DE102011103642B4 - Method and device for determining a frame start of a communication signal - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Bestimmen eines Rahmenstarts eines zu analysierenden Kommunikationssignals (7, 7), mit den nachfolgenden Verfahrensschritten:- Erfassen (S) von zumindest einem Signalbereich (Y) von dem zu analysierenden Kommunikationssignal (7, 7) mit einer Erfassungseinheit (21);- Erzeugen (S) eines Referenzsignals (P) in Abhängigkeit eines Leistungsprofils des zumindest einen Signalbereichs (Y) von dem zu analysierenden Kommunikationssignal (7, 7), wobei zur Erzeugung des Referenzsignals (P) aktive Slots und Bursttypen innerhalb aktiver Slots herangezogen werden, und wobei die aktiven Slots und Bursttypen durch einen Benutzer vorgegeben sind;- Ermitteln (S) einer ersten Metrik mittels einer Faltungsoperation zwischen dem zumindest einen Signalbereich (Y) und dem Referenzsignal (P), wobei die Faltungsoperation für den Betrag des zumindest einen Signalbereichs (Y) und den konjungiert komplexen Teil des Referenzsignals (P*) berechnet wird;- Ausgeben (S) der Stelle des Maximums der ersten Metrik als Zeitversatz (τ̂) für den Rahmenstart.Method for determining a frame start of a communication signal (7, 7) to be analyzed, with the following method steps: - Detecting (S) at least one signal range (Y) from the communication signal (7, 7) to be analyzed with a detection unit (21); Generating (S) a reference signal (P) as a function of a power profile of the at least one signal range (Y) of the communication signal (7, 7) to be analyzed, with active slots and burst types within active slots being used to generate the reference signal (P), and the active slots and burst types being specified by a user; determining (S) a first metric by means of a convolution operation between the at least one signal range (Y) and the reference signal (P), the convolution operation for the magnitude of the at least one signal range (Y ) and the complex conjugate part of the reference signal (P *) is calculated; - Output (S) the position of the maximum of the first Metric as time offset (τ̂) for the frame start.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Rahmenstarts (engl. framestart) eines digitalisierten Kommunikationssignals, insbesondere eines GSM-Signals (engl. global system for mobile communication; dt. weltweites System zur mobilen Kommunikation).The invention relates to a method and a device for determining a frame start of a digitized communication signal, in particular a GSM signal (global system for mobile communication; dt. Worldwide system for mobile communication).

Oft ist es in Entwicklungsphasen notwendig, dass ein Kommunikationssignal, welches beispielsweise von einem Prototyp eines zu entwickelnden Kommunikationssystems, beispielsweise eines mobilen Endgerätes, erzeugt wird, auf etwaige Fehler analysiert werden kann. Ein solches Kommunikationssignal wird digitalisiert, um es anschließend demodulieren zu können. Innerhalb des Kommunikationssignals, bei welchem es sich beispielsweise um ein GSM-Signal handelt, werden die Informationen innerhalb von einzelnen Bursts übertragen, wobei meist ein Burst innerhalb eines Slots (engl. Schlitz) übertragen wird. Mehrere Slots sind dabei zu einem Rahmen zusammengefasst. Um die einzelnen Bursts innerhalb der einzelnen Slots demodulieren zu können, ist die Kenntnis über den Beginn des Rahmens notwendig. Um den Rahmenstart zu ermitteln, gibt es verschiedene Verfahren, die diesen bis hin zu einem Bruchteil eines Symbols genau ermitteln können. Allerdings steigt der Rechenaufwand, mit welcher der Rahmenstart ermittelt werden kann, mit der Genauigkeit, mit welcher er ermittelt werden soll. Bei vielen Anwendungen, z.B. bei Produktionstests, ist es allerdings häufig ausreichend, wenn der Rahmenstart auf zwei bis drei Symbole genau berechnet werden kann, weil ein nachfolgendes Synchronisationsverfahren einen Suchbereich aufweist, der mehrere Symbole umfasst.In development phases it is often necessary that a communication signal, which is generated, for example, by a prototype of a communication system to be developed, for example a mobile terminal, can be analyzed for any errors. Such a communication signal is digitized so that it can then be demodulated. Within the communication signal, which is, for example, a GSM signal, the information is transmitted within individual bursts, with a burst usually being transmitted within a slot. Several slots are combined to form a frame. In order to be able to demodulate the individual bursts within the individual slots, knowledge of the start of the frame is necessary. To determine the start of the frame, there are various methods that can determine this precisely down to a fraction of a symbol. However, the computational effort with which the frame start can be determined increases with the accuracy with which it is to be determined. In many applications, e.g. in production tests, however, it is often sufficient if the frame start can be calculated with an accuracy of two to three symbols, because a subsequent synchronization process has a search area that includes several symbols.

