DE60307079T2

DE60307079T2 - Verbesserte Signaldetektion in einem Direktsequenz-Spreizspektrumübertragungssystem

Info

Publication number: DE60307079T2
Application number: DE60307079T
Authority: DE
Inventors: Maxim B. Indianapolis BELOTSERKOVSKY
Original assignee: Thomson Licensing SAS
Current assignee: Thomson Licensing SAS
Priority date: 2002-04-17
Filing date: 2003-04-16
Publication date: 2006-12-28
Anticipated expiration: 2023-04-17
Also published as: CN1647362A; DE60307079D1; WO2003090342A1; EP1495536A4; CN100446436C; KR20040101478A; JP2005523630A; KR100935077B1; EP1495536A1; JP4178114B2; AU2003223617A1; EP1495536B1; US20030198286A1; US6795490B2

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf Erkennung von durch Direkt-Sequenz-Spreizspektrum-Übertragung übertragenen Signalen.
Stand der Technik
Spreizspektrum-Übertragung ist eine Methode zur Modulation von Rundfunksignalen durch Übertragung der Signale in paketierter Form über ein breiteres Frequenzband als das, was sonst für den Inhalt erforderlich ist, und dann an einem Empfänger auf der Originalfrequenz zu erfassen. Verglichen mit herkömmlichen Übertragungsmethoden gewährt Spreiz-Spektum-Übertragung größere Sicherheit vor Abfangen, weil die Signale gewöhnlich so unauffällig sind, dass sie Entdeckung durch andere Empfänger als den korrespondierenden vermeiden. Direkt-Sequenz-Spreizspektrum (DSSS)-Übertragung (auch als Direkt-Sequenz-Code-DCMA oder DC-CDMR bekannt) bezieht sich auf eine spezifische Spreizspektrum-Übertragungsmethode, wobei das abgehende Signal in viele kleine Segmente aufgeteilt wird. Jedes kleine Segment wird mit einer höheren Bitfolgerate (das heißt "chipping Code") zur Aufteilung des Originals entsprechend einem Spreizverhältnis kombiniert. Die Verwendung einer höheren Bitfolgerate zur Aufteilung des Originalsignals ermöglicht es, die Daten im Fall der Beschädigung während der Übertragung wieder herzustellen. Zuverlässige Erkennung von DSSS-Übertragungen erfordern, besonders wenn sie paketiert oder diskontinuierlich sind, zu bestimmen, wann das Signal vorhanden ist sowie auch die Übertragungsgrenzen und die Positionen der informationstragenden korrelierenden Spitzen zu finden. Diese Aufgabe wird nach einem Misslingen, sich in lokale Abtast- und/oder Trägerfrequenzen einzuklinken, mit dem Ende der Übertragung besonders schwierig, besonders im Falle eines niedrigen Signal-Rauschabstands-Verhältnisses (SNR).
Bisher wurde DSSS Signalerkennung durch Ausführen einer symbolweisen Erkennung des Ausmaßes der Spitzen erreicht. Für 2K Chips (oder 2·K Abtastwerte, wenn eine Abtastung mit zwei Abtastwerten pro Symbol verwendet wird) wird der Abtastwert mit dem größten Ausmaß oder Stärke erkannt und seine Position innerhalb des Symbols wird gespeichert. Die Anwesenheit eines Signals und die genaue Korrelation der Positionen der Spitze werden auf der Basis von Signalstärkespitzen-Grenzwerten gegenüber dem Hintergrundrauschpegel und/oder Korrelation der Konsistenz des Spitzenindex bestimmt. Erkennung von Signalen auf diese Weise arbeitet recht gut. Wenn jedoch der SNR niedrig ist und andere Beeinträchtigungen vorliegen, gibt es eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass die Position der Spitze in dem Symbol wegen eines großen Rauschanstiegs usw. nicht richtig erkannt wird. Die Methode nach dem Stand der Technik unterscheidet nicht zwischen Information, die aus Symbolen mit hoher Verlässlichkeit erhalten wurde, gegen Information, die aus Symbolen mit geringer Verlässlichkeit empfangen wurde. Das Dokument mit dem Titel "Adaptive...Modulation", von In-Kyung Kim und anderen geschrieben, veröffentlicht in Proceedings der Asilomar-Konferenz über Signale, Systeme und Rechner, Pacific Grove, November 1991, Los Alamitos, IEEE Comp. Soc. Press, beschreibt ein automatisches Grenzwertsteuerungsschema zur Erkennung eines Anfangsblockes, der Teil eines Rahmensynchronisations-Wortes in einem Paketrundfunknetzwerk umfasst, das Direkt-Sequenz-Spreizspektrum-Modulation verwendet. Um eine adaptive Grenzwertsteuerung zu erreichen, wird ein Grenzwert zur Anfangsblockerkennung proportional zu der maximalen Wahrscheinlichkeitsschätzung des Geräuschpegels des Mehrfachzugriffs festgelegt. Das Setzen des Grenzwertes in dieser Weise bringt eine Wahrscheinlichkeit eines Fehlalarms, die in hohem Maße invariant zu Änderungen in der Zahl der Übertragungen in dem Übertragungskanal und bringt auch eine nahezu verlustfreie Erkennungseffizienz, bezogen auf ideale Erkennung, wo Rauschen des Mehrfachzugriffs bekannt ist.
