DE10213838A1

DE10213838A1 - Frequenzfehlerkorrektureinheit und -verfahren in einem drahtlosen Lan-System

Info

Publication number: DE10213838A1
Application number: DE10213838A
Authority: DE
Inventors: Joerg Borowski; Thomas Hanusch; Uwe Eckhardt
Original assignee: Advanced Micro Devices Inc
Current assignee: Advanced Micro Devices Inc
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2003-10-23
Anticipated expiration: 2022-03-28
Also published as: KR100921544B1; DE60336641D1; DE10213838B4; US7194046B2; KR20040097239A; US20030185317A1

Abstract

Empfangseinheit in einem Kommunikationssystem zum Empfang eines Kommunikationssignals. Die Empfangseinheit ist vorzugsweise ein drahtloser Local Area Network (WLAN)-Empfänger. Die Empfangseinheit umfasst einen Synchronisationsdatendetektionsabschnitt und einen Frequenzfehlerkorrekturabschnitt. Der Synchronisationsdatendetektionsabschnitt detektiert vordefinierte Synchronisationsdaten, die in dem empfangenen Kommunikationssignal enthalten sind, und berechnet eine anfängliche Schätzung eines Frequenzfehlers des empfangenen Kommunikationssignals. Der Frequenzfehlerkorrekturabschnitt korrigiert die Frequenz des empfangenen Kommunikationssignals, basierend auf Frequenzfehlerschätzungen. Eine anfängliche Frequenzfehlerschätzung, die zur ersten Frequenzfehlerkorrektur verwendet wird, wird von dem Synchronisationsdatendetektionsabschnitt empfangen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Frequenzfehlerkorrektureinheit und -verfahren und insbesondere auf einen Empfänger in einem drahtlosen Local Area Network (WLAN)-Kommunikationssystem.

2. BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK

In einem Kommunikationssystem ist es für einen Empfänger wichtig, sich auf den Sender zu synchronisieren, so dass Mitteilungen erfolgreich zwischen dem Sender und dem Empfänger ausgetauscht werden können. In einem Funkkommunikationssystem ist es insbesondere wichtig, dass ein Empfänger auf die Frequenz des Senders für einen optimalen Empfang eingestellt ist.
Ein drahtloses Local Area Network ist ein flexibles Datenkommunikationssystem, das als Ergänzung oder als Alternative eines fest verdrahteten LAN realisiert ist. WLAN-Systeme übertragen und empfangen Daten durch die Luft unter Verwendung einer Funkfrequenz- oder Infrarottechnologie, um die Notwendigkeit für fest verdrahtete Verbindungen zu minimieren. Daher kombinieren WLAN-Systeme eine Datenverbindungsmöglichkeit mit Benutzermobilität.
Heutzutage verwenden die meisten WLAN-Systeme eine Spreizspektrumtechnologie, ein breitbandiges Funkfrequenzverfahren, das zur Verwendung in zuverlässigen und sicheren Kommunikationssystemen entwickelt wurde. Die Spreizspektrumtechnologie ist als Bandbreiteneffizienzkompromiss für Zuverlässigkeit, Integrität und Sicherheit entworfen worden. Zwei Arten von Spreizspektrumfunksystemen werden häufig verwendet: Frequenzsprung- und "direct sequence" Systeme.
Bei "direct sequence"-Spreizspektrumsystemen wird die Spreizung durch Codierung jedes Datenbits unter Verwendung eines Codewortes oder Symbols erreicht, das eine viel höhere Frequenz und Informationsbitrate aufweist. Die resultierende "Spreizung" des Signals über eine weite Frequenzbandbreite führt zu einer vergleichsweise niedrigen Spektralleistungsdichte, so dass andere Kommunikationssysteme weniger wahrscheinlich unter Störungen von dem Gerät leiden, dass das "direct sequence"-Spreizspektrumsignal überträgt. Das "direct sequence"-Spreizspektrum verwendet ein Pseudo-Zufalls- Rausch-Codewort, das dem Sender und Empfänger bekannt ist, um die Daten zu spreizen. Das Codewort besteht aus einer Sequenz von "Chips", die mit den zu übertragenden Informationsbits multipliziert (oder Exclusiv-ODER- verknüpft) werden. Viele drahtlose Netzwerke entsprechen dem IEEE 802.11-Standard, der den bekannten Barker- Code zum Codieren und spreizen der Daten verwendet. Das Barker-Codewort besteht aus einer vorbestimmten Folge von 11 Chips. Eine vollständige Barker-Codewortsequenz wird während der die Zeitdauer übertragen, die von einem informationstragenden Symbol belegt ist.
Um höhere Datenübertragungsraten zu ermöglichen wurde der IEEE 802.11-Standard zu IEEE 802.11b erweitert. Zusätzlich zu den 11-Bit Barker-Chips verwendet der 802.11b-Standard einen 8-Bit komplementären Codeumtastalgorithmus (Complementary Code Keying - CCK) für eine höhere Datenübertragungsrate.
Die Datenübertragungsrate kann außerdem über die Symbolrate durch Verwendung von Modulationsverfahren höherer Ordnung verbessert werden, einschließlich einer Vierphasenumtastmodulation (Quadrature Phase Shift Keying - QPSK). Bei diesem Modulationsverfahren wird jedes Bit durch eine höhere Anzahl möglicher Phasen dargestellt. Der Sender erzeugt deshalb zwei Signale, wobei das erste Signal "gleichphasiges" (I) Signal oder "I-Kanal" genannt wird und ein zweites Signal, das "gegenphasiges" (Q) Signal oder "Q-Kanal" für einen 90° phasenverschobenen sinusförmigen Träger mit derselben Frequenz genannt wird.
Der IEEE 802.11-Standard für drahtlose LANs mit dem "direct sequence"-Spreizspektrumverfahren verwendet eine Trainings-Präambel, um einen Empfänger an einen Sender anzupassen. Jede übertragene Datenmitteilung umfasst eine Anfangs-Trainingspräambel, auf die ein Datenfeld folgt. Die Präambel enthält ein Synchronfeld, um sicherzustellen, dass der Empfänger die notwendigen Operationen zur Synchronisation ausführen kann. Für die Präambellänge wurden zwei Optionen definiert, nämlich eine lange und eine kurze Präambel. Alle dem 802.11b entsprechenden Systeme müssten die lange Präambel unterstützen. Die Option der kurzen Präambel ist in dem Standard vorgesehen, um die Effizienz des Netzwerkdurchsatzes zu verbessern, wenn spezielle Daten wie Sprache und Video übertragen werden. Das Synchronisationsfeld einer Präambel besteht aus 128 Bits bei einer langen Präambel und 56 Bits bei einer kurzen Präambel.
Ein Empfänger erfasst die Synchronisationssymbole und richtet den internen Takt des Empfängers an den Symbolen des Synchronisationsfeldes aus, um einen festen Referenzzeitrahmen herzustellen, mit dem die Felder in der Übertragungsrahmenstruktur, die der Präambel folgen, interpretiert werden. Die Präambel, einschließlich des Synchronisationsfeldes, wird am Beginn jeder Nachricht (jedes Datenpakets) übertragen.
Beim Betrieb eines drahtlosen LAN-Empfängers ist eine Code-Synchronisation erforderlich, da der Code ein Schlüssel zur Entspreizung der gewünschten Information ist. Eine gute Synchronisation wird erreicht, wenn das codierte Signal, das beim Empfänger ankommt, zeitlich sowohl in seiner Codemusterposition als auch in seiner Chiperzeugungsrate genau eingestellt ist.
Die Oszillatoren in einem Empfänger und einem Sender können unterschiedliche Frequenzen aufgrund von Fertigungsungenauigkeiten, unterschiedlichen Temperaturen usw. bereitstellen, was zu einer Frequenzabweichung des Basisbandsignals führt. Solche Frequenzunterschiede oder Frequenzversätze werden durch Frequenzfehlerkorrektureinheiten auf der Empfängerseite korrigiert.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird eine Frequenzsynchronisation durch eine wiederholte Frequenzfehlerschätzung und eine Frequenzfehlerkorrektur des Eingangssignals basierend auf der erhaltenen Frequenzfehlerschätzung durchgeführt. Solch ein Korrekturverfahren wird wiederholt in einer rückgekoppelten Schleife durchgeführt.
