DE19516449B4

DE19516449B4 - Method for determining the frequency deviation

Info

Publication number: DE19516449B4
Application number: DE19516449A
Authority: DE
Inventors: Ralf Dr.-Ing. Hartmann
Original assignee: Palm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 1995-05-04
Filing date: 1995-05-04
Publication date: 2011-04-28
Anticipated expiration: 2015-05-05
Also published as: DE19516449A1

Abstract

Verfahren zum Bestimmen der Frequenzabweichung (df) eines
in einem Empfänger erzeugten Oszillatorsignals von der vorgegebenen Frequenz eines in einem Sender erzeugten Oszillatorsignals, mit dessen Hilfe ein moduliertes, eine Trainingssequenz enthaltendes Signal erzeugt wird, das über einen Übertragungskanal (28) an den Empfänger übertragen wird, mit folgenden Schritten:
a) durch Signalanalyse wird aus dem im Empfänger ankommenden modulierten Signal (u) anhand der darin enthaltenen Trainingssequenz die Impulsantwort (h) des Übertragungskanals (28) zwischen Sender und Empfänger bestimmt;
b) mit Hilfe der Impulsantwort (h) werden das ankommende modulierte Signal (u) entzerrt und die im ankommenden modulierten Signal (u) enthaltenen Informationen (i) durch Signalanalyse ermittelt;
c) für vorgegebene Abtastzeitpunkte (k) wird durch Faltung der Impulsantwort (h) mit den ermittelten Informationen (i) ein rekonstruiertes moduliertes Signal (u') ermittelt, das die durch Störungen auf dem Übertragungskanal (28) hervorgerufenen Verzerrungen enthält;
d) durch einen Vergleich des rekonstruierten modulierten Signals (u') mit dem ankommenden...Method for determining the frequency deviation (df) of a
oscillator signal generated in a receiver from the predetermined frequency of an oscillator signal generated in a transmitter, with the aid of which a modulated signal containing a training sequence is generated which is transmitted to the receiver via a transmission channel (28), comprising the following steps:
a) by signal analysis, the impulse response (h) of the transmission channel (28) between transmitter and receiver is determined from the modulated signal (u) arriving in the receiver on the basis of the training sequence contained therein;
b) the incoming modulated signal (u) is equalized by means of the impulse response (h) and the information (i) contained in the incoming modulated signal (u) is determined by signal analysis;
c) for predetermined sampling times (k) by convolution of the impulse response (h) with the determined information (i) a reconstructed modulated signal (u ') is determined which contains the distortions caused by disturbances on the transmission channel (28);
d) by comparing the reconstructed modulated signal (u ') with the incoming ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Frequenzabweichung eines in einem Empfänger erzeugten Oszillatorsignals von der vorgegebenen Frequenz eines in einem Sender erzeugten Oszillatorsignals, mit dessen Hilfe ein moduliertes Signal erzeugt wird, welches über einen Übertragungskanal an den Empfänger übertragen wird.The invention relates to a method for determining the frequency deviation of an oscillator signal generated in a receiver from the predetermined frequency of an oscillator signal generated in a transmitter, with the aid of which a modulated signal is generated, which is transmitted via a transmission channel to the receiver.

In zahlreichen Anwendungen ist es erforderlich, die Frequenzabweichung zwischen den Frequenzen eines Senders und eines Empfängers mit hoher Genauigkeit festzustellen, um beispielsweise Sender und Empfänger miteinander zu synchronisieren. Ein wichtiges Anwendungsgebiet ist die digitale Mobilfunktechnik. Z. B. beim Mobilfunksystem GSM/DCS 1800 muß der Frequenzfehler kleiner als 0,1 ppm sein. Um eine derart hohe Genauigkeit zu erreichen, ist es notwendig, das empfangene Signal hinsichtlich seiner Frequenz zu analysieren und den Frequenzfehler zu ermitteln.In many applications, it is necessary to determine the frequency deviation between the frequencies of a transmitter and a receiver with high accuracy, for example to synchronize transmitter and receiver with each other. An important field of application is the digital mobile radio technology. For example, in the GSM / DCS 1800 mobile radio system, the frequency error must be less than 0.1 ppm. In order to achieve such high accuracy, it is necessary to analyze the received signal in terms of its frequency and to determine the frequency error.