Wesen der Erfindung
Kurz gesagt, es wird ein gegenwärtigen Prinzipien entsprechendes Verfahren zur Erkennung von Signalmustern geliefert, die durch Direkt-Sequenz-Spreizspektrum-Übertragung übertragen werden. Dem Verfahren entsprechend werden demodulierte empfangene Signalmuster laufend mit jedem von N bekannten Symbolsequenzen korreliert. Es wird ein Verhältnis von Leistungsspitzenwerten zu gleitenden Leistungsmittelwerten mit jeder der N Symbolsequenzen bestimmt. Ein Vergleich zwischen diesem Verhältnis und einem Grenzwert wird gemacht, um ein erstes empfangenes Symbol zu bestimmen, welches typischerweise das Symbol ist, dessen zugehöriges Signal zuerst den Grenzwert übersteigt. Die Identität des ersten Symbolmusters entspricht dem bestimmten einen der N korrelierten Symbolmuster, dessen entsprechender Verhältniswert zuerst den Grenzwert übersteigt.
Das Erkennen von DSSS-Signalen auf diese Weise verbessert die Zuverlässigkeit der Erkennung der Signale/Spitzen stark, wenn bekannte Symbol/Bit-Muster übertragen werden. Weiter ermöglicht das Verfahren die Bestimmung nach welchem der übertragenen Muster man sich bei anderen Elementen richten kann, die diese Information benötigen.
Ausführungsbeispiele
1 stellt ein schematisches Blockdiagramm eines Direkt-Sequenz-Spreizspektrum-Empfängers dar, das den gegenwärtigen Prinzipien entspricht.
1 beschreibt ein schematisches Blockdiagramm eines Empfängers 10 entsprechend den gegenwärtigen Prinzipien, der eine verbesserte Signalerkennung und besonders zuverlässigere Bestimmung, dass ein bekanntes Muster übertragen wurde, ebenso wie eine zuverlässigere Bestimmung der richtigen Burstposition des Symbolmusters, bezogen auf die Zeitbasis des Empfängers, bereitstellt. Ein bekanntes Muster enthält bestimmte Blöcke innerhalb des Hauptteils eines Übertragungsbursts, die wiederholt übertragen werden (solche wie Paketkopfdaten, die die Übertragungsquelle kennzeichnen, Typ der Fehlerkorrektur usw.) und solchen Blöcken, die nicht mit dem Vorwärts-Fehler-Korrektur-Code (FEC) kodiert wurden. Unter solchen Umständen bestimmen solche Bitmuster eindeutig entsprechende Symbolmuster, die bei der Ausführung der Erkennung identifiziert werden können. Die Kenntnis des möglichen Symbolmusters und ihrer Position innerhalb des Bursts verbessert die Zuverlässigkeit der Erkennung.
