DE102006025042B4

DE102006025042B4 - Datenratenfehler-tolerante Synchronisation eines digitalen Empfängers

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Publication number: DE102006025042B4
Application number: DE102006025042A
Authority: DE
Inventors: Stefan Dipl.-Ing. Herzinger; Stefan Dipl.-Ing. Meier; Andreas Dr.-Ing. Menkhoff; Norbert Dipl.-Math. Neurohr
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2006-05-26
Filing date: 2006-05-26
Publication date: 2008-08-14
Anticipated expiration: 2026-05-27
Also published as: DE102006025042A1; US20070286314A1; US7912165B2

Abstract

Verfahren zum Erkennen einer Präambel eines Rahmens, wobei die Präambel eine Präambellänge 1 hat und das Verfahren folgende Schritte aufweist:
– Speichern von m nacheinander empfangenen Daten,
– Unterteilen der m Daten in n Teile, wobei die Daten jedes Teils jeweils zeitlich aufeinanderfolgend empfangen wurden und wobei m und n natürliche Zahlen sind und für m und n gilt: m > n, m > 1, n > 1,
– jeweiliges Korrelieren der n Teile mit erwarteten Werten zu Teilkorrelationsergebnissen,
– jeweiliges Verzögern der Teilkorrelationsergebnisse, wobei zumindest zwei Teilkorrelationsergebnisse unterschiedlich lang verzögert werden,
– Zusammenfassen der verzögerten Teilkorrelationsergebnisse zu einem Gesamtkorrelationswert,
– Bestimmen aus dem Gesamtkorrelationswert, ob die m empfangenen Daten die Präambel eines Rahmens enthalten, wobei
die Schritte
– des jeweiligen Verzögerns der Teilkorrelationsergebnisse und
– des Zusammenfassens der Teilkorrelationsergebnisse jeweils mehrfach ausgeführt werden,
und wobei
die Schritte des...

Description

Die Erfindung betrifft eine Datenratenfehler-tolerante Synchronisation eines digitalen Empfängers. Bei der Datenübertragung wird zwischen einer synchronen und einer asynchronen Übertragung unterschieden. Bei der synchronen Übertragung sind die Taktgeber von Sender und Empfänger miteinander synchronisiert. Bei der asynchronen Übertragung liefern die Taktgeber der Empfänger und Sender nominal dieselbe Frequenz, laufen aber unabhängig voneinander. Dadurch ist eine zumindest geringe Frequenzdifferenz unvermeidlich.
Auch bei der asynchronen Übertragung muss der Empfänger erkennen, wann Nutzdaten am Eingang des Empfängers anliegen. Dies erfolgt mittels einer Synchronisation. Ein zu übertragender Rahmen besteht deshalb aus einer Präambel und Nutzdaten. Anhand der Präambel erkennt der Empfänger den Beginn eines neuen Rahmens.
Zum Erkennen der Präambel wird in der US 7,003,063 ein moduliertes Referenzsignal erzeugt, das einer erwarteten modulierten Präambel entspricht. Durch Korrelieren des Referenzsignals mit einem empfangenen Signal wird festgestellt, ob eine Präambel übertragen wurde. Ein solches Verfahren ist aber anfällig auf Schwankungen der Datenrate, wodurch sich Übertragungsfehler ergeben können.
In der WO 03/101002 A1 wird ein Korrelator zum Erkennen einer seriellen Bitsequenz gezeigt, der eine Vielzahl von Teilkorrelatoren aufweist, wobei die Teilkorrelatoren unterschied lich verzögert werden und aus dem verzögerten Teilkorrelationsergebnis ein Gesamtkorrelationswert erzeugt wird. Dabei muss die Datenrate des seriellen Bitstroms recht stabil sein.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Erkennen einer Präambel in empfangenen Daten bereitzustellen, wobei die Präambel auch bei Schwankungen der Datenrate zuverlässig er kannt wird. Es ist auch Aufgabe der Erfindung, einen Empfänger bereitzustellen, der auch bei Schwankungen der Datenrate zuverlässig funktioniert.
Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Erkennen einer Präambel eines Rahmens in Daten bereitgestellt. Dabei hat die Präambel eine Präambellänge 1. Zunächst werden m nacheinander empfangene Daten abgespeichert. Die Daten können von einem Sender bspw. per Funkübertragung oder über eine elektrische Leitung empfangen sein. Es ist auch möglich, dass sich der Sender bspw. in einer Schaltung, die in demselben Chip wie der Empfänger untergebracht ist, befindet.
Die m Daten werden in n Teile unterteilt, wobei die Daten jeden Teils jeweils zeitlich aufeinander folgend empfangen wurden. Der erste Teil enthält eine Folge von zuerst empfangenen Daten, der zweite Teil die zeitlich als zweites empfangene Datenfolge usw.
