DE69737353T2

DE69737353T2 - Synchronisierung in digitalen Kommunikationssystemen

Info

Publication number: DE69737353T2
Application number: DE69737353T
Authority: DE
Inventors: Thomas Dölle; Tino Konschak
Original assignee: Sony Deutschland GmbH
Current assignee: Sony Deutschland GmbH
Priority date: 1997-11-05
Filing date: 1997-11-05
Publication date: 2007-11-29
Anticipated expiration: 2017-11-06
Also published as: EP2259534A3; JPH11215097A; EP2259534A2; DE69737353D1; EP2259534B1; EP0915597A1; US6160821A; EP1720311A1; EP2782307A1; EP2782307B1; EP1720311B1; EP0915597B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Synchronisation von digitalen Kommunikationssystemen.
Digitale Kommunikationssysteme benötigen allgemein eine Synchronisation einer Sendeseite mit einer Empfangsseite, d. h. eine Synchronisation des Timings und der Frequenz. Zum Beispiel muss das Symbol-Timing einer FFT-Einheit synchronisiert werden. Um die Synchronisation zu erreichen, ist es bekannt, eine besondere Trainingssequenz oder ein Referenzsymbol zu senden. Dieses Referenzsymbol ist üblicherweise in der Sendedatenstruktur eingebettet, wie sie z. B. in 5 gezeigt ist. 5 zeigt den Senderahmen einer bekannten Technik, der auch Burst-Struktur genannt wird, wobei ein Rahmen aus F Symbolen besteht. Das Referenzsymbol wird vor einer Sequenz von Datensymbolen eingefügt. Zwischen dem Referenzsymbol und dem ersten Datensymbol sowie zwischen den folgenden Datensymbolen kann ein so genanntes Guard-(oder Schutz-)Intervall eingefügt werden, um eine Intersymbolinterferenz (ISI) in einer Mehrwege-Umgebung zu vermeiden.
Auf der Empfangsseite wird eine Zeitdomänen-Korrelation zwischen empfangenem Signal, das das Referenzsymbol enthält, und einer verzögerten Version des empfangenen Signals ausgeführt, um das Referenzsymbol zu identifizieren und so das Timing Für die Synchronisation zu bestimmen. Für die Synchronisation wird die Zeit der Korrelationsspitze verwendet, die so genau wie möglich der Zeit des letzten Samples (Abtastung) des Referenzsymbols entsprechen sollte. Um eine gut detektierbare Korrelationsspitze zu erhalten, kann das Referenzsymbol aus mehreren Synchronisationsmustern (SP) bestehen, die mehrere Male in einer Symbolperiode wiederholt werden.
6 zeigt die Zeitdomänenstruktur des Referenzsymbols der Länge N, die aus (N/N_sp) Kopien der Synchronisationsmuster besteht. Ein sehr effizienter Weg zum Generieren von Symbolen der gewünschten Struktur, z. B. in einem OFDM-Sendesystem, besteht in der Anwendung einer IFFT (inversen schnellen Fourier-Transformation), die die Eigenschaften des DFT- Algorithmus (diskrete Fourier- Transformation) anwendet. Um folglich ein Referenzsymbol der Länge T_s mit (N/N_sp) Synchronisationsmustern der Länge T_s·(N_sp/N) zu erzeugen, muss nur jeder (N/N_sp)-te DFT-Koeffizient (jeder (N/N_sp)-te Unterträger in der Frequenzdomäne) moduliert werden.
In 6 stellt N die Gesamtzahl der Samples in einem Referenzsymbol (und somit die Zeitdauer des Referenzsymbols) dar, N/N_sp die Zahl der Samples innerhalb eines einzelnen Synchronisationsmusters und N_guard die Anzahl von Sample der Guard-Periode dar, die eingefügt werden kann, um eine Intersymbolinterferenz (ISI) zu vermeiden. Wie man aus 6 sehen kann, beträgt die Dauer des so genannten Korrelationsfensters N + Nguard – Nsp.
Die Zeitdomänen-Korrelation, die auf dem eintreffenden Datenstrom ausgeführt wird, kann mathematisch entsprechend folgender Formel (1) beschrieben werden:
Wie man aus Formel (1) sehen kann, wird das empfangene Signal zuerst mit einer komplex konjugierten Version von sich selbst multipliziert und dann werden die Sample des Korrelationsfensters aufaddiert.
