DE69329593T2

DE69329593T2 - Verfahren zur Kompensation von Mehrwegeausbreitung

Info

Publication number: DE69329593T2
Application number: DE69329593T
Authority: DE
Inventors: Kjell Isak Ostman
Original assignee: Nokia Mobile Phones Ltd
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 1992-12-30
Filing date: 1993-11-25
Publication date: 2001-04-26
Anticipated expiration: 2013-11-26
Also published as: JP3527270B2; EP0605102A1; US5677934A; EP0605102B1; DE69329593D1; JPH06244748A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kompensation von Mehrweg-Ausbreitung.
Digitale Funkübertragungssysteme durchsetzen oftmals die übertragenen Daten mit Synchronisationssequenzen, die einer empfangenden Station bekannt sind. Solche Synchronisationssequenzen werden in Zeitmultiplex-Zugriffssystemen (TDMA-Systemen) verwendet, in denen verschiedene Benutzer verschiedenen Zeitschlitzen in einer gleichen Frequenzbandbreite zugewiesen sind. Jeder Zeitschlitz wird von einer Synchronisationssequenz begleitet, die es einer empfangenden Station ermöglicht, mit dem übertragenen Signal Synchronisation zu erlangen. Zellen-Telephonsysteme verwenden solche TDMA- Protokolle und sind ein Beispiel eines Systems, in dem diese Erfindung angewendet werden kann.
Kommunikationsverbindungen von Zellen-Telephonen leiden oftmals unter Effekten der Mehrweg-Ausbreitung, bei der ein Empfänger Kopien eines übertragenen Signals erkennt, die zwischen dem Sender und dem Empfänger unterschiedliche Wege zurückgelegt haben. Im allgemeinen weisen solche Wege verschiedene Längen auf und bewirken, daß die Kopien des übertragenen Signals untereinander verzögert sind. Wenn die Signalisierungsraten bei solchen Kommunikationsverbindungen ausreichend hoch sind, verursacht die Mehrweg- Ausbreitung eine Zwischensignal-Interferenz, die wiederum das Erfassen der Signale unmöglich macht.
Der Begriff "Zeichen" wird in diesem Kontext verwendet, um übertragene Signale zu bezeichnen, die mit diskreten Phasenbeziehungen phasenmoduliert sind, wobei jede zugewiesene Phasenbeziehung ein Zeichen darstellt, das in einem Empfänger Gegenstand der Erfassung ist. Der Begriff "Zwischenzeichen-Interferenz" bezeichnet zwei oder mehrere Zeichen, die gegenseitig überlagert sind, wodurch die Phasenerfassung von jedem Zeichen äußerst schwierig, wenn nicht unmöglich wird.
Systeme zum Modulieren der Phase einer Trägerwelle zur Darstellung von digitalen Binärdaten sind in der Technik bekannt. Ein Modulator mit vier Phasenzuständen (quaternäre Phasenumtastung) ermöglicht, daß eine Trägerwelle in Abhängigkeit von dem Wert, der durch aufeinanderfolgende Zwei-Bit Gruppen angenommen wird, vier unterschiedliche Phasenwerte annimmt. Jede der vier gleich beabstandeten Phasen ist um 90º getrennt.
Wenn keine Mehrweg-Ausbreitung vorhanden ist, wird jedes Zeichen bei der Erfassung in einem Empfänger eine Phase aufweisen, die eine bekannte Beziehung zu einer Referenzphase besitzt, so daß in einem I/Q-Raum eine Konstellation der Zeichenpunkte mit gleichen Abständen bestimmt werden kann. Das empfangene Signal wird außerdem ein flaches Profil des Frequenzspektrums aufweisen. Die Mehrweg-Ausbreitung kann jedoch Veränderungen an der Phase und an der Amplitude eines oder mehrerer Zeichen verursachen, wodurch verursacht wird, daß sich eine Phasendifferenz zwischen einem empfangenen Zeichen und einer Referenzphase von einem erwarteten Konstellationspunkt unterscheidet. Außerdem wird das Profil des Frequenzspektrums verzerrt. Unter diesen Umständen ist eine Kompensation der Mehrweg-Ausbreitung notwendig.
Profile der Mehrweg-Ausbreitung sind von der Umgebung der Kommunikationsverbindung stark abhängig. Wenn die Signalisierungsperiode lang ist und verzögerte Kopien des übertragenen Signals in einer Zeit empfangen werden, die im Vergleich mit der Signalisierungsperiode kurz ist, ist die Mehrweg-Ausbreitung ein geringes Problem und eine Kompensation der Mehrweg-Ausbreitung ist folglich nicht notwendig. Wenn Kopien des übertragenen Signals mit einer Verzögerung empfangen werden, die im Vergleich mit der Signalisierungsperiode lang ist, ist die Kompensation der Mehrweg-Ausbreitung notwendig. Wenn außerdem eine der Stationen in einem Funk- Kommunikationssystem mobil (ortsveränderlich) ist, erkennt der Kommunikations-Empfänger schnelle Änderungen von Phase und Amplitude eines empfangenen Signals und ist gezwungen, solche Änderungen zu verfolgen. Wenn ein Signal mit Mehrweg-Ausbreitung in einer sich bewegenden Station empfangen wird, muß die Kompensation der Mehrweg-Ausbreitung Änderungen von Phase und Amplitude und zusätzlich Änderungen im Profil des Frequenzspektrums der Mehrweg-Ausbreitung verfolgen.
Die Kompensation der Mehrweg-Ausbreitung wird im allgemeinen durch den Empfang einer bekannten Synchronisationssequenz initialisiert. "Initialisierung" bedeutet, daß die Schaltungseinrichtung zur Kompensation der Mehrweg- Ausbreitung so eingestellt ist, daß sie dem eintreffenden Signal ein gewünschtes Profil des Frequenzspektrums aufzwingt. Die Synchronisationsse quenz ermöglicht, daß eine bekannte Sequenz verwendet wird, um den Initialisierungszustand zu prüfen und um seine Einrichtung zu ermöglichen, falls er nicht in der notwendigen Weise vorliegt. Wenn der Empfänger wegen Schwankungen in einem Übertragungskanal die Verfolgung eines empfangenen Signals verliert, wird er beim Auftreten der nächsten Synchronisationssequenz neu initialisiert.
