationsverbindung. Insbesondere der Empfänger, der für den Erhalt, die Filterung, das Decodieren und das Zusammensetzen (die Synthese) des eingehenden Signals verantwortlich ist, weist einen großen Prozentsatz des gesamten Leistungsverbrauchs der Mobileinheit während einer aktiven Kommunikationsverbindung auf. Dies gilt insbesondere, wenn das Kommunikationssystem ein modernes zelluläres System aufweist wie ein globales System für die Mobilkommunikation (GSM) oder ein System, dass Code Division Multiple Access (CDMA) Techniken übernimmt. Moderne Kommunikationssysteme übernehmen diese komplexen Codeschemata, um sowohl die Systemleistung als auch die Sprachqualität zu steigern.
US-A 5,684,793 offenbart eine Basisstation-Empfängerausstattung einschließlich einer Vielzahl von Korrelatoren, die jeder ein empfangenes Signal als ihren Eingang haben, einer Vielzahl von Diversity-Kombinatoren für die jeweiligen Empfängerzweige und einer Messeinrichtung zum Messen der Qualität des empfangenen Signals. Die Empfängerausstattung umfasst Schalter zum Schalten der Korrelatoren zu den verschiedenen Kombinatoren und Controller zum Steuern oder Regeln der Schalter auf der Basis der Daten, die von der Mess- Messeinrichtung zum Messen der Qualität des empfangenen Signals oder auf der Basis der Kapazitätsladung der Basisstation-Empfängerausstattung.
Zusammenfassung der Erfindung
Wie im Stand der Technik bekannt, bleiben diese komplexen Kodierungs- und Dekodierungsschemata an oder feststehend während der Dauer der Kommunikationsverbindung. Eine Aufrechterhaltung dieser komplexen Kodierungs- und Filterschemata ist wünschenswert, wenn die Signalqualität schlecht ist, diese Schemata verbrauchen jedoch unnötigerweise wertvolle Leistungsressourcen während der Perioden einer besseren oder idealen Kanalqualität. Wenn die Signalqualität unter einen tolerierbaren Grenzwert fällt, führen diese feststehenden Empfängerarchitekturen ergänzend zu Anrufabbrüchen.
Während Fortschritte in der Batterietechnologie jetzt robustere Leistungsressourcen vorsehen, besteht noch ein Bedürfnis für den Empfänger einer Mobilstation mit reduziertem Leistungsverbrauch. Ergänzend gibt es ein Bedürfnis für die Bereitstellung einer fortgeschritteneren Verarbeitung in Zeiten einer sehr niedrigen Signalqualität.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein adaptiver Kombinator vorgesehen, wie er in Anspruch 1 spezifiziert ist.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur adaptiven Steuerung vorgesehen, wie es in Anspruch 5 spezifiziert ist.
In einer Ausführungsform weist wenigstens eine Empfängerkomponente einen Signalkombinator auf, der empfänglich auf die Anzeige von Signaleigenschaften vom Signaleigenschaftenauswertungsmodul antwortet, um den Betrieb des Kombinators basierend auf der Angabe der Signaleigenschaften zu ändern. Vorzugsweise umfassen die wenigstens zwei Modi wenigstens erste und zweite Modi, wobei der Kombinator im ersten Modus gemäß einem ersten Verarbeitungsalgorithmus arbeitet und im zweiten Modus gemäß einem zweiten Verarbeitungsalgorithmus arbeitet. In einer Ausführungsform weist der erste Algorithmus einen komplexeren Algorithmus als der erste Algorithmus auf.
In einem anderen Beispiel wird der Betrieb wenigstens einer der Empfängerkomponenten durch das ändern des Betriebs eines Signalkombinators als Antwort auf einen Bewertungsschritt der Qualität des eingehenden Signals geändert. Vorzugsweise umfasst der Schritt des Ändern des Betriebs eines Signalkombinators das Auswählen von wenigstens zwei Algorithmen, die mit dem Kombinator betreibbar sind.
In einer Ausführungsform ist das Kombinatorkontrollmodul an wenigstens einen der wenigstens zwei Kombinatoren gekoppelt, wobei das Kombinatorkontrollmodul ausgestaltet ist, um ein Steuersignal an wenigstens einen der wenigstens zwei Kombinatoren bereit zu stellen, um den Betrieb wenigstens eines der wenigstens zwei Kombinatoren zu ändern. In einer Ausführungsform ist wenigstens eines von dem Korrelator, dem Kombinator, dem Signaleigenschaftenauswertungsmodul und dem Kombinatorkontrollmodul unter Verwendung eines digitalen Signalprozessors verkörpert. In einer Ausführungsform ist der Kombinator Teil eines Empfängers für drahtlose Kommunikation aufweist.
In einer Ausführungsform der Erfindung unterscheiden sich die Algorithmen in der Art der Parameterabschätzung, die im Schritt des Kombinierens verwendet werden. In einer Ausführungsform weist der Schritt der Auswertung das Auswerten eines oder mehrerer der Werte Signaldynamik, Signalrauschen, Signallevel, Bit-Fehler-Verhältnis und Rahmenfehlerverhältnis auf.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
1 ist ein Blockdiagram eines Empfängers eines kabellosen Kommunikationssystems.
2 illustriert das Frontend eines Digitalkommunikationsempfängers mit Analog/Digitalkonverter, die ein Signalqualitätsfeedback mit verkörpern.
3 zeigt einen Timingschätzer, der ein Signalqualitätsfeedback mit verkörpert.
4 illustriert einen Equalizer, der ein Signaleigenschaftenfeedback mit verkörpert.
5 illustriert ein Basisblockdiagramm eines Kombinators mit adaptiver Performance.
6 illustriert ein Blockdiagramm eines Empfängers für Drahtloskommunikation in einem globalen System für mobile Kommunikation.
7 zeigt ein Frequenzschätzerblockdiagramm für einen adaptiven Frequenzschätzer.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
1 zeigt die Basiskomponenten eines Empfängers für Drahtloskommunikation, wie er in einem Empfänger für zelluläre Telefonkommunikation verkörpert ist, der einen Codedivisi onsmehrfachzugriff (CDMA) übernimmt. Moderne zelluläre Kommunikationssysteme weisen im Allgemeinen eine Vielzahl von Basisstationen und Mobilstationen auf. Beide sowohl die Basisstationen als auch die Mobilstationen umfassen einen Kommunikationsempfänger. Ein System und ein Verfahren zur Reduzierung des Leistungsverbrauchs eines Kommunikationsempfängers einer Batterie betriebenen Mobilstation ist vorgesehen und auch auf die Verbesserung der Performance falls erforderlich. Die Basisstationen sind üblicherweise mit einer landbasierten Leistungsquelle verkabelt. Für Erklärungszwecke ist ein allgemeiner Überblick über einen Empfängers in einer bevorzugten Ausführungsform unten vorgesehen. Im Allgemeinen umfasst der Empfänger eine Antenne 110, die mit einem Radiofrequenz (RF)-Subsystemmodul 112 gekoppelt ist. Dieses Modul 112 sieht zwei Ausgänge (I, O) zu Analog/Digital (A/D)-Konvertern 114, 116 vor. Jeder der A/D Konverter 114, 116 ist mit einem Signalschätzer 120, einem Timingschätzer 122, einem Datendemodulator 124 und einem Phasen- und Frequenzschätzer 126 verbunden. Der Ausgang des Timingabschätzers 122 und des Phasen- und Frequenzschätzer 126 sind ihrerseits wiederum mit den Eingängen des Datendemodulators 124 gekoppelt. Der Ausgang des Datendemodulators 124 kuppelt an einen Vocoder 132 und an ein Signaleigenschaftenauswertungsmodul 130 an. Der Vocoderausgang kuppelt an einen Codierer/Decodierer (Codec) 134 und das Signaleigenschaftenauswertungsmodul 130 an. Der Ausgang des Codec 134 kuppelt an einen verstärkten Lautsprecher 136 für Audiowiedergabe an.