7 zeigt das Blockdiagramm einer möglichen Implementierung für eine Zeitkorrelation, die mathematisch in Formel (1) ausgedrückt ist. Wie man aus 7 sehen kann, werden die zugeführten Daten mit Daten gemischt (multipliziert), die um N_sp (Dauer eines Synchronisationsmusters) verzögert 30 worden sind und die komplex konjugiert 31 worden sind. Die gemischten Daten werden einerseits an einen Addierer 36 weitergegeben und andererseits an einen Verzögerungsschaltkreis 33, der eine Verzögerung von (N + N_guard – N_sp) zur Verfügung stellt. Die Ausgabe des Verzögerungsschaltkreises 33 wird von der Ausgabe des Addierers 36 subtrahiert 34.
Die Ausgabe des Subtraktionsschaltkreises 34 wird um eine Einheit verzögert 35 und dann zu dem Addierer 36 zurückgeführt.
Das empfangene Signal ist somit zu einer (um die Dauer eines Synchronisationsmusters) verzögerten Version von sich selbst korreliert. Das Korrelationsergebnis wird in einem bestimmten Zeitfenster (Korrelationsfenster) mit der Zeitdauer von N + N_guard – N_sp summiert. Der Ausgang R(i) des Substraktionsschaltkreises 34 wird einem nicht gezeigten Maximum-Detektionsschaltkreis zugeführt, der das Maximum von |R(i)| detektiert. Somit kann die zeitliche Position des letzten Sample des empfangenen Referenzsymbols bestimmt werden. Die Timing-Information kann dann für das Symboltiming des Empfängers verwendet werden.
Jedoch hat dieses bekannte Korrelationssystem einige Nachteile. |R(i)| nimmt seinen Maximalwert an, wenn es das letzte Sample des empfangenen Referenzsymbols ist. Bei Nichtvorliegen von Rauschen, einem Frequenz-Offset und einer Mehrwegeausbreitung wird R(i) zu
wobei i der Position des letzten Samples des Referenzsymbols entspricht.
In diesem Fall entspricht die Summe der Formel (1) einer vollständig konstruktiven Überlagerung seiner Summanden, was somit zu einer Spitze von |R(i)| an dieser Position führt. Die Detektion dieser Spitze ermöglicht es, das korrekte Symbol-Timing des Empfängers zu bestimmen. Die Maximum-Detektion des Korrelationsergebnisses R(i) wird in diesem Fall nur für Synchronisationssymbole durchgeführt. Die Entscheidung, ob das aktuelle Symbol einem Referenzsymbol entspricht, basiert auf einem voreingestellten Korrelationsschwellenwert. Wenn |R(i)| diesen Schwellenwert überschreitet, wird die Maximum-Detektion für die Zeitdauer aktiviert, die mindestens so groß ist wie das Referenzsymbol selbst (N + N_guard), um sicherzustellen, dass die maximale Spitze innerhalb der beobachteten Detektionszeitdauer liegt.
Von T. Keller, L. Hanzo „Orthogonal frequency division multiplex synchronisation techniques for wireless local area networks" PIMCR 1996, Taipeh, Taiwan, 15.–18. Oktober, 1996, S. 963–967 wird ein Bereich einer Frequenzerfassung, eine Frequenznachverfolgung, eine Symbolsynchronisation und Rahmensynchronisationstechniken beschrieben.
Jedoch ist unter realen Bedingungen (Rauschen, Mehrwegeempfang) die Genauigkeit der beschriebenen Symbol-Timing-Wiederherstellung vermindert.