Dabei kann zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil auch ein zeitlicher Abstand bestehen, sodass zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil noch weitere Daten empfangen wurden. m und n sind natürliche Zahlen, wobei gilt: m > n, m > 1 und n > 1.
Jeder der n Teile wird mit erwarteten Werten zu einem jeweiligen Teilkorrelationsergebnis korreliert. Somit entstehen mindestens n Teilkorrelationsergebnisse. Die Teilkorrelationsergebnisse werden anschließend verzögert, wobei zumindest zwei Teilkorrelationsergebnisse unterschiedlich lang verzögert werden. Die verzögerten Teilkorrelationsergebnisse werden zu einem Gesamtkorrelationswert zusammengefasst und aus diesem Gesamtkorrelationswert wird bestimmt, ob die empfangenen Daten die Präambel eines Rahmens enthalten.
Durch das Aufteilen in mehrere Teilkorrelationen und die jeweiligen Verzögerungen der Teilkorrelationsergebnisse kann das Erkennen der Präambel auch bei einer veränderten Datenrate erkannt werden. Entsprechend der Variation der Datenrate werden die Verzögerungen so eingestellt, dass die Präambel trotz dieser Variation noch erkannt wird. Dies bildet einen Datenratenfehler-toleranten Korrelator, der besonders für Übertragungen mit hohen Toleranzen von Interesse ist. Hohe Toleranzen sind vielfach eine Folge von harten Randbedingungen bezüglich der Kosten eines Systems. Bspw. handelt es sich hierbei um Kommunikationssysteme, die ohne Quarz auskommen müssen.
Die Synchronisation kann neben der Detektion, dass Nutzdaten am Eingang des Empfängers anliegen, auch die Funktion der Symbol-Synchronisation ("Wo liegt die Symbol-Mitte?") und der Frame-Synchronisation ("Wo liegt das Symbol Nummer 1 des Telegramms?") haben. Dazu können, je nach Eigenschaften der physikalischen Ebene noch weitere Aufgaben kommen.
In einer bevorzugten Ausführungsform gilt: m > 1. Damit werden mehr Daten abgespeichert, als die Präambel lang ist. Dies ist wichtig, wenn die Datenrate der empfangenen Daten langsamer als die nominelle Datenrate ist. In diesem Fall kann es vorkommen, dass zum Abspeichern der gesamten empfangenen Präambeln mehr Speicherplätze erforderlich sind, als die Präambel im nominellen Fall benötigt.
In einer weiteren Ausführungsform werden die Schritte des jeweiligen Verzögerns der Teilkorrelationsergebnisse und des Zusammenfassens der Teilkorrelationsergebnisse jeweils mehrfach ausgeführt. Zudem wird in den Schritten des Zusammenfassens von Teilkorrelationen eine Vielzahl von Teilkorrelationsergebnissen erzeugt. Es wird festgestellt, dass die m empfangenen Daten die Präambel eines Rahmens enthalten, falls sich aus mindestens einer der Gesamtkorrelationsergebnisse ergibt, dass die Präambel in den empfangenen Daten enthalten ist.
Durch die mehrfach ausführenden Schritte mit den unterschiedlichen Verzögerungen wird das Vorliegen der Präambel für unterschiedliche Datenraten geprüft. Dies ist besonders vorteilhaft bei Systemen, bei den die Datenrate schwankt und nicht im Vorhinein bekannt ist. Anhand eines Vergleiches der Gesamtkorrelationsergebnisse wird erkannt, mit welcher Datenrate die Präambel empfangen wurde. Die Synchronisationsinformation liefert somit auch eine Schätzung der Datenrate. Diese kann im Empfängerkern benutzt werden, um in einem Empfängerkern, der die Nutzdaten decodiert, den Takt zurückzugewinnen.
Die mehrfachen Schritte des jeweiligen Verzögerns der Teilkorrelationsergebnisse können zeitlich parallel zusammengefasst werden, wie auch die mehrfachen Schritte des Zusammenfassens der Teilkorrelationsergebnisse zeitlich parallel durchgeführt werden können. Dadurch wird eine Präambelerkennung für mehrere Datenraten gleichzeitig durchgeführt, was Zeit spart.
Zudem können die Schritte des Bestimmens, ob eines der Gesamtkorrelationsergebnisse ergibt, dass die Präambel in den m empfangenen Daten enthalten ist, zeitlich parallel durchgeführt werden. Auch diese Parallelisierung verringert vorteilhafterweise den Zeitaufwand zum Erkennen einer Präambel.
Als Alternative wird aus den Gesamtkorrelationsergebnissen das größte Gesamtkorrelationsergebnis ermittelt und daraus bestimmt, ob die Präambel in den m empfangenen Daten enthalten ist.