Bei bekannten Verfahren wird das innerhalb eines Zeitschlitzes übertragene Signal, der sogenannte Burst, zur Bestimmung der Frequenzabweichung ausgewertet. Der Burst enthält Trainingssequenzen mit einem vorgegebenen Muster der gesendeten Daten. Durch Auswerten dieser Trainingssequenzen kann ein Frequenzfehler ermittelt werden. Aus einem Fachaufsatz von H. Neuner u. a., ”Synchronisation einer Mobilstation im GMS-System DMCS900 (D-Netz)”, FREQUENZ 47 (1993); S. 66 bis 72, ist ein Verfahren bekannt, bei dem für verschiedene Abtastzeitpunkte innerhalb des übertragenen Bursts die Phasendifferenz zwischen der empfangenen Trainingssequenz und einem idealen, nicht durch den Übertragungskanal verzerrten Abbild der Trainingssequenz berechnet wird. Anschließend wird durch lineare Regressionsanalyse aus den berechneten Phasendifferenzen der Frequenzfehler ermittelt. Bei diesem bekannten Verfahren können Verzerrungen während der Nachrichtenübertragung sowie Mehrwegeausbreitungen nicht berücksichtigt werden. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß insbesondere Mehrwegeausbreitungen die Genauigkeit dieses bekannten Verfahrens erheblich beeinflussen.In known methods, the signal transmitted within a time slot, the so-called burst, is evaluated to determine the frequency deviation. The burst contains training sequences with a predetermined pattern of the data sent. By evaluating these training sequences, a frequency error can be determined. From a technical paper by H. Neuner u. a., "Synchronization of a mobile station in the GMS system DMCS900 (D-network)", FREQUENCY 47 (1993); 66-72, a method is known in which, for different sampling instants within the transmitted burst, the phase difference between the received training sequence and an ideal image of the training sequence not distorted by the transmission channel is calculated. Subsequently, the frequency errors are determined by linear regression analysis from the calculated phase differences. Distortions during message transmission and multipath propagation can not be taken into account in this known method. However, it has been found that, in particular, multipath propagation considerably affects the accuracy of this known method.

In einem Fachaufsatz von M. Luise, R. Reggiannini, ”An Efficient Carrier Frequency Recovery Scheme For GSM Receivers”, IEEE GLOBECOM, 1992, Seite 36 bis 40, ist ein Verfahren beschrieben, bei dem die Autokorrelierte eines Signals ausgewertet wird, welches sich aus der empfangenen Trainingssequenz dividiert durch die rauschfreie rekonstruierte Trainingssequenz ergibt. Bei der Rekonstruktion der Trainingssequenz wird die Impulsantwort des Übertragungskanals ausgewertet; Verzerrungen und Mehrwegeausbreitungen werden somit als Einflußgrößen bei der Nachrichtenübertragung bei der Ermittlung der Frequenzabweichung berücksichtigt. Bei geringem Störabstand der übertragenen Signale entstehen jedoch systematische Schätzfehler.In a paper by M. Luise, R. Reggiannini, "An Efficient Carrier Frequency Recovery Scheme for GSM Receivers", IEEE GLOBECOM, 1992, pages 36 to 40, a method is described in which the autocorrelated signal is evaluated, which is from the received training sequence divided by the noise-free reconstructed training sequence. In the reconstruction of the training sequence, the impulse response of the transmission channel is evaluated; Distortions and multipath propagation are thus taken into account as influencing variables in the message transmission in determining the frequency deviation. At low signal-to-noise ratio of the transmitted signals, however, systematic estimation errors occur.

Ein anderes bekanntes Verfahren wertet die Position eines festen Referenzbits innerhalb der Trainingssequenz aus. Eine Frequenzabweichung äußert sich in einem Wandern dieser Position. Bezieht man den Oszillator des Empfängers in einen Regelkreis ein, der die Position des festen Referenzbits konstant hält, so kann im Mittel der Frequenzfehler auf Null geregelt werden. Problematisch ist die hohe Empfindlichkeit dieses Verfahrens gegenüber Änderungen in den Ausbreitungsbedingungen der elektromagnetischen Wellen. Ändert sich beispielsweise die Position des Referenzbits durch Wechsel des dominanten Ausbreitungspfades bei auftretender Mehrwegeausbreitung, so wird dies vom Regelkreis als Frequenzänderung interpretiert und führt zu einer fehlerhaften Verstellung der Frequenz des Oszillators des Empfängers.Another known method evaluates the position of a fixed reference bit within the training sequence. A frequency deviation manifests itself in a wandering of this position. If the oscillator of the receiver is included in a control loop which keeps the position of the fixed reference bit constant, then on average the frequency error can be regulated to zero. The problem is the high sensitivity of this method to changes in the propagation conditions of the electromagnetic waves. If, for example, the position of the reference bit changes by changing the dominant propagation path when multipath propagation occurs, this is interpreted by the control loop as a frequency change and leads to a faulty adjustment of the frequency of the oscillator of the receiver.

Die DE 40 13 384 A1 offenbart ein Verfahren zur Schätzung der Frequenzabweichung eines in einem Empfänger erzeugten Oszillatorsignals von der Frequenz eines in einem Sender erzeugten Oszillatorsignals, bei dem unter Verwendung des Senderoszillatorsignals ein moduliertes, eine bekannten Trainingsdatenfolge enthaltendes Signal erzeugt und vom Sender über einen Übertragungskanal zu dem Empfänger übertragen werden. Im Empfänger werden anhand des empfangenen Signals und der bekannten Trainingsdatenfolge Impulsantworten des Übertragungskanals für unterschiedliche Datenblöcke der Trainingsdatenfolge ermittelt. Aus den Impulsantworten werden Größen ermittelt, aus deren Vergleich sich die Frequenzabweichung abschätzen lässt.The DE 40 13 384 A1 discloses a method for estimating the frequency deviation of an oscillator signal generated in a receiver from the frequency of an oscillator signal generated in a transmitter, wherein using the transmitter oscillator signal, a modulated signal containing a known training data sequence is generated and transmitted from the transmitter to the receiver via a transmission channel. In the receiver, impulse responses of the transmission channel for different data blocks of the training data sequence are determined on the basis of the received signal and the known training data sequence. From the impulse responses, quantities are determined, from the comparison of which the frequency deviation can be estimated.