Im Betrieb konvertiert die Antenne 110 ankommende Radiofrequenzsignale in elektrische Signale für das Radiofrequenz (RF)-Subsystememodul 112. Das RF-Subsystememodul 112 verstärkt das eingehende Signal, bevor sie eine Frequenzübersetzung und Bandpassfilterung an dem Signal vornehmen. Das RF Subsystem stellt die In-Phase- (I) und Rechtwinkelphase-(Q) Abschnitte des eingehenden Signals den A/D Konvertern 114, 116 zur Verfügung. Die A/D Konverter 114, 116 konvertieren das eingehende analoge Signal in digitales Format. Konventionell sind die A/D Konverter 114, 116 mit einer vorbestimmten Präzision für den Konvertierungsprozess ausgestaltet.
Die Signale, die die A/D Konverter 114, 116 verlassen, gelangen in den Signalschätzer 120, einen Timingschätzer 122, einen Phasen- und Frequenzschätzer 126 und einen Datendemodulator 124. Der Ausgang des Timingschätzers 120 und des Phasen- und Frequenzschätzers 126 ist mit dem Datendemodulator 124 verbunden, um Daten bereit zu stellen, die für die Demodulation und die Dekodierung des Sprachsignals erforderlich sind.
Der Timingschätzer 122 bestimmt das Timing des Signals in Bezug auf ein Synchronisationssignal, um eine Signalausrichtung während des Dekodierens und der Demodulation zu erhalten. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Timingschätzer 122 eine verzögerte Regelschleife (DLL) auf, die in weiterem Detail unten in Verbindung mit 3 beschrieben ist.
Der Phasen- und Frequenzschätzer 126 bestimmt die Phase und Frequenz des eingehenden Signals, das im Demodulationsprozess hilft, wie es denen bekannt ist, die mit der Empfängerbetriebsweise vertraut sind.
Der Signalschätzer 122 bestimmt das Rauschsignalverhältnis, Signaldynamik und das Signalstärkelevel und stellt diese Werte dem Signaleigenschaftenauswerfungsmodul 130 bereit. Wie im weiteren Detail unten diskutiert wird, verwendet das Signaleigenschaftenauswertungsmodul 130 diese Werte für eine dynamische Empfängerkontrolle.
Der Datendemodulator und Decoder 124 demoduliert das Signal von der Radiofrequenz und führt eine Rückcodierung an dem Signal durch. In einer Ausführungsform umfasst die Codierung einen Codedivisionsmehrfachzugriff (CDMA).
Der Ausgang des Datendemodulators und Decoders 124 ist an das Signaleigenschaftenauswertungsmodul 130 und den Vocoder 132 gekoppelt. Das Signaleigenschaftenauswertungsmodul 130 verwendet die demodulierten und decodierten Daten, um die Bitfehlerrate (BER) und die Rahmenfehlerrate (FER) abzuschätzen, die ihrerseits zur weiteren Auswertung des Eingangsignals verwendet werden. Der Vocoder 132 umfasst im allgemeinen einen elektronischen Sprachanalyzer, wie er im Stand der Technik bekannt ist.
Der Ausgang des Vocoders 132 ist an einen Eingang eines Codierer/Decodierer (Codec) 134 gekoppelt. Wie im Stand der Technik bekannt, konvertiert der Codec 134 das Digitalsignal in ein Analogsignal. Das entsprechende Signal verlässt den Codec 134 zum Empfang durch einen Lautsprecher 136, der hörbar das Signal wiedergibt. Ein optionaler, nicht gezeigter Verstärker kann zwischen dem Codec 134 und dem Sprecher 136 vorgesehen sein.
Optional kann das Signal Dateninformationen aufweisen, die keine Konvertierung des Signals in ein analoges Format erfordern. Damit würde ein Empfänger, der auf eine Verarbeitung von Nicht-Sprachdaten ausgerichtet ist, Bauteile für die Sprachverarbeitung vermissen wie den Vocoder 132 und den Codec 134.
Das Signaleigenschaftenauswertungsmodul 130 sieht eine Rückleitung bzw. ein Feedback zu den A/D Konvertern 114, 116, dem Signalschätzer 120, dem Timingschätzer 122, dem Datendemodulator und Decoder 124 und dem Phasen- und Frequenzschätzer 126 gemäß verschiedener Aspekte der vorliegenden Erfindung vor, um eine dynamische Kontrolle bzw. Regelung der verschiedenen Empfängerblöcke zur Änderung der Signalqualität und/oder für Leistungsreduzierungszwecke vor.
Analog/Digitalkonverter, die Signalqualitätsfeedback umfassen
2 zeigt einen digitalen Kommunikationsempfänger. Am Frontend eines Empfängers, der CDMA-Prinzipien übernimmt, wird das Signal in seine In-Phase- (I-) und Rechtwinkelphase-(Q-) Komponenten aufgeteilt. Jedes dieser jeweiligen Signale gelangt in einen der Analog/Digitalkonverter 114, 116. Die Analog/Digitalkonverter 114, 116 konvertieren das ankommende Signal in eine Digitaldarstellung der Signale.
In konventionellen Systemen wird die Präzision jedes A/D Konverters 114, 116 konstant gehalten, typischerweise bei fünf Bits. Der Ausgang der A/D Konverter 114, 116 kuppelt an die anderen Empfängersubsysteme 200 an. Die Empfängersubsysteme 200 weisen Bauteile wie den Signalschätzer 120, den Timingschätzer 122, Datendemodulator 124 und den Phasen- und Frequenzschätzer 126 auf, wie in größerem Detail in 1 gezeigt. Demgemäss schlägt sich die Präzision der A/D Konverter auf die Verarbeitung des Großteils der verbleibenden Empfängersubsysteme nieder, wie in 1 aufgezeichnet. Wie zuvor in Verbindung mit 1 erklärt, ist der Ausgang des Signalschätzers 120 mit dem Signaleigenschaftenauswertungsmodul 130 verbunden. Das Signaleigenschaftenauswertungsmodul 130 ist in Kommunikation mit den A/D Konvertern über ein A/D Konverterkontrollmodul 220. Das Kontrollentscheidungsmodul ist mit jedem der A/D Konverter 114, 116 verbunden. Selbstverständlich kann das A/D Konverterkontrollmodul 220 als ein Teil von dem betrachtet werden, was mit dem Signaleigenschaftenauswertungsmodul 130 kombiniert werden kann. Mit anderen Worten kann die Kontrolle bzw. Regelung für die A/D Konverter 114, 116 direkt aus dem Signaleigenschaftenauswertungsmodul 130 generiert werden, wodurch das gesonderte A/D Konverterkontrollmodul 220, das einen Eingang vom Signaleigenschaftenauswertungsmodul 130 erhält, aus einem Modul oder mehrfachen Modulen aufgebaut ist oder mit dem Signaleigenschaftenauswertungsmodul 130 kombiniert ist. Die unabhängige Darstellung in den Figuren der vorliegenden Anmeldung ist zur Erleichterung der Beschreibung des Systems vorgesehen.
Im Betrieb kontrolliert die Real-Time-Rückführung vom Signaleigenschaftenauswertungsmodul 130 die Betriebspräzision der A/D Konverter 114, 116. Insbesondere gelangen die In-Phase- und Rechtwinkel-Phase-Komponenten des eingehenden Signals in die A/D Konverter 114, 116. Bei Beginn der Kommunikationsverbindung wird die Präzision der A/D Konverter 114, 116 auf ein erstes Präzisionslevel gesetzt, in einer Ausführungsform das höchste Präzisionslevel, das durch die A/D Konverter 114, 116 vorgesehen ist. Die A/D Konverter 114, 116 modifizieren das eingehende Signal in ein Digitalformat und leiten das Signal an die anderen Komponenten des Empfängers weiter. Eine Komponente des Empfängers, die den Ausgang der A/D Konverter 114, 116 erhält, ist der Signalschätzer 120, der in 2 im Empfängersubsystem 200 eingegliedert ist. Der Signalschätzer 120 bewertet das digitalisierte Signal, um die Dynamik, Rausch- und Interferenzlevel und Signalstärke zu bestimmen. Diese Werte werden an das Signaleigenschaftenauswertungsmodul 130 weitergeleitet.