Vorzugsweise wird n so gewählt, dass Folgendes gilt: n < 10. Bei größeren Teilkorrelationen besteht die Gefahr, dass bei Abweichungen von bereits 10% der Datenrate über die Länge der Sequenz bereits ein Symbol aus dem Korrelationsfenster herausfällt, d. h. dass dieses Symbol nicht mehr in den Daten vorliegt, die mit den erwarteten Werten korreliert werden. Die Länge der Teilsequenzen richtet sich nach der maximalen Abweichung der Datenrate. Entsprechend dem genannten Beispiel von 10% Abweichung ist z. B. die Unterteilung in Teilsequenzen der Länge 8 ein vernünftiger Kompromiss. Bei der Länge 10 wäre über die Länge der Sequenz bereits 1 Symbol aus dem Korrelationsfenster herausgefallen.
Für m werden Werte gewählt, für die gilt: 15 < m < 41. Eine solche Länge der gespeicherten Daten gewährleistet auch im Falle von additivem Rauschen oder anderen Störungen in der Regel eine sichere Synchronisation. Zur sicheren Synchronisation sind in der Regel Präambellängen 1 von 16 bis 32 notwendig. Längere Präambellängen würden einen höheren Aufwand für die Übertragung und für die Berechnung im Empfänger bedeuten.
In einer Ausführungsform wird der Unterschied zwischen der größten und der kleinsten Verzögerung im Schritt des jeweiligen Verzögerns der Korrelationsergebnisse so gewählt, dass dieser Unterschied größer als 6% der nominellen Datenrate der empfangenen Daten ist. Dadurch können auch höhere Schwankungen der Datenrate erkannt werden.
Das Verfahren wird in einer bevorzugten Ausführungsform in einem System verwendet, bei dem Daten drahtlos über ein Signal, das eine Frequenz im Bereich von 100 MHz bis 1 GHz hat, übertragen werden. Solche Systeme werden bspw. in "keyless go"-Systemen verwendet, bei denen die Taktgeber des Senders und Empfängers aus Kostengründen keinen Quarz, sondern RC-Glieder aufweisen. Übliche Frequenzbänder liegen dabei bei 433 MHz, 315 MHz und 886 MHz.
Erfindungsgemäß wird auch eine elektrische Schaltung zum Erkennen einer Präambel eines Rahmens bereitgestellt. Die Präambel hat eine Länge 1. Die elektrische Schaltung weist einen Speicher auf, der m nacheinander empfangene Daten speichert. Außerdem enthält die elektrische Schaltung n Teilkorrelatoren. Jeder Teilkorrelator korreliert einen Teil der im Speicher gespeicherten Daten mit erwarteten Werten. Dieser Teil der Daten ist jeweils so beschaffen, dass die Daten dieses Teils aufeinander folgend nacheinander empfangen wurden. Das Ergebnis der Korrelation wird an einem Ausgang des Teilkorrelators ausgegeben. Die elektrische Schaltung weist auch einen Zusammenfasser auf, der die Ausgangssignale mehrerer Teilkorrelatoren zusammenfasst. Dies kann bspw. ein Addierer oder ein Multiplizierer sein. Die Ausgangssignale mindestens zweier Teilkorrelatoren werden dabei allerdings unterschiedlich lang verzögert, sodass der Zusammenfasser unterschiedlich lang verzögerte Ausgangssignale der Teilkorrelatoren zusammenfasst. Es können auch mehr als zwei Teilkorrelatoren vorgesehen sein, wobei die Verzögerungen der Ausgangssignale aller Teilkorrelatoren sich alle untereinander unterscheiden.
Ein Entscheidungsblock der elektrischen Schaltung empfängt ein Ausgangssignal des Zusammenfassers und gibt an, ob die Präambel in den empfangenen Daten vorliegt.
Mittels der elektrischen Schaltung wird auch eine Präambel bei einer Datenrate erkannt, die von einer nominellen Datenrate abweicht.
Vorzugsweise ist dabei m > 1. Damit kann die Präambel auch in dem Speicher gespeichert werden, falls die Datenrate langsam ist und die Präambel somit mehr Platz im Speicher benötigt.
In einer Ausführung der Erfindung befinden sich an dem Ausgang eines jeden Teilkorrelators mehrere Verzögerungsglieder. Außerdem sind mehrere Gruppen von Addierern vorgesehen, wobei jede Gruppe von Addierern die Ausgangssignale von Verzögerungsgliedern aller Teilkorrelationen addiert. Die Gruppen von Addierern unterscheiden sich dadurch, dass sie an Ausgängen verschiedener Verzögerungsglieder angeschlossen sind. Somit addiert die Gruppe von Addierern jeweils unterschiedlich verzögerte Ausgangssignale der Teilkorrelatoren. Dabei kann gleichzeitig für mehrere Datenraten überprüft werden, ob die Präambel in den m Daten vorhanden ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Speicher, der die nacheinander empfangenen Daten speichert, als Schieberegister ausgebildet. Durch das Schieberegister vereinfacht sich der Empfang der Daten, weil jedes neu empfangene Datum auf einfache Weise in das erste Register des Schieberegisters eingeschoben wird. Die Verzögerung des längsten Verzögerungsgliedes ist in einer Ausführungsform 6% der nominellen Datenrate länger als die Länge des kürzesten Verzögerungsgliedes.