Der bekannte Algorithmus ist jedoch nicht sehr genau, sogar unter idealen Bedingungen. 8 zeigt die verschiedenen Phasen während eines Korrelationsprozesses gemäß dem Stand der Technik, die berücksichtigt werden müssen, wenn das Korrelationsfenster über das empfangene Signal „gleitet". In Phase 1 bewegt sich das Korrelationsfenster in das Referenzsymbol, und das Korrelationsergebnis steigt an, bis es den voreingestellten Detektionsschwellenwert R_x erreicht. Wenn |R(i)| den Schwellenwert überschreitet, wird das Ergebnis für die Zeitdauer des Maximum-Detektionsfensters überwacht. Wenn das Korrelationsfenster die Sample des gesamten Referenzsymbols abdeckt, was in Phase 2 der Fall ist, wird die Korrelationsspitze erreicht, da alle Summanden der Summe einen vollständig konstruktiven Beitrag zur Korrelationsberechnung, die in Formel (1) dargestellt ist, leisten. Die zeitliche Position dieses Spitzenwertes wird dann verwendet, um den Timing-Offset auf der Empfangsseite zu korrigieren. Obwohl die Spitze bereits erreicht worden ist, wird das Korrelationsergebnis überwacht, bis das Ende des Maximum-Detektionsfensters (Phase 3) erreicht wird, um sicherzustellen, dass die Spitze vollständig innerhalb des Maximum-Detektionsfensters liegt. Unter Berücksichtigung der drei Phasen kann die Formel (1) auch wie folgt ausgedrückt werden:
Wie man aus Formel (3) sehen kann, gibt es drei verschiedene Beiträge zur Korrelationssumme, wobei die verschiedenen Beiträge davon abhängen, welche Sample miteinander korreliert sind. In dem Bestandteil A sind die Samples des Synchronisationsmusters korreliert, wohingegen in den Teilen B und C entweder Sample von dem Synchronisationsmuster SP oder Daten-Sample mit Daten-Sample korreliert sind. Jedoch ist nur der Beitrag von Teil A deterministisch konstruktiv, während der Beitrag der Teile B und C jeweils zufallsähnlich sind. Dieser zufallsähnliche Beitrag kann konstruktiv oder destruktiv für das Korrelationsergebnis sein, abhängig von den Daten-Sample, die in dem Korrelationsfenster enthalten sind. Wie man aus 8 und Formel (3) sehen kann, ergibt sich nur in Phase 2 (Korrelationsspitzen-Detektion) kein zufallsähnlicher Beitrag zum Korrelationssummenergebnis. Wenn das Korrelationsfenster sich zu Phase 3 bewegt, werden Daten-Sample dem Korrelationssummenergebnis hinzugeführt, was zu einem möglichen Offset der Korrelationsspitze führen kann. Dieses mögliche Offset der Korrelationsspitze wird durch die zufällige Struktur der Datensymbole hervorgerufen, die neben dem Referenzsymbol in jedem Rahmen oder Burst, wie es in 8 gezeigt ist, übertragen werden. Die Korrelationsspitze ist zeitlich verschoben, wenn das erste zeitliche Sample des Datensymbols, das direkt nach dem Referenzsymbol empfangen wird, oder des letzten zeitlichen Samples des Datensymbols, das unmittelbar vor einem Referenzsymbol empfangen wird, einen konstruktiven Beitrag zur Korrelationssumme in Formel (1) leisten. In diesem Fall wird ein Timing-Schätzfehler in das System eingeführt, der wahrscheinlich die Bitfehlerrate (BER) verschlechtert. Wenn die ersten zeitlichen Samples des Datensymbols, das unmittelbar auf ein empfangenes Referenzsymbol folgt, einen konstruktiven Beitrag leisten, wird die maximale Korrelationsspitze in 8 nach rechts versetzt. Wenn das letzte Daten-Sample des Datensymbols, das unmittelbar dem empfangenen Referenzsymbol vorangeht, einen konstruktiven Beitrag leistet, wird die maximale Korrelationsspitze in 8 nach links versetzt.
US 4,649,543 betrifft ein Synchronisationsfrequenzdecoder und Verfahren für ein Funktelefonsystem, das digitale Nachrichten überträgt. Eine Gruppe von stark autokorrelierten, gering kreuzkorrelierten Multibit-Synchronisationsworten und ihre Einerkomplement-Inverse werden für eine Nachrichtensynchronisation und Überwachungsfunktionen mit Bezug auf die Zustände des Systems verwendet. Die Zustände des Systems werden in Folgen von normalen und Einerkomplement-inversen Synchronisationsworten weitergeleitet. Die Synchronisationsworte werden als ein Binärpegel für ein normales Wort und den anderen binären Pegel für ein inverses Wort detektiert. Eine decodierte Folge von binären Pegeln, die einem der Systemzustände entspricht, wird dann erzeugt.