Das Auswertungsmodul 130 verarbeitet die Informationen vom Signalschätzer 120 (und andere Eingaben wie in 1 dargestellt) und kommt zu einer Bestimmung der Signalqualität und -stabilität, die hier als die Signaleigenschaften oder Charakteristiken angesprochen werden. Die Signaleigenschaften werden an das A/D Konverterkontrollmodul 220, das die Signaleigenschaften bewertet. Basierend auf der Bewertung des eingehenden Signals, passt das Kontrollmodul 220, das in Kommunikation mit den A/D Konvertern 114, 116 ist, das Präzisionslevel der A/D Konverter an. Vorteilhafterweise, können die A/D Konverter getrennt angepasst werden. Eine Bewertung durch das Signaleigenschaftenauswertungsmodul 130 und das Kontrollmodul, die ein im Allgemeinen stabiles Signal anzeigen, veranlasst das Kontrollmodul die Präzision jedes der A/D Konverter 114, 116 zu verringern. Wenn die Signalqualität auf I oder Q hoch genug ist, kann das eine oder andere Signal vollständig abgeschaltet werden. Wenn das Signal von hoher Qualität ist, verringert das Kontrollmodul 220 in einem Ausführungsbeispiel die Präzision jedes oder eines der A/D Konverter 114, 116 auf vier, drei oder sogar zwei Bits. Eine Verringerung der Präzision der A/D Konverter 114, 116 verringert den Leistungsverbrauch des Empfängers. Da das Kontrollmodul 220 nur die Präzision des A/D Konverters 114, 116 verringert, wenn das eingehende Signal von hoher Qualität ist, sinkt der Leistungsverbrauch der Mobilstation ohne einen Kompromiss in Audioqualität. Da die Präzision der A/D Konverter drastisch den Gesamtbetrag an Daten steigern oder senken kann, die durch die verbleibenden Empfängerkomponenten wie den Signalschätzer 120, den Timingschätzer 122, den Datendemodulator und -decoder 124 und den Phasen- und Frequenzschätzer 126 verarbeitet werden müssen, können die Leistungseinsparungen, die von einer Verringerung der Präzision in den A/D Konvertern 114, 116 herrühren, sich sig nifikant im Leistungsverbrauch des Empfängers niederschlagen. Wie ferner in 2 gezeigt, ist das Kontrollmodul 220 auch mit den Empfängersubsystemen 200 verbunden, um die Betriebspräzision der anderen Aspekte des Empfängers angemessen anzupassen. Insbesondere wenn das Kontrollmodul 220 die Präzision (Anzahl von Bits) der A/D Konverter 114, 116 verringert, werden auch die Bauteile, die den Ausgang der A/D Konverter empfangen, in einem Modus mit reduzierter Präzision betrieben. Wenn eines der I- oder Q-Signale in Folge einer sehr hohen Signalqualität am anderen Signal vollständig abgebrochen wird, würden Empfängersubsysteme, die auf das jeweilige Signal ansprechen, das nicht fortgeführt worden ist, in einer Ausführungsform vollständig deaktiviert, was die Leistung weiter reduziert.
Wenn demgegenüber das Bewertungsmodul 130 und das Kontrollmodul 220 feststellen, dass die Signalqualität schlecht ist, steigert das Kontrollmodul die Präzision entweder eines oder beider A/D Konverter 114, 116. Auf diese Weise passt sich die Präzision der A/D Konverter 114, 116 dynamisch in Abhängigkeit der Qualität des eingehenden Signals an.
Der Grad oder Prozentsatz an Leistungsverbrauch, der unter Verwendung dieser Prinzipien erreicht wird, variiert in Abhängigkeit der Bauteile der Empfängersubsysteme 200. In einer Ausführungsform kann die Verringerung in der Betriebspräzision in den A/D Konvertern 114, 116 des Frontends zu einer gesamten Verringerung des Leistungsverbrauchs des Empfängers von etwa 20% führen, während die Signalqualität um weniger als etwa 0,8 Db herabgesetzt wird. Dies korreliert mit einer Gesamtverringerung an Chipleistungsnutzung von ungefähr 5% bis 10% in der vorliegenden Ausführungsform. Ferner kann mit der Verringerung an Leistungsverbrauch während der Zeiträume hoher Signalqualität bei der selben Leistungsnutzung über die Zeit die Präzision der A/D Konverter 114, 116 während der Zeiträume einer schlechten Signalqualität gesteigert werden, um die Kommunikationsleistung zu verbessern, ohne den Gesamtleistungsverbrauch über die Zeit zu erhöhen.
Timingschätzer mit eingegliedertem Signalqualitätsfeedback
Moderne Kommunikationsempfänger verwenden eine Form von Signalsynchronisation, um das eingehende Signal geeignet aufzuspüren, zu demodulieren und zu decodieren. Ein Beispiel eines solchen Synchronisationsmechanismus ist eine verzögerte Regelschleife, die dazu dient, dass eingehende Signal mit einem internen oder bekannten Taktsignal oder Timingsignal zu synchronisieren. 3 zeigt einen Synchronisationsmechanismus, der als Timingschätzer mit eingebautem Signalqualitätsfeedback bekannt ist.
Ein Empfänger umfasst eine Anzahl von Entspreizern 300, die jeweils mit einem Timingschätzer und Filtermodul 122 (das heißt einer verzögerte Regelschleife oder DLL) gekoppelt sind. Der Ausgang des Timingschätz- und Filtermoduls 122 ist mit einem Datendemodulator verbunden, wie in 1 angezeigt. 3 zeigt auch das Signaleigenschaftenauswertungsmodul 130, das Informationen betreffend das eingehende Signal erhält und nach Verarbeitung der Informationen die Qualität und/oder Dynamik des eingehenden Signals bestimmt. Der Ausgang des Signaleigenschaftenauswertungsmoduls 130 ist mit einer Timingkontrollentscheidungseinheit 320 verbunden. Der Ausgang des Signaleigenschaftenauswertungsmodul koppelt an jeden der Entspreizer 300 und das Timingschätz- und Filtermodul 122 mittels der Timingkontrollentscheidungseinheit 320 an.
In konventionellen Systemen arbeitet das Timingschätz- und Filtermodul 122 (das heißt das DLL) konstant und bei einer festen Abtastrate. Gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung kann das Timingschätz- und Filtermodul 122 die gesamte Zeit, intermittierend oder mit einer verringerten Rate arbeiten.
In diesem Beispiel gibt jeder der Entspreizer 300 ein Signal, das aus der Spreizspektrumdatenübertragung gewonnen ist, an das Timingschätz- und Filtermodul 122 aus. Das Timingschätz- und Filtermodul 122 empfängt und verarbeitet die entspreizten Signale zur Synchronisation der Signale. Ein Timingsignal wird der Demodulationseinheit 124 (1) zur Verwendung bei der Demodulation zugeleitet.
Das Signaleigenschaftenauswertungsmodul 130 stellt gleichzeitig Informationen betreffend die Qualität und/oder Dynamik des eingehenden Signals an die Timingkontrollentscheidungseinheit 320 bereit. Die Timingkontrollentscheidungseinheit 320 bewertet die Informationen, die die Signaleigenschaften des eingehenden Signals beschreiben und stellt Kontrollinformationen dem Timingschätz- und Filtermodul 122 und jedem der Entspreizer 300 bereit.
Das Timingschätz- und Filtermodul 122 und jeder der Entspreizer 300 kann seinen Betrieb basierend auf dem Eingang der Timingkontrollentscheidungseinheit 320 ändern. Zum Beispiel stellt die Timingkontrollentscheidungseinheit 320 Daten dem Timingschätz- und Filtermodul 122 bereit, um dadurch die Art, den Betriebszyklus und die Filtereigenschaften wie Komplexität und Bandweite zu kontrollieren. Die Informationen, die von der Timingkontrollentscheidungseinheit 320 an den Timingschätzer 122 weitergegeben werden, ändern sich in Abhängigkeit von der Qualität des Signals. Das Timingschätz- und Filtermodul 122 verwen det diese Information, um seinen Betrieb anzupassen, um Leistung zu sparen, wenn das eingehende Signal von hoher Qualität ist, und/oder seine Leistungsfähigkeit während der Zeiträume einer geringen Signalqualität und/oder hoher Dynamik zu steigern.