Dadurch können große Schwankungen der Datenrate ausgeglichen und ein sicherer Betrieb ermöglicht werden.
Falls die elektrische Schaltung in einem Chip integriert ist, ergibt sich eine besonders kompakte Bauweise und es können auch hohe Frequenzen, bspw. Frequenzen größer als 100 MHz, verarbeitet werden.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert.
1 zeigt eine Sender-Empfänger-Baugruppe, die eine erfindungsgemäße Schaltung zum Erkennen einer Präambel enthält.
2 zeigt, wie eine Präambel mittels Teilsequenzen erkannt wird.
3 zeigt schematisch einen ersten Teil einer Schaltung zum Erkennen einer Präambel.
4 zeigt den zweiten Teil der Schaltung zum Erkennen einer Präambel.
1 zeigt ein Übertragungssystem mit einer Sender-Empfänger-Baugruppe. Das Übertragungssystem enthält einen Sender 1, einen Kanal 2 und einen Empfänger 3. Der Empfänger 3 weist eine Signal-Konditionierung 4, einen Korrelator 5, einen Schwellwerterkenner 6 und einen Empfängerkern 7 auf. Die Signalkonditionierung 4 ist mit ihrem Ausgang mit dem Korrelator 5 und dem Empfängerkern 7 verbunden. Der Ausgang des Korrelators wird von dem Schwellwertdetektor 6 empfangen, der seinerseits eine Detektions-/Synchronisations-Information an den Empfängerkern 7 ausgibt. Der Empfängerkern 7 gibt seinerseits die empfangenen Nutzdaten zur weiteren Verarbeitung im Empfänger 3 aus.
Der Sender 1 sendet einen Rahmen, der auch Telegramm genannt wird, und aus einer Präambel und Nutzdaten besteht über den Kanal 2 zu dem Empfänger 3. Bei dem Kanal 2 handelt es sich in einer bevorzugten Ausführungsform um eine drahtlose Verbindung mittels einer Funkübertragung. Allerdings kann die Übertragung auch über eine elektrische oder optische Leitung erfolgen. Es ist auch möglich, dass sich Sender und Empfänger im gleichen Halbleiterbauteil auf verschiedenen Chips oder auf dem gleichen Chip befinden.
Die Signal-Konditionierung, die z. B. ein HF-Empfänger ist, leitet die empfangenen Daten an den Korrelator 5 und den Empfängerkern 7 weiter. Die Signal-Konditionierung enthält in einer Ausführungsform eine Demodulationseinheit, in einer anderen Ausführungsform wird das gesendete Basisbandsignal direkt übertragen.
Im Korrelator 5 wird verglichen, ob die empfangenen Daten einer Präambel entsprechen. Übersteigt der Ausgangswert des Korrelators eine bestimmte Schwelle, gibt der Schwellwertdetektor 6 eine Information an den Empfänger 7 aus, dass im Folgenden Nutzdaten anliegen, die der Empfängerkern 7 anschließend weiterleitet.
2 veranschaulicht das Verfahren zum Erkennen von Präambeln in einem Rahmen anhand von 3 Beispielen. Die Korrelationssequenzen 20, 21 und 22 wurden mit unterschiedlichen Datenraten empfangen. Eine Korrelationssequenz bezeichnet dabei eine Sequenz von Daten, deren Länge gleich der Länge 1 einer Präambel ist. Die Korrelationssequenz 20 wurde bei nominaler Datenrate, die Korrelationssequenz 21 mit erhöhter Datenrate und die Korrelationssequenz 22 mit verringerter Datenrate gesendet. Aus diesem Grund ist die Korrelationssequenz 21 kürzer und die Korrelationssequenz 22 länger als die Korrelationssequenz 20.
Die verschiedenen Datenraten ergeben sich durch unterschiedliche Frequenzen der Taktgeber von Sender und Empfänger. Der Unterschied kann bspw. darin begründet sein, dass die Taktgeber keinen Quarz sondern RC-Glieder enthalten, wie dies bspw. bei "keyless go"-Systemen in Automobilen der Fall ist.
Die Korrelation wird mittels mehrerer Teilkorrelationen durchgeführt. Es gibt fünf Teilkorrelationen, die jeweils einen Teil der Korrelationssequenzen 20, 21 und 22 mit einer Teilsequenz 1, 2, 3, 4 bzw. 5 korrelieren. Die Korrelationssequenz 20 wird dabei in fünf zusammenhängende Teile aufgeteilt. Jeder dieser Teile wird mit einer jeweils anderen Teilsequenz einzeln korreliert.