Der Empfänger 10 der 1 umfasst eine Eingangs-Verarbeitungsstufe 12, welche ein empfangenes Eingangssignal abtastet, um Impulsformung durchzuführen und das Signal in eine dem Basisband nahen Zustand zu bringen. Eine Filterstufe 14 filtert das Ausgangssignal der Eingangsverarbeitungsstufe 12, um das Signal-Rauschabstandsverhältnis (SNR) zu verbessern. Die Filterstufe kann auch, wenn benötigt, eine weitere Impulsformung ausführen. Ein Demodulator 16 korreliert das Ausgangssignal der Filterstufe 14 mit der Spreiz-Sequenz. Das Ausgangssignal der Demodulatorstufe 16 durchläuft jede der N Detektorstufen 18₁ –18_N , wobei N eine ganze Zahl ist, die der Zahl der bekannten Symbolmuster in dem übertragenen Signalstrom entspricht. Jede der N Detektorstufen, wozu die in 1 dargestellten Detektorstufen 18₁ –18_N als Beispiel dienen, einen Musterkorrelator zur Korrelation des Ausgangssignals aus der Demodulatorstufe 16 mit einem Referenzmuster aus einem Mustergenerator 22 umfasst. Der Referenzmustergenerator 22 innerhalb jeder der Detektorstufen 18₁ –18_N erzeugt ein Referenzmuster, das ein einzelnes der N bekannten Symbolmuster darstellt.
Jedes der Mehrzahl Überwachungsstufen 24₁ –24_N der Signalstärke misst die absolute Größe (Signalstärke) des Ausgangssignals einer entsprechenden, korrespondierenden Detektorstufe 18₁ –18_N . Ein separater Spitzendetektor der Spitzendetektoren 26₁ –26_N erkennt die Spitzengröße (Signalstärke) des Ausgangssignals einer entsprechenden, korrespondierenden der Überwachungsstufen 24₁ –24_N der Signalstärke und speichert den Wert der Spitzengröße und die Position innerhalb jedes Symbols. Die Position der Spitze ist definiert als die Chip- oder Abtastwertnummer der Spitze innerhalb des Symbols, und die Position wird einmal pro Symbol ausgegeben. Eine MAX Detektorstufe 28 bestimmt die größten der einzelnen Spitzenwerte, die von den Spitzendetektoren 26₁ –26_N erkannt wurden. Der MAX Detektor 28 gibt nicht nur den größten Wert der Spitzenwerte aus, sondern der MAX Detektor gibt auch die Musternummer und einen Index des Spitzenwertes innerhalb des Symbols aus, der die wahre Burstposition in Hinsicht auf die Zeitbasis des Empfängers bezeichnet. Eine Monitorstufe der Signalstärke 30 bestimmt den Rohwert (Stärke) des Ausgangssignals der Demodulatorstufe 16. Eine Spitzen-Detektorstufe 32 bestimmt die Position des Spitzenwertes für jedes Symbol in einer Weise, die jeder der Detektorstufen 26₁ –26_N ähnlich ist, mit Ausnahme, dass Spitzendetektor 32 dieses nicht mit dem demodulierten Rohsignal ausführt. Eine Berechnungsstufe 34 errechnet den gleitenden Mittelwert der Signalstärken durch mitteln der Spitzenwerte aus dem Spitzendetektor 32, typischerweise seit dem Beginn des Empfangs. Alternativ könnte die Berechnungsstufe 34 den gleitenden Mittelwert durch mitteln der Spitzenwerte aus dem Spitzendetektor 32 innerhalb eines "Schiebefensters" gegebener Länge bestimmen.
Eine Berechnungsstufe 36 empfängt das Ausgangssignal der Berechnungsstufe 34 zusammen mit dem Ausgangssignal des MAX Detektors 28 und berechnet das Verhältnis des größten der Spitzwerte (Stärken) der Detektoren 18₁ –18_N , wie durch den MAX Detektor 28 bestimmt, zu dem gleitenden Spitzenmittelwert, wie er durch die Berechnungsstufe 34 berechnet wurde. Ein Vergleicher 38 vergleicht das durch die Verhältnis-Berechnungs-Stufe berechnete Verhältnis 36 mit einem Grenzwert.