Es ist nicht möglich, in mobilen Übertragungssystemen die Stärke der durch Mehrweg-Ausbreitung verursachten Signalinterferenz im voraus zu kennen. Folglich sind Verfahren zur Kompensation der Mehrweg-Ausbreitung im allgemeinen sowohl während Zeiten betriebsfähig, wenn Mehrweg-Signale empfangen werden, als auch dann, wenn keine stark verzögerten Signalkopien vorhanden sind. Eine solche Kompensation, die zur Behandlung verzögerter Signalkopien notwendig ist, vermindert die Empfindlichkeit eines Empfängers. Jedes Kompensationsverfahren hat tatsächlich als Ergebnis strenger Anforderungen der Verfolgung ein minderwertiges Signal zur Folge. Die Mehrweg-Kompensation wird deswegen vorzugsweise vermieden, wenn am Empfänger keine verzögerten Kopien eines übertragenen Signals vorhanden sind.
In der Internationalen PCT-Anmeldung, Veröffentlichungsnummer WO 91/00660 an Parmelee u. a., ist ein TDMA-Synchronisations- und Ausgleichssystem gezeigt, in dem eine Synchronisationssequenz vom Beginn eines TDMA-Zeitschlitzes in ausreichendem Maße entfernt wird, um die Notwendigkeit des anpassungsfähigen Ausgleichs zu vermeiden. Außerdem schaffen Parmelee u. a. ungefähr in der Mitte eines Zeitschlitzes zusätzliche Synchronisationsinformationen, die während der Zeitschlitzverarbeitung einen weiteren Ausgleich ermöglichen. Das System von Parmelee u. a. fordert deswegen zur Weiterführung des Ausgleichs eine Hinzufügung von zusätzlichen Synchronisationsinformationen während eines Zeitschlitzes.
EP 0 318 686 offenbart einen Empfänger für ein TDMA-System mit QPSK-Modulation, der einen Vektor-Synchronisationsabschnitt verwendet, um eine Schätzung des Kanalprofils zu entwickeln, die zur Kompensation der Mehrweg- Ausbreitung verwendet wird.
EP 0 295 226 offenbart einen TDMA-Empfänger, bei dem die phasenverriegelte Schleife (PLL-Kreis) in Abhängigkeit vom Impulsverhalten des Kanals ein- und ausgeschaltet wird.
EP 0 240 821 offenbart ein TDMA-System, bei dem die Informationen, die die Burst-Phase steuern, von der Basisstation zur Mobilstation gesendet werden.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren geschaffen zur Kompensation der Mehrweg-Ausbreitung in einem digitalen Funk- Kommunikationssystem, das einen Empfänger zum Empfangen eines Signalstroms mit Datenrahmen enthält, die mit Synchronisationssequenzen durchsetzt sind, wobei der Empfänger eine Einrichtung zur Kompensation der Mehrweg-Ausbreitung des Signalstroms enthält und ein Verfahren zum wahlweisen Verwenden der Einrichtung zur Kompensation durchführt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
(a) Verwenden der Synchronisationssignalsequenz, um eine Kenngröße des Frequenzverhaltens eines anpassungsfähigen Filters in der Einrichtung zur Kompensation der Mehrweg-Ausbreitung zu initialisieren;
(b) Betreiben der Einrichtung zur Kompensation der Mehrweg-Ausbreitung, um den Signalstrom zu kompensieren und einen kompensierten Signalzug-Ausgang zu schaffen;
(c) Erfassen des kompensierten Signalzug-Ausgangs;
(d) Ableiten einer ersten Fehlersignalschätzung für den erfaßten kompensierten Signalzug-Ausgang;
(e) Sperren des kompensierten Signalzug-Ausgangs, wenn die erste Fehlersignalschätzung einen vorgegebenen Pegel erreicht; und
(f) Erfassen eines restlichen Abschnitts des Signalstroms ohne Kompensation der Mehrweg-Ausbreitung.
Ein Vorteil dieser Erfindung besteht in der Schaffung eines Systems, das erkennt, wann die Kompensation der Mehrweg-Ausbreitung in einem Kommunikationsempfänger betrieben werden sollte und wann nicht.
Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung besteht in der Schaffung eines Systems, das die Kompensation der Mehrweg-Ausbreitung in einem Kommunikations empfänger automatisch sperrt, wenn Signalfehler anzeigen, daß für eine solche Kompensation keine Notwendigkeit besteht.
Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung besteht in der Schaffung eines verbesserten Systems für die Initialisierung der Schaltungseinrichtung für die Mehrweg- Kompensation, um eine maximale Wiederherstellung ankommender Daten zu sichern.
In einer Version erfolgt der Schritt des Sperrens, wenn die erste Schätzung der Signalgüte einen vorgegebenen Schwellenwert erreicht. In einer weiteren Version wird eine zweite Schätzung der Signalgüte aus einem nicht kompensierten Abschnitt des Signalstroms abgeleitet und wenn die zweite Schätzung der Signalgüte die erste Schätzung der Signalgüte übersteigt, wird die Schaltungseinrichtung für die Kompensation der Mehrweg-Ausbreitung gesperrt. In einer nochmals weiteren Version der Erfindung wird die Schaltungseinrichtung für die Kompensation der Mehrweg-Ausbreitung unter Verwendung verschiedener Synchronisationssequenzen initialisiert, um eine verbesserte Datenwiederherstellung aus einem ankommenden Signal zu erreichen.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnung beispielhaft beschrieben, worin:
Fig. 1 ein Blockschaltplan eines digitalen Funktelephons ist;
Fig. 2 ein Blockschaltplan des Decodiererabschnitts eines Kanal-Codierers/Decodierers ist, der in Fig. 1 gezeigt ist;
Fig. 3 ein Blockschaltplan einer Detektor-Schaltungseinrichtung ist, die diese Erfindung ausführt;
Fig. 4 eine graphische I/Q-Darstellung ist, die eine erwartete Signalphasen- Konstellation und einen Fehlerphasen-Signalpunkt zeigt;
Fig. 5 ein Blockschaltplan einer Modifikation der in Fig. 3 gezeigten Detektorschaltung ist;
Fig. 6 einen Datenstrom schematisch erläutert, der zwei Zeitschlitze mit aufeinanderfolgenden Synchronisationssequenzen zeigt;
Fig. 7a eine (zeitliche) graphische Darstellung der Signalgüte (Fehlersignal) gegenüber den empfangenen Zeichen ist, die zeigt, wo die Mehrweg-Ausbreitung in der Vorwärtsrichtung divergiert, jedoch in der Lage ist, die restlichen Zeichen zu kompensieren, wenn der Datenrahmen in der Rückwärtsrichtung unter Verwendung einer zweiten Synchronisationssequenz zur Initialisierung erfaßt wird;
Fig. 7b die gleiche graphische Darstellung von Fig. 7a ist, wobei die Mehrweg- Kompensation sowohl in der Vorwärts- als auch Rückwärtsrichtung divergiert, wobei die restlichen Zeichen ohne Mehrweg-Kompensation erfaßt werden;