Noch spezifischer kann die DLL 122 ihren Betrieb basierend auf dem Timingfehler ändern. Wenn zum Beispiel der Timingfehler bei aufeinander folgenden Abtastungen sehr gering wird, kann der Betriebszyklus oder der Prozentsatz der Zeit, in der die DLL 122 arbeitet, angepasst werden, um Leistung zu sparen. Mit anderen Worten kann in Zeiträumen eines geringen Fehlers an Timing der Aktivzyklus des DLL 122 für weniger häufigen Betrieb verringert werden. In Zeiten hoher Timingfehler kann der Betriebszyklus des DLL 122 für ein häufigeres Abtasten verbessert werden. In ähnlicher Weise kann der DLL Typ für bessere oder geringere Timingfehler angepasst werden. Ferner kann der DLL Typ während der Zeiträume wie einem Ein- oder Hochziehen (pull-in) oder einer erneuten Akquisition geändert werden, um die erforderliche Leistungsfähigkeit während dieser Zeiträume bereit zu stellen. Zum Beispiel kann während des Ein- oder Hochziehens die DLL vier Abtastungen verwenden und dann den Tastabstand auf zwei anpassen, wenn die Verzögerung abgeschätzt ist. Demgemäss ist nur die Verarbeitungskomplexität erforderlich, um ein Signaltiming aufrecht zu erhalten.
Wie im Stand der Technik bekannt, beginnen Timingschätzer und zugeordnete Filter, wie ein DLL ihren Betrieb, nachdem der anfängliche Signalsuchprozess auftritt, um präzise Synchronisation und Tracking zu erhalten. Der DLL umfasst grundsätzlich einen ersten Korrelator, der seinen Betrieb früh beginnt, und einen zweiten Korrelator, der den Betrieb später hinsichtlich der optimalen Abtastzeit beginnt. Ein Fehlersignal wird durch Bildung der Differenz zwischen den beiden Absolutwerten der zwei Korrelatorausgänge gebildet. Ein Nicht-Null-Fehler zeigt an, dass das Timing des Synchronisierungssignals hinsichtlich der optimalen Abtastzeit nicht richtig ist. Demgemäss wird das Synchronisationssignal entweder verzögert oder beschleunigt in Abhängigkeit des Vorzeichens des Fehlers. Ein Betreiben dieser Schleife passt das Synchronisationssignal an.
Während der Zeiten einer allgemeinen Stabilität hinsichtlich des eingehenden Signals ist das Fehlersignal im Allgemeinen Null und damit verbleibt das Timing des Synchronisationssignals grundsätzlich unverändert. Wenn alternativ das eingehende Signal grundsätzlich unstabil ist und eine hohe Dynamik oder Interferenz besitzt, ist das Fehlersignal im allgemeinen Nicht-Null und der Timingschätzer 122 bewertet kontinuierlich und passt das Synchronisationssignal an.
Basierend auf dem oben beschriebenen Betrieb unter Verwendung eines DLL, bewertet die Timingkontrollentscheidungseinheit 320 das eingehende Signal basierend auf dem Eingang von der Signaleigenschaftenauswertungseinheit 130 und passt das Verhalten des DLL an, um Leistung effizient zu verwenden und/oder eine gesteigerte Verlässlichkeit in Zeiten einer schlechten Signalqualität bereit zu stellen. Zum Beispiel passt während Zeiten einer allgemeinen Stabilität die Timingkontrollentscheidungseinheit 320 den Betrieb der DLL durch Verringerung des Tätigkeitszyklus, der Komplexität und/oder der Bandbreite des Filters an, wobei all diese den Leistungsverbrauch des Empfängers verringern.
Die Timingkontrollentscheidungseinheit 320 stellt auch Daten den Entspreizern 300 zur Verfügung, um den Tastabstand der Entspreizer zu kontrollieren. Die Informationen, die von der Timingkontrollentscheidungseinheit 320 an die Entspreizer 300 zur Verfügung gestellt werden, ändern den Betrieb der Entspreizer, um Leistung effizient durch Verringerung des Leistungsverbrauchs während Zeiträumen zu verwenden, wenn das eingehende Signal in einer höheren Qualität ist. Zum Beispiel kann die Kontrollinformation, die den Entspreizern 300 zur Verfügung gestellt wird, den Tastabstand der Entspreizer ändern, um Leistung während Zeiträumen zu sparen, in denen das eingehende Signal von hoher Qualität ist.
Auf diese Weise überwacht der Empfänger die Qualität des eingehenden Signals und passt den Betrieb des Timingschätz- und Filtermoduls 122 und der Entspreizer 300 an, um den Leistungsverbrauch zu verringern, wenn das Signal von hoher Qualität und im allgemeinen stabil ist. Alternativ wird der Betrieb während Perioden schlechter Signalqualität robuster gemacht auf Kosten zusätzlichen Leistungsverbrauchs.
Equalizer mit eingearbeitetem Signaleigenschaften Feedback
Viele moderne Kommunikationssysteme wie Systeme, die Vielfachzugriff im Zeitmultiplex (TDMA) und Code-Multiplex mit Mehrfachzugriff (CDMA) anwenden, verwenden oft eine Art von Receiver, der als ein RAKE-Empfänger bekannt ist. Ein RAKE-Empfänger hat eine Anzahl von Empfängern oder „Fingern", von denen jeder konfiguriert ist, um einen Abschnitt eines Funksignals zu erhalten. Empfänger wenden eine solche Konfiguration an, da in den meisten Kommunikationssystemen die Kanaleigenschaften unbekannt oder zeitveränderlich sind. Ein Beispiel ist, wenn ein übertragenes Signal Hindernissen auf dem Weg zwischen Transmitter und Empfänger begegnet. Aufgrund der Hindernisse umfasst das resultierende Signal Energiespitzenwerte, die über die Zeit verteilt sind. Insbesondere ist das eingehende Signal häufig in eine Anzahl von Spitzenwerten oder zeitveränderlichen Abschnitten getrennt, von denen jeder wichtige Signalinformationen enthält. Jeder der Finger eines RAKE-Empfängers erhält die Informationen an jedem der Spitzenwerte des eingehenden Signals. Die Energie an jedem der Spitzenwerte kann jedoch abgelenkt oder verwischt sein, wodurch die Finger des RAKE-Receivers daran gehindert werden, das Signal in geeigneter Weise zu erhalten.
Um die mangelnde Ausrichtung der Spitzenwerte im eingehenden Mehrwegesignal zu überwinden, verwenden moderne Kommunikationssysteme häufig Equalizer. Der Equalizer entfernt bestimmte zeitverzögerte Wellen oder Signalabschnitte. Insbesondere erkennen Equalizer verzögerte Signalabschnitte und schauen auf die stärksten Abschnitte. Equalizer können durch Verwendung einer Trainingssequenz arbeiten, die zu Beginn eines Datenkommunkationsburst gesendet wird. Der Equalizer justiert sich dann selbst, um die maximale Antwort auf dem Kanal bereit zu stellen, wodurch die störenden Effekte des Funkkanals selbst negiert werden.
Unerwünschterweise arbeiten der eine oder mehrere Equalizer in einem Empfänger eines modernen Kommunikationssystems kontinuierlich während einer aktiven Kommunikationsverbindung. Der kontinuierliche Betrieb des Equalizers ist wünschenswert, wenn die Spitzenwerte eines Mehrwegesignals nicht mehr ausgerichtet sind. Der beständige Betrieb der Equalizer in einer Mobilstation verbraucht jedoch wertvolle Batterieleistung, wenn das eingehende Signal grundsätzlich stabil ist und keine Entzerrung benötigt. Eine Implementierung umfasst eine Anpassung der Komplexität und/oder des Arbeitszyklus des Equalizers basierend auf den Eigenschaften des eingehenden Signals, um den Leistungsverbrauch zu verringern und/oder die Leistungsfähigkeit zu steigern.
4 illustriert einen Equalizer, der für einen adaptiven Betrieb gemäss den Prinzipien der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Hinsichtlich der Signalentzerrung weist der relevante Abschnitt eines kabellosen Kommunikationsempfängers insbesondere einen Equalizer 100 mit einem ersten Eingang, der zum Empfang eines Signals ausgebildet ist, einem zweiten Eingang, der an einen Ausgang eines Equalizercontrollers 410 angekoppelt ist und einen Ausgang auf, der an den Demodulator 124 gekoppelt ist. Der Eingang des Equalizercontroller 410 ist an den Ausgang des Signaleigenschaftenauswertungsmoduls 130 gekoppelt, das oben in größerem Detail beschrieben ist.