Der bekannte Synchronisationsalgorithmus hat dadurch den Nachteil, dass sogar ohne das Berücksichtigen von Rauschen und Mehrwegeeffekten das Timing des letzten Samples des durch die maximale Korrelationsspitze zu bestimmenden Referenzsymbols nicht in allen Situationen genau detektiert werden kann.
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine fortschrittliche Synchronisation für digitale Kommunikationssysteme, die eine genauere Synchronisation bereitstellen, zur Verfügung zu stellen.
Um den Nachteil des oben beschriebenen bekannten Timing-Erfassungsverfahrens zu überwinden, muss gemäß dem zentralen Aspekt der vorliegenden Erfindung die zufallsähnliche Korrelation zwischen Referenz- und Datensymbolen und somit der zufallsähnliche konstruktive Beitrag der Datensymbole vermieden werden. Gemäß der Erfindung kann diese Aufgabe gelöst werden, indem eine deterministische und eindeutige Differenzierung zwischen den Referenz- und Datensymbolen eingeführt wird. Dadurch muss das Referenzsymbol so modifiziert werden, dass ein konstruktiver Beitrag der Daten-Sample von benachbarten Symbolen auf das Korrelationssummenergebnis vermieden wird. Durch Vermeiden des zufälligen Einflusses von benachbarten Datensymbolen kann die Synchronisationsgenauigkeit verbessert werden. Dies führt zu einer erheblich verbesserten Genauigkeit des Timings und der Frequenzsynchronisation.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Synchronisieren von digitalen Kommunikationssystemen vorgesehen, wobei ein Referenzsymbol, das aus einer Abfolge von mehreren Synchronisationsmustern besteht, gesendet und empfangen wird, wobei jedes Synchronisationsmuster aus einer Abfolge von Sample besteht. Das empfangene Referenzsymbol wird autokorreliert, um das Timing einer Korrelationsspitze zu detektieren, wobei mindestens eines jedoch nicht alle der Synchronisationsmuster zu Beginn und/oder zum Ende des Referenzsymbols um 180° Phasen verschoben ist, und wobei das Korrelationsfenster der Gesamtzahl der Synchronisationsmuster abzüglich der Zahl von 180° Phasen verschobenen Synchronisationsmustern entspricht.
Das Referenzsymbol kann mit Hilfe von OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) übertragen werden.
Nur jeder (N/N_sp)-te Unterträger darf moduliert werden, wenn das Referenzsymbol erzeugt wird, wodurch die wiederholte Struktur der (N/N_sp) aufeinander folgenden Synchronisationsmuster in der Zeitdomäne erzeugt wird.
Die Leistung des Referenzsymbols kann in der Zeitdomäne erhöht werden, um unmodulierte Unterträger zu kompensieren.
Das Ergebnis der Korrelation kann verwendet werden, um den Frequenz-Offset abzuleiten.
Das zu übertragende Referenzsymbol kann mit Datensymbolen in der Frequenzdomäne gemultiplext werden. Dies ist vorteilhaft, um einen zusätzlichen Implementierungsaufwand für das Einfügen des Synchronisationssymbols in der Zeitdomäne, der gewöhnlich größer ist als in der Frequenzdomäne, zu vermeiden.
Eine zyklische Erweiterung kann zwischen zwei zu übertragenden aufeinander folgenden Symbolen eingefügt werden, wodurch Intersymbolinterferenzen (ISI) vermieden werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein digitales Kommunikationssystem zur Verfügung gestellt, das eine Einrichtung zum Senden eines Referenzsymbols, das aus einer Abfolge von mehreren Synchronisationsmustern besteht umfasst, wobei jedes Synchronisationsmuster aus einer Abfolge von Sample besteht. Weiterhin ist eine Einrichtung zum Empfangen und Autokorrelieren eines Referenzsymbols vorgesehen, um das Timing einer Korrelationsspitze zu detektieren. Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Sendeeinrichtung eine Einrichtung zum Verschieben der Phase von mindestens einem, jedoch nicht allen Synchronisationsmustern zu Beginn und/oder am Ende des Referenzsymbols um 180°. Die Einrichtung zum Autokorrelieren ist angepasst, um ein Korrelationsfenster zu verwenden, das der gesamten Zahl der Synchronisationsmuster abzüglich der Zahl von 180° phasenverschobenen Synchronisationsmustern entspricht.