Die US 2006/0114812 A1 lehrt ein Verfahren und eine Vorrichtung, um in einem zellularen System basierend auf OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access) Downlinksignale zu konfigurieren, zu synchronisieren und Zellen zu suchen. Diese Druckschrift beschreibt eine Einrichtung zur Konfiguration eines Downlinksignals bestehend aus einem ersten Präambel Generator, um eine erste Präambel bestehend aus einem ersten Symbol und einem zweiten Symbol zu erzeugen, sodass eine Phasendifferenz zwischen dem ersten und zweiten Symbol 180° beträgt, und somit eine Zeit und Frequenzsynchronisation durchgeführt wird. Des Weiteren offenbart diese Druckschrift einen zweiten Präambel Generator, um eine zweite Präambel zu generieren, die zumindest ein Sende-Symbol beinhaltet, sodass die zweite Präambel zellspezifische Muster für eine Vielzahl von Zellen zum Zweck der Zellsuche aufweist. Diese Druckschrift zeigt auch einen Pilotmuster Generator, der Pilotmuster generiert, die einer Vielzahl von Pilot-Symbolen auf der Zeitachse und Frequenzachse zugewiesen werden, wobei ein Rahmen (frame) des Downlinksignals einen ersten Schlitz (slot) enthält, der aus den ersten und zweiten Präambeln besteht und einer Mehrzahl an zweiten Schlitzen, welche die Pilotsymbole enthalten. Des Weiteren zeigt diese Druckschrift einen Downlinksignal-Synchronisierer in einem Mobil-Kommunikationssystem, der aus einem initialen Synchronisationsschätzer und einem Zell-Sucher besteht.The US 2006/0114812 A1 teaches a method and apparatus for configuring, synchronizing, and searching for cells in a cellular system based on OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access) downlink signals. This document describes a device for configuring a downlink signal consisting of a first preamble generator in order to generate a first preamble consisting of a first symbol and a second symbol so that a phase difference between the first and second symbol is 180 °, and thus a time and Frequency synchronization is performed. Furthermore, this document discloses a second preamble generator in order to generate a second preamble which contains at least one send symbol, so that the second preamble has cell-specific patterns for a plurality of cells for the purpose of cell search. This document also shows a pilot pattern generator that generates pilot patterns that are assigned to a plurality of pilot symbols on the time axis and frequency axis, a frame of the downlink signal containing a first slot, which is made up of the first and second preambles and a plurality of second slots containing the pilot symbols. This document also shows a downlink signal synchronizer in a mobile communication system, which consists of an initial synchronization estimator and a cell finder.

Die US 2007/0217524 A1 offenbart eine Rahmen-Timing-Synchronisationstechnik für orthogonale Frequenzmultiplex-(OFDM) Systeme. Diese Druckschrift zeigt, dass zunächst eine grobe Synchronisationstechnik eine grobe Rahmen-Timing Abschätzung (frame timing estimate) erzeugt, indem ein empfangenes Eingangssignal einem Autokorrelator zugeführt wird und dann das autokorrelierte Signal von einem „Sliding Window“ Differenzierer weiterverarbeitet wird und einem Kreuzkorrelator zugeführt wird. In weiterer Folge erzeugt eine feine Synchronisationstechnik eine feine Rahmen-Timing-Abschätzung, wobei die grobe Rahmen-Timing-Abschätzung herangezogen wird, um die Anzahl der Kreuzkorrelationsberechnungen zu reduzieren. Zusätzlich erhält die Fein-Synchronisationstechnik eine Feinrahmen-Timing-Abschätzung basierend auf einem Signal-zu-Interferenz-Verhältnis (SIR-Metrik). Diese Druckschrift lehrt des Weiteren, dass eine Feinabstimmungstechnik eine gewünschte Rahmen-Timing-Abschätzung erzeugt, indem ein erster Signalpfad in einem Suchfenster in der Umgebung der Feinrahmen-Timing-Abstimmung gesucht wird, um die Rahmen-Timing-Synchronisation weiter zu verfeinern.The US 2007/0217524 A1 discloses a frame timing synchronization technique for orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) systems. This publication shows that a rough synchronization technique initially generates a rough frame timing estimate by feeding a received input signal to an autocorrelator and then processing the autocorrelated signal further by a "sliding window" differentiator and feeding it to a cross correlator. Subsequently, a fine synchronization technique produces a fine frame timing estimate, using the coarse frame timing estimate to reduce the number of cross-correlation calculations. In addition, the fine synchronization technique receives a fine frame timing estimate based on a signal-to-interference ratio (SIR metric). This reference further teaches that a fine-tuning technique produces a desired frame timing estimate by searching for a first signal path in a search window in the vicinity of the fine-frame timing to further refine the frame timing synchronization.