Im Betrieb arbeiten die in 4 dargestellten Bauteile zusammen, um ein Signal am ersten Eingang des Equalizers 400 zu empfangen. In einer Ausführungsform tritt der Equalizer 400 beim Anlaufen oder zu Beginn in einen vollen Betriebsmodus ein, in dem die Signalverbesserungsfähigkeiten des Equalizer in vollem Umfang betriebsbereit sind. Nach vollem Entzerren des eingehenden Signals übergibt der Equalizer das Signal an den Demodulator 124 zur zusätzlichen Signalbearbeitung. Der Ausgang des Demodulators 124 übergibt an andere Empfängersubsysteme (siehe 1).
Andere Subsysteme des Empfängers (1) stellen Informationen hinsichtlich des Signals dem Signaleigenschaftenauswertungsmodul 130 zur Verfügung. Das Signaleigenschaftenauswertungsmodul 130 verarbeitet die Informationen und führt die verarbeiteten Informationen dem Equalizercontroller 410 zu. Der Equalizercontroller 410 bewertet weiter die Signaleigenschaften basierend auf den Informationen vom Signaleigenschaftenauswertungsmodul 130 und gibt basierend auf dieser Bewertung eine Steuerinformation an den Equalizer 400 aus. Die Steuerinformation diktiert den Arbeitszyklus und die Komplexität des Betriebs des Equalizers 400.
Der Betrag an Leistung, der durch den Equalizer 400 gebraucht wird, hängt vom Arbeitszyklus des Equalizers 400 und der Komplexität der Entzerrungsalgorithmen ab, die im Equalizer 400 angewandt werden. In einer Ausführungsform kann der Equalizer 400 vollständig unterdrückt werden, wenn die Spitzenwerte in einem eingehenden Signal leicht wahrnehmbar sind, und der Equalizer kann wieder aktiviert werden, wenn die Spitzenwerte „verschmiert" werden. Der Equalizer 400 tritt zum Beispiel in einen Leistungssparmodus ein, wenn das Signaleigenschaftenauswertungsmodul 130 und der Equalizercontroller 410 feststellen, dass das eingehende Signal nicht länger eine umfangreiche Entzerrung benötigt. Umgekehrt kehrt der Equalizer zu einer vollen Entzerrung zurück, wenn angewiesen wird, dass das eingehende Signal eine Entzerrung benötigt, um eine Kommunikationsqualität aufrecht zu halten und um den Abbruch von Anrufen zu verhindern. Auf diese Weise wird der gesamte Leistungsverbrauch des Equalizers minimiert, ohne dass die Signalqualität oder die Integrität der Kommunikationsverbindung geopfert wird.
RAKE Finger-Arbeitszyklusanpassung und Kombinatoralgorithmenanpassung
5 zeigt einen Kombinator in einem RAKE Empfänger. Ein CDMA-Empfänger beschäftigt mehrere Korrelatoren, die auch als Finger bekannt sind. Die mehrfachen Korrelatoren verringern die Empfänglichkeit eines Empfängers für Mehrwegekomponenten, da der Emp fänger gleichzeitig mehrere Mehrwegesignale empfangen und sie kohärent kombinieren kann, was zu einem stärkeren Signal führt. Der RAKE-Empfänger ermöglicht es auch einer Mobilstation gleichzeitig mit zwei Basisstationen zu kommunizieren, was ein sanftes Weiterreichen möglich macht und in großem Umfang die Wahrscheinlichkeit von Rufausfällen verringert.
Gegenwärtige Systeme betreiben jeden Finger eines RAKE-Empfängers mit voller Präzision während der Gesamtheit jeder aktiven Kommunikationsverbindung. Ein Betreiben jedes Fingers eines RAKE-Empfängers mit voller Präzision hält eine Audioqualität während eines Signalfadings aufrecht und wenn das Signal Mehrwegekomponenten beinhaltet. Ein Betreiben jedes Fingers eines RAKE-Empfängers und des Kombinators unter voller Präzision, wenn das eingehende Signal von hoher Qualität ist, verbraucht jedoch unnötigerweise Batterieleistung. Die hier beschriebene Ausführungsform passt dynamisch den Arbeitszyklus der Finger des RAKE-Empfängers an und variiert die Komplexität der Kombinatortalgorithmen, um Leistung zu sparen, wenn das Signal von hoher Qualität ist.
Wie in 5 gezeigt, weist eine bevorzugte Ausführungsform mehrere Korrelatoren 510 auf, von denen jeder mit einem Kombinator 516 gekoppelt ist. Der Ausgang eines Kombinatorkontrollmoduls 550 ist an den Kombinator 516 und an jeden der Korrelatoren 510 angekoppelt. Das Kombinatorkontrollmodul hat einen Eingang mit dem Signaleigenschaftenauswertungsmodul 130 verbunden, das in Verbindung mit 1 diskutiert wurde.
Der Kombinator 516, der die Signale von jedem der Finger des RAKE-Empfängers empfängt, ergänzt jedes der Mehrwegesignale und stellt einen Ausgang zu den anderen Subsystemen des Empfängers bereit.
Jeder der Korrelatoren 510 stellt insbesondere einen Abschnitt des eingehenden Signals an den Kombinator 516 zur Verfügung. Umgekehrt verwendet der Kombinator 516 einen Algorithmus, um Parameterwerte zu berechnen, die in der Kombination jedes der eingehenden Mehrwegesignale von den Korrelatoren 510 helfen. Diese Parameterwerte stellen die erforderliche Zeitverschiebung, Phasenverschiebung und Amplitudenanpassung dar, die notwendig sind, um jedes der Mehrwegesignale geeignet zu kombinieren. Der Kombinator 516 verarbeitet die eingehenden Signale unter Verwendung der Parameterberechnung und stellt ein kombiniertes Signal am Ausgang bereit.
Vorteilhafterweise umfasst ein Empfänger, der die Prinzipien der vorliegenden Erfindung anwendet, das Kombinatortkontrollmodul 550. Das Kombinatortkontrollmodul 550 sieht einen Eingang an den Kombinator 516 und jeden Korrelator 510 vor, um dynamisch den Arbeitszyklus der Korrelatoren und die Betriebsweise des Kombinators anzupassen, um den Leistungsverbrauch zu verringern. Das Kombinatortkontrollmodul 550 bewertet verschiedene Eigenschaften des eingehenden Signals und sieht basierend auf der Bewertung einen geeigneten Input an den Kombinator 516 und die Korrelatoren 510 vor. Das Kombinatortkontrollmodul 550 erhält Informationen hinsichtlich des eingehenden Signals vom Signaleigenschaftenauswertungsmodul 130. Insbesondere stellt das Signaleigenschaftenauswertungsmodul 130 Informationen hinsichtlich der Signaldynamik, hinsichtlich des Rauschsignalverhältnis, des Signalinterferenzlevels und des Signalleistungslevels an das Kombinatortkontrollmodul 550 bereit. Unter Verwendung dieser Informationen passt das Kombinatortkontrollmodul 550 den Arbeitszyklus der Korrelatoren 510 und die Betriebsweise des Kombinators 516 an, um Leistungsverbrauch zu reduzieren.
Hinsichtlich der Korrelatoren 510 ändert das Kombinatorkontrollmodul 550 den Arbeitszyklus jedes Korrelators basierend auf dem eingehenden Signal. Wenn zum Beispiel das eingehende Signal grundsätzlich schwach ist und eine Anzahl von Mehrwegekomponenten enthält, dann aktiviert das Kombinatortkontrollmodul 550 die maximale Anzahl der Korrelatoren 510, um dadurch das schwache Signal zu erfassen. Wenn alliterierend das Signaleigenschaftenauswertungsmodul 130 anzeigt, dass das Signal im Allgemeinen stark ist und verhältnismäßig wenig (ein oder zwei) Mehrwegekomponenten aufweist, dann weist das Kontrollmodul 550 eine Anzahl der Korrelatoren 510 an, den Betrieb auszusetzen. Das Aussetzen des Betriebs einer Anzahl von Korrelatoren 510 verringert den Leistungsverbrauch des Empfängers, was die Lebensdauer der Batterie ausdehnt. Ein Aussetzen des Betriebs einer Anzahl von Korrelatoren 510 verringert den Input an den Kombinator 516, was folgerichtig die Verarbeitungslast am Kombinator 516 verringert. Dies verringert weiter den Leistungsverbrauch des Empfängers.