Die DE 41 39 567 A1 und der Artikel ”Funkübertragung im GSM-System” von M. Bossert in Funkschau 1991, Heft 22, Seiten 68–78 und Heft 23, Seiten 77–78 offenbaren, mittels Kanalschätzung für einen zur Übertragung eines Signals verwendeten Übertragungskanal das übertragene Signal zu entzerren und darin enthaltene Daten zu detektieren.The DE 41 39 567 A1 and the article "Radio transmission in the GSM system" by M. Bossert in Funkschau 1991, Issue 22, pages 68-78 and Issue 23, pages 77-78 reveal to equalize the transmitted signal by means of channel estimation for a transmission channel used to transmit a signal and to detect data contained therein.

Die US 5,404,349 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung der Frequenzabweichung eines in einem Empfänger erzeugten Oszillatorsignals von der vorgegebenen Frequenz eines in einem Sender erzeugten Oszillatorsignals, mit dessen Hilfe ein moduliertes, eine Trainingssequenz enthaltendes Signal erzeugt wird, das über einen Übertragungskanal an den Empfänger übertragen wird, wobei das empfängerseitig ankommende modulierte Signal mit für verschiedene Phasenlagen geltenden Impulsantworten des Übertragungskanals gefaltet wird. Durch Vergleich der Faltungsergebnisse mit einem Optimum wird die optimale Phasenlage ermittelt und zur Synchronisation des Empfängers mit dem Sender herangezogen.The US 5,404,349 discloses a method for determining the frequency deviation of an oscillator signal generated in a receiver from the predetermined frequency of an oscillator signal generated in a transmitter, with the aid of which a modulated signal containing a training sequence is generated, which is transmitted to the receiver via a transmission channel, the receiver side incoming modulated signal is folded with valid for different phase responses impulse responses of the transmission channel. By comparing the folding results with an optimum the optimal phase position is determined and used to synchronize the receiver with the transmitter.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Bestimmen der Frequenzabweichung anzugeben, bei dem die oben angesprochenen Probleme vermieden werden und bei dem Signalverzerrungen, die während der Nachrichtenübertragung auftreten können, weitgehend ohne Einfluss auf die Bestimmung der Frequenzabweichung sind.It is an object of the invention to provide a method for determining the frequency deviation, in which the above-mentioned problems are avoided and in which signal distortions that can occur during message transmission, are largely without influence on the determination of the frequency deviation.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a method according to claim 1. Preferred embodiments are given in the dependent claims.

Gemäß der Erfindung wird zum Ermitteln der Frequenzabweichung die Impulsantwort des Übertragungskanals einbezogen. In dieser Impulsantwort sind die auf den Übertragungskanal einwirkenden Störungen, welche im modulierten Signal Verzerrungen hervorrufen können, eindeutig beschrieben, so dass mit ihrer Hilfe empfängerseitig aus dem ankommenden modulierten Signal die darin enthaltenen Informationen rekonstruiert werden können. Da die Impulsantwort die Fouriertransformierte der Übertragungsfunktion des Übertragungskanals ist, könnte anstelle der Impulsantwort in eine Rechnung zum Rekonstruieren des modulierten Signals auch die Übertragungsfunktion des Übertragungskanals verwendet werden.According to the invention, the impulse response of the transmission channel is included for determining the frequency deviation. In this impulse response, the disturbances acting on the transmission channel, which can cause distortions in the modulated signal, are unambiguously described, so that with their help the information contained therein can be reconstructed from the incoming modulated signal on the receiver side. Since the impulse response is the Fourier transform of the transmission function of the transmission channel, instead of the impulse response in an invoice for reconstructing the modulated signal, the transmission function of the transmission channel could also be used.

Hierzu kann beispielsweise ein Viterbi-Entzerrer verwendet werden, der die im modulierten Signal enthaltenen Daten demoduliert. Diese Art von Entzerrer benötigt eine Abschätzung der Impulsantwort. Unter Verwendung der Impulsantwort kann eine annähernd rauschfreie Version des ankommenden modulierten Signals rekonstruiert werden, wobei die auf den Übertragungskanal wirkenden Störungen voll berücksichtigt sind. Aus dem Vergleich des rekonstruierten Signals mit dem empfangenen, gespeicherten Signal wird die Phasenverschiebung zwischen den beiden Signalen ermittelt. Aus der Phasenverschiebung kann dann die Frequenzabweichung zwischen den Oszillatorsignalen im Sender und im Empfänger ermittelt und gegebenenfalls Korrekturmaßnahmen eingeleitet werden.For this purpose, for example, a Viterbi equalizer can be used, which demodulates the data contained in the modulated signal. This type of equalizer requires an estimate of the impulse response. Using the impulse response, an approximately noise free version of the incoming modulated signal can be reconstructed, taking full account of the disturbances acting on the transmission channel. From the comparison of the reconstructed signal with the received, stored signal, the phase shift between the two signals is determined. From the phase shift, the frequency deviation between the oscillator signals in the transmitter and in the receiver can then be determined and, if appropriate, corrective measures can be initiated.