Fig. 8 eine graphische Darstellung ist, die gleich der von Fig. 7a ist, und die erläutert, wie die Mehrweg-Kompensation in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung zur Verbesserung der Signalerfassung überlappend sein kann;
Fig. 9 eine graphische Darstellung ist, die gleich der von Fig. 7a ist und die Verwendung eines im voraus eingestellten Schwellenwerts k für die Erfassung einer Divergenz der Mehrweg-Kompensation erläutert.
Es wird ein digitales Funktelephon beschrieben, das das Verfahren der Mehrweg-Kompensation verwendet, das durch eine empfangene Synchronisationssequenz initialisiert wird. In einer ersten Version der Erfindung verfolgt ein Kompensationsverfahren Veränderungen im Funkkanal während des Empfangs von Daten und wird beim Empfangen jeder Synchronisationssequenz neu initialisiert. Wenn die Kompensation der Mehrweg-Ausbreitung die Verfolgung eines Signals verliert, ist es im allgemeinen am besten, ohne Mehrweg-Kompensation fortzufahren. Die Schaltungseinrichtung zur Kompensation kann im allgemeinen die Verfolgung eines Signals ohne die Hilfe einer Synchronisationssequenz nicht wiedererlangen. Ein Empfänger, der keine Kompensation der Mehrweg- Ausbreitung verwendet, kann sich jedoch selbst neu synchronisieren. Auf diese Weise wird der Ausgang der Schaltungseinrichtung für die Mehrweg- Kompensation bei einem Verlust der Synchronisation gesperrt und die Daten werden ohne die Hilfe der Mehrweg-Kompensation wiederhergestellt. Genauer, wenn die Zeichenkonstellationspunkte, die von einem Weg der Mehrweg- Kompensation abweichen, einen euklidischen Fehler aufweisen, der größer ist als ein gleichfalls bestimmter euklidischer Fehler, der aus einem nicht kompensierten Weg der Signalverarbeitung gewonnen wird, wird das System der Mehrweg-Kompensation aus dem Signalweg entfernt.
In Fig. 1 ist ein vereinfachter Blockschaltplan eines digitalen Funktelephons 10 gezeigt. In der sich ergebenden Beschreibung wird lediglich Bezug auf den Empfangsweg des Signals genommen, obwohl erkannt werden sollte, daß im Sendeweg ungefähr die gleiche Signalverarbeitung, jedoch in umgekehrter Reihenfolge auftritt.
Die Antenne 1 liefert einen Eingang zu einem Hochfrequenz-(RF) Block 12, der ein empfangenes RF-Signal von einer zugewiesenen Frequenz in einem Schritt oder in mehreren Schritten zu einer Frequenz abwärts wandelt, die für eine digitale Verarbeitung ausreichend niedrig ist (vorzugsweise Basisband). Außerdem führt der RF-Block 12 zusätzlich die notwendige Kanalfiterung aus.
Ein Verarbeitungsblock 14 des analogen Basisbandsignals (BASP) enthält eine automatische Verstärkungsschaltung (AGC) 15 und führt die Zeichensynchronisation und die Basisbandfilterung aus. Der Ausgang des BASP 14 wird an einen Analog/Digital-Umsetzer (A/D) 16 angelegt.
Ein Kanal-Codierer/Decodierer (CCD) 18 empfängt die digitalen Darstellungen der synchronisierten und gefilterten Datensignale und bestimmt die Kanalkorrekturkoeffizienten für eine anpassungsfähige Ausgleichseinrichtung.
Ein Sprach-Codierer/Decodierer (SCD) 20 setzt die vom CCD 18 empfangenen Bits in ein impulscodemoduliertes (PCM) Signal um, das anschließend durch einen Tonsignalblock (AUDIO) 22 in ein analoges Signal ausgedehnt und umgesetzt wird. Der Ausgang des AUDIO-Blocks 22 ist ein Sprachsignal, das durch einen Lautsprecher 24 ausgegeben wird. Ein Mikrophon 26 ist außerdem an den AUDIO-Block 22 geschaltet und liefert eine analoge Darstellung der Sprache eines Benutzers. Die Sprache des Benutzers wird anschließend in einer Weise über den Sendeweg geleitet, die zu der obenbeschriebenen Weise umgekehrt ist, um schließlich von der Antenne 1 gesendet zu werden.
Ein Steuerprozessor (CP) 28 wird verwendet, um RF 12 und CCD 18 einem gewählten Kanal zuzuweisen, um das notwendige Protokoll zwischen der Mobilstation 10 und der Basisstation (nicht gezeigt) und eine benötigte Benutzer schnittstelle zu verwalten. Der CP 28 enthält einen Speicher 28a, der Befehle und Daten speichert, oder ist mit diesem verbunden.
Fig. 2 ist ein Blockschaltplan, der Komponenten des CCD 18 genauer erläutert. Es ist selbstverständlich, daß in einigen Ausführungsformen der Erfindung Komponenten in einer größeren oder kleineren Anzahl als die in der Fig. 2 gezeigte Anzahl verwendet werden können.
Das Eingangssignal vom A/D 16 wird durch den Block LPF 30 tiefpaßgefiltert und anschließend an einen Mehrweg-Kompensationsblock angelegt. Der Mehrweg-Kompensationsblock 32 kann eine anpassungsfähige Ausgleichseinrichtung (Filter) oder eine weitere Schaltung (z. B. Einrichtung zum Schätzen der maximalen Sequenzwahrscheinlichkeit) enthalten, die für ein ankommendes Signal eine Wiederherstellung eines gewünschten Profils des Frequenzspektrums und die Auswahl einer Synchronisationssequenz durch einen nachfolgenden Detektor ermöglicht.
Am Ausgang des Blocks 32 befindet sich ein Detektor (DETECT) 34, in dem ein Zeichen mit der größten Wahrscheinlichkeit und das entsprechende Bit (die entsprechenden Bits) des Zeichens erfaßt werden. Ein Zeichen wird, so wie es hier verwendet wird, als Zeichenamplitude und Phase betrachtet, die aus einer Konstellation des Modulationssignals abgeleitet werden.
Das erfaßte Zeichen wird zusammen mit einem nicht ausgeglichenen Signal verwendet, um die Koeffizienten des Blocks 32 zu aktualisieren. Die erfaßten Bits werden entschachtelt (Block 36) und durch Faltung decodiert (Block 38), bevor sie zum SCD 20 von Fig. 1 geleitet werden. Die Funktionsweise der Blöcke 36 und 38 sind herkömmlich und werden nicht genauer beschrieben.
Der CCD 18 enthält außerdem einen Unterstützungsblock 40, der Schaltungen zur automatischen Verstärkungssteuerung (AGC), zur automatischen Frequenzsteuerung (AFC) und zur Zeichensynchronisation aufweist, die in einer herkömmlichen Weise arbeiten. Der Ausgang der Schaltung zur Zeichensynchronisation wird verwendet, um die Abtastrate des A/D 16 zu variieren.