Eine Frequenzfehlerkorrektureinheit, die die Frequenzfehlerkorrektur wie in Fig. 1 gezeigt durchführt, ist unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben. Die Frequenzfehlerkorrektureinheit ist eine Verarbeitungsschleife, die zum Erreichen einer Frequenzsynchronisation für das empfangene Signal verwendet wird. Das empfangene Signal 200 wird einem Mischer 210 zugeführt. Die Ausgabe des Mischers 210 wird einem Frequenzfehlerdetektor zugeführt, um den Frequenzfehler zu berechnen. Die Ausgabe des Frequenzfehlerdetektors 230 wird von einem Schleifenfilter 240 mit einer vorbestimmten Filterfunktion und einem numerisch gesteuerten Oszillator (NCO) 250 verarbeitet. Die Ausgabe des numerisch gesteuerten Oszillators (NCO) wird ebenfalls dem Mischer 210 zugeführt, um die Frequenzschleife zur Korrektur des detektierten Frequenzfehlers zu vervollständigen.
Frequenzfehlerkorrektureinheiten weisen immer noch eine Vielzahl von Problemen auf. Ein Problem liegt darin, dass Frequenzfehlerkorrektureinheiten eine zeitaufwendige Anzahl iterativer Schritte zur Erreichung einer Frequenzsynchronisation zwischen dem Takt des Empfängers und dem Eingangssignal benötigen. Außerdem ist eine erste Frequenzfehlerkorrektur nur nach Durchlaufen der Rückkopplungsschleife möglich.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es wird eine verbesserte Frequenzfehlerkorrektur angegeben, die eine schnellere Erreichung der Frequenzsynchronisation ermöglicht.
In einer Ausführungsform wird eine Frequenzfehlerkorrektureinheit zur Korrektur der Frequenz eines empfangenen Kommunikationssignals basierend auf einem erfassten Frequenzfehler des Kommunikationssignals angegeben. Die Frequenzfehlerkorrektureinheit besitzt einen ersten Eingangsanschluss zum Empfang des Kommunikationssignals, einen zweiten Eingangsanschluss zum Empfang einer anfänglichen Frequenzfehlerschätzung und einen dritten Eingangsanschluss zum Empfang nachfolgender Frequenzfehlerschätzungen. Ein Ausgangsanschluss der Frequenzfehlerkorrektureinheit gibt ein in der Frequenz korrigiertes Kommunikationssignal aus, wobei eine erste Frequenzfehlerkorrektur des Eingangssignals basierend auf der anfänglichen Frequenzfehlerschätzung durchgeführt wird.
In einer weiteren Ausführungsform ist eine Empfangseinheit in einem Kommunikationssystem zum Empfang eines Kommunikationssignals angegeben, das vorbestimmte Synchronisationsdaten enthält. Die Empfangseinheit umfasst einen Synchronisationsdatendetektionsabschnitt und einen Frequenzfehlerkorrekturabschnitt. Der Synchronisationsdatendetektionsabschnitt detektiert die vordefinierten Synchronisationsdaten in dem empfangenen Kommunikationssignal und berechnet eine anfängliche Schätzung für den Frequenzfehler des Kommunikationssignals. Der Frequenzfehlerkorrekturabschnitt korrigiert die Frequenz des empfangenen Kommunikationssignals basierend auf den Frequenzfehlerschätzungen, wobei eine anfängliche Frequenzfehlerschätzung von dem Synchronisationsdatendetektionsabschnitt erhalten wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Frequenzfehlerkorrekturverfahren in einem Kommunikationssystem zur Korrektur der Frequenz eines empfangenen Kommunikationssignals angegeben, das vorbestimmte Synchronisationsdaten enthält. Eine anfängliche Frequenzfehlerschätzung des empfangenen Kommunikationssignals wird während der Detektion der vordefinierten Synchronisationsdaten erhalten. Basierend auf der gewonnenen anfänglichen Frequenzfehlerschätzung wird eine anfängliche Korrektur der Frequenz des empfangenen Kommunikationssignals ausgeführt. Anschließend wird eine rückgeführte Frequenzfehlerschätzung erhalten und eine Frequenzfehlerkorrektur wird dementsprechend ausgeführt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zum Empfang eines Kommunikationssignals in einem Kommunikationssystem angegeben. Das Kommunikationssignal enthält vorbestimmte Synchronisationsdaten. Nach dem Empfang des Kommunikationssignals wird eine anfängliche Frequenzfehlerschätzung während der Erfassung der vordefinierten Synchronisationsdaten in dem empfangenen Kommunikationssignal berechnet. Eine erste Korrektur der Frequenz des empfangenen Kommunikationssignals wird basierend auf der anfänglichen Frequenzfehlerschätzung ausgeführt. Anschließend wird eine rückgeführte Frequenzfehlerschätzung erhalten und eine Frequenzfehlerkorrektur dementsprechend ausgeführt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die beiliegenden Zeichnungen sind in die Beschreibung mit aufgenommen und bilden zur Erläuterung der Grundprinzipien der Erfindung einen Teil davon. Die Zeichnungen können nicht zur Einschränkung der Erfindung allein auf die dargestellten und beschriebenen Beispiele, wie die Erfindung hergestellt und verwendet werden kann, eingeschränkt werden. Weitere Merkmale und Vorteile werden aus der nachfolgenden und detaillierteren Beschreibung der Erfindung offensichtlich, die in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt ist, wobei:
Fig. 1 ein Flussdiagramm ist, das einen Vorgang zur Frequenzfehlerkorrektur darstellt;
Fig. 2 ein Blockdiagramm ist, das die Komponenten einer Frequenzfehlerkorrektureinheit darstellt;
Fig. 3 ein Flussdiagramm ist, das den Vorgang zur Korrektur eines Frequenzfehlers in einem empfangenen Kommunikationssignal darstellt;
