DE19743169A1

DE19743169A1 - Verfahren zur Rahmensynchronisation eines Empfangssignals

Info

Publication number: DE19743169A1
Application number: DE1997143169
Authority: DE
Inventors: Achim Brakemeier
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1997-09-30
Filing date: 1997-09-30
Publication date: 1999-04-01
Also published as: WO1999017494A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rahmensynchronisation eines Emp fangssignals nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zur Signalübertragung über Übertragungskanäle mit zeitveränderlichen Eigen schaften ist es üblich, das Signal in aufeinanderfolgende Signalrahmen kon stanter Länge zu unterteilen und in jedem Signalrahmen eine Testfolge mit empfängerseitig bekannter Folge von Testsymbolen vorzusehen, siehe z. B. A. Brakemeier, "Digitaler Mittelwellenrundfunk" in telekom praxis 9/96, Seite 33-38. Das Empfangssignal wird abgetastet und mit einer Filterfunktion korreliert. Die Filterfunktion kann daher bezüglich der Testsymbolfolge eine Matched- Filter-Funktion oder eine Mismatched-Filter-Funktion darstellen. Aus dem Fil terausgangssignal kann durch Maximumdetektion die Lage der Testfolgen be stimmt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein einfaches und robustes Verfah ren zur Bestimmung der Lage der Testfolgen anzugeben.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Unteransprüche ent halten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.

Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfordert keine aufwen digen Prüfalgorithmen oder Signalanalysen und ist besonders einfach zu reali sieren. Voraussetzung ist im wesentlichen neben der Kenntnis der Testfolgen nur die Kenntnis der genauen Rahmenlänge. Dies ist im allgemeinen gegeben.

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise basiert auf einfachen und störunemp findlichen Verarbeitungsschritten und ist mit geringem Aufwand realisierbar. Das Verfahren ist auch bei Übertragungskanälen mit starker Phasendrehung zwischen aufeinanderfolgenden Testfolgen verwendbar.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele noch eingehend erläutert.

Dabei wird ausgegangen von einem auf der Sendeseite erzeugten und über den Übertragungskanal übertragenen Signal aus aufeinanderfolgenden Rah men, wobei jeder Rahmen aus einer Testfolge mit einer Anzahl von N_T be kannten Testsymbolen und einer Datenfolge mit einer Anzahl von N_D Daten symbolen besteht und damit eine gesamte Rahmenlänge von (N_T+N_D) Sym bollängen T_s besitzt. Das Empfangssignal hat die selbe Struktur, kann aber durch den Übertragungskanal verzerrt sein.

Das Empfangssignal wird im Empfänger mit N_TS Abtastwerten je Symbol abge tastet und die Abtastwertfolge wird mit einem Referenzsignal komplexwertig korreliert. Das Referenzsignal kann ein Ausschnitt aus der Testfolge oder die Testfolge selbst sein. Vorzugsweise wird die gesamte Testfolge verwendet. Das Referenzsignal kann aber auch ein aus der Testfolge berechnetes Signal sein, z. B. die Stoßantwort eines Mismatched-Filters, das zu einer Teilfolge in nerhalb der Testfolge gehört.

Das Korrelationsergebnis wird ggf. normiert, z. B. durch Betragsquadratbildung und Division durch die Energie des Empfangssignals im Korrelationsfenster. Das normierte Ausgangssignal des Korrelators sei g(t).

Das Ausgangssignal g(t) des Korrelators wird in Blöcke der Länge (N_T+N_D) T_s zerlegt. Bei N_TS Abtastwerten pro Symbol ergeben sich so (N_T+N_D)-N_TS Teilsi gnale g_i(k) mit

g_i(k) = g(t = k(N_T+N_D) N_TS + i T_s/N_TS) für i = 0 . . . (N_T+N_D)N_TS - 1

Die Teilsignale g_i(k) werden digital gefiltert, z. B. mit Hilfe der Rekursion. Dabei entsteht aus den mehreren Korrelationsabschnitten g(k) ein gemittelter Korrela tionsabschnitt

b_i(k) = A.b_i (k-1) + (1-A).g_i (k)

der fortlaufend aktualisiert wird und wieder die Länge (N_T+N_D) N_TS Symbollän gen besitzt.