Die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung können ein OFDM-System verwenden, um das Referenzsymbol zu übertragen.
Eine Modulationseinrichtung kann vorgesehen sein, die nur jeden (N/N_sp)-ten Unterträger beim Erzeugen des Referenzsymbols modulieren.
Eine Anpassungseinrichtung kann vorgesehen sein, die die Sendeleistung erhöht, wenn das Referenzsymbol gesendet wird.
Eine Frequenzerfassungseinrichtung kann vorgesehen sein, die das Ergebnis der Korrelation verwendet, um einen Frequenz-Offset von der Empfangsseite des Systems abzuleiten.
Ein Multiplexer kann vorgesehen sein, der das Referenzsymbol in einen Datensymbolstrom in der Frequenzdomäne einfügt.
Eine Einrichtung zum Einfügen einer zyklischen Erweiterung zwischen zwei aufeinander folgenden zu übertragenden Symbolen kann vorgesehen sein.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlich.
1 zeigt eine Referenzsymbolstruktur, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird,
2 zeigt Phasen der Korrelation des Referenzsymbols der 1,
3 zeigt eine Senderstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung,
4 zeigt eine Empfängerstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung,
5 zeigt einen Übertragungsrahmen (Burst-Struktur) gemäß dem Stand der Technik,
6 zeigt eine Referenzsymbolstruktur in der Zeitdomäne gemäß dem Stand der Technik,
7 zeigt ein Blockdiagramm für die Korrelation in der Zeitdomäne gemäß dem Stand der Technik, und
8 zeigt Phasen der Korrelation über ein Referenzsymbol gemäß dem Stand der Technik.
Wie man aus 1 sehen kann, wird gemäß der vorliegenden Erfindung das Referenzsymbol so modifiziert, dass das letzte Synchronisationsmuster des Referenzsymbols um 180° phasenverschoben wird. Wie aus der nachfolgenden Beschreibung deutlich wird, wird so der zufällige Beitrag der benachbarten Datensymbole (dem Referenzsymbol unmittelbar vorangehend oder nachfolgend) auf die Korrelation eliminiert, wobei berücksichtigt wird, dass das Guard-Intervall durch eine zyklische Erweiterung jedes Symbols durch Kopieren der letzten N_guard Sample erhalten wird. Das schwarze Synchronisationsmuster in 1 zeigt symbolisch ein Synchronisationsmuster, dessen Phase um 180° verschoben ist.
Für die Bewertung des Einflusses dieser modifizierten Struktur werden wieder die Phasen des Korrelationsprozesses mit Bezug auf 2 berücksichtigt.
Wie man aus 2 sehen kann, ist das Korrelationsfenster gemäß der vorliegenden Erfindung um die Länge der zyklischen Erweiterung und das phasenverschobene Muster kleiner als das gemäß dem Stand der Technik. Durch die Phasenverschiebung von einigen Synchronisationsmustern wird die Korrelationsspitze in das Referenzsymbol verschoben. Dies führt zu einer leicht verminderten Amplitude der Korrelationsspitze. Die Phasenverschiebung des letzen Synchronisationsmusters eines Referenzsymbols gewährleistet einen deterministisch destruktiven Beitrag des Synchronisationsmusters und gewährleistet weiter, dass die Maximum-Detektionsspitze nicht nach rechts in 2 verschoben wird. Wenn das erste Synchronisationsmuster des Referenzsymbols phaseninvertiert ist, oder man das Guard-Intervall durch eine zyklische Erweiterung, wie es in 2 gezeigt ist, erhält, gewährleistet der deterministisch destruktive Beitrag des ersten phasenverschobenen Synchronisationsmusters, dass die Maximum-Detektionsspitze nicht nach links in 2 verschoben wird.