Fig. 3 ist ein Blockschaltplan, der die Schaltungseinrichtung in den Blöcken 32 und 34 von Fig. 2 genauer zeigt. Der Ausgang des Tiefpaßfilters 30 wird parallel an einen Mehrweg-Kompensatorblock 42 und einen Trägerverfolgerblock 46 angelegt. Der Mehrweg-Kompensatorblock 42 und ein Detektor 46 verwenden in einer bekannten Weise die Synchronisationssequenz, um das Direktweg-Übertragungssignal zu erfassen, indem ein darin enthaltenes anpassungsfähiges Filter modifiziert wird, um ein Signal mit im wesentlichen flachem Spektrum an den Detektorblock 46 zu liefern und nachfolgend das Signal zu erfassen. Der Trägerverfolger 44 verwendet im Gegensatz dazu die Synchronisationssequenz, um eine Frequenzverriegelung auf dem Trägersignal zu erreichen und liefert dieses Signal an den Detektorblock 48. Eine Referenzschaltung 50 wird durch einen Ausgang des Detektors 46 gesteuert, um im Weg der Mehrweg-Kompensation Referenzsignale an den Block 42 zu liefern, um ihm dadurch zu ermöglichen, die Synchronisation während nachfolgend empfangener Datenzeichen aufrechtzuerhalten. Eine Referenzschaltung 51 unter der Steuerung des Detektors 48 liefert in ähnlicher Weise Referenzsignale an den Block 44 in der Trägerverfolgerschaltung.
Die Detektorblöcke 46 und 48 arbeiten in gleicher Weise und liefern Fehlersignale, die eine Divergenz eines Konstellationspunkts des empfangenen Zeichens vom erwarteten Konstellationspunkts des Zeichens anzeigen.
In Fig. 4 ist eine graphische I /Q-Darstellung von vier Quadratur-Konstellationspunkten P1-P4 gezeigt, von denen jeder zwei Bits der digitalen Daten verkörpert. Wenn sich die Signalgüte verschlechtert, kann ein erfaßter Phasen- Konstellationspunkt von einem nächstliegenden Signalphasenpunkt versetzt sein. Eine derartige Situation ist gezeigt, bei der P1' den erfaßten Phasenpunkt eines ankommenden Zeichens anzeigt. Ein euklidischer Abstand zwischen den Punkten P1 und P1' wird als eine Anzeige eines Fehlerpegels in dem empfangenen Signal berechnet. Diese Berechnung wird in beiden Detektoren 46 und 48 ausgeführt und die resultierenden Fehlerwerte werden zu den Filterblöcken 52 und 54 geleitet. In diesen werden die Fehlersignalwerte, die für mehrere aufeinanderfolgende Zeichen berechnet wurden, tiefpaßgefiltert, um einen laufenden mittleren Fehlersignalwert zu schaffen. Die gefilterten Fehlersignalwerte von den Detektoren 46 und 48 werden an eine Summierschaltung 56 angelegt, die in Abhängigkeit davon, welcher ihrer Eingänge größer ist, einen Steuerungsausgang an einen Multiplexerblock 58 liefert. Der Multiplexerblock 58 liefert dementsprechend auf der Ausgangsleitung 60 zur Entschachtelungseinrichtung 36 ein erfaßtes Signal, das entweder mehrwegkompensiert ist oder nicht mehrwegkompensiert ist.
Wenn ein Ausgang des mittleren Fehlersignalwerts vom Filter 52 den Ausgang des mittleren Fehlersignalwerts vom Filter 54 übersteigt, speist der Ausgang des Detektors 48 den Ausgang 60. Wenn jedoch der Ausgang des gefilterten Fehlersignalwerts vom Filter 52 kleiner als der Ausgang vom Filter 54 ist, wird der Multiplexer so gesteuert, daß der Ausgang des Detektors 46 zur Ausgangsleitung 60 geliefert wird. Folglich wird der mehrwegkompensierte Signalweg unterbrochen, wenn die nicht kompensierte Schätzung der Signalgüte die kompensierte Schätzung der Signalgüte übersteigt. Auf diese Weise wird der Durchgang eines verschlechterten mehrwegkompensierten Signals weitestgehend verhindert.
Um einen optimalen Betrieb der Schaltung von Fig. 4 zu sichern, ist der Trägerverfolgerblock 44 in den nicht kompensierten Signalweg eingeschlossen, um zu verhindern, daß schnelle Schwankungen der Phase und der Amplitude in einem empfangenen Signal den Betrieb des Detektors 48 beeinflussen. Auf diese Weise gewährleistet der Trägerverfolgerblock 44 eine Verfolgungsfunktion, die die Ausgabe eines stabilisierten Trägersignals an den Detektor 548 ermöglicht. Ferner wird, um zu verhindern, daß Schwankungen am Beginn jedes Zeitschlitzes eine frühzeitige Unterbrechung des mehrwegkompensierten Signals verursachen, das Filter 54 im nicht kompensierten Signalweg auf einen höheren Wert als der Initialisierungswert des Filters 52 initialisiert. Dies kann dadurch realisiert werden, daß der Ausgang des Filters 54 mit einer vorgegebenen Konstante multipliziert wird. Um eine schnelle Erfassung des Synchronisationsverlusts zu ermöglichen, wird ferner das Filter 52 (im Weg des mehrwegkompensierten Signals) vorzugsweise mit einer größeren Bandbreite versehen als das Filter 54, um auf diese Weise zu ermöglichen, daß es seinen stabilen Zustandswert schneller erreicht und bei einer schnelleren Rate auf Änderungen der Signalgüte reagiert.
Um zu erfassen, ob der Mehrweg-Kompensatorblock 42 aus einer empfangenen Synchronisationssequenz eine Anfangssynchronisation erlangen kann, kann die Synchronisationssequenz selbst durch den Mehrweg- Kompensatorblock 42 und den Trägerverfolgerblock 44 geleitet werden, so daß Fehlersignalausgänge abgeleitet und verglichen werden können. Wenn der Fehlerwert, der aus der Synchronisationssequenz vom Filter 54 resultiert, das Ausgangssignal vom Filter 54 übersteigt, kann der Multiplexer so gesteuert werden, daß er den Weg der Mehrweg-Kompensation für die gesamte Dauer des Zeitschlitzes unterbricht.
Ein weiteres Verfahren zum Bestimmen, ob eine Anfangssynchronisation erfolgt ist, besteht darin, die Anzahl der Zeichen zu zählen, die vor dem Auftreten des Synchronisationsverlusts kompensiert wurden, und diese Anzahl mit einer vorgegebenen Schwellenwertzahl zu vergleichen. Wenn der Vergleich anzeigt, daß der Schwellenwert nicht überstiegen wurde, kann der Erfassungsprozeß während des gesamten Zeitschlitzes wiederholt werden, wobei der Weg der Mehiweg-Kompensation unterbrochen ist.