Zur digitalen Ausführung dieser Filterung ist nur ein Speicher der Länge (N_T+N_D) N_TS erforderlich. Die Operation entspricht einer Kurzzeitintegration mit einem Tiefpaß erster Ordnung. Der Faktor A bestimmt die Gedächtnislänge der Rahmensynchronisation. Es wird das Maximum I(k) von b_i(k) über i gesucht, also

Die Folge I(k), d. h. die Folge der Maximalwerte wird zur weiteren Rahmensyn chronisation verwendet. Hier sind verschiedene Strategien möglich.

a) Schwellwertvergleich

Wenn I(k) eine vorgegebene Schwelle überschreitet so ist die Rahmensynchro nisation abgeschlossen. Es wurde synchronisiert im k.ten Rahmen. Die Position der Testfolge im Rahmen ist bestimmt durch I(k).

b) Maximum stets an gleicher Stelle

Wenn I(k) konstant ist für k = k₀ . . . k₀ + n, n < 1, so ist die Rahmensynchronisa tion gefunden im Rahmen k₀. Die Position im Rahmen ist I(k₀).

Die Korrelation mit dem Referenzsignal S_ref kann mehrstufig erfolgen. Wenn das Referenzsignal die Länge T_ref besitzt, so wird in der Regel die Korrelation kohärent, d. h. unter Berücksichtigung von Phasenlage des Empfangssignals und Referenzsignal durchgeführt, als T_ref

g_c(t) = ∫₀ ^T_ref s_ref(r)s*(t+r)dr.

Die Integration erstreckt sich über die Länge T_ref des Referenzsignals. Bei digi taler Realisierung sind sowohl das Empfangssignal s(t) als auch das Referenz signal s_ref(t) mit der gleichen Abtastrate abgetastet. Die Integration wandelt sich in eine Summe, die genau die Abtastwerte über die Länge des Referenzsignals enthält.

Es ist möglich, das Integrationsintervall in K_ref Teilintervalle zu zerlegen, wobei sich das k-te Teilintervall erstreckt von T_ref(k) . . . T_ref(k+1). Dann kann g_c(t) als Summe geschrieben werden

g_c(t) - g_c ⁽⁰⁾(t)+g_c ⁽¹⁾(t) + . . . + g_c ^(K_ref-1) (t)

mit

Durch eine Normierungsoperation wird normalerweise g_c(t) in normierter Form dargestellt, z. B.

g(t) = |g_c(t)|^r/E(t) = ||g_c(t)||

Meist wird die quadratische Norm r = 2 verwendet und es wird auf die Energie E(t) des Empfangssignals im Korrelationsfenster normiert, mit

E(t) = ∫₀ ^T_ref|s(t+r)|^rdr

Die Normierungsoperation kann aber auch auf die Teilintegrale angewendet werden. Dies ist die nicht kohärente Korrelation

g'(t) = ||g_c ⁽⁰⁾(t)||+||g_c ⁽¹⁾(t)||+ . . . +||g_c ^(K_ref-1) (t)||

Die nicht kohärente Korrelation ist robuster gegen Frequenzverschiebung zwi schen Sender und Empfänger.

Wenn ein Phasenvektor unterschiedliche Gesamtphasen der Testfolgen be schreibt, so funktioniert das Verfahren unverändert. Die Phase einer Testfolge fällt durch die Betragsbildung bei der Normierung des Korrelatorausgangs her aus.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen fachmännischen Könnens auf verschiedene Weise variier bar.

Claims

1. Verfahren zur Rahmensynchronisation eines in aufeinanderfolgende Signal rahmen gleicher Länge unterteilten Empfangssignals anhand von Testfol gen, welche mit einem empfängerseitigen Referenzsignal korreliert werden, dadurch gekennzeichnet, daß das gesamte Empfangssignal zumindest über einen der Länge mehrerer Signalrahmen entsprechenden Zeitabschnitt mit dem Referenzsignal korreliert wird, und daß aus dem dabei entstehenden Korrelationssignal mehrere aufeinanderfolgende Abschnitte der selben Län ge wie die Signalrahmen zu einem gemittelten Korrelationssignalsabschnitt zusammengefaßt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Zusam menfassung Betrag, Betragsquadrat oder eine höhere Potenz des Betrags des Korrelationssignals gebildet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Empfangssignal normiert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der gemittelte Korrelationssignalabschnitt durch rekursive Mittelwertbildung fortlaufend aktualisiert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Position einer Testfolge innerhalb einer Rahmenlänge durch Maximum detektion im gemittelten Korrelationssignalabschnitt bestimmt wird.