Da sich das Korrelationsfenster in 2 von Phase 2 zu Phase 3 bewegt, tritt ein neuer Summand in der Berechnung der Korrelationssumme auf und ein Summand verlässt entsprechend die Summe. Der neue Summand entspricht dem Produkt des ersten Sample in dem phasenverschobenen Synchronisationsmuster und das erste Sample der vorangehenden Synchronisationsmuster. Daher entspricht dieses Produkt unter idealen Bedingungen: Pi = (ai + jbi)·(ci + jdi) = (ai + jbi)·(–ai – jbi) = –(a2 + b2) (4)
In Phase 2 wird die Korrelationsspitze erreicht. Die Phasenverschiebung des letzten Synchronisationsmusters führt einen deterministisch destruktiven Beitrag in die Korrelationssumme an der Grenze des Korrelationsfensters ein. Unter idealen Bedingungen (kein Rauschen, keine Mehrwegeausbreitung, kein Frequenz-Offset) wird so das Maximum der Korrelationssumme in das Referenzsymbol um die Anzahl der Sample, die phasenverschoben worden sind, verschoben, z. B. ein Synchronisationsmuster, wie in 1 gezeigt ist. Durch Anwenden der modifizierten Struktur des Referenzsymbols wird der Einfluss von benachbarten Datensymbolen auf die Korrelation vollständig eliminiert.
Zusätzlich hat die beschriebene Technik den Vorteil, dass das komplexe Korrelationsergebnis direkt verwendet werden kann, um den Frequenz-Offset des Systems zu berechnen. Wenn ein Frequenz-Offset vorliegt und Rauschen und eine Mehrwegeausbreitung nicht vorliegt, wird das Korrelationssummenergebnis R(i) zu
wenn „i" der Position der Spitze entspricht. Von dem Phasenwinkel des Korrelationsergebnisses in der Formel (5) kann der Frequenz-Offset exakt gemäß Formel (6) abgeleitet werden.
Wobei f₀ dem Frequenz-Offset und Δf_u dem Abstand der Unterträger in der Frequenzdomäne entsprechen.
Nachfolgend wird eine Sendesystemstruktur, die die in den 1 und 2 gezeigte Technik verwendet, mit Bezug auf 3 erläutert. 3 zeigt das funktionale Blockdiagramm der vorgeschlagenen Sendesystemstruktur für die fortgeschrittene Timing-Erfassung. Wie man aus 3 erkennen kann, werden gemäß der vorliegenden Erfindung die zu übertragenden Daten an einen Kanalcodierer 1 geleitet. Die Ausgabe des Kanalcodierers 1 wird an einen Synchronisationssymbol-Einfügeschaltkreis 2 geleitet. In dem Synchronisationssymbol-Einfügeschaltkreis 2 werden die Referenzsymbole von einem Speicher 4 durch einen Multiplexer 3 mit den zu übertragenden Daten gemultiplext. Die Ausgabe von dem Synchronisationssymbol-Einfügeschaltkreis 2 wird einen OFDM-Burstmodus-Controller 5 geleitet. Die Ausgabe von dem OFDM-Burstmodus-Controller 5 wird an einen inversen FFT-Schaltkreis 6 geleitet. Die Ausgabe von dem inversen FFT-Schaltkreis 6 wird an einen Synchronisationsleistungs-Anpassungsschaltkreis 7 geleitet.
Wie nachfolgend erläutert, wird in dem Synchronisationsleistungs-Anpassungsschaltkreis 7 die Sendeleistung erhöht, wenn die Referenzsymbole gesendet werden. Der Ausgang des Synchronisationsleistungs-Anpassungsschaltkreises 7 wird an einen Synchronisationsmuster-Rotations(invertierungs)schaltkreis 8 geleitet. Der Synchronisationsmuster-Rotierungsschaltkreis 8 enthält einen Schaltkreis 9 zum Extrahieren des letzten Synchronisationsmusters eines Referenzsymbols, einen Phasenschieber 10 und einen Kombinierschaltkreis 10, der das phasenverschobene letzte Synchronisationsmuster eines Referenzsymbols mit dem anderen Synchronisationsmuster des gleichen Symbols kombiniert. Die Ausgabe des Synchronisationsmuster-Rotationsschaltkreises 8 wird an einen Schaltkreis 12, der eine zyklische Erweiterung einfügt, geleitet. Dann wird der Datenstrom, der die zu sendenden Daten enthält, sowie die Referenzsymbole durch einen Modulator 13 auf einer RF-Frequenz moduliert. Nach dem Filtern 14 werden die zu sendenden Daten an eine RF-Frontend-Stufe 15 geleitet. Wie man aus 3 erkennen kann, werden die Synchronisationssymbole in der Frequenzdomäne eingefügt, um den im Allgemeinen großen Implementationsaufwand zu vermeiden, wenn man diese in der Zeitdomäne einfügt.
