SE503785C2 - Förfarande och anordning för att sammanlagra signaler - Google Patents

Description

15 20 25 30 503 785 .g Fädningen beror bland annat på att mottagaren tar emot signaler som från sändaren utbrett sig längs olika och varierande vägar. Problemet är särskilt framträdande om sändaren och/eller mottagaren är rörlig såsom fallet är vid dataöverföring i system med mobila enheter, till exempel mobiltelefon.

För att eliminera fädningens inverkan tillämpas bland annat olika former av diversitetsteknik såsom tids- och frekvens- diversitet eller' antenndiversitet. Vid antenndiversitet kombineras de fädande signalerna från ett antal fysiskt separerade mottagarantenner på ett sätt som förbättrar signal/brus-förhållandet i den kombinerade signalen.

Signalerna från de olika antennerna kan kombineras/väljas ut enligt olika kriterier. Man kan således välja den signal som för tillfället är starkast, direkt addera signalerna, kombinera signalerna beroende på deras inbördes styrkeför- hållanden, välja/kombinera signalerna med ledning av deras fasläge/fasfel etc.

Den så kallade MRC-metoden (Maximum Ratio Combining) är en välkänd metod att kombinera antennsignaler. Vid samman- lagringen av signalerna från de olika antennerna förekommer emellertid enligt denna metod bland annat multiplikationer av signalamplituder. Då antennsignalerna har en.hög dynamik blir dynamikkraven för de delar av signalbehandlingen som skall behandla den kombinerade signalen mycket höga.

REDoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN Ett ändamål med uppfinningen är därför att ange ett förfarande och en anordning för att i en radiomottagare kombinera signaler mottagna av olika antenner på ett sätt som förenar MRC-metodens goda egenskaper mot fädning med låga krav på dynamik i signalbehandlingen. 10 15 20 25 30 J' 503 785 Ett ytterligare ändamål med uppfinningen är att med den begränsade dynamiken behålla möjligheten för felrättning i kanalkodade systenl med utnyttjande av så kallad "mjuk information".

Dessa ändamål uppnås genom ett förfarande enligt vilken dynamikkraven reduceras genom en uppdelning av mottagna signalerna. En del av signalen bär därvid fasinformationen och en andra del bär amplitudinformationen. Den del som bär fasinformationen begränsas före demoduleringf De mottagna och demodulerade signalerna sammansätts till en utsignal varvid varje demodulerad signal åsätts en viktsfaktor.

Viktsfaktorn för den demodulerade signal vars motsvarande mottagna signal har lägst amplitud av delmottagna signaler- na sätts därvid till 1. Utöver den sammansatta utsignalen härleds också "mjuk information" som är ett mått på utsignalens kvalitet och som kan utnyttjas för att för- bättra den felrättande förmågan i den efterföljande kanalavkodningen.

Dessa ändamål uppnås även genom en anordning i vilken amplitudbegränsande anordningar begränsar de mottagna signalernas amplitud. Efter demodulering i demodulatorer sammansätts de demodulerade signalerna i en summationsan- ordning till anordningens utsignal, varvid varje demodule- rad signal åsätts en viktsfaktor. Viktsfaktorn för den demodulerade signal vars motsvarande mottagna signal har lägst amplitud av de mottagna signalerna sätts därvid till 1. I anordningen ingår även logaritmerande anordningar i vilka de mottagna signalernas amplituder logaritmeras vilket medför reducerade dynamikkrav och förenkling av den beräkningsenhet som utför beräkning av viktsfaktorer och mjuk information. 10 15 20 25 30 503 785 9 FIGURBESKRIVNING Figur 1 visar i ett blockschema för en föredragen utför- ingsform av uppfinningen.

FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM Förfarandet enligt föreliggande uppfinning kan sägas vara baserad på det faktum att demodulering av faskodade signaler inte kräver någon amplitudnoggrannhet för den signal som skall demoduleras. Det finns därför en.möjlighet att före demoduleringsförfarandet limitera de signaler som skall demoduleras. Genom limiteringen krävs endast en högst begränsad dynamik i demoduleringsanordningarna.

Detta kan utnyttjas i en anordning för diversitetsmottag- ning där de av olika antenner mottagna signalerna, efter bland annat frekvensomvandling till basbandet, skall fas- demoduleras. Då de demodulerade signalerna efter demodule- ring skall kombineras/utväljas krävs emellertid någon form mätetal som avgör vilken signal som skall väljas eller be- stämmer hur kombineringen skall genomföras, exempelvis genom att bestäma viktsfaktorer för de olika signalerna.