In Fig. 5 ist eine Schaltung gezeigt, die im wesentlichen der in Fig. 3 gezeigten Schaltung ähnlich ist, mit der Ausnahme, daß vom Block 62 ein im voraus eingestellter Schwellenwertpegel an den Summierer 56 angelegt ist. In diesem Fall wird dann, wenn die Fehlersignalgüte vom Filter 52 den im voraus eingestellten Schwellenwertpegel, der vom Schwellenwertpegelblock 62 ausgeht, übersteigt, der Multiplexer 58 veranlaßt, die Ausgangsleitung 60 vom Detektor 46 zu unterbrechen und die sie mit dem Ausgang vom Detektor 48 zu verbinden.
Das obenbeschriebene System hat den Fall berücksichtigt, in dem ein aus einem mehrwegkompensierten Signalweg bestimmter euklidischer Fehler den euklidischen Fehler von einem nicht kompensierten Signalverarbeitungsweg übersteigt. Wenn es möglich ist, einen Mehrweg-Kompensator neu zu initialisieren, um den euklidischen Fehler während eines Zeitschlitzes zu reduzieren, kann die Mehrweg-Kompensation für längere Zeitdauern verwendet werden, wodurch auf diese Weise genauer bestimmte Zeichenidentitäten gesichert werden.
In Fig. 6 enthält ein Zeitschlitz 100 eine Synchronisationssequenz 102, der ein Datenrahmen 104 folgt. Die Synchronisationssequenz 102 liefert das Synchronisationssignal für einen nächsten Datenrahmen 108. Ein Zellen-Telephon wird beim Aktivieren in bekannter Weise einem bestimmten Zeitschlitz zugewiesen. Auf diese Weise wird dann, wenn das empfangende Funktelephon bestimmt, daß sein zugewiesener Zeitschlitz beginnt, das Funktelephon die Synchronisationssequenz (z. B. 102) verwenden, um ein anpassungsfähiges Filter (das beispielsweise im Mehrweg-Kompensator 32 von Fig. 2 enthalten sein kann) abzugleichen. Die abgetasteten Zeichenwerte im ankommenden Datenrahmen wer den ferner für das nachfolgende Decodieren gespeichert. Solange die Kenngrößen des Übertragungskanals während des Zeitrahmens 100 konstant bleiben, ist der Abgleich des anpassungsfähigen Filters, der durch die Verwendung der Synchronisationssequenz 102 erreicht wird, der beste, der erreicht werden kann. Wenn jedoch die Mehrweg-Kenngröße des Kanals während des Zeitschlitzes 100 variiert, wird der Abgleich, der durch die Verwendung des Synchronisationssignals 102 erreicht wird, möglicherweise zu irgendeinem Zeitpunkt im Datenrahmen 104 zu Datenverlusten führen.
Genauer werden Berechnungen, die die Umsetzung von gespeicherten Zeichen in Werte ermöglichen, nicht im Echtzeitbetrieb ausgeführt, sondern darauf warten, bis der gesamte Datenrahmen abgetastet, in digitale Werte umgesetzt und gespeichert wurde. Zu diesem Zeitpunkt werden die gespeicherten Zeichen einer anpassungsfähigen Filterungsprozedur unterzogen, die durch die Verwendung des Synchronisationssignals 102 initialisiert wurde. Die anpassungsfähigen Filterkoeffizienten werden berechnet, um ein umgekehrtes Filterprofil zu erzeugen. Das umgekehrte Frequenzprofil kehrt im wesentlichen Nichtlinearitäten im Profil des Frequenzspektrums des empfangenen Signals um, um Signalkompensation zu erreichen. Wenn sich jedoch das Profil des Frequenzspektrums während eines Datenrahmens ändert, muß die Mehrweg- Kompensation diese Veränderungen verfolgen. Wenn die Mehrweg-Kompensation diese Veränderungen nicht verfolgen kann, kann sich das Signal tatsächlich verschlechtern. Auf diese Weise wird bei einem solchen Ereignis, wie zuvor beschrieben wurde, die Mehrweg-Kompensation aus dem Signalverarbeitungsweg entfernt.
Im Fall einer wesentlichen Verschlechterung der Signalgüte kann die Synchronisationssequenz in einem nächsten Zeitrahmen (obwohl sie für einen anderen Empfänger bestimmt ist) verwendet werden, um das anpassungsfähige Filter neu zu initialisieren. Auf diese Weise kann die Verwendung einer zeitlich späteren Synchronisationssequenz, die bereits den veränderten Bedingungen des Signalkanals unterworfen ist, die Neuinitialisierung des anpassungsfähigen Filters ermöglichen, um eine verbesserte Datenwiederherstellung zu gewährleisten. Wenn eine spätere Synchronisationssequenz verwendet wird, ist es wichtig, daß die gespeicherten Zeichenabtastungen dem Ausgleichsfilter in einer umgekehrten zeitlichen Reihenfolge unterworfen werden, d. h. beginnend mit der Abtastung, die der späteren Synchronisationssequenz zeitlich am nächsten liegt.
Folglich werden die Synchronisations- und Datenzeichen 102, 104 und 106, wie in Fig. 6 gezeigt ist, im Prozessor 28 in einem Pufferspeicher 28a empfangen und gespeichert (siehe Fig. 1). Ein anpassungsfähiges Filter im Mehrweg-Kompensator (Fig. 3) wird anschließend unter Verwendung der Synchronisationssequenz 102 initialisiert. Die Daten im Datenrahmen 104 werden anschließend unter Verwendung des Detektors 46 erfaßt.
Die Erfassung setzt sich fort, bis (in der zuvor beschriebenen Weise) entschieden wird, daß das Fehlersignal des euklidischen Abstands übermäßig groß ist. Zu diesem Zeitpunkt wird der anpassungsfähige Filterausgleicher in der Mehrweg-Kompensationsschaltung 42 durch Eingeben der Synchronisationssequenz 106 in umgekehrter zeitlicher Reihenfolge neu initialisiert. Zum gleichen Zeitpunkt werden beide Signalfilter 52 und 54 zurückgesetzt. Anschließend werden unter der Annahme, daß es im Datenrahmen 148 Datenzeichen gibt, die Zeichen 148, 147, 146, usw. durch die Mehrweg-Kompensationsschaltung 42 unter Verwendung des neu initialisierten anpassungsfähigen Filters in umgekehrter zeitlicher Reihenfolge erfaßt. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis alle Zeichen, die während des Durchlaufs in Vorwärtsrichtung nicht erfaßt wurden, erfaßt worden sind, oder bis geschlußfolgert wird, daß der vom Filter 52 abgeleitete euklidische Fehler übermäßig groß geworden ist, wie zuvor beschrieben wurde. Im letzteren Fall wird der Weg der Mehrweg- Kompensationsschaltung unterbrochen (über die Funktion des Multiplexers 58) und die restlichen nicht erfaßten Zeichen werden ohne ihre Hilfe erfaßt.