Die Korrelationssequenz enthält nacheinander angeordnet die empfangenen Daten, wobei das zuerst empfangene Datum rechts und das zuletzt empfangene Datum links vorgesehen ist.
Die Korrelationssequenz 21 wird ebenfalls mittels fünf Teilkorrelatoren mit den Teilsequenzen 1, 2, 3, 4 und 5 korreliert. Dabei werden jeweils Teile der Korrelationssequenz 21 mit jeweils einer Teilsequenz korreliert. Die Teile der Korrelationssequenzen, die mit unterschiedlichen Teilsequenzen verglichen werden, überschneiden sich dabei allerdings im Vergleich zu der Übertragung bei nominaler Datenrate. Der Teil der Korrelationssequenz 21, der mit der Teilsequenz 1 korreliert wird, überschneidet sich teilweise mit demjenigen Teil, der mit der Teilsequenz 2 korreliert wird.
Enthält die Korrelationssequenz 21 bspw. dreißig Daten und jede der Teilsequenzen 1 bis 5 acht Daten, so werden die empfangenen Daten 1 bis 8 mit der Teilsequenz 5, die Daten 6 bis 14 mit der Teilsequenz 4, die Daten 12 bis 20 mit der Teilsequenz 3, die Daten 18 bis 26 mit der Teilsequenz 2 und die Daten 24 bis 30 mit der Teilsequenz 1 korreliert.
Die Korrelationssequenz 22 ist länger als die Korrelationssequenz 20, da die Datenrate der empfangenen Daten im Vergleich zum Takt des Empfängers verringert ist. Die Korrelationssequenz 22 wird ebenfalls mit den Teilsequenzen 1 bis 5 jeweils in einzelnen Teilkorrelatoren korreliert. Dabei enthält die Korrelationssequenz fünf Teile, die jeweils mit den Teilsequenzen verglichen werden. Diese Teile sind allerdings nicht zusammenhängend, sondern es gibt zusätzliche Daten zwischen diesen Teilen. Enthält bspw. die Korrelationssequenz 48 Daten, so werden ihre ersten acht Daten mit der Teilsequenz 5, die Daten 10 bis 18 mit der Teilsequenz 4, die Daten 20 bis 28 mit der Teilsequenz 3, die Daten 30 bis 38 mit der Teilsequenz 2 und die Daten 40 bis 48 mit der Teilsequenz 1 korreliert.
Falls der Frequenzunterschied zwischen Sender und Empfänger bekannt ist, kann eines der Verfahren entsprechend der Korrelationssequenz 21 oder der Korrelationssequenz 22 angewendet werden. Ist die Schwankung der Datenrate nicht im Vorhinein bekannt, empfiehlt es sich, alle drei Korrelationen gemäß den Korrelationssequenzen 20, 21 und 22 gleichzeitig durchzuführen. Dabei ist das Verfahren auch nicht auf drei gleichzeitig durchgeführte Korrelationen beschränkt, sondern kann um weitere parallele Korrelationen erweitert werden.
3 zeigt einen ersten Teil einer elektrischen Schaltung zum Erkennen einer Präambel. Sie enthält ein Schieberegister 30, sowie fünf Teilkorrelatoren 31, 32, 33, 34, 35. Das Schieberegister 30, in das m Daten eingeschoben werden, wird von links mit den empfangenen Daten aufgefüllt. Die Teilkorrelatoren 31, 32, 33, 34, 35 empfangen jeweils einen Teil der im Schieberegister 30 empfangenen Daten. Dabei empfängt der Teilkorrelator 5 die zuerst empfangenen und der Teilkorrelator 1 die zuletzt empfangenen Daten. Die Teilkorrelatoren 31, 32, 33, 34, 35 geben jeweils ein Korrelationsergebnis kor1, kor2, kor3, kor4 und kor5 aus. Diese Korrelationsergebnisse geben jeweils Auskunft darüber, inwieweit der Teil der im Schieberegister 30 gespeicherten Daten jeweils mit einer Teilsequenz übereinstimmt. Eine Korrelation wird üblicherweise mit Multiplikatoren und Addierern durchgeführt. Für eine Korrelation der Länge n werden n Multiplikatoren und n – 1 Addierer benötigt.
Stimmen die empfangenen Daten mit der Teilsequenz genau überein, so ist die Korrelationsspitze zeitlich scharf und hoch in ihrem Spitzenwert. Bei leichter Abweichung wird das Maximum breiter und niedriger.