Ein solcher Vergleich bringt verschiedene signifikante Informationen, die die Signalerkennung sehr unterstützen. Die erste der N Detektorstufen 18₁ –18_N , deren Spitzenwert ein Verhältnis Spitzenwert zu gleitendem Mittelwert bringt, das den Grenzwert übersteigt, wird dem ersten Symbol in dem empfangenen Signalmuster entsprechen. Die Identität der Detektorstufe, die zu dem ersten solchen Signal zugehört, entspricht der Identität des empfangenen einen der N Symbolmuster. Wenn auf diese Weise zum Beispiel der Detektor_i ein Ausgangssignal hergestellt hat, dessen Verhältnis Spitzenwert zu gleitendem Mittelwert zuerst den Grenzwert überstieg, dann ist das i-te Symbolmuster empfangen worden. Der Index der Spitze innerhalb des Symbols, das zu diesem Symbolmuster gehört, zeigt die wahre Burst-Position in Bezug auf die Zeitbasis des Empfänger 10 an. In der Praxis wird der Wert des Grenzwertsignals, das durch den Grenzwertsignalgenerator 40 erzeugt wird, aus der Kenntnis der Mustersequenz festgelegt. Wenn zum Beispiel die Länge des Musters L ist, und die Mustersequenz auf Einheitswert normalisiert wird, dann ist ohne Rauschen und Phasenversatz, das Verhältnis der größten Musterkorrelationswertspitze zu dem mittleren demodulierten Spitzenwert-Ausgangssignal näherungsweise gleich zu L.
Der Betrieb des oben beschriebenen Empfängers 10 hängt von wenigstens einer der folgenden Annahmen ab:

1. Der Anfang der Übertragungsbursts ist vor der Anwendung der Verarbeitung ungefähr bekannt (mit einer möglichen Ungenauigkeit bis zu einer Zeitdauer von mehreren Symbolen), möglicherweise durch die Benutzung eines groben Erfassungsalgorithmus oder einige andere Mittel. Auf diese Weise kann dem Empfänger 10 garantiert werden, während einer Totzeit zwischen den Bursts mit wenigstens einer 1-Symbolspanne eingeschaltet zu werden, so dass die Position der/des bekannten Muster(s) einzig und allein den Anfang (oder einige andere eindeutige Punkte) der Übertragung definiert; oder
2. es wird garantiert, dass das/die gesuchte(n) Muster nicht irgendwo in dem Hauptteil der Übertragungsbursts erscheinen, es sei denn, in vorher bekannten eindeutig definierten Positionen.

Es wird ein Verfahren zur Erkennung von durch Direkt-Sequenz-Spreizspektrum-Übertragung übertragenen Signalen geliefert, das die Zuverlässigkeit der Signal/Spitzenerkennung für bekannte Symbol-/Bitmuster sehr verbessert, und auf diese Weise die Bestimmung ermöglicht, aus welchem Muster für Übergabe solcher Information an andere Elemente, die diese Kenntnis benötigen, empfangen wurden.

Claims

Verfahren zur Erkennung empfangener Signale, die ein bekanntes Muster haben und durch Direkt-Sequenz-Spreizspektrum-Übertragung übertragen werden, das die Schritte umfasst: – fortlaufende Korrelation der entspreizt empfangenen Signale mit jedem von N bekannten Symbolmustern (20), wobei N eine ganze Zahl ist, um N korrelierte Signalmuster zu erhalten; und dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst: – Bestimmen, welches der N korrelierten Symbolmuster eine größte Spitzenleistung (24, 26, 28) hat; – Bestimmen eines gleitenden Leistungs-Mittelwertes der demoduliert empfangenen Signale (30, 32, 34); – Berechnen eines Verhältnisses der größten Spitzenleistung von den N korrelierten Symbolmustern zu dem gleitenden Leistungs-Mittelwert (36); und – Vergleichen des Verhältnisses mit einem Grenzwert um, bezogen auf eine Zeitbasis des Empfängers (38, 40) ein erstes Symbol in den empfangenen Signalen, eine Identität des ersten Symbols und eine echte Burst-Lage des ersten Symbols zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bestimmungs-Schritte gleichzeitig ausgeführt werden. 3 Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Bestimmung, welches der N korrelierten Symbolmuster die größte Spitzenleistung hat, folgende Schritte umfasst: (a) Bestimmen eines Leistungswertes für jedes der N korrelierten Symbolmuster (24); (b) Erkennen einer Spitze innerhalb des Leistungswertes für jedes der N korrelierten Symbolmuster (26); und (c) Bestimmen aus den Werten der Spitzenleistungen für die N korrelierten Symbolmuster, welches Symbolmuster einen Spitzenwert hat, und ebenso die Identität von jedem der aktuell empfangenen N Muster, und einen Index der Spitzenleistung innerhalb jedes Symbols in jedem Symbolmuster (28).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Identität des ersten Symbols demjenigen der N korrelierten Symbolmuster entspricht welches die größte Spitzenleistung hat.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Grenzwert mit Hilfe der Kenntnis der Sequenz der empfangenen Signale bestimmt wird.