Som.grund för bestämningen av viktsfaktorerna.utförs enligt uppfinningen.också en logaritmering av signalernas amplitud före limitering. Logaritmeringen innebär också att dyna- mikkraven reduceras för vissa delar av signalbehandlingen.

De logaritmerade signalerna.utnyttjas således för'beräkning av viktsfaktorer som avgör hur de demodulerade signalerna skall kombineras till en. utsignal. Vid. beräkningen av viktsfaktorerna sätts alltid viktsfaktorn för den.demodule- rade signal som härrör från den mottagargren vars signal har lägst amplitud, till värdet 1,0. I en vidareutveckling av uppfinningen utnyttjas de logaritmerade signalerna också för att beräkna ett värde som kan sägas utgöra ett mått på den kombinerade signalens kvalitet - i fortsättningen 10 15 20 25 5 sus 785 kallad "mjuk informationfl - vilket kan utnyttjas i kanalko- dade system för att förbättra förmågan till felrättning.

I det följande skall bestämningen av viktsfaktorer och mjuk information närmare beskrivas för ett exempel med två mottagargrenar, benämnda gren a och gren b. Indexen a och b indikerar därvid signaler etc som hänför sig till grenarna a respektive b.

De två från mottagarna erhållna signalerna kan på kon- ventionellt sätt tecknas: A(n)e5“m) respektive B(n)e5ßm) ...(A) där A(n) och B(n) är de nzte amplitudsamplen av signalen i mottagargren a respektive b och a(n) och ß(n) är motsva- rande fasvinklar. Signalerna antas i detta exempel vara differentiellt kodade men detta är ingen förutsättning för förfarandets användning utan andra former av faskodning kan utnyttjas. De två signalerna enligt (A) demoduleras differentiellt varvid ett sampel multipliceras med det komplexa konjugatet av föregående sampel. Vid andra former av faskodning kan exempelvis en koherent demodulering göras. Efter demoduleringen kan signalerna tecknas som: A(n+1) .A(n) .ei (a(n+1)-c(n)) IeSp_ B(n+1) .B(n) .e:'|(ß(n+1)-ß(n)) _ _ (B) Dessa signaler kombineras till en.vektor vars belopp är den tidigare nämnda mjuka informationen, det vill säga ett mått på den kombinerade signalens amplitud. Eftersom signalamp- lituderna är långsamt varierande är A(n+l)=A(n) och B(n+l)=B(n) varför den kombinerade signalvektorn C(n) kan tecknas: C(n) =A2(n) -e5^“+B2(n) -e5^ß=B2 (n) [E-(-¶~e5^“+e5^9] ... (C) BZ (n) Amplituden hos C(n) kan genom antagandet att Aa=Aß approxi- meras till: 10 15 20 25 503 785 +1] BZ (n) . (n) |C(n) |sB2(n) 'l Om mottagargren b antas ha den svagaste signalen sätts viktsfaktorn w, för denna gren lika med 1. Såsom kommer att framgå av den fortsatta framställningen innebär detta en förenkling genom att en multiplikation i beräkningarna utgår. Sätts dessutom viktsfaktorn w; för mottagargren a till AÉ(n)/B2(n) kan den kombinerade vektorn skrivas: C(n) =B2(n) [wa-eï^“+wb-ej^fi] . . . (E) Vid härledningen av uttrycket (E) har ingen hänsyn tagits till limiteringar. Sker en hård limitering före demodule- ringen blir den kombinerade vektorn C1m(n) =konst~(wa-e5^“+e5^9) . (F) som bär samma fasinformation som C(n) i uttrycket (E) . Det är således ur fasinformationssynpunkt tillräckligt att beräkna uttrycket (F).

Såsom tidigare nämnts logaritmeras basbandsignalerna för att hålla nere dynamikkraven. Logaritmeringen innebär en' ytterligare fördel genom att multiplikationer och divisio- ner reduceras till additioner respektive subtraktioner. Som en följd av detta är det fördelaktigt att, i stället för att beräkna den mjuka informationen enligt uttrycket (D), beräkna motsvarande logaritm, det vill säga: log|C(n) |slogB2 (n) +lcg (wa+l) =2°logB (n) +log (wa+l) - (G) Den mjuka informationen ges således av logaritmen för signalamplituden i den mottagargren som har lägst amplitud och logaritmen för summan av viktsfaktorerna.

Ytterligare förenklingar i beräkningsarbetet kan uppnås om tabeller, omfattande värdet av log(w+l) som funktion av skillnaderna mellan logaritmen för signalamplituderna för 10 15 20 25 30 7 503 785 de två grenarna, upprättas. w betecknar här viktsfaktorn i den gren som har starkaste signalen.