4 zeigt den zweiten Teil einer elektrischen Schaltung zum Erkennen einer Präambel. Dieser Teil enthält fünf Verzögerungsgliedergruppen 41, 42, 43, 44 und 45, die jeweils eine Vielzahl von Verzögerungsgliedern 40 aufweisen. Zudem enthält der gezeigte Teil der elektrischen Schaltung zwölf Addierer 46, einen Maximalwertbilder 50 und den Schwellwertdetektor 6.
Der erste Verzögerungsblock 41 besteht aus vier hintereinander geschalteten Verzögerungsgliedern 40, wobei das erste Verzögerungsglied das Signal kor1 empfängt. Der zweite Verzögerungsblock 42 enthält drei Verzögerungsglieder 40. Dabei empfängt das erste Verzögerungsglied 40 das Signal kor2. Die Verzögerungsblöcke 43, 44 und 45 bestehen aus zwei bzw. drei bzw. vier hintereinander geschalteten Verzögerungsgliedern, wobei das erste Verzögerungsglied des Verzögerungsblocks 43 das Signal kor3, das des Verzögerungsblocks 44 das Signal kor4 und das des Verzögerungsblocks 45 das Signal kor5 empfängt.
Die zwölf Addierer 46 sind in vier Addierblöcken 47, 48, 49 und 51 angeordnet. Dabei sind die Addierer so miteinander verschaltet, dass am Ausgangssignal 52 des ersten Addierers 46 des Blocks 51 folgender Wert W(52) anliegt. W(52) = kor1 + kor2' + kor3'' + kor4''' + kor5''''
Dabei bezeichnet die Anzahl der Striche, nach wieviel Verzögerungsgliedern das zu addierende Signal abgegriffen wird. Bspw. wird das Signal kor4''' am Ausgang des dritten Verzögerungsgliedes 40 des Verzögerungsblocks 44 abgegriffen und das Signal kor1 wird direkt abgegriffen, bevor es Verzögerungsglieder 40 durchlaufen hat. Die Länge der Verzögerungen der Verzögerungsglieder 40 ist jeweils gleich.
Entsprechend werden an den Signalen 53 und 54 die folgenden Werte W(53) und W(54) ausgegeben. W(53) = kor1'' + kor2'' + kor3'' + kor4'' + kor5'' W(54) = kor1'''' + kor2''' + kor3'' + kor4' + kor5
Durch die gezeigte Struktur wird eine zeitversetzte Addition erreicht, was hier am Beispiel von drei Datenratenklassen gezeigt ist. Alle, in diesem Fall fünf, Teilkorrelatorausgänge werden verzögert. Dann werden jeweils wenig verzögerte Aus gänge mit linear anwachsend verzögerten Ausgängen zu Gesamtkorrelationsergebnissen aufaddiert.
Die Gesamtkorrelationsergebnisse liegen an den Ausgängen 52, 53 und 54 als W(52), W(53) und W(54) vor. Die Zusammenfassung zu einem Korrelationsergebnis wird auch als "Zusammenfasser" oder als "Zweig" bezeichnet. Einer dieser drei Zweige ist in 4 fett eingezeichnet. Er verläuft von dem Signal kor5 über die ersten Addierer 46 der Blöcke 47 und 48, sowie über den dritten Addierer 46 des Blocks 49 und den vierten Addierer 49 des Blocks 51 zu dem Signal 54.
Es wird mit den verschiedenen kombinierten Teilsequenzen so weiter verfahren, dass der maximale Wert ausgewählt wird. Überschreitet dieser eine geeignet gewählte Schwelle, so ist damit sowohl der Synchronisationszeitpunkt festgelegt als auch die Datenrate. Die Datenrate ist genau genommen ein Datenratenbereich oder eine Datenratenklasse.
Je nach der Anzahl K der Einheitsverzögerungen zwischen den Additionspunkten entspricht jeder Gesamtausgang einer Datenklasse. Hier sind die Zweige für die Fälle K gleich –1,0 und +1 dargestellt. Die Klassenmitte kann einfach errechnet werden: Die Klassenmitte, d. h., die Mitte des Datenratenbereichs kann einfach folgendermaßen errechnet werden: Datenrate(KlasseN) = Datenrate(nominal)·(1 + K·Länge der Einheitsverzögerung/Länge der Teilkorrelation)
Bspw. bei einer Teilkorrelation mit jeweils acht Symbolen und einer vierfachen Übertastung pro Symbol ist die Teilkorrelation 32 Bit lang. Ist die Einheitsverzögerung genauso lang wie der zeitliche Abstand zwischen zwei nacheinander empfangenen Symbolen, gibt es im Beispiel von 4 drei Datenratenklassen, deren Mitten bei –3,125%, 0 bzw. +3,125% der nominalen Datenrate liegen.