Vorrichtung zur Erkennung von Signalen, die ein bekanntes Muster haben und durch Direkt Sequenz Spreiz Spektrum-Übertragung übertragen werden, und die umfasst: – N Detektor-Stufen (18), die jedes der entspreizt empfangenen Signale mit einer Einzelnen der N einzelnen bekannten Symbolsequenzen korreliert, wobei N eine ganze Zahl ist, um N korrelierte Symbolmuster zu erhalten, und dadurch gekennzeichnet ist, dass sie umfasst: – eine Vorrichtung (24, 26, 28) die eine maximale Spitzenleistung erkennt, um (a) zu erkennen, welches der N korrelierten Symbolmuster, die durch die N Detektor-Stufen ausgegeben werden, eine maximale Spitzenleistung hat, (b) eine Identität von jedem der N aktuell empfangenen Symbolmuster zu bestimmen, und (c) einen Index der Spitzenleistung innerhalb des Symbols in jedem der empfangenen Symbolmuster zu bilden; – eine erste Rechen-Vorrichtung (30, 32, 34) zum Errechnen eines gleitenden Leistungs-Mittelwertes der entspreizt empfangenen Signale: – eine zweite Rechen-Vorrichtung (36) zum Errechnen eines Verhältnisses von der maximalen Spitzenleistung, wie sie durch die Vorrichtung zur Erkennung der maximalen Spitzenleistung erstellt wurde, zu dem gleitenden Leistungs-Mittelwert, wie er durch die erste Rechen-Vorrichtung erstellt wurde; und – eine Vergleicherstufe (38, 40) zum Vergleichen des Verhältnisses mit einem Schwellwert, um ein erstes Symbol in den empfangenen Signalen zu bestimmen, wobei das erste Symbol eine Identität hat welche demjenigen der N korrelierten Symbolmuster entspricht, welches die größte Spitzenleistung hat und wobei das erste Symbol eine echte Burst-Position bezogen auf eine Zeitbasis des Empfängers hat, die dem Index der Spitzenleistung innerhalb dieses Symbols entspricht.
Die Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei jede der N Detektorstufen umfasst: einen Mustergenerator (22) zum Erzeugen eines Einzelnen von N möglichen bekannten Symbolmustern; und einen Musterkorrelator (20) zum Korrelieren der entpreizt empfangenen Signale mit demjenigen einzelnen der N bekannten Symbolmuster, das durch den Mustergenerator hergestellt wurde.
Die Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Vorrichtung zur Erkennung der maximalen Spitzenleistung umfasst: – N Monitore für die Leistung (24), wobei jeder die Leistung eines entsprechende der N korrelierte Symbolmuster misst: – N Spitzenwertdetektoren (26), wobei jeder eine Spitze in der Leistung erkennt, die von dem entsprechenden Leistungs-Monitor gemessen wurde; und – eine Detektorstufe für die maximale Spitzenleistung (28) zum Bestimmen, welches der N korrelierten Symbolmuster eine maximale Spitzenleistung hat, wie sie durch einen einzelnen der Spitzendetektoren erkannt wurde, und zum Bestimmen einer Identität von jedem der N aktuell empfangenen Muster und eines Index der maximalen Spitzenleistung innerhalb jedes Symbols in jedem Symbolmuster.
Die Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die erste Rechen-Vorrichtung umfasst: – einen Monitor für die Leistung (30) zur Messung der Leistung der empfangenen Signale; – einen Spitzenwertdetektor (32) zur Erkennung einer Spitze in der Leistung, die durch den Monitor für die Leistung gemessen wurde; und – eine Rechen-Stufe (34), die auf die Spitze in der Leistung reagiert, die durch den Spitzenwertdetektor gemessen wurde, um eine gleitende Leistung der Spitzen zu errechnen, die durch den Spitzenwertdetektor gemessen wurden.