Fig. 4 ein Blockdiagramm ist, das die Komponenten einer Frequenzfehlerkorrektureinheit darstellt, die in einer Empfangseinheit eines Kommunikationssystems integriert ist;
Fig. 5 ein Blockdiagramm ist, das einen Teil eines Schleifenfiltermodulaufbaus darstellt, das in dem Aufbau der Frequenzfehlerkorrektureinheit der Fig. 4 gezeigt ist;
Fig. 6 ein Blockdiagramm ist, das einen Aufbau eines numerisch gesteuerten Oszillatormoduls darstellt, das in dem in Fig. 4 gezeigten Aufbau integriert ist;
Fig. 7 ein Blockdiagramm ist, das einen Aufbau eines Mischmoduls darstellt, das in Fig. 4 gezeigt ist;
Fig. 8 ein Beispiel einer Annäherung der Frequenzfehlerberechnung unter Verwendung einer ersten Approximationsregel darstellt; und
Fig. 9 ein Beispiel einer Annäherung der Frequenzfehlerberechnung unter Verwendung einer zweiten Annäherungsregel darstellt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die erläuternden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Im Folgenden wird auf die Zeichnungen und insbesondere auf Fig. 3 Bezug genommen, die eine Verarbeitungsreihenfolge für eine Frequenzfehlerkorrektur, wie nachfolgend beschrieben, darstellt. Zunächst wird eine anfängliche Frequenzfehlerschätzung aus einem empfangenen Kommunikationssignal im Schritt 300 erhalten. Basierend auf der anfänglichen Frequenzfehlerschätzung wird das ankommende Kommunikationssignal im Schritt 310 einer ersten Frequenzfehlerkorrektur unterworfen. Die anfängliche Frequenzfehlerschätzung gibt eine Frequenzfehlerschätzung zur Initialisierung der Frequenzfehlerkorrektureinheit an. Dieses Verarbeitungsschema kann vorteilhafterweise zu einer Verkürzung des nachfolgenden, herkömmlichen Frequenzfehlerkorrekturverfahrens führen, da die Anzahl der iterativen Schritte zur Synchronisierung der Frequenz des empfangenen Kommunikationssignals und der Frequenz des Empfängers aufgrund einer anfänglich korrigierten Kommunikationssignalfrequenz vermindert werden kann.
Nach der ersten Frequenzfehlerkorrektur wird die Frequenz des ankommenden Kommunikationssignals in einer geschlossenen Schleife synchronisiert, die die Schritte der Schätzung eines Frequenzfehlers der Frequenz korrigierten Kommunikationssignals (Schritt 320) und die Korrektur der Frequenz des ankommenden Kommunikationssignals (Schritt 330) umfasst. Durch Bereitstellung einer anfänglichen Frequenzfehlerschätzung und -korrektur (Schritt 300, 310) kann eine Frequenzsynchronisation durch Verwendung einer kleineren Anzahl von Korrekturänderungen und in einer kürzeren Zeitdauer erreicht werden.
Ein Aufbau eines Empfängers zur Ausführung des obigen Verfahrens zur Erreichung einer Frequenzsynchronisation ist im Einzelnen in dem Blockdiagramm der Fig. 4 gezeigt. Das empfangene Kommunikationssignal 410 wird einem Synchronisationsdatendetektor 420 und einem Mischer 430 zugeführt. Dem Mischer 430 wird zusätzlich die Ausgabe eines numerisch gesteuerten Oszillators (NCO) 440 zugeführt. Das in der Frequenz korrigierte Ausgangssignal des Mischers 430 wird einem Frequenzfehlerdetektor 450 zur Frequenzfehlerschätzung zugeführt. Frequenzfehlerschätzungen, die entweder von der Synchronisationseinheit 420 oder von dem Frequenzfehlerdetektor 450 erhalten werden, werden einem Schleifenfilter 460 zugeführt. Das Schleifenfilter 460 wählt eine der gemessenen Frequenzfehlerschätzungen aus, die daraufhin dem numerisch gesteuerten Oszillator (NCO) 440 zugeführt wird, um die Frequenzschleife zur Korrektur des detektierten Frequenzfehlers zu vervollständigen.
Der Vorgang zur Erreichung der Frequenzsynchronisation wird nachfolgend unter Bezugnahme auf das Blockdiagramm der Fig. 4 beschrieben. Jede übertragene Datenmitteilung des eingehenden Kommunikationssignals enthält eine anfängliche Trainings-Präambel. Die Präambel, einschließlich eines 128- oder 56-Symbol-Synchronisationsfeldes, wird durch Verwendung eines Modulationsverfahrens übertragen, bei dem der I-Kanal und der Q-Kanal die Information enthalten. Der Empfänger detektiert diese Synchronisationssymbole und richtet die interne Uhr des Empfängers an den Symbolen des Synchronisationsfeldes aus, um einen festen Referenzzeitrahmen zu erzeugen, mit dem die Felder, die auf das Synchronisationsfeld folgen, interpretiert werden. Ein drahtloser LAN-IEEE-Rahmen wird zunächst von der Synchronisationseinheit 420 erfasst, insbesondere einem Präambeldetektor (PDT). Die Präambeldetektionseinheit 420 stellt außerdem eine Schätzung des Frequenzfehlers zwischen den lokalen Oszillatoren in dem Sender und Empfänger bereit, der zu einem Frequenzfehler zwischen dem übertragenen und dem empfangenen Kommunikationssignal führt. Die anfängliche Frequenzschätzung kann basierend auf vorbestimmten Näherungsverfahren berechnet werden, die nachfolgend im Einzelnen dargestellt werden.
Die Frequenzfehlerschätzung wird anschließend durch das Schleifenfilter 460 verarbeitet, das eine vorbestimmte Filterfunktion aufweist, und durch den numerisch gesteuerten Oszillator (NCO) 440. Der Mischer 430 ist so verbunden, dass er das ankommende Kommunikationssignal 410, das in der Frequenz zu korrigieren ist, empfängt, und ist mit dem numerisch gesteuerten Oszillator 440 zur Steuerung des Betriebs des Mischers 430 verbunden. Der Mischer 430 unterwirft das empfangene Kommunikationssignal gemäß dem empfangenen Signal, das von dem numerisch gesteuerten Oszillator 440 bereit gestellt wird, einer Frequenzkorrektur.