In Fig. 7(a) ist eine graphische Darstellung der empfangenen Zeichen gegenüber der abnehmenden Signalgüte (d. h. des anwachsenden euklidischen Abstands) erläutert. Die mit x gekennzeichnete Darstellung ist die Aufzeichnung des Wertes des euklidischen Fehlersignals für die zeitliche "Erfassung in Vorwärtsrichtung". Die mit y gekennzeichnete Darstellung ist die Aufzeichnung des Fehlersignals für die Erfassung der Datenzeichen in Rückwärtsrichtung (d. h. zeitlich rückwärts). Die mit z gekennzeichnete Aufzeichnung ist das euklidische Fehlersignal, das für den Verarbeitungsweg des Trägerverfolgersignals bestimmt wurde. Die mit i markierte gestrichelte Linie gibt den Schnittpunkt zwischen den graphischen Darstellungen x und y an.
Es wird angemerkt, daß während der Zeit A alle Werte des euklidischen Fehlersignals unter den Fehlersignalwerten für die Aufzeichnung des Trägerverfolgersignals liegen. In ähnlicher Weise liegen die euklidischen Fehlersignalwerte für die zeitlich in umgekehrter Reihenfolge erfaßten Zeichen während der Zeit B ebenfalls unter der Aufzeichnung Z des Trägerverfolgersignals. Auf diese Weise übersteigen dann, wenn die erfaßten Zeichen auf jede beschränkt sind, die während der Zeit A in Vorwärtsrichtung und während der Zeit B in Rückwärtsrichtung erfaßt werden, die euklidischen Fehlersignale sowohl von der Vorwärtsrichtung als auch von der Rückwärtsrichtung das vom Trägerverfolgerweg (Aufzeichnung z) abgeleitete euklidische Fehlersignal nicht. Folglich werden die Datenzeichenwerte, die durch die Vorwärts- und Rückwärtserfassung bestimmt wurden, akzeptiert und jene, die vom Trägerverfolgerweg bestimmt wurden, werden zurückgewiesen.
Im Unterschied dazu divergieren die Aufzeichnung x für die Vorwärtsrichtung und die Aufzeichnung y für die Rückwärtsrichtung und schneiden sich nicht, wie in Fig. 7B gezeigt ist. Somit akzeptiert das System während der Zeit A Daten, die durch die Erfassung in Vorwärtsrichtung abgeleitet wurden; während der Zeit B akzeptiert es Daten, die in der Rückwärtsrichtung erfaßt wurden; und während der Zeit C akzeptiert es Daten, die als ein Ergebnis der Erfassung des Trägerverfolgerwegs abgeleitet wurde. Die Entscheidung, welche erfaßten Datenidentitäten zu verwenden sind, ergibt sich wiederum aus den Vergleichen des euklidischen Fehlersignals.
Fig. 8 erläutert den Fall, bei dem während der Erfassung in Rückwärtsrichtung (Aufzeichnung y) die Mehrweg-Kompensation fortgesetzt freigegeben ist, obwohl die Erfassung in Vorwärtsrichtung anzeigt, daß sie unterbrochen werden sollte (d. h. Schrittpunkt der Aufzeichnungen x und z). Die fortgesetzte Freigabe der Erfassung in Rückwärtsrichtung verursacht, daß eine zusätzliche Anzahl von zuvor erfaßten Zeichen unter Verwendung des Erfassungsvorgangs in Rückwärtsrichtung nochmals zu erfassen sind. Durch die Überlappung der Vorwärts- und Rückwärtsdurchläufe erhöht sich die Wahrscheinlichkeit der korrekten Erfassung der überlappenden Zeichen unmittelbar bevor das Mißlingen der Kompensation anwächst. Es ist bevorzugt, daß die Anzahl der überlappenden Signale eine vorgegebene Anzahl ist, die anfangs als eine Konstante eingestellt wird.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Schaltungseinrichtung der Mehrweg-Kompensation gesperrt, entweder wenn der Pegel des euklidischen Fehlersignals oder die euklidischen Fehlersignale den Pegel des Fehlersignals für den Signalverfolgerkanal übersteigen. In Fig. 9 ist diese Funktion durch das Einrichten eines vorgegebenen Fehlerschwellenwerts k erläutert. Der Schwellenwert k (und sein Schnittpunkt mit der Aufzeichnung x des Fehlersignals) gibt den Punkt (oder die Punkte) an, an dem (denen) eine Veränderung zwischen der Erfassung in Vorwärtsrichtung und der Erfassung in Rückwärtsrichtung, wie obenstehend beschrieben wurde, erfolgen sollte.
Wie angezeigt ist, wird versucht, eine anfängliche Synchronisation unter Verwendung der Synchronisationssequenz 102 (Fig. 6) zu erreichen. Wenn die Synchronisation mißlingt (d. h. angezeigt durch ein anfänglich übermäßig großen Pegel des euklidischen Fehlersignals), wird anschließend versucht, die Initialisierung unter Verwendung der zweiten Synchronisationssequenz 106 zu erreichen. Anschließend erfolgt ein Versuch, den gesamten Datenrahmen 104 zu erfassen (in Rückwärtsrichtung), indem der Signalweg der Mehrweg-Kompensation verwendet wird. Wenn die Erfassung mißlingt, werden die restlichen Zeichen, die die anfänglichen Zeichen 1, 2, 3, usw. beinhalten, bei gesperrtem Weg der Mehrweg-Kompensation erfaßt.
In einer weiteren Variante des Initialisierungsvorgangs wird ein vollständiger Zeitschlitz zuerst durch Initialisierung des anpassungsfähigen Filters der Mehrweg-Kompensation unter Verwendung der ersten empfangenen Synchronisationssequenz (z. B. 102) erfaßt. Gleichzeitig wird außerdem der Datenrahmen 104 ohne Mehrweg-Kompensation erfaßt. Anschließend werden beide erfaßten Datensequenzen zusammen mit Werten gespeichert, die die Aufzeichnungen der euklidischen Fehlersignale angeben. Danach wird der Vorgang in umgekehrter zeitlicher Reihenfolge wiederholt, wobei das anpassungsfähige Filter unter Verwendung der zweiten Synchronisationssequenz 106 initialisiert ist. Schließlich wird jedes erfaßte Zeichen aus den vier Möglichkeiten ausgewählt, indem die entsprechenden bestimmten euklidischen Fehlersignale verglichen werden und das Zeichen ausgewählt wird, dessen entsprechendes euklidisches Fehlersignal das kleinste ist.
In der Sicht des Voranstehenden wird einem Fachmann deutlich, daß Modifikationen realisiert werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, der in Anspruch 1 beansprucht ist.