Das Kombinatortkontrollmodul 550 weist auch den Kombinator 516 an, dynamisch die Algorithmen zu wechseln, die zur Parameterabschätzung verwendet werden. Insbesondere Mobilstationen (das heißt ein Funktelefon oder Handy) können arbeiten, während es stationär ist oder während es sich bewegt, wie zum Beispiel während einer Autofahrt. Für einen Empfänger und insbesondere den Kombinator 516 ist ein beträchtlicher Umfang an Verarbeitung (und daher Leistung) erforderlich, um die Parameter abzuschätzen, die zur Berechnung der Zeitverschiebung 512, der Phasenverschiebung 520 und der Amplitudenanpassung 530 jeder Komponente des eingehenden Signals verwendet werden, bevor mit dem Summieren 540 jede angepasste Signalkomponente aufsummiert wird. Eine präzise Berechnung dieser Parameter ist lebenswichtig in Perioden, in denen das eingehende Signal beträchtliche Mehrwegekomponenten umfasst, wie zum Beispiel wenn die Mobilstation sich bewegt oder wenn reflektierende Gegenstände wie Gebäude zwischen der Mobilstation und der Basisstation sind. Derartige komplexe Berechnungen verbrauchen jedoch unnötigerweise Leistungen in Perioden, wenn das eingehende Signal nicht eine Vielzahl von beträchtlichen Mehrwegekomponenten umfasst, zum Beispiel wenn die Mobilstation im allgemeinen stationär ist oder wenn sie einen behinderungsfreien Signalweg zur Basisstation besitzt. Anstatt komplexe Berechnungen durchzuführen, werden die Parameter, die zur Bestimmung der Zeitverschiebung, Phasenverschiebung und Amplitudenanpassung verwendet werden, unter Verwendung von Berechnungen erhalten, die weniger Leistung verbrauchen, oder durch Fixieren der Parameterwerte für bestimmte Signalbedingungen. Damit wird der Leistungsverbrauch verringert, ohne die Audioqualität oder die Stabilität der Kommunikationsverbindung zu kompromittieren.
7 zeigt einen verbesserten Frequenzschätzer, um eine adaptive Frequenzabschätzung (Phasenrekonstruktion) wie in dem Phasen/Frequenzschätzer 126 der 1 vorzusehen. Wie in 7 zu sehen, ist dort ein Demodulator 710 für ein Pilotsignal vorgesehen und ein Demodulator 712 für ein gewünschtes Signal vorgesehen. Ein Phasenrekonstruktionsblock 714 stellt eine Phasenabschätzung für das gewünschte Signal bereit. Demgemäss stellt ein Ausgang des Phasenrekonstruktionsblocks 714 einen Eingang an den Demodulator 712 des gewünschten Signals bereit. Das eingehende Signal stellt (nach digitaler Konvertierung in der vorliegenden Ausführungsform) einen Input sowohl an den Pilotdemodulator 710 als auch an den Demodulator 712 des gewünschten Signals zur Verfügung. Das Phasenrekonstruktionsmodul 714 erhält einen Input vom Pilotdemodulator 710 und vom Signaleigenschaftenauswertungsmodul 130 (siehe 1). Noch genauer stellt das Signaleigenschaftenauswertungsmodul 130 Signale dem dynamischen Phasenrekonstruktionskontrollmodul 716 bereit, das einen Teil des Phasenrekonstruktionskontrollmodul 714 bildet. Das dynamische Phasenrekonstruktionskontrollmodul 716 reagiert auf Informationen vom Signaleigenschaftenmodul 130 und vom Pilotdemodulator 710, um dynamisch das Phasenrekonstruktionskontrollmodul 714 zu steuern, um sich ändernden Signalbedingungen anzupassen. Noch genauer können die Operationen des Phasenrekonstruktionskontrollmodul adaptiv gesteuert werden, um die Operationen basierend auf den jeweiligen Signaleigenschaften zur jeweiligen Zeit zu ändern.
Wie im Stand der Technik bekannt, kann ein Phasenkonstruktionsschema sehr wichtig sein, da ein kleiner Fehler in der geschätzten Phase zu einem großen Verlust des gewünschten Signals führen kann. Typischerweise nutzen bestehende Systeme das Pilotsignal, dass mit einer höheren Leistung ohne vollständige Spreizcodes übermittelt wird, sodass es viel leichter zu demodulieren ist. Demgemäss erlaubt die Demodulation die Bestimmung der Phase des eingehenden Signals. Da das Pilotsignal und das gewünschte Signal zusammen übermittelt werden, erfahren sie ähnliche oder identische Wege und Interferenz zum Empfänger. In Perioden hoher Signaldynamik und Mehrwegekomponenten wird die Frequenzabschätzung eine wichtige Funktion des Systems, um signifikante Signalverluste zu vermeiden.
Der Frequenzschätzalgorithmus, Präzision oder aktive Perioden können kontrolliert werden. Noch spezifischer könnten irgendeiner oder mehrere der folgenden Parameter bei der Auswahl von zwei oder mehreren Algorithmen umfasst werden, die basierend auf der Pilotdemodulationinformation oder der Pilotdemodulation zusammen mit Informationen des Signaleigenschaftenmoduls ausgewählt werden. Die Verarbeitungsrate kann gesteigert oder verringert werden. Eine solche Erhöhung oder Verringerung kann auf dem Leistungslevel statt auf der Trackingleistungsfähigkeit basiert werden. Der Phasenrekonstruktionsfilter 714 kann tatsächlich deaktiviert und nur für wenige bis mehrere Male sekundenweise in Perioden einer hohen Signalstärke und geringer Signaldynamik und eines Fadings aktiviert werden. Während hoher Signaldynamik jedoch, wenn das Signal Mehrwegekomponenten haben kann und die Phase sich rapide ändert, kann der Filter konstant laufen. Ergänzend oder alternativ kann die Präzision des Phasenrekonstruktionsfilters 714 modifiziert werden. Zum Beispiel kann die Präzision von 16 Bits auf 8 Bits in einer Ausführungsform geändert werden. Ergänzend oder in Kombination mit den anderen Elementen könnte der aktuelle Filtertyp verändert werden. Zum Beispiel könnte ein FIR-Filter (nicht rekursiver Filter), IIR-Filter, Gleitfensterfilter oder eine andere Art von Filter basierend auf den Signaleigenschaften ausgewählt werden.
Wie schließlich in 7 gezeigt, könnte das Signaleigenschaftenmodul 130 eine beträchtliche Rolle in den Phasenrekonstruktionsentscheidungen spielen. Übliche Gestaltungen umfassen typischerweise die Verwendung des Pilotsignals zur Bestimmung der Frequenzabschätzung. Der Pilot ist aufgrund seiner hohen Leistung und des Fehlens vollständiger Spreizcodes leicht zu demodulieren. In Spreizspektrumsystemen kann jede Basisstation viele gewünschte Signale haben, von denen jedes mit seinem eigenen Spreizcode in einer bestimmten Richtung von der Basisstation aus übermittelt wird. Typische Basisstationen in Spreizspektrumsystemen können drei verschiedene direktionale Abschnitte haben, von de nen jeder zehn bis zwanzig Signale mit Spreizcodes (wie Walsh-Codes) für jedes Signal haben kann. Demgemäss umfasst das Signal von der Basisstation ein Pilot- plus mehrere gewünschte Signale unter Verwendung mehrerer entsprechender Spreizcodes. Typischerweise demoduliert jede Mobilstelle nur die Daten, die von ihrem eigenen Spreizcode stammen. Da es jedoch viele andere codierte Signale in demselben kollektiven Signal gibt, umfasst die vorliegende Ausführungsform auch die Verwendung der anderen Spreizspektrumsignale, die nicht für den jeweiligen Empfänger bestimmt sind, bei der Bestimmung der Phasenrekonstruktion. Mit anderen Worten kann das demodulierte gewünschte Signal für andere User zum Aufspüren der Phase verwendet werden und das Tracking kann verbessert werden. Selbstverständlich benötigt die zusätzliche Demodulation zusätzlich Leistung; in Perioden hoher Signaldynamik kann jedoch eine solche Steigerung in der Verarbeitung erforderlich sein, um ein Signal für den jeweiligen in Frage kommenden User zu erhalten.
Zusammengefasst können mehrere verschiedene Merkmale ins Spiel kommen bei der Beeinflussung der Operationen der Phasenrekonstruktion (Frequenzabschätzung) des Empfängers.
GSM Demodulator mit einer Ausgestaltung mit verringertem Leistungsverbrauch
In noch einer weiteren Ausführungsform sind leistungssparende Merkmale in einen Empfänger integriert, der gemäss dem Global System for Mobile Communications (GSM) arbeitet.