Beräkningar har visat att genom det beskrivna förfarandet fås med "hård" avkodning, det vill säga utan användande av mjuk information, identiska prestanda med fallet med full dynamik. Med mjuk avkodning ger förfarandet en måttlig förlust. Beräkningarna har även visat att dynamiken för viktsfaktorerna inte behöver vara större än av storleks- ordningen 10 dB utan att utsignalens kvalitet nämnvärt påverkas .

Vid beskrivningen av uppfinningen ha antagits att mottagar- grenen b har den svagaste signalen. Det torde emellertid klart framgå av framställningen att motsvarande diskussion och härledning av uttryck kan genomföras för det fall då grenen a har den svagaste signalen.

I figur 1 visas en anordning som utgör ett exempel på förfarandets tillämpning. Anordningen omfattar två "grenar" generellt betecknade a respektive b. I figuren har en- heter/ funktioner som är identiska åsatts sanuna referensnum- mer men i grenen b försetts med ett '-tecken.

De två grenarna tillförs var sin differentiellt faskodad insignal 1 respektive 2 vilka utgörs av de i uttrycket (A) angivna signalerna. Insignalerna begränsas i begränsnings- anordningar (limitrar) 3 och 3' varefter en differentiell demodulering görs i demoduleringsanordning 4 och 4'. I dessa fasdetekteras de limiterade signalerna mot konjugatet av de limiterade signalerna, fördröjda tiden T. T motsvarar därvid tiden för ett så kallat symbolintervall.

I multiplikatoranordningar 5 och 5' multipliceras de demodulerade signalerna med en första och en andra signal 6 respektive 7 från en beräkningsanordning 8. Signalerna 6 10 15 20 25 30 505 785 s och 7 utgörs av de i samband med uttrycken (C) och (D) nämnda viktsfaktorerna w, respektive wb. Eftersom vikts- faktorn i en av grenarna (den med lägst amplitud) sätts = 1 erfordras ingen multiplikation i denna gren, vilket förenklar beräkningarna.

De från multiplikatorerna 5 och 5' erhållna viktade signalerna kombineras i en summationsanordning 9 till en utsignal 10 som utgör den i uttrycket (F) angivna signalen.

Utsignalen 10 går sedan vidare för fortsatt signalbe- handling såsom exempelvis symbolavkodning. Denna fortsatta signalbehandling ligger emellertid utanför föreliggande uppfinning och beskrivs därför inte.

De två insignalerna l och 2 tillförs förutom limiterarna 3 och 3' också logaritmerande anordningar ll och ll' .

Utsignalen från dessa anordningar, det vill säga de logaritmerade insignalerna, är anslutna till beräkningsan- ordningen 8.

Beräkningsanordningen 8 utför flera uppgifter. I denna beräknas således viktsfaktorerna och i tillämpliga fall också den tidigare nämnda mjuka informationen. Den mjuka informationen utgör en tredje utsignal 12 från beräknings- anordningen. Denna signal är ett mått på utsignalens 10 kvalitet och utnyttjas vid kanalavkodning för att förbättra den felrättande förmågan.

Genom att insignalerna 1 och 2 logaritmeras minskar signalernas dynamik och beräkningen av viktskoefficienterna underlättas då dessa, som utgörs av kvoter mellan de mottagna signalernas amplituder, kan beräknas genom subtraktioner. I det beskrivna utföringsexemplet behöver de dock genom antilog-operationer omvandlas innan de tillförs multiplikatorerna 5 och 5'. Motsvarande fördelar uppnås 10 15 20 25 Q 503 785 även vid beräkning av den mjuka informationen, det vill säga signalen enligt uttrycket (D). Även begränsningen av viktsfaktorn för grenen med högst amplitud utförs i beräkningsanordningen.

De i beräkningsanordningen 8 gjorda beräkningarna kan genomföras på olika sätt beroende på det fysiska utförandet av anordningen. Att på lämpligt sätt realisera beräknings- anordningen så att beräkningarna genomförs på ovan angivet sätt är emellertid välkänt och ligger inom en fackmans kompetens, varför detta inte redovisas i beskrivningen.

I anordningen enligt uppfinningen har således kravet på dynamik kraftigt reducerats både i de delar av anordningen som har anknytning till demoduleringen av de mottagna signalerna och i de delar där beräkning av viktsfaktorer och mjuk information utförs. Trots den reducerade dynamiken erhålles en kombinerad signal vars kvalitet är fullt jämförbar med vad som skulle erhållits i motsvarande anordningar med full dynamik. Dessutom erhåller man från anordningen enligt uppfinningen.en signal som utnyttjas vid kanalavkodning.