Claims

1. Verfahren zum Kompensieren der Mehrweg-Ausbreitung in einem digitalen Funk-Kommunikationssystem, das einen Empfänger (12, 14, 16, 18, 20, 22) umfaßt zum Empfangen eines Signalstroms, der mit Synchronisationssignalsequenzen (102, 106) durchsetzte Datenrahmen (104, 108) aufweist, wobei der Empfänger eine Einrichtung (32, 42) zum Kompensieren der Mehrweg-Ausbreitung des Signalstroms enthält, wobei der Empfänger (12, 14, 16, 18, 20, 22) ein Verfahren zum wahlweisen Verwenden der Einrichtung (32, 42) zum Kompensieren ausführt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

(a) Verwenden der Synchronisationssignalsequenz, um eine Kenngröße des Frequenzverhaltens eines anpassungsfähigen Filters in der Einrichtung (32, 42) zum Kompensieren der Mehrweg-Ausbreitung zu initialisieren;

(b) Betreiben der Einrichtung (32, 42) zum Kompensieren der Mehrweg- Ausbreitung, um den Signalstrom zu kompensieren und einen kompensierten Signalzug-Ausgang zu schaffen;

(c) Erfassen des kompensierten Signalzug-Ausgangs;

(d) Ableiten einer ersten Schätzung des Fehlersignals für den erfaßten kompensierten Signalzug-Ausgang;

(e) Sperren des kompensierten Signalzug-Ausgangs, wenn die erste Schätzung des Fehlersignals einen vorgegebenen Pegel erreicht; und

(f) Erfassen eines restlichen Abschnitts des Signalstroms ohne Kompensation der Mehrweg-Ausbreitung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung (32, 42) zum Kompensieren der Mehrweg-Ausbreitung bei einer nächsten empfangenen Synchronisationssignalsequenz neu initialisiert wird, damit sie gemäß den Schritten (a)-(f) betreibbar ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ableiten der ersten Schätzung des Fehlersignals die folgenden Schritte umfaßt:

Berechnen eines Fehlersignals, das eine Messung eines euklidischen Abstands zwischen einem erwarteten Phasensignal-Konstellationspunkt und einem abgetasteten Phasensignal-Konstellationspunkt, der vom kompensierten Signalzug-Ausgang abgeleitet ist, angibt; und

Mitteln mehrerer Fehlersignale, um die erste Schätzung des Fehlersignals abzuleiten.