Bei der Erfindung müssen die Informationen im modulierten Signal, die zur Ermittelung des rekonstruierten modulierten Signal und der Phasendifferenzen verwendet werden, nicht einem vorgegebenen Muster, z. B. einer Pseudozufallssequenz oder Trainingssequenzen innerhalb eines Normalbursts des digitalen Mobilfunksystems der Fall ist, entsprechen, sondern können beliebige statistische Eigenschaften haben.In the invention, the information in the modulated signal used to determine the reconstructed modulated signal and the phase differences need not be a predetermined pattern, e.g. A pseudo-random sequence or training sequences within a normal burst of the digital mobile radio system, but may have any statistical properties.

Weiterhin kann die Erfindung kontinuierlich angewendet werden, d. h. es können Änderungen der Frequenzabweichung über der Zeit festgestellt werden, beispielsweise innerhalb eines Bursts bei digitaler Datenübertragung nach dem TDMA-Verfahren. Man ist also nicht auf das Auftreten bestimmter Datensymbole innerhalb einer Signalsequenz beschränkt, beispielsweise auf die Trainingssequenz.Furthermore, the invention can be applied continuously, i. H. it is possible to detect changes in the frequency deviation over time, for example within a burst in the case of digital data transmission according to the TDMA method. It is therefore not limited to the occurrence of certain data symbols within a signal sequence, for example the training sequence.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zu einer Vielzahl von Abtastzeitpunkten das ankommende modulierte Signal abgetastet und eine zugehörige Vielzahl von Signalwerten abgespeichert werden, daß diesen Abtastzeitpunkten zugeordnete Signalwerte des rekonstruierten Signals berechnet werden, daß Phasenverschiebungswerte zwischen dem ankommenden und dem rekonstruierten Signal zu diesen Abtastzeitpunkten ermittelt werden, daß in einer Regressionsanalyse der Verlauf der Phasenverschiebung des ankommenden Signals gegenüber dem rekonstruierten Signal über der Zeit ermittelt wird, und daß aus der Steigung der Regressionsgeraden die Frequenzabweichung des im Empfänger erzeugten Oszillatorsignals vom Oszillatorsignal des Senders bestimmt wird. Dieses Ausführungsbeispiel nutzt die Tatsache, daß die Phasendifferenzen bei Fehlerabweichung über der Zeit zunehmen. Bei der Anwendung auf einen Burst in einem digitalen Übertragungssystem bedeutet dies, daß zum Ende des Bursts hin eine größere Phasenabweichung festgestellt werden kann. Durch eine Regressionsanalyse über mehrere Abtastungen des ankommenden modulierten Signals kann eine Regressionsgerade ermittelt werden, deren Steigung der Frequenzabweichung entspricht. Diese Regressionsgerade mittelt die durch Rauschen entstehenden Phasenunterschiede bei den einzelnen Abtastzeitpunkten aus, so daß die Frequenzabweichung mit einer hohen Genauigkeit bestimmt werden kann.A preferred embodiment of the invention is characterized in that at a plurality of sampling times the incoming modulated signal is sampled and an associated plurality of signal values are stored, that signal values of the reconstructed signal associated with these sampling times are calculated, and phase shift values between the incoming and reconstructed signals are added These sampling times are determined that in a regression analysis, the course of the phase shift of the incoming signal compared to the reconstructed signal over time is determined, and that from the slope of the regression line, the frequency deviation of the oscillator signal generated in the receiver is determined by the oscillator signal of the transmitter. This embodiment utilizes the fact that the phase differences increase with error deviation over time. When applied to a burst in a digital transmission system, this means that a larger phase deviation can be detected towards the end of the burst. By a regression analysis over several samples of the incoming modulated signal, a regression line can be determined whose slope corresponds to the frequency deviation. This regression line averages out the phase differences due to noise at the individual sampling times, so that the frequency deviation can be determined with high accuracy.