6 zeigt einen typischen Demodulator für einen Global System for Mobile Communication (GSM). Inputleitungen, die Basisband I- (In-Phase-) und -Q- (Rechtwinkel-Phasen-) Daten tragen, sind mit einem automatischen Verstärkungskontrollmodul 610 verbunden und einem Signallevelschätzer 612. Der Ausgang des Signallevelschätzers 612 ist mit dem AGC-Modul 610 verbunden.
Der Ausgang des AGC-Moduls 610 ist mit einem Kreuzkorrelator 614 verbunden. Der Ausgang des Kreuzkorrelators ist mit jedem der Elemente eines Anpassfilters 616, einem Anpassfilterextraktor 618 und einer Timingwiederherstellungseinheit 620 verbunden. Der Ausgang des Anpassfilterextraktors 618 speist direkt in den Anpassfilter 616 ein. Der Ausgang des Anpassfilters 616 und der Timingwiederherstellungseinheit 620 sind beide mit einem Detektor 622 zur Abschätzung der Sequenz maximaler Wahrscheinlichkeit (Maximum Likelihood Sequence Estimation = MLSE-Detektor) verbunden.
Der MLSE Detektor 622 ist an den Eingang einer Entschlüsselungseinheit 624 angekoppelt und der Ausgang der Entschlüsselungseinheit speist in einen Deleaver 626 ein. Der Deleaver 626 gibt die Daten an einen konvolutionellen Decoder 630 aus. Der konvolutionelle Decoder 630 ist seinerseits mit einem Blockdecoder 632 verbunden. Der Blockdecoder 632 gibt seinen Ausgang an eine Datenausgangsleitung aus.
Im Betrieb passt das automatische Verstärkungskontrollmodul 610 das Eingangssignalband der Basisband I- und -Q-Daten (im folgenden Signal) für eine optimale Leistungsfähigkeit während der nachfolgenden Demodulationsoperationen an, wie es im Stand der Technik bereits verstanden wird. Das eingehende Signal gelangt auch in einen Signallevelschätzer 612, der das Leistungslevel des eingehenden Signals abschätzt. Ein Abschätzen des Signalleistungslevels dient zwei Zwecken; erstens passt ein GSM-Kommunikationssystem seine Leistungsfähigkeit basierend auf der Stärke des empfangenen Signals an jeder der Mobilstationen an; und zweitens passt der Empfänger die Verstärkung des Eingangsignals für nachfolgende Demodulationsprozesse an. Demgemäss stellt der Modulator den Ausgang des Signallevelschätzers 612 dem AGC Modul 610 bereit, sodass die Verstärkung des Signals angemessen angepasst werden kann.
Der Kreuzkorrelator 614 vergleicht die empfangenen Daten mit einer bekannten Trainingssequenz oder mit einer Trainingssequenz, die als Mittelmuster im empfangenen Datenburst umfasst ist. Der Kreuzkorrelator lokalisiert den Anfang jedes Datenburst unter Verwendung der bekannten 26 Symbole, die im Zentrum jedes Bursts angeordnet sind. Wie im Stand der Technik bekannt, werden Bursts in einem im Allgemeinen 0,5 Millisekunden langen Zeitframe gefolgt von einer 4,5 Millisekundenpause gesendet. Der Kreuzkorrelator, der die bekannten 26 Symbole lokalisiert oder korreliert hat, ist in der Lage, den Beginn der Datenübertragung zu lokalisieren.
Als nächstes wird das Signal einer Filterung und einer Wiederherstellung des Timings unterworfen. Der Anpassfilterextraktor 618 modelliert einen idealen Anpassfilter, um die Effekte des Übertragungskanals und irgendwelcher Inter-Symbol-Interferenzen umzukehren, die durch die Pulsform eingeführt wurden. Die Timingwiederherstellungseinheit 620 bestimmt das geeignete Timing des Signals, um die Mitte des Bursts zu lokalisieren, die es dem Empfänger ihrerseits ermöglicht, die individuellen Symbole korrekt zu trennen und zu demodulieren.
Die nächste Phase des Demodulationsprozesses umfasst die MLSE-Detektion. Der MLSE-Detektor 622 führt einen anspruchsvollen Detektionsalgorithmus durch, der jedem empfangenen Signal eine Eins oder Null zuweist, und stellt ein Mass der Sicherheit jeder binären Entscheidung bereit. Wie im Stand der Technik bekannt, beschäftigen die Algorithmen des MLSE-Detektors 622 ein dynamische Programmiermodul, um gleichzeitig einen vollständigen Halbburst (üblicherweise 58 Bits) an Daten zu demodulieren. Während bestimmte Vorteile darin bestehen, eine Demodulation über eine Halbburst anstatt auf einer Basis von Symbol zu Symbol durchzuführen, verbraucht eine Halbburstdemodulation beim Betrieb eine beträchtliche Menge an Leistung.
Nach der MLSE-Detektion gelangt das Signal in eine Entschlüsselungseinheit 624, um Anti-Mithörmaßnahmen, die vom Transmitter vorgenommen wurden, umzukehren. Als nächstes gelangt das Signal in einen Deleaver 626, wobei die übertragenen Bits über mehrere TDMA-Burst (Vielfach-Zugriff im Zeitmultiplex) verteilt werden, um eine Robustheit bei Vorliegen eines Fadings bereit zu stellen. Der Deleaver 626 ordnet die empfangenen Bits in Nachrichtenblöcken erneut an, d.h. in der ursprünglichen Reihenfolge, die vor der Übertragung bestand.
Der Ausgang des Deleavers 626 schreitet zum Eingang des konvolutionellen Decoders 630 fort. Der konvolutionelle Decoder 630 führt ein konvolutionelles Decodieren der empfangenen Daten durch. Konvolutionelles Codieren und Decodieren stellt ein Mittel zum Detektieren und Korrigieren von Datenfehlern dar, die während der Übertragung eingeführt wurden. Insbesondere ergänzt konvolutionelles Codieren eine Codierung zu den Daten, sodass der konvolutionelle Decoder akkurat die übertragenen Daten rekonstruieren kann, selbst wenn einige der Datenbits während der Übertragung zerstört wurden.
Nach dem konvolutionellen Decodieren gelangt das Signal in den Blockdecoder 632, um einem umgekehrten Blockcodieren unterworfen zu werden. Blockcodierung sorgt für eine Redundanz, typischerweise für Paritätsbits. Diese Paritätbits werden typischerweise am Ende einer Frequenz von Datenbits übertragen, sodass der Blockdecoder 632 nach Empfang vom Empfänger eine Reverse-Blockcodierung durchführen kann, um zu bestimmen, ob Fehler im Datenstrom bestehen. Nachdem das Signal der Blockdecodierung unterworfen wurde, verlässt das Signal den Blockdecodierer 632 für die weitere Bearbeitung in anderen Teilen des Empfängers, wie in einem Vocoder (nicht gezeigt).
In einem Beispiel weist der Empfänger eine mit einem digitalen Signalprozessor (DSP) codierte Implementierung eines GSM-Empfängers auf. Die Erfinder erkennen, dass die komplexeste und am meisten leistungsverbrauchende Operation typischerweise der MLSE-Detektionsalgorithmus des MLSE-Detektors 622 ist. In einigen DSP basierten Implementierungen kann die MLSE Detektion zum Beispiel bis zu 50% der Komplexität hinsichtlich der gesamten DSP Operationen aufweisen. Während die Vorteile des MLSE-Detektors seinen Leistungsbedarf in Perioden einer schlechten Signalqualität wert sind, verbraucht der MLSE-Detektor unnötigerweise Leistung, wenn das Signal robust ist.
Ein anderes sehr komplexes und leistungsverbrauchendes Bauteil ist der Kreuzkorrelator 614, da er über einen breiten Bereich von Verzögerungen arbeitet, um die Mitte des Datenbursts korrekt zu lokalisieren. Kreuzkorrelation in DSP-basierten Implementierungen kann bis zu 30% der gesamten DSP-Operationen aufweisen.