Die Durchschnittsleistung des Synchronisationssymbols ist geringer als die Durchschnittsleistung der anderen OFDM-Symbole aufgrund der kleineren Anzahl der modulierten Unterträger. Daher ist ein Synchronisationsleistungs-Anpassungsschaltkreis 7 vorgesehen, um die Sendeleistung zu erhöhen, um die Durchschnittsleistung der OFDM-Datensymbole anzupassen. Dies kann durch eine Multiplikation jedes Sample des Referenzsymbols mit einem Leistungsanpassungsfaktor durchgeführt werden, der sich wie folgt berechnet:
Nach der Leistungsanpassung wird das letzte Synchronisationsmuster um 180° rotiert, das durch eine Multiplikation mit –1 und dem Synchronisationsmuster-Rotationsschaltkreis 8 realisiert wird. Nachdem das komplexe Signal in ein reales Signal durch den IQ-Modulator 13 konvertiert ist, wird es an die TX-RF-Frontend-Stufe 15 geleitet.
Nun wird die Struktur eines Empfängers gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 4 beschrieben.
Wie man aus 4 entnehmen kann, werden die empfangenen Daten von einer RF-Frontend-Stufe 16 des Empfängers an einen IQ-Demodulator 17 geleitet. Das komplexe Ausgangssignal des IQ-Demodulators 17 wird an einen Synchronisationsschaltkreis 18 geleitet. Der Synchronisationsschaltkreis 18 umfasst einen Timing-Erfassungsschaltkreis 19 und neben weiteren einen Frequenz-Erfassungsschaltkreis 24. Wie in 4 gezeigt ist, entspricht ein Teil der internen Struktur des Timing-Erfassungsschaltkreises 19 dem Korrelator, der in 7 gezeigt ist.
Die zugeführten Daten werden mit Daten gemischt (multipliziert), die um N_sp (Zeitdauer eines Synchronisationsmusters) verzögert 30 worden sind und die komplex konjugiert 31 worden sind. Die gemischten Daten werden einerseits an einen Addierer 36 und andererseits an einen Verzögerungsschaltkreis 33 geleitet, der eine Verzögerung von (N – 2·N_sp) mit Bezug auf die neue fortgeschrittene Struktur des Referenzsymbols bereitstellt. Die Ausgabe des Verzögerungsschaltkreises 33 wird von der Ausgabe des Addierers 36 subtrahiert 34. Die Ausgabe des Subtraktionsschaltkreises 34 wird um eine Einheit verzögert 35 und dann an den Addierer 36 zurückgeführt.
Die Ausgabe des Synchronisationsschaltkreises 18 wird an einen FFT-Schaltkreis 21 geleitet. Die Ausgabe des FFT-Schaltkreises 21 wird an einen OFDM-Burst-Deformatierungsschaltkreis 22 geleitet und dann an einen Kanaldecodierer 23.
Daher wird, wie in 4 gezeigt, in dem Empfänger der Signalausgang der RF-Frontend-Stufe 16 in ein komplexes Signal für den IQ-Demodulator 17 konvertiert. Das Synchronisationssubsystem 18 berechnet dann die Zeit und Frequenz-Offset, die dem Signal hinzugefügt wurden und korrigiert die Fehler. Für die anfängliche Synchronisation zu Beginn eines Rahmen werden Timing- und Frequenz-Erfassungsalgorithmen verwendet, während der Verfolgungsalgorithmus die Synchronisation für eine Rahmendauer durch Aktualisieren der Erfassungsergebnisse beibehält. Die Genauigkeit des Timing-Erfassungsalgorithmus ist erheblich durch die modifizierte Struktur des Referenzsymbols gemäß der vorliegenden Erfindung verbessert. Um diese Struktur zu unterstützen, werden eine spezielle Korrelation und eine Maximumdetektionseinheit 20 verwendet. Anhand der genaueren Ergebnisse der Timing-Erfassung kann auch die Genauigkeit der Frequenz-Erfassung verbessert werden.