Vorteilhaft läßt sich das Verfahren nach der Erfindung zur Synchronisation eines Senders mit einem Empfänger einsetzen. Aufgrund der festgestellten Frequenzabweichung wird entweder das Oszillatorsignal des Empfängers in seiner Frequenz gesteuert bzw. geregelt oder alternativ kann das empfangene modulierte Signal frequenzkorrigiert werden, um eine sichere Nachrichtenübertragung zu gewährleisten.Advantageously, the method according to the invention can be used to synchronize a transmitter with a receiver. Due to the detected frequency deviation either the oscillator signal of the receiver is controlled in its frequency or alternatively, the received modulated signal can be frequency corrected to ensure a secure message transmission.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Darin zeigt:An embodiment of the invention will be explained below with reference to the drawings. It shows:

1 in einer Blockdarstellung die Signalkette in einem digitalen zellularen Mobilfunksystem, 1 in a block diagram the signal chain in a digital cellular mobile radio system,

2 den Aufbau des TDMA-Rahmens und eines Normalbursts beim Mobilfunksystem GSM/DCS1800, und 2 the structure of the TDMA frame and a normal burst in the mobile radio system GSM / DCS1800, and

3 in einer Blockdarstellung die empfängerseitige Rekonstruktion des ankommenden modulierten Signals unter Verwendung der Impulsantwort des Übertragungskanals sowie die Ermittlung der Frequenzabweichung. 3 in a block diagram, the receiver-side reconstruction of the incoming modulated signal using the impulse response of the transmission channel and the determination of the frequency deviation.

In 1 ist die stark vereinfachte Signalkette für ein digitales zellulares Mobilfunksystem gemäß dem GSM-System (Funkübertragungssystem gemäß den Empfehlungen des CEPT-Unterausschusses ”GROUPE SPÉCIAL MOBILE”) dargestellt. Das Signal eines Signalaufnehmers 10, beispielsweise eines Mikrofons, wird in einem A/D-Wandler 12 einer Analog-Digital-Wandlung unterzogen. Das digitalisierte Signal wird in einem Sprachcodierer 14 codiert und anschließend von einem Kanalcodierer 16 für die Funkübertragung aufbereitet. Ein Modulator 18 erzeugt auf der Basis der Frequenz eines senderseitigen Oszillators 20 nach dem Gaussian Minimum Shift Keying Modulationsverfahren (GMSK) ein moduliertes Signal. Dieses modulierte Signal wird durch einen Sender 22 ausgestrahlt und erreicht über die Funkstrecke 24 den Empfänger 26 einer mobilen Funkstation. Durch Störeinflüsse auf die Senderschaltung, die Empfängerschaltung sowie weiteren Einflüssen auf die Funkübertragungsstrecke 24 wird das vom Modulator 18 erzeugte modulierte Signal, welches relativ rausch- und störfrei ist, verzerrt und mit einem Rauschen sowie anderen Funksignalen überlagert. Diese Änderungen des modulierten Signals bei der Nachrichtenübertragung treten im Übertragungskanal 28 auf, der durch die Impulsantwort bzw. die Übertragungsfunktion in seinen Eigenschaften beschrieben wird. Da sich die auf den Übertragungskanal 28 einwirkenden Störungen sowie das grundsätzliche Übertragungsverhalten des Übertragungskanals 28 infolge der Mobilität der Empfangsstation ändern können, ist diese Impulsantwort bzw. die Übertragungsfunktion eine zeitabhängige Funktion.In 1 Fig. 2 shows the greatly simplified signal chain for a digital cellular mobile radio system according to the GSM system (radio transmission system according to the recommendations of the CEPT Subcommittee "GROUPE SPÉCIAL MOBILE"). The signal of a signal pickup 10 For example, a microphone is used in an A / D converter 12 subjected to an analog-to-digital conversion. The digitized signal is in a speech coder 14 coded and then by a channel coder 16 prepared for radio transmission. A modulator 18 generated on the basis of the frequency of a transmitter-side oscillator 20 according to the Gaussian Minimum Shift Keying modulation method (GMSK) a modulated signal. This modulated signal is transmitted by a transmitter 22 broadcast and reached via the radio link 24 the recipient 26 a mobile radio station. Due to interference with the transmitter circuit, the receiver circuit and other influences on the radio transmission path 24 will that be from the modulator 18 produced modulated signal, which is relatively noise and interference-free, distorted and superimposed with a noise and other radio signals. These changes in the modulated signal in the message transmission occur in the transmission channel 28 which is described by the impulse response or the transfer function in its properties. Because the on the transmission channel 28 acting disturbances and the fundamental transmission behavior of the transmission channel 28 can change as a result of the mobility of the receiving station, this impulse response or the transfer function is a time-dependent function.

Empfängerseitig wird das empfangene und durch die Empfängerschaltung 26 verstärkte Signal u einem Entzerrer 30 zugeführt, der das GMSK-modulierte Signal demoduliert. Der Entzerrer 30 ermittelt weiterhin nach bekannten Schätzmethoden die Impulsantwort des Übertragungskanals 28, beispielsweise durch Analyse der im modulierten Signal enthaltenen Trainingssequenzen. Der nachgeschaltete Kanaldecoder 32 korrigiert aufgetretene Fehler aus. Anschließend erfolgt im Sprachdecoder 34 eine Decodierung der digitalen Sprachsignale, welche nach Digital-Analog-Wandlung im DA-Wandler 36 über ein Ausgabemodul 38, beispielsweise einen Lautsprecher, ausgegeben werden.The receiver side is the received and by the receiver circuit 26 amplified signal u an equalizer 30 which demodulates the GMSK modulated signal. The equalizer 30 furthermore determines the impulse response of the transmission channel according to known estimation methods 28 , for example by analyzing the training sequences contained in the modulated signal. The downstream channel decoder 32 corrects errors that have occurred. Subsequently, in the speech decoder 34 a decoding of the digital speech signals, which after digital-to-analog conversion in the DA converter 36 via an output module 38 , such as a speaker.