In einem Beispiel ist ein GSM-Empfänger konfiguriert, um einen wesentlichen Anteil der Rechenanforderungen des Empfängers durch Überwachung der Timingwiederherstellungseinheit 620 auf plötzliche Bewegung von der Mitte auf einer Burst zu Burst-Basis zu überwachen. In solch einer Ausführungsform würde der Empfänger auch einen Kreuzkorrelatorcontroller 616 umfassen. Der Kreuzkorrelatorcontroller 616 ist mit dem Kreuzkorrelator und der Timingwiederherstellungseinheit verbunden. Der Kreuzkorrelatorcontroller 616 erhält Daten von der Timingwiederherstellungseinheit 620 und ändert in Abhängigkeit des Timings des eingehenden Signals den Betrieb des Kreuzkorrelators entsprechend. Insbesondere wenn das eingehende Signal keine plötzlichen Bewegungen von der Burstmitte zeigt, weist der Kreuzkorrelatorcontroller 616 den Kreuzkorrelator 614 an, über einen engeren Bereich von Verzögerungen zu arbeiten. Zum Beispiel kann der Kreuzkorrelator 614 im normalen Betrieb über +/– 5 Datensymbole arbeiten. Unter idealen Bedingungen, wie zum Beispiel wenn das Burstzentrum grundsätzlich stabil ist, kann die Ausführung einer Kreuzkorrelation über +/– 2 Symbole angemessen sein. Kurz gesagt, wenn angenommen wird, dass die Datenübertragung grundsätzlich stabil ist, kann der Kreuzkorrelator eine geringe Änderung im Burstzentrum erwarten und die Rechenkomplexität verringern wie zum Beispiel durch Bewertung weniger Symbole. Eine Verringerung der Rechenkomplexität und -dauer des Kreuzkorrelators 614 verringert den Leistungsverbrauch des Empfängers, was wiederum die Batterielebensdauer verlängert. Wenn die Timingwiederherstellungseinheit 620 schnelle Bewegungen vom Burstzentrum detektiert, weist der Kreuzkorrelatorcontroller 616 den Kreuzkorrelator 614 an, seinen Betrieb über einen breiteren Bereich von Laufzeiten oder Verzögerungen wieder aufzunehmen. Auf diese Weise passt der Kreuzkorrelatorcontroller 616 den Be trieb des Kreuzkorrelators 614 an, um Leistung in Perioden zu sparen, wenn das Signal stabil ist, ohne die Signalqualität abzuwerten.
In einem anderen Beispiel umfasst der Empfänger einen MLSE-Controller 621, der mit dem MLSE-Detektor 622, dem Anpassfilter 617 und dem Ausgang des Signallevelschätzers 612 verbunden ist. Der MLSE-Controller empfängt Input vom Anpassfilter 616 und dem Signallevelschätzer 612. Der MLSE-Controller 621 überwacht sowohl das Signallevel einer eingehenden Übertragung und die Antwort an den Anpassfilter 617. Wenn das eingehende Signallevel hoch ist, und die Antwort an den Anpassfilter 615 anzeigt, dass das Signal über einen im allgemeinen klaren Kanal ankommt, setzt der Empfänger den Betrieb des komplizierten MLSE-Detektors 622 aus und implementiert stattdessen einen einfachen Bit-by-Bit Demodulator mit schneller Frequenzumtastung (Minimum Shift Keying = MSK). MSK-Demodulatoren sind den Fachleuten bekannt und erfordern einen trivialen Betrag an Rechenresourcen und damit Batterieleistung im Verhältnis zu den MLSE Algorithmen des MLSE-Detektors 622 in Folge deren Betrieb auf einer Bit-by-Bit Basis anstelle der typischen 58 Bit-Laufzeit oder -Verzögerung des MLSE Detektors 622.
Ein Empfänger, der eine MSK-Demodulation über MLSE Algorithmen aufnimmt, verbraucht weniger Leistung als ein Empfänger, der nur MLSE Detektionsalgorithmen verwendet. Wenn somit das Signal robust ist, kann der leistungsintensive MLSE-Detektor-Betrieb ausgesetzt werden und durch eine Bit-by-Bit MSK-Demodulation ersetzt werden. Wenn alternativ das Signal sich ändert, in dem die Antwort an den Anpassfilter 617 nicht einem Impuls ähnelt und wenn das Signallevel sinkt, setzt der MLSE-Controller 621 den Betrieb des Bit-by-Bit MSK-Demodulators aus und nimmt den Betrieb der MLSE Algorithmen wieder auf. Auf diese Weise verringert der MLSE Controller 621 den Leistungsverbrauch des Empfängers ohne Audioqualität zu opfern. Wie im obigen Ausführungsbeispiel erklärt, werden der Signallevelschätzer und der Anpassfilter verwendet, um die Signalqualität zu bestimmen. Andere Qualitätsmessungen wie eine automatische Verstärkungsregelung könnten verwendet werden, um den Empfängeralgorithmus anzuzeigen, der für den Rest des Empfängers implementiert wird.
Obwohl die vorausgehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung grundsätzliche neue Merkmale der Erfindung gezeigt, beschrieben und herausgestellt hat, versteht sich, dass verschiedene Unterlassungen, Ersetzungen und Änderungen in Form von Details der Vorrichtung wie dargestellt als auch ihrer Verwendungen von Fachleuten gemacht werden können, ohne den Schutzbereich der anhängenden Ansprüche zu verlassen.

Claims

Adaptiver Kombinator für einen Empfänger mit: wenigstens zwei Korrelatoren (510), die ausgestaltet sind, um ein eingehendes Signal zu empfangen; einem Kombinator (516), der an die wenigstens zwei Korrelatoren gekoppelt ist; einem Signaleigenschaftenauswertungsmodul (130), das empfänglich auf die Eigenschaften eines empfangenen Signals antwortet, um eine Angabe der Eigenschaften des eingehenden Signals bereitzustellen; und einem Kombinatorkontrollmodul (550), das mit dem Kombinator (516) gekoppelt ist und auf die Angabe der Signaleigenschaften vom Signaleigenschaftenauswertungsmodul empfänglich antwortet, um den Betrieb des Kombinators basierend auf der Angabe der Signaleigenschaften zu ändern; wobei das Kombinatorkontrollmodul betreibbar ist, um gemäß einem ersten oder einem zweiten Betriebsmodus vorzugehen, wobei erster und zweiter Modus gemäß verschiedener Algorithmen für den Kombinierungsschritt betrieben sind, wobei die Algorithmen sich in der Art der Berechnung der Parameterwerte unterscheiden, die eine Zeitverschiebung, Phasenverschiebung und Amplitudenanpassung repräsentieren, wobei die Parameterwerte beim Kombinieren von Abschnitten des eingehenden Signals verwendet werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Kombinatorkontrollmodul (550) an den Kombinator (516) gekoppelt ist und ausgestaltet ist, um ein Kontrollsignal an wenigstens zwei Korrelatoren (510) bereitzustellen, um den Betrieb wenigstens eines der wenigstens zwei Korrelatoren zu ändern.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei wenigstens ein Element von den Korrelatoren (510), dem Kombinator (516), dem Signaleigenschaftenauswertungsmodul (130) und dem Kombinatorkontrollmodul (550) unter Verwendung eines digitalen Signalprozessors verkörpert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Kombinator (516) einen Teil eines Empfängers für drahtlose Kommunikation aufweist.
Verfahren zur adaptiven Kontrolle in einem Empfänger mit den Schritten: Empfangen eines eingehenden Radiosignals; Korrelieren wenigstens von Abschnitten des eingehenden Signals; Kombinieren der Abschnitte des eingehenden Signals unter Auswertung der Qualität des eingehenden Signals; und Kontrollieren des Kombinierungsschritts basierend auf der Qualität des eingehenden Signals; wobei der Kombinierungsschritt gemäß einem ersten oder zweiten Betriebsmodus erfolgen kann, wobei der erste und der zweite Modus gemäß verschiedenen Algorithmen für den Kombinierungsschritt betrieben werden, wobei sich die Algorithmen in der Art der Berechnung der Parameterwerte unterscheiden, die Zeitverschiebung, Phasenverschiebung und Amplitudenanpassung repräsentieren, wobei die Parameterwerte beim Kombinieren von Abschnitten des eingehenden Signals verwendet werden, wobei das Kontrollieren das Ändern des Modus umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Auswertung das Auswerten eines oder mehrerer der Werte Signaldynamik, Signalrauschen, Signallevel, Bit-Fehler-Verhältnis und Rahmenfehlerverhältnis umfasst.