Die Erfindung eliminiert daher vollständig die Effekte des zufälligen Beitrags von benachbarten Datensymbolen auf einen korrelationsbasierten Synchronisationsalgorithmus. Durch die Invertierung des letzten Synchronisationsmusters und des Referenzsymbols wird die Korrelationsspitze, die verwendet wird, um das Symbol-Timing zu bestimmen, in das Referenzsymbol verschoben. Die Genauigkeit der Timing-Fehlerschätzung wird somit erheblich verbessert.
Die vorliegende Erfindung kann insbesondere für OFDM-Systeme verwendet werden. Technische Gebiete für die Erfindung sind z. B. drahtlose ATM-Systeme mit hohen Datenraten, WHN (drahtloses Heimnetzwerk) und WLAN ähnliche Anwendungen.

Claims

Verfahren zum Synchronisieren von digitalen Kommunikationssystemen mit folgenden Schritten: – Senden und Empfangen eines Referenzsymbols (RS), das aus einer Abfolge von mehreren Synchronisationsmustern (SP) besteht, wobei jedes Synchronisationsmuster (SP) aus einer Sequenz von Samplen besteht, und – Autokorrelieren des empfangenen Referenzsymbols (RS), um das Timing einer Korrelationsspitze zu detektieren, wobei mindestens eines, jedoch nicht jedes der Synchronisationsmuster (SP) zum Beginn und/oder zum Ende des Referenzsymbols (RS) um 180° phasenverschoben wird, und wobei das Korrelationsfenster gleich der gesamten Anzahl der Synchronisationsmuster (SP) minus der Anzahl der um 180° phasenverschobenen Synchronisationsmuster (SP) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzsymbol (RS) mit Hilfe von OFDM übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nur jeder (N/N_sp)-te Unterträger moduliert wird, wenn das Referenzsymbol (RS) erzeugt wird (5).
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeleistung erhöht wird (7) wenn das Referenzsymbol (RS) übertragen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ergebnis der Korrelation (19) verwendet wird, um einen Frequenz-Offset abzuleiten (24).
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zu übertragende Referenzsymbol mit Datensymbolen in der Frequenzdomäne gemultiplext wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zyklische Erweiterung zwischen zwei aufeinander folgenden zu übertragenden Symbolen eingefügt wird (12).
Digitales Kommunikationssystem, umfassend: – eine Sendeeinrichtung zum Senden eines Referenzsymbols (RS), das aus einer Abfolge von mehreren Synchronisationsmustern (SP) besteht, wobei jedes Synchronisationsmuster (SP) aus einer Sequenz von Samplen besteht, und – eine Einrichtung zum Empfangen und zum Autokorrelieren eines Referenzsymbols, um das Timing einer Korrelationsspitze zu detektieren, wobei die Sendeeinrichtung eine Verschiebeeinrichtung (10) zum Verschieben der Phase von mindestens einem, jedoch nicht jedem der Synchronisationsmuster (SP) um 180° am Beginn und/oder am Ende des Referenzsymbols (RS) umfasst, gekennzeichnet dadurch, dass die Einrichtung zum Autokorrelieren dazu geeignet ist, ein Korrelationsfenster zu benutzen, das gleich der gesamten Anzahl der Synchronisationsmuster (SP) minus der Anzahl der um 180° phasenverschobenen Synchronisationsmuster (SP) ist.
Digitales Kommunikationssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung ein OFDM-System verwenden, um das Referenzsymbol (RS) zu übertragen.
Digitales Kommunikationssystem nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch eine Modulationseinrichtung (5) zum Modulieren nur jedes (N/N_sp)-ten Unterträgers, wenn das Referenzsymbol (RS) erzeugt wird.
Digitales Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet durch eine Anpassungseinrichtung (7), das die Sendeleistung erhöht, wenn das Referenzsymbol (RS) übertragen wird.
Digitales Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 8 bis 11, gekennzeichnet durch eine Frequenzerfassungseinrichtung (24), die das Ergebnis der Korrelation verwendet, um einen Frequenz-Offset abzuleiten.
Digitales Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 8 bis 12, gekennzeichnet durch einen Multiplexer (3), der ein Referenzsymbol (RS) in die Datensymbole in der Frequenzdomäne einfügt.
Digitales Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 8 bis 13, gekennzeichnet durch eine Einfügeeinrichtung (12) zum Einfügen einer zyklischen Erweiterung zwischen zwei aufeinander folgenden zu übertragenden Symbolen.