2 zeigt die Struktur eines Zeitrahmens, welcher beim Zeitschlitzübertragungsverfahren für das Mobilfunksystem verwendet wird Acht aufeinanderfolgende Zeitschlitze (Zeitschlitze 0 bis 7) werden zu einem TDMA-Rahmen zusammengefaßt (Time Division Multiple Access). Die acht Zeitschlitze definieren einen Zeitrahmen von 4,615 ms. Der Zeitschlitz 3, in welchem Nutzinformationen übertragen werden, wird im folgenden näher betrachtet. Das im Zeitschlitz 3 übertragene Signal wird als Normalburst bezeichnet. Der durch den Normalburst übertragene Informationsgehalt umfaßt 156,25 Bit innerhalb einer Übertragungsdauer von 0,577 ms. Die Bitfolge unterteilt sich in eine G-Zeit (Guard Time) am Anfang und am Ende des Bursts mit einem Umfang von 8,25 Bit. Diese G-Zeiten dienen zum Erhöhen des Störabstandes zu den benachbarten Bursts. Der wesentliche Teil des Bursts untergliedert sich in drei Tail-Bits, gefolgt von 57 Datenbits, ein S-Bit (Stealing Flag), 26 Trainingbits, gefolgt von einem weiteren S-Bit, 57 weiteren Datenbits und zum Abschluß drei weiteren Tail-Bits. Der Datenstrom der 26 Trainingbits enthält ein vorgegebenes Muster mit vorgegebenen Autokorrelationseigenschaften. Da das Muster bekannt ist, kann durch Analyse des am Entzerrer 30 ankommenden Signals u die Impulsantwort des Übertragungskanals 28 geschätzt werden. Bei bekannten Verfahren wird der mittlere Bereich der Trainingsbits, der sogenannte Midamble-Bereich, zur bitgenauen Feinabstimmung des Rahmens ausgewertet. Bei der vorliegenden Erfindung wird der Informationsgehalt von Signalblöcken am Anfang und am Ende des Normalbursts zum Ermitteln der Frequenzabweichung ausgewertet werden, jedoch ist die Erfindung darauf nicht beschränkt. Beispielsweise kann auch der Informationsgehalt der 26 Trainingsbits, auch Trainingssequenz genannt, ausgewertet werden. 2 shows the structure of a time frame used in the time slot transmission method for the mobile radio system Eight consecutive time slots (time slots 0 to 7) are combined into a TDMA frame (Time Division Multiple Access). The eight time slots define a time frame of 4.615 ms. The time slot 3, in which payload information is transmitted, will be considered in more detail below. The signal transmitted in time slot 3 is called a normal burst. The information content transmitted through the normal burst comprises 156.25 bits within a transmission time of 0.577 ms. The bit sequence is subdivided into a guard time at the beginning and at the end of the 8.25-bit burst. These G times serve to increase the signal to noise ratio to the adjacent bursts. The essential part of the burst is divided into three tail bits, followed by 57 bits of data, one S-bit (Stealing Flag), 26 training bits, followed by another S-bit, 57 more bits of data, and finally three more tail bits. The data stream of the 26 training bits contains a given pattern with predetermined autocorrelation properties. Since the pattern is known, by analyzing the on the equalizer 30 incoming signal u and the impulse response of the transmission channel 28 to be appreciated. In known methods, the middle range of the training bits, the so-called midamble range, is evaluated for bit-accurate fine tuning of the frame. In the present invention, the information content of signal blocks at the beginning and at the end of the normal burst will be evaluated to determine the frequency deviation, but the invention is not limited thereto. For example, the information content of the 26 training bits, also called training sequence, can be evaluated.

3 zeigt in einer Blockdarstellung Funktionseinheiten zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung. Das am Entzerrer 30 ankommende modulierte Signal u, das unter Einbeziehung der Oszillatorfrequenz des Oszillators 29 auf die für den Entzerrer 30 benötigte Frequenz gemischt wird, wird im Funktionsblock 40 einer Signalanalyse unterzogen. Bei dieser Signalanalyse werden die Impulsantwort h sowie die im modulierten Signal u enthaltenen Informationen oder Symbole i ermittelt. Die Impulsantwort h wird im allgemeinen aus der Trainingssequenz (vgl. 2) nach bekannten Verfahren bestimmt. 3 shows in a block diagram functional units for carrying out the method according to the invention. The equalizer 30 incoming modulated signal u, which incorporates the oscillator frequency of the oscillator 29 on the for the equalizer 30 required frequency is mixed, is in the function block 40 subjected to a signal analysis. In this signal analysis, the impulse response h and the information or symbols i contained in the modulated signal u are determined. The impulse response h is generally derived from the training sequence (cf. 2 ) determined by known methods.