Nach der anfänglichen Frequenzfehlerkorrektur wird die Frequenzsynchronisationsschleife aus der Frequenzfehlerschätzeinheit 450, die die rückgekoppelte Ausgabe des Mischers 430 erhält, dem Schleifenfilter 460, dem numerisch gesteuerten Oszillator 440 und dem Mischer 430 zur Vervollständigung der Schleife gebildet. Die Synchronisationsoperation entspricht dem Frequenzfehlerschätz- und -korrekturverfahren, das in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben wurde.
Die oben beschriebene Anordnung kann vorteilhafterweise herkömmliche drahtlose LAN-Empfänger dahingehend verbessern, dass die Frequenzsynchronisation verkürzt wird, insbesondere dadurch, dass eine erste Frequenzfehlerschätzung erhalten wird, die der Synchronisationsschleife von einem separaten Verarbeitungsabschnitt bereit gestellt wird, der vor der Verarbeitung gemäß der herkömmlichen Kommunikationssignalfrequenz-Synchronisationsverarbeitung angeordnet ist. Die anfänglich erhaltene Frequenzschätzung wird unmittelbar als Initialisierungswert von der Frequenzfehlerkorrektureinheit verwendet, um dadurch die Synchronisationsprozedur zu beschleunigen.
Fig. 5 ist ein detaillierteres Blockdiagramm eines Teils des Schleifenfilters 460 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Schleifenfilter 460 empfängt Frequenzfehlerschätzungen und von zwei verschiedenen Quellen, nämlich eine anfängliche Frequenzfehlerschätzungen von einer externen Quelle und nachfolgende Frequenzfehlerschätzungen, die auf einem rückgekoppelten Pfad bereit gestellt werden. Zur Auswahl der entsprechenden Frequenzschätzung für die Steuerung der Frequenzfehlerkorrektur des ankommenden Kommunikationssignals umfasst das Schleifenfilter 460 eine Auswahleinrichtung 500.
Die Auswahleinrichtung 500 ist mit einer externen Quelle verbunden, z. B. gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit dem Präambeldetektor 420, um eine anfängliche Frequenzfehlerschätzung zu erhalten. Außerdem ist die Auswahleinrichtung 500 mit der Frequenzfehlerdetektionseinheit 450 verbunden, die in dem rückgekoppelten Pfad angeordnet ist, um nachfolgende Frequenzfehlerschätzungen zu erhalten. Zusätzlich ist die Auswahleinrichtung 500 mit einer Steuereinheit (nicht gezeigt) verbunden, die ein Signal zur Auswahl der entsprechenden Quelle für eine aktuelle Frequenzfehlerschätzung bereitstellt. In Abhängigkeit von dem empfangenen Steuersignal 530 gibt die Auswahleinrichtung 500 eine geeignete Frequenzfehlerschätzung aus, die dem numerisch gesteuerten Oszillator 440 zugeführt wird. Während einer Anfangsphase stellt die Auswahleinrichtung 500 die anfängliche Frequenzfehlerschätzung bereit, die von dem Präambeldetektor erhalten wurde, nachdem eine Präambel eines Übertragungsrahmens detektiert wurde. Anschließend wird das Frequenzfehlersignal, das von dem Frequenzfehlerdetektor 450 erzeugt wird, dem numerisch gesteuerten Oszillator 440 zugeführt.
Bezug nehmend auf Fig. 6 ist eine beispielhafte Ausführungsform eines numerisch gesteuerten Oszillatormoduls (NCO) 440 gezeigt. Das Eingangssignal 540 des numerisch gesteuerten Oszillators, das von dem Schleifenfilter 460 empfangen wird, wird einem Integrator 610 zugeführt. Der Integrator 610 kann so aufgebaut sein, dass er sein verzögertes, rückgekoppeltes Ausgangssignal seinem empfangenen Eingangssignal 540 hinzufügt. Die Ausgabe des Integrators ist mit einer Look-up-Tabellen-Einrichtung 620, 630 zur Bereitstellung komplexer Ausgangssignale 640, 650 verbunden, die dem Mischer 430 zugeführt werden.
Bezug nehmend auf Fig. 7 wird eine beispielhafte Ausführungsform eines Mischers 430 dargestellt. Der Mischer 430 unterwirft das empfangene komplexe Kommunikationssignal einer Frequenzkorrektur und gibt ein komplexes, in der Frequenz korrigiertes Signal aus. Wie in Fig. 7 gezeigt, wird das komplexe Kommunikationssignal mit dem komplexen Signal multipliziert, das von dem numerisch gesteuerten Oszillator 440 erzeugt wird.
Insbesondere wird jeder ankommende Abtastwert des komplexen Eingangssignals mit dem konjugiert komplexen Wert multipliziert, der von dem numerisch gesteuerten Oszillator erhalten wird. Jedes der Eingangssignale ist jeweils mit einem der vier Multiplizierer 710, 720, 730, 740 in der Weise verbunden, dass jeder der Multiplizierer mit einer Komponente des komplexen Eingangskommunikationssignals und einer Komponente des komplexen Korrektursignals verbunden ist.
Das Ausgangssignal des Mischers 430 wird in dem drahtlosen LAN-Empfänger zusätzlich durch weitere Verarbeitungsmodule (nicht gezeigt) verarbeitet und wird gleichzeitig zur Frequenzfehlerschätzung und Korrektur zurückgeführt.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Frequenzfehlerschätzung während der Präambeldetektion in dem Präambeldetektor 420 berechnet. Der Präambeldetektor stellt als Ausgangssignale ein Präambeldetektionssignal und eine anfängliche Schätzung eines Frequenzfehlers bereit. Die zusätzliche Aufgabe des Präambeldetektors zur Bereitstellung einer anfänglichen Frequenzfehlerschätzung muss nicht zu einem Hardware-Aufbau mit deutlich erhöhter Komplexität führen, da die Signalkomponenten, die zur Erhaltung einer ersten Frequenzfehlerschätzung erforderlich sind, aus der Präambeldetektionsoperation selbst erhältlich sind.
Der Präambeldetektor misst einen Phasendifferenzfehler des empfangenen Kommunikationssignals, d. h. den Rotationswinkel des empfangenen und differentiell demodulierten Kommunikationssignals gegenüber der idealen Konstellation:
Ein Phasendifferenzfehler als typische Näherung für den Frequenzfehler kann basierend auf folgender Gleichung berechnet werden:

wobei Q und I den komplexen Komponenten nach Anwendung der differentiellen Demodulation auf das empfangene Kommunikationssignal innerhalb des Präambeldetektors entsprechen.
Das Ergebnis der obigen Gleichung kann beispielsweise durch Verwendung einer der folgenden beiden Näherungsansätze angenähert werden. Die erste der beschriebenen Näherungen basiert auf der Annahme, dass gilt:
Basierend auf dieser Annahme kann die Differenzberechnung folgendermaßen angenähert werden:
Diese Art der Näherung für die Phasendifferenzberechnung wird vorzugsweise verwendet, wenn eine Divisions-Operation in dem verwendeten Hardware-Aufbau verfügbar ist.
Bei dem zweiten Näherungsansatz sei angenommen, dass die Leistungsnormalisierung der Empfangseinheit genau arbeitet. Unter dieser Bedingung sind die folgenden Annahmen gültig:
Basierend auf diesen Annahmen kann die Phasendifferenz folgendermaßen angenähert werden:
Diese zweite beschriebene Näherungsberechnung kann dahingehend vorteilhaft sein, dass sie den niedrigsten Hardware-Aufwand erfordert.
Beide oben beschriebenen Näherungen führen zu einem unterschiedlichen Grad des Approximationsfehlers. Die Approximationsfehler, die aus beiden Näherungsansätzen herrühren, sind in Fig. 8 und Fig. 9 jeweils gezeigt. Wie aus Fig. 8 und Fig. 9 zu sehen ist, erhöht sich der Betrag des Approximationsfehlers, wenn die zweite Näherung verwendet wird. Daher sollte die erste Phasendifferenznäherung in dem Fall ausgewählt werden, in dem der resultierende Approximationsfehler einen gewünschten Approximationsfehlerbereich überschreitet.
Die Phasendifferenzfehlerdetektion, die von einem Präambeldetektor ausgeführt wird, wurde unter Bezugnahme auf die oben erwähnten beiden Näherungsansätze beschrieben, ist jedoch auf diese Näherungsansätze nicht beschränkt. Es ist für den Fachmann selbstverständlich, dass jede andere Näherung oder sogar keine Näherung verwendet werden muss.
Diese Erfindung wurde unter Bezugnahme auf die physikalischen Ausführungsformen, die dementsprechend aufgebaut waren, beschrieben. Es ist jedoch für den Fachmann selbstverständlich, dass verschiedene Abänderungen, Variationen und Verbesserungen der vorliegenden Erfindung im Licht der obigen Lehren und innerhalb des Bereichs der angefügten Ansprüche durchgeführt werden können, ohne vom Geist und dem beabsichtigten Umfang der Erfindung abzuweichen. Zusätzlich wurden diejenigen Gebiete, von denen angenommen wird, dass Fachleute mit ihnen vertraut sind, hier nicht beschrieben, um die hierin beschriebene Erfindung nicht unnötig zu verdecken. Dementsprechend ist es selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsformen begrenzt ist, sondern nur durch den Umfang der angefügten Ansprüche.