4. Verfahren nach Anspruch 3, ferner die folgenden Schritte umfassend:

(c1) Ableiten einer zweiten Schätzung des Fehlersignals für den Signalstrom;

(c2) Vergleichen der ersten und zweiten Schätzungen des Fehlersignals, um eine Bestimmung abzuleiten, wann die erste Schätzung des Fehlersignals den bestimmten Pegel erreicht.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der bestimmte Pegel erreicht wird, wenn die erste Schätzung des Fehlersignals die zweite Schätzung des Fehlersignals übersteigt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die zweite Schätzung des Fehlersignals vor dem Schritt des Vergleichens (c2) durch Multiplikation mit einer Konstanten modifiziert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Ableiten der zweiten Schätzung des Fehlersignals die folgenden Schritte umfaßt:

Berechnen eines Fehlersignals, das eine Messung eines euklidischen Abstands zwischen einem erwarteten Phasensignal-Konstellationspunkt und einem abgetasteten Phasensignal, das von einer nicht kompensierten Version des Signalstroms abgeleitet ist, angibt;

Mitteln mehrerer Fehlersignale, um die zweite Schätzung des Fehlersignals abzuleiten.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei erste und zweite Filtereinrichtungen (52, 54) die ersten und zweiten Schätzungen des Fehlersignals von dem kompensierten Signalzug bzw. dem nicht kompensierten Signalstrom ableiten, wobei die Bandbreite des ersten Filters (52) größer als die Sandbreite des zweiten Filters (54) ist, um ein schnelleres Reagieren auf die erste Filtereinrichtung zu ermöglichen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die zweite Filtereinrichtung (54) initialisiert wird, um einen Ausgang mit einem höherem Pegel als ein initialisierter Wert der ersten Filtereinrichtung (52) zu schaffen.

10. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner die folgenden Schritte umfaßt:

(d1) Bestimmen, ob die erste Schätzung des Fehlersignals einen bestimmten Pegel erreicht durch Verwenden einer auf den Datenrahmen (104, 108) folgenden Synchronisationssequenz (102, 106), um die Kenngröße des Frequenzverhaltens des anpassungsfähigen Filters neu zu initialisieren; und

(d2) Betreiben der neu initialisierten Einrichtung (32, 42) zum Kompensieren der Mehrweg-Ausbreitung, um den Datenrahmen in zeitlich umgekehrter Reihenfolge zu erfassen, um dadurch aus diesem Datenwerte abzuleiten.

11. Verfahren nach Anspruch 10, das ferner die folgenden Schritte umfaßt:

(d3) Ableiten einer zweiten Schätzung des Fehlersignals, die auf den im Schritt (d2) gewonnenen abgeleiteten Datenwerten basiert;

(d4) Verwenden der ersten und zweiten Schätzungen des Fehlersignals, um zu bestimmen, welche digitalen Signalwerte akzeptiert und welche verworfen werden sollten.

12. Verfahren nach Anspruch 11, das die folgenden weiteren Schritte umfaßt:

(d5) Erfassen des Signalstroms ohne Kompensation der Mehrweg- Ausbreitung und daraus Ableiten einer dritten Schätzung des Fehlersignals; und

(d6) Verwerfen jedes Datenwerts, der aus einem Zeichen abgeleitet ist, wenn sowohl die ersten und zweiten Schätzungen des Fehlersignals für die Zeichen größer sind als die dritte Schätzung des Fehlersignals für dieses Zeichen.

13. Verfahren nach Anspruch 10, das ferner die folgenden Schritte umfaßt:

(d3) Erfassen des Signalstroms mit Kompensation der Mehrweg-Ausbreitung und daraus Ableiten eines kompensierten Fehlersignals;

(d4) Verwerfen jedes Datenwerts, der von einem nach der Mehrweg- Kompensation bestimmten Zeichen abgeleitet wurde, wobei die Schätzung des Fehlersignals für dieses einen nicht kompensierten Fehlerwert für das Zeichen übersteigt; und

(d5) Akzeptieren eines Datenwerts, der von einem ohne Kompensation der Mehrweg-Ausbreitung bestimmten Zeichen abgeleitet wurde.

14. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner die folgenden Schritte umfaßt:

(g) Erfassen einer nicht kompensierten Version des Signalzugs, um Datenwerte von einem der Synchronisationssignalsequenz folgenden Datenrahmen abzuleiten;

(h) Ableiten einer zweiten Schätzung des Fehlersignals für die im Schritt

(g) erfaßten Datenwerte;

(i) Verwenden einer dem Datenrahmen folgenden Synchronisationssequenz, um die Kenngröße des Frequenzverhaltens der Einrichtung (32, 42) zum Kompensieren der Mehrweg-Ausbreitung neu zu initialisieren;

(j) Betreiben der neu initialisierten Einrichtung (32, 42) zum Kompensieren der Mehrweg-Ausbreitung und Erfassen des Datenrahmens in zeitlich umgekehrter Reihenfolge, um dadurch daraus Datenwerte abzuleiten;

(k) Wiederholen des Schrittes (d) für Datenwerte, die im Schritt (j) abgeleitet wurden;

(l) Wiederholen der Schritte (g) und (h), jedoch für Datenwerte, die aus dem Signalzug in zeitlich umgekehrter Reihenfolge abgeleitet wurden; und

(m) Wählen von Datenwerten, deren Schätzungen des Fehlersignals am kleinsten sind.

15. Digitales Funk-Kommunikationssystem mit einer Basisstation und wenigstens einem Empfänger, um von einer Basisstation einen Signalstrom zu empfangen, der Zeitschlitze (100) aufweist, die mit Synchronisationssignalsequenzen (104, 108) durchsetzte Datenrahmen (104, 106) enthalten, wobei der Empfänger durch die Basisstation einem gegebenen Zeitschlitz zugewiesen ist und eine Einrichtung (32, 42) zum Kompensieren der Mehrweg-Ausbreitung des Signalstroms und zum Ausführen eines Verfahrens zum wahlweisen Verwenden der Einrichtung (32, 42) zum Kompensieren enthält, wobei das Verfahren die Schritte (a) bis (f) von Anspruch 1 umfaßt.