Im Funktionsblock 42 werden durch Faltung der Funktionen i und h zu vorgegebenen Abtastzeitpunkten k Signalwerte u'(k) ermittelt. Diese Signalwerte u'(k) gehören zu einem rekonstruierten modulierten Signal u', welches annähernd rauschfrei ist, jedoch die durch Störungen auf dem Übertragungskanal 28 hervorgerufenen Verzerrungen enthält.In the function block 42 are obtained by convolution of the functions i and h at predetermined sampling times k signal values u '(k). These signal values u '(k) belong to a reconstructed modulated signal u', which is approximately noise-free, but due to interference on the transmission channel 28 containing distortions.

In einem Abtastbaustein 41 wird zu den Zeitpunkten k das am Entzerrer 30 ankommende Signal u abgetastet und die ermittelten Signalwerte u(k) einem Vergleicher 44 zugeführt, dem auch die Signalwerte u'(k) zugeführt sind. Der Vergleicher 44 bildet zu den Zeitpunkten k die Phasendifferenzen p(k) gemäß der Beziehung p(k) = arg(u(k)) – arg(u'(k)). In einer nachgeschalteten Funktionseinheit 46 werden für mehrere Abtastzeitpunkte k die zugehörigen Phasendifferenzen p(k) einer Regressionsanalyse unterzogen. Wenn die Frequenzabweichung zwischen den Signalen u'(k) und u(k) gleich Null ist, so ist auch die Phasenverschiebung p(k) im Mittel gleich Null. Wenn eine Frequenzabweichung df zwischen dem im Oszillator 30 erzeugten Signal von der Frequenz des im Sender durch den Oszillator 20 Signals vorhanden ist, so nimmt die Phasendifferenz p(k) über der Zeit bzw. zum Ende des Bursts hin zu. Wird die Phasendifferenz p(k) über k aufgetragen, so ergibt sich im Idealfall eine Gerade, deren Steigung dp(k)/dk die Frequenzabweichung df ist. Durch Anwenden einer linearen Regressionsanalyse kann die Geradensteigung ermittelt werden, wodurch sich aufgrund des Mittelungseffektes eine Rauschunterdrückung ergibt. Die Frequenzabweichung kann dadurch mit hoher Genauigkeit festgestellt werden.In a sample block 41 at the times k becomes the equalizer 30 incoming signal u sampled and the determined signal values u (k) a comparator 44 supplied to the signal values u '(k) are supplied. The comparator 44 forms at time k the phase differences p (k) according to the relationship p (k) = arg (u (k)) - arg (u '(k)). In a downstream functional unit 46 For several sampling times k, the associated phase differences p (k) are subjected to a regression analysis. If the frequency deviation between the signals u '(k) and u (k) is equal to zero, the phase shift p (k) is on average equal to zero. If a frequency deviation df is between that in the oscillator 30 generated signal from the frequency of the transmitter in the oscillator 20 Signal is present, the phase difference p (k) increases over time or towards the end of the burst. If the phase difference p (k) is plotted over k, the ideal result is a straight line whose slope dp (k) / dk is the frequency deviation df. By applying a linear regression analysis, the line slope can be determined, resulting in noise suppression due to the averaging effect. The frequency deviation can be determined with high accuracy.

Die in 3 dargestellten Funktionen können durch einen Signalprozessor ausgeführt werden. Der Zeit- und Rechenaufwand ist annähernd der Zahl der zu berechenden Phasendifferenzen p(k) proportional. Je mehr Abtastzeitpunkte k in die Berechnung eingehen, umso genauer wird das Ergebnis des Verfahrens, da zufällige Störungen im Signal u und das Rauschen ausgemittelt werden. Im Mittel ist der durch zufällige Störungen und Rauschen entstehende Fehler, der zu Ungenauigkeiten bei der Bestimmung der Frequenzabweichung führen kann für alle Abtastzeitpunkte k gleich groß. Die Phasenverschiebung p(k) infolge der Frequenzabweichung df nimmt jedoch zum Ende eines Bursts hin zu. Daraus ergibt sich, daß der relative Fehler, bezogen auf die absolute Phasenverschiebung bei Abtastzeitpunkten k zum Ende des Bursts am geringsten ist. Daher kann bereits mit einer geringen Zahl von Abtastzeitpunkten eine genaue und zuverlässige Ermittlung der Frequenzabweichung erfolgen. Gegenüber den bekannten Verfahren, die lediglich die Trainingssequenz in der Mitte des Bursts auswerten, d. h. im Bereich geringer Phasendifferenzen, ist dies ein erheblicher Vorteil.In the 3 Functions shown can be performed by a signal processor. The time and computation effort is approximately proportional to the number of phase differences p (k) to be calculated. The more sampling times k enter into the calculation, the more accurate the result of the method, since random disturbances in the signal u and the noise are averaged out. On average, the error resulting from random disturbances and noise, which can lead to inaccuracies in the determination of the frequency deviation, is the same for all sampling times k. However, the phase shift p (k) due to the frequency deviation df increases towards the end of a burst. As a result, the relative error relative to the absolute phase shift at sampling instants k is the lowest at the end of the burst. Therefore, an accurate and reliable determination of the frequency deviation can already take place with a small number of sampling times. Compared to the known methods, which evaluate only the training sequence in the middle of the burst, ie in the range of small phase differences, this is a considerable advantage.