Claims

1. Frequenzfehlerkorrektureinheit in einem Kommunikationssystem zur Korrektur der Frequenz eines empfangenen Kommunikationssignals, umfassend:
einen ersten Eingangsanschluss zum Empfangen eines Kommunikationssignals,
einen zweiten Eingangsanschluss zum Empfangen einer ersten Frequenzfehlerschätzung,
einen dritten Eingangsanschluss zum Empfangen rückgekoppelter Frequenzfehlerschätzungen, und
einen Ausgangsanschluss zur Bereitstellung eines Frequenzfehler-korrigierten Kommunikationssignals, wobei die Frequenz des Kommunikationssignals zunächst basierend auf der ersten Frequenzfehlerschätzung korrigiert wird und nachfolgende Frequenzfehler-Korrekturen auf rückgekoppelten Frequenzfehlerschätzungen basieren.

2. Frequenzfehlerkorrektureinheit nach Anspruch 1, wobei der zweite Eingangsanschluss mit einer Synchronisationsdatendetektionseinheit (420) zur Detektion von Synchronisationsdaten verbunden ist, die in dem Kommunikationssignal enthalten sind.

3. Frequenzfehlerkorrektureinheit nach Anspruch 2, wobei die Synchronisationsdaten in einer Präambel eines Übertragungsrahmens in dem Kommunikationssignal enthalten sind und die Synchronisationsdatendetektionseinheit (420) ein Präambeldetektor ist.

4. Frequenzfehlerkorrektureinheit nach Anspruch 3, wobei die erste Frequenzfehlerschätzung während der Erreichung der Übertragungsrahmensynchronisation bestimmt wird.

5. Frequenzfehlerkorrektureinheit nach Anspruch 1, wobei der dritte Eingangsanschluss mit einem Frequenzfehlerdetektor (450) verbunden ist, der in einem rückgekoppelten Pfad des in der Frequenz korrigierten Kommunikationssignals vorgesehen ist.

6. Empfangseinheit in einem Kommunikationssystem zum Empfangen eines Kommunikationssignals, wobei das Kommunikationssignal vordefinierte Synchronisationsdaten enthält, umfassend:
einen Synchronisationsdatendetektionsabschnitt (420) zur Detektion der vorbestimmten Synchronisationsdaten in dem empfangenen Kommunikationssignal und zur Berechnung einer ersten Schätzung eines Frequenzfehlers des empfangenen Kommunikationssignals, und
einen Frequenzfehlerkorrekturabschnitt (430, 440, 450, 460) zur Korrektur der Frequenz des empfangenen Kommunikationssignals basierend auf Frequenzfehlerschätzungen, wobei eine erste Frequenzfehlerschätzung von dem Synchronisationsdatendetektionsabschnitt (420) erhalten wird.