I det behandlade exemplet har, med syfte att underlätta förståelsen av uppfinningen, förutsatts att endast två signaler skall kombineras. Ingenting hindrar emellertid att flera signaler kombineras på det beskrivna sättet.

Beskrivningen av uppfinningen skall ses som exempel på olika utföringsformer. Uppfinningen är således ej begränsad till de ovan nämnda utföringsformerna utan kan varieras inom ramen för de efterföljande patentkraven.

Claims (12)

10 15 20 25 30 503 785 /0 PATENTKRAV

1. Förfarande för att i en radiomottagare kombinera signaler mottagna av fysiskt separerade antenner, känne- tecknat därav, att varje mottagen signals amplitud be- gränsas varefter de begränsade signalerna demoduleras och de demodulerade signalerna kombineras till en utsignal i vilken varje demodulerad signal ingår i relation till en åsatt viktsfaktor varvid viktsfaktorn för den demodulerade signal, vars motsvarande mottagna signals amplitud har det lägsta värdet av de mottagna signalernas amplituder, ges värdet 1.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat därav, att viktsfaktorerna för de demodulerade signalerna utgörs av det kvadratiska förhållandet mellan motsvarande mottagen signals amplitud och amplituden för den mottagna signal vars amplitud har det lägsta värdet av de mottagna signa- lernas amplitud.

3. Förfarande enligt patentkrav 2, kännetecknat därav, att de mottagna signalerna är faskodade och att de efter amplitudbegränsningen demoduleras genom koherent fas- detektering.

4. Förfarande enligt patentkrav 2, kännetecknat därav, att de mottagna signalerna är differentiellt faskodade och att de efter amplitudbegränsningen demoduleras genom differen- tiell fasdetektering.

5. Förfarande enligt något av patentkrav l-4, kännetecknat därav, att ett av utsignalen beroende mätetal beräknas för att användas som ett mått på utsignalens kvalitet. 10 15 20 25 30 /, 503 785

6. Förfarande enligt patentkrav 5, kännetecknat därav, att det beräknade mätetalet ges av logaritmen av amplituden för den mottagna signal vars amplitud har det lägsta värdet av de mottagna signalerna och logaritmen för summan av viktsfaktorerna.

7. Anordning för att i en radiomottagare kombinera signa- ler mottagna av fysiskt separerade antenner, kännetecknad därav, att varje mottagen signals (1,2) amplitud begränsas i en amplitudbegränsande anordning (3,3') varefter de begränsade signalerna demoduleras i en demodulator (4,4') och de demodulerade signalerna i en summationsanordning (9) kombineras till en utsignal (10) i vilken varje demodulerad signal ingår i relation till en âsatt viktsfaktor (vg,wQ varvid viktsfaktorn för den demodulerade signal, vars motsvarande mottagna signals (1,2) amplitud har det lägsta värdet av de mottagna signalernas amplituder, ges värdet 1.

8. Anordning enligt patentkrav 7, kännetecknad därav, att för beräkning av viktsfaktorerna de mottagna signalerna (1,2) logaritmeras i en logaritmerande anordning (l1,l1') och tillföres en beräkningsenhet (8) där viktsfaktorerna för de demodulerade signalerna beräknas som det kvadratiska förhållandet mellan motsvarande mottagen signals amplitud och amplituden för den mottagna signal vars amplitud har det lägsta värdet av de mottagna signalernas amplituder.

9. Anordning enligt patentkrav 7 eller 8, kännetecknad därav, att de mottagna signalerna (1,2) är faskodade och att de efter amplitudbegränsningen demoduleras i en koherent fasdetektor (4,4').

10. Anordning enligt patentkrav 7 eller 8, kännetecknad därav, att de mottagna signalerna (1,2) är differentiellt faskodade och att de efter amplitudbegränsningen demodule- ras i en differentiell fasdetektor (4,4'). 10 sus 785 m

11. ll. Anordning enligt något av patentkrav 7-10, känneteck- nad därav, att ett av utsignalen (10) beroende mätetal beräknas i en beräkningsanordning (8) för att användas som ett mått på utsignalens kvalitet.

12. Anordning enligt patentkrav ll, kännetecknad.därav, att det beräknade mätetalet ges av det i den logaritmerande anordningen (l1,ll') logaritmerade amplituden för den mottagna signal (1,2) vars amplitud har det lägsta värdet av de mottagna signalerna och logaritmen för summan av de i beräkningsanordningen (8) beräknade viktsfaktorerna.