Claims

Verfahren zum Bestimmen der Frequenzabweichung (df) eines in einem Empfänger erzeugten Oszillatorsignals von der vorgegebenen Frequenz eines in einem Sender erzeugten Oszillatorsignals, mit dessen Hilfe ein moduliertes, eine Trainingssequenz enthaltendes Signal erzeugt wird, das über einen Übertragungskanal (28) an den Empfänger übertragen wird, mit folgenden Schritten: a) durch Signalanalyse wird aus dem im Empfänger ankommenden modulierten Signal (u) anhand der darin enthaltenen Trainingssequenz die Impulsantwort (h) des Übertragungskanals (28) zwischen Sender und Empfänger bestimmt; b) mit Hilfe der Impulsantwort (h) werden das ankommende modulierte Signal (u) entzerrt und die im ankommenden modulierten Signal (u) enthaltenen Informationen (i) durch Signalanalyse ermittelt; c) für vorgegebene Abtastzeitpunkte (k) wird durch Faltung der Impulsantwort (h) mit den ermittelten Informationen (i) ein rekonstruiertes moduliertes Signal (u') ermittelt, das die durch Störungen auf dem Übertragungskanal (28) hervorgerufenen Verzerrungen enthält; d) durch einen Vergleich des rekonstruierten modulierten Signals (u') mit dem ankommenden modulierten Signal (u) an den vorgegebenen Abtastzeitpunkten (k) werden Phasendifferenzen (p(k)) ermittelt; und e) es wird aus den Phasendifferenzen (p(k)) durch Auftragen über die vorgegebenen Abtastzeitpunkte (k) eine Gerade ermittelt, deren Steigung die gesuchte Frequenzabweichung (df) bestimmt.Method for determining the frequency deviation (df) of an oscillator signal generated in a receiver from the predetermined frequency of an oscillator signal generated in a transmitter, with the aid of which a modulated signal containing a training sequence is generated, which is transmitted via a transmission channel ( 28 ) is transmitted to the receiver, with the following steps: a) by signal analysis, from the received in the receiver modulated signal (u) based on the training sequence contained therein, the impulse response (h) of the transmission channel ( 28 ) between transmitter and receiver; b) the incoming modulated signal (u) is equalized by means of the impulse response (h) and the information (i) contained in the incoming modulated signal (u) is determined by signal analysis; c) for predetermined sampling times (k), a reconstructed modulated signal (u ') is determined by convolution of the impulse response (h) with the determined information (i), which is determined by disturbances on the transmission channel (k). 28 ) contains distortions; d) by a comparison of the reconstructed modulated signal (u ') with the incoming modulated signal (u) at the predetermined sampling times (k) phase differences (p (k)) are determined; and e) it is determined from the phase differences (p (k)) by applying over the predetermined sampling times (k) a straight line whose slope determines the sought frequency deviation (df).

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gerade durch lineare Regression bestimmt wird.Method according to Claim 1, characterized in that the straight line is determined by linear regression.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Grundlage der festgestellten Frequenzabweichung (df) das Oszillatorsignal des Empfängers mit dem Oszillatorsignal des Senders synchronisiert oder die Frequenzabweichung (df) kompensiert wird.Method according to Claim 1 or 2, characterized in that, on the basis of the detected frequency deviation (df), the oscillator signal of the receiver is synchronized with the oscillator signal of the transmitter or the frequency deviation (df) is compensated.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es für ein digitales zellulares Mobilfunksystem, vorzugsweise das GSM-Mobilfunksystem, eingesetzt wird, bei dem das Funkübertragungssystem auf der Basis des TDMA-Verfahrens (Time Division Multiple Access) arbeitet.Method according to one of Claims 1 to 3, characterized in that it is used for a digital cellular mobile radio system, preferably the GSM mobile radio system, in which the radio transmission system operates on the basis of the Time Division Multiple Access (TDMA) method.

Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als ankommendes moduliertes Signal (u) ein Burst innerhalb eines Zeitschlitzkanals verwendet wird.Method according to Claim 4, characterized in that a burst within a time slot channel is used as the incoming modulated signal (u).

Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittelung des rekonstruierten modulierten Signal (u') und der Phasendifferenzen (p(k)) vorgegebene Abtastzeitpunkte (k) ausgewertet werden, die nicht im Mittenbereich des Bursts, sondern im Anfangsbereich und im Endbereich des Bursts liegen.Method according to claim 5, characterized in that for the determination of the reconstructed modulated signal (u ') and the phase differences (p (k)) predetermined sampling instants (k) are evaluated which are not in the middle region of the burst but in the initial region and in the end region of the burst Bursts are lying.