7. Empfangseinheit nach Anspruch 6, wobei die Frequenzfehlerschätzungen, die auf die erste Frequenzfehlerschätzung folgen, von einem Frequenzfehlerdetektor (450) erhalten werden, der in einem Rückkopplungspfad des in der Frequenz korrigierten Kommunikationssignals angeordnet ist.

8. Empfangseinheit nach Anspruch 6, wobei der Synchronisationsdatendetektionsabschnitt (420) einen Phasendifferenzfehlerdetektor zur Bestimmung der ersten Frequenzfehlerschätzung umfasst.

9. Empfangseinheit nach Anspruch 8, wobei der Phasendifferenzfehlerdetektor die erste Frequenzfehlerschätzung basierend auf einer Näherungsberechnung bestimmt.

10. Empfangseinheit nach Anspruch 9, wobei die Phasendifferenz Δφ_err aus den komplexen Signalkomponenten I und Q des empfangenen Kommunikationssignals durch Verwendung der folgenden Gleichung angenähert wird:

11. Empfangseinheit nach Anspruch 9, wobei die Phasendifferenz Δφ_err aus den komplexen Signalkomponenten I und Q des empfangenen Kommunikationssignals durch Verwendung der folgenden Gleichung angenähert wird:

12. Empfangseinheit nach Anspruch 6, wobei die anfängliche Frequenzfehlerschätzung während der Erreichung der Übertragungsrahmensynchronisation berechnet wird.

13. Empfangseinheit nach Anspruch 6, wobei die Empfangseinheit ein drahtloser LAN- Empfänger ist.

14. Frequenzfehlerkorrekturverfahren in einem Kommunikationssystem zur Korrektur der Frequenz eines empfangenen Kommunikationssignals, wobei das Kommunikationssignal vordefinierte Synchronisationsdaten enthält, das Verfahren umfasst die Schritte:
Empfangen einer Frequenzfehlerschätzung des empfangenen Kommunikationssignals, die während der Detektion der vordefinierten Synchronisationsdaten in dem empfangenen Kommunikationssignal erhalten wird,
erstes Korrigieren (310) der Frequenz des empfangenen Kommunikationssignals basierend auf der ersten Frequenzfehlerschätzung und
Empfangen einer rückgekoppelten Frequenzfehlerschätzung und entsprechende Korrigieren (330) der Frequenz des Kommunikationssignals.

15. Frequenzfehlerkorrekturverfahren nach Anspruch 14, wobei die Synchronisationsdaten Teil einer Präambel eines Übertragungsrahmens sind, der in dem Kommunikationssignal enthalten ist.

16. Frequenzfehlerkorrekturverfahren nach Anspruch 14, wobei die Frequenzfehlerschätzung ein Phasendifferenzfehler des empfangenen Kommunikationssignal ist.

17. Frequenzfehlerkorrekturverfahren nach Anspruch 16, wobei der Phasendifferenzfehler unter Verwendung einer Phasendifferenzfehler-Näherungsberechnung berechnet wird.

18. Frequenzfehlerkorrekturverfahren nach Anspruch 17, wobei die Phasendifferenz Δφ_err aus den komplexen Signalkomponenten I und Q des empfangenen und differenziell demodulierten Kommunikationssignals durch Verwendung der folgenden Gleichung angenähert wird:

19. Frequenzfehlerkorrekturverfahren nach Anspruch 17, wobei die Phasendifferenz Δφ_err aus den komplexen Signalkomponenten I und Q des empfangenen und differenziell demodulierten Kommunikationssignals durch Verwendung der folgenden Gleichung angenähert wird:

20. Verfahren zum Empfangen eines Kommunikationssignals in einem Kommunikationssystem, wobei das Kommunikationssignal vordefinierte Synchronisationsdaten enthält und das Verfahren die Schritte umfasst:
Empfangen des Kommunikationssignals,
Berechnen (300) einer ersten Frequenzfehlerschätzung während der Detektion der vordefinierten Synchronisationsdaten in dem empfangenen Kommunikationssignal,
Korrigieren (310) der Frequenz des empfangenen Kommunikationssignals basierend auf der ersten Frequenzfehlerschätzung,
Erhalten einer rückgekoppelten Frequenzfehlerschätzung des Frequenz korrigierten Kommunikationssignals und entsprechendes Korrigieren (330) der Frequenz des empfangenen Kommunikationssignals.

21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Kommunikationssignal ein drahtloses LAN-Kommunikationssystem ist.