Durch Erweiterung um zusätzliche Zweige können leicht höhere Abweichungen abgedeckt werden, wobei sich z. B. fünf Datenratenklassen mit –6,25%, –3,125%, 0, +3,125%, +6,25% ergeben. Eine feinere Auflösung zwischen den Klassen kann durch ein Herabsetzen der Einheitsverzögerung erreicht werden. Dabei muss nicht zwangsweise die Übertastung erhöht werden, da auch mit Standard-Polyfaserstrukturen eine Verzögerung um Bruchteile einer Abtastperiode erreicht werden kann.
Entspricht der Teil der Daten im Schieberegister einer Teilkorrelationssequenz, gibt der Teilkorrelator ein entsprechendes Signal aus. Je besser die Korrelation ist, umso höher ist das Ausgangssignal. Die Teilkorrelationsausgänge werden nun mit den Zweigen zu Gesamtkorrelationsausgängen zusammengefasst. Passt die Eingangsdatenrate genau zur Datenrate des jeweiligen Zweiges, so ist die Korrelationsspitze zeitlich scharf und hoch in ihrem Spitzenwert. Bei stärkerer Abweichung wird das Maximum breiter und niedriger. Mithilfe einer einfachen Maximalwertentscheidung kann der am besten passende Zweig detektiert werden. Am Ausgang 55 des Maximalwertbestimmers 15 wird die Information, welche Datenrateklasse vorliegt, ausgegeben.
Mit einer Schwellwertentscheidung lässt sich anschließend festlegen, ob überhaupt eine Präambel anliegt. Diese Information wird am Ausgang 56 des Schwellwertentscheiders 6 ausgegeben.
Die notwendigen Rechenoperationen werden folgendermaßen abgeschätzt. Eine übliche Korrelation der Länge m benötigt m Multiplikationen und m – 1 Addition. Sollen gleichzeitig p Datenraten detektiert werden, werden entsprechend p·m Multiplikationen und p·(m – 1) Addition benötigt.
Bei dem vorgestellten Verfahren werden bei einer Aufteilung in n Teilkorrelatoren n·m/n = m Multiplikationen und n (m/n – 1) = m – n Additionen benötigt. Dies gilt für den Fall, dass n durch m teilbar ist, als exakter Wert und ansonsten als Nährung. Hinzu kommen p·(n – 1) Additionen in den Zweigen. Für ein Beispiel von 32 Symbolen, 7 Datenraten und 4 Teilkorrelationen mit einer Länge von 8 Symbolen und nach vierfacher Überabtastung ergibt sich

Multiplikationen Additionen

für genaue Datenra-te 128 127

für sieben Datenra-tenklassen 896 889

erfindungsgemäßes Verfahren für sieben Datenratenklassen 128 124 + 21 = 145
Hinzu kommen noch zusätzliche Operationen für die Maximumsuche im Maximalwertbilder 50 für die sieben Zweige. Die entscheidende Aufwandsersparnis erfolgt aber aus der Reduktion der Multiplikationen.
Die Teilkorrelationen werden verwendet, um die Wirkung mehrfacher Korrelatoren mit unterschiedlichen Datenraten anzunähern. Auf diese Art kann bei gemeinsamer Nutzung der nur einmal zu errechnenden Teilkorrelationen die annähernd gleiche Wirkung erzielt werden wie bei der Nutzung von p getrennten Korrelatoren, die jeweils für eine andere Datenrate entworfen sind. Werden die Teilkorrelationen kurz genug gehalten (entsprechend der maximalen Abweichung von der Soll-Datenrate), entsteht kein merklicher Implamentationsverlust durch die Nährung.

1: Sender
2: Kanal
3: Empfänger
4: Signalkonditionierung
5: Korrelator
6: Schwellwerterkenner
7: Empfängerkern
20: Korrelationssequenz
21: Korrelationssequenz
22: Korrelationssequenz
30: Schieberegister
31: Teilkorrelator
32: Teilkorrelator
33: Teilkorrelator
34: Teilkorrelator
35: Teilkorrelator
40: Verzögerungsglied
41, 42, 43, 44, 45: Verzögerungsblock
46: Addierer
47, 48, 49, 51: Addierblöcke
50: Maximalwertbilder
52, 53, 54, 55, 56: Ausgangssignale

Claims

Verfahren zum Erkennen einer Präambel eines Rahmens, wobei die Präambel eine Präambellänge 1 hat und das Verfahren folgende Schritte aufweist: – Speichern von m nacheinander empfangenen Daten, – Unterteilen der m Daten in n Teile, wobei die Daten jedes Teils jeweils zeitlich aufeinanderfolgend empfangen wurden und wobei m und n natürliche Zahlen sind und für m und n gilt: m > n, m > 1, n > 1, – jeweiliges Korrelieren der n Teile mit erwarteten Werten zu Teilkorrelationsergebnissen, – jeweiliges Verzögern der Teilkorrelationsergebnisse, wobei zumindest zwei Teilkorrelationsergebnisse unterschiedlich lang verzögert werden, – Zusammenfassen der verzögerten Teilkorrelationsergebnisse zu einem Gesamtkorrelationswert, – Bestimmen aus dem Gesamtkorrelationswert, ob die m empfangenen Daten die Präambel eines Rahmens enthalten, wobei die Schritte – des jeweiligen Verzögerns der Teilkorrelationsergebnisse und – des Zusammenfassens der Teilkorrelationsergebnisse jeweils mehrfach ausgeführt werden, und wobei die Schritte des Verzögerns der Teilkorrelationsergebnisse sich hinsichtlich der Längen der Verzögerungen unterscheiden und in den Schritten des Zusammenfassens der Teilkorrelationsergebnisse eine Vielzahl von Gesamtkorrelationsergebnissen erzeugt werden, und festgestellt wird, dass die m empfangenen Daten die Präambel eines Rahmens enthalten, falls sich aus mindestens einem der Gesamtkorrelationsergebnisse ergibt, dass die Präambel in den m empfangenen Daten enthalten ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für m zusätzlich gilt: m > 1.
Verfahren nach Anspruch l oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Schritt des Ermitteln der Datenrate aus den Gesamtkorrelationsergebnissen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mehrfachen Schritte – des jeweiligen Verzögerns der Teilkorrelationsergeb nisse zeitlich parallel durchgeführt werden und die mehrfachen Schritte – des Zusammenfassens der Teilkorrelationsergebnisse zeitlich parallel durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte des mehrfachen Bestimmens, ob eines der Gesamtkorrelationsergebnisse ergibt, dass die Präambel in den m empfangenen Daten enthalten ist, zeitlich parallel durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für n zusätzlich gilt: n < 10.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für m zusätzlich gilt: 15 < m < 40.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterschied zwischen größter und kleinster Verzögerung im Schritt des jeweiligen Verzögerns der Teilkorrelationsergebnisse größer als 6% der nominellen Datenrate der empfangenen Daten ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten drahtlos über ein Signal, das eine Frequenz im Bereich von 100 MHz bis 1 GHz hat, übertragen werden.
Elektrische Schaltung zum Erkennen einer Präambel mit einer Präambellänge 1 eines Rahmens, folgendes aufweisend: – einen Speicher (30), der m nacheinander empfangene Daten speichert, – n Teilkorrelatoren (31, 32, 33, 34, 35), wobei jeder Teilkorrelator (31, 32, 33, 34, 35) jeweils einen Teil der im Speicher (30) gespeicherten Daten mit erwarteten Werten korreliert und das Ergebnis dieser Korrelation (kor1, kor2, kor3, kor4, kor5) an einem Ausgang ausgibt und wobei jeweils die Daten des Teils der Daten aufeinanderfolgend nacheinander empfangen wurden, – mindestens einen Zusammenfasser (47, 48, 49, 51), der Ausgangssignale (kor1, kor2, kor3, kor4, kor5) mehrerer Teilkorrelatoren zusammenfasst, wobei die Ausgangssignale mindestens zweier Teilkorrelatoren (31, 32, 33, 34, 35) unterschiedlich lang verzögert sind, – ein Entscheidungsblock (6), der mindestens ein Ausgangssignal (52, 53, 54) des Zusammenfassers (47, 48, 49, 51) empfängt und angibt, ob die Präambel in den empfangenen Daten vorliegt, wobei an dem Ausgang (kor1, kor2, kor3, kor4, kor5) jedes Teilkorrelators (31, 32, 33, 34, 35) mehrere Verzögerungsglieder (40) hintereinander geschaltet sind und mehrere Gruppen von Addierern (46) vorgesehen sind, wobei jede Gruppe von Addierern (46) die Ausgangssignale (kor1, Kor2, Kor3, kor4, kor5) von Verzögerungsgliedern aller Teilkorrelatoren (31, 32, 33, 34, 35) addiert und die Gruppen von Addierern (46) sich untereinander dadurch unterscheiden, dass sie an die Ausgänge verschiedener Verzögerungsglieder (40) angeschlossen sind.
Elektrische Schaltung nach Anspruch 10, bei der m > 1 ist.
Elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche 10 bis 11, bei der der Speicher (30), der nacheinander empfangene Daten speichert, als Schieberegister ausgebildet ist.
Elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei der das längste Verzögerungsglied mindestens Z Zeiteinheiten länger verzögert als das kürzeste Verzögerungsglied, wobei Z Zeiteinheiten 6% der nominellen Datenrate der empfangenen Daten entsprechen.
Elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei der n < 10 ist.
Elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, bei der gilt: 15 < m < 40.
Elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, die Teil eines Empfängers eines "keyless go"-Systems ist.
Elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, die in einem Chip integriert ist.