Die US 7,764,593 B2 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung, um Downlinksignale zu konfigurieren, sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Synchronisation und Zellsuche in einem Mobilkommunikationssystem. Diese Druckschrift zeigt, dass in einem Downlinkrahmen, der eine Vielzahl von Symbolen aufweist, Pilot-Subträger in Bezug auf Zeit- und Frequenzachsen verteilt angeordnet werden. Die initiale Symbol- und Frequenzsynchronisation wird unter Verwendung einer Position geschätzt, bei welcher eine Autokorrelation zwischen einem zyklischen Prefix Symbol eines Downlinksignals und einem gültigen Symbol des Downlinksignals maximal ist. Diese Druckschrift lehrt auch, dass Zellsuche und Integer-Zeit-Synchronisation geschätzt werden, indem Pilot-Subträger, welche im geschätzten Symbol vorhanden sind, herangezogen werden. Diese Druckschrift offenbart auch, dass eine Feinsymbolsynchronisation, Feinfrequenzsynchronisation und eine Downlink-Rahmensynchronisation unter Verwendung eines geschätzten Zellsuchresultats geschätzt werden.The US 7,764,593 B2 describes a method and a device to configure downlink signals, as well as a method and a device for synchronization and cell search in a mobile communication system. This document shows that in a downlink frame which has a large number of symbols, pilot subcarriers are arranged in a distributed manner with respect to time and frequency axes. The initial symbol and frequency synchronization is estimated using a position at which an autocorrelation between a cyclic prefix symbol of a downlink signal and a valid symbol of the downlink signal is maximum. This reference also teaches that cell search and integer time synchronization are estimated using pilot subcarriers present in the estimated symbol. This reference also discloses that fine symbol synchronization, fine frequency synchronization and downlink frame synchronization are estimated using an estimated cell search result.

Die EP 2 057 855 B1 offenbart ein Verfahren zur Synchronisation von Kommunikations-Signalen (Uplink-Signalen), die von einem mobilen Gerät an eine Basisstation gesendet werden. Für die Datenübertragung von einem mobilen Gerät zu einer Basisstation (Aufwärtsverbindung bzw. Uplink-Verbindung) muss die Basisstation sicherstellen, dass das mobile Gerät mit dem Übertragungsschema der Funkschnittstelle mit angemessener Genauigkeit synchronisiert ist, um Übertragungsressourcen, wie Bandbreite (bandwidth), verfügbare Zeitschlitze in Übertragungsrahmen (transmission frames), sowie auch die Übertragungsleistung, optimal zu nutzen. Dies wird gemäß dieser Druckschrift erreicht, indem die Basisstation empfangene Uplink-Signale analysiert, entsprechende Anpassungswerte für die Uplink-Übertragungsparameter des mobilen Gerätes ermittelt, und schließlich Daten an das mobile Gerät überträgt, um dessen Uplink-Übertragungsparameter so anzupassen, dass die gewünschte Synchronisation erreicht wird. In mobilen GSM- oder auch UMTS Netzwerken wird eine solche Synchronisation mittels einem sogenannten physischen Zufalls-Zugriffs-Kanal (Random Access Channel, RACH), der von der Basisstation bereitgestellt wird, realisiert. Ein mobiles Gerät sendet ein spezifisches Burst-Signal, den sogenannten ZugriffsBurst, über den Zufalls-Zugriffs-Kanal an die Basisstation. Dieser Zugriffs-Burst dient eigens der Synchronisation und ist zu unterscheiden von den „normalen“ Datenübertragungs-Bursts. Die genannten detektierten spezifischen Burst-Signale werden analysiert, entsprechende Anpassungsdaten werden von der Basisstation ermittelt, und zum mobilen Gerät übertragen, wodurch die gewünschte Synchronisation erreicht wird. The EP 2 057 855 B1 discloses a method for the synchronization of communication signals (uplink signals) which are sent from a mobile device to a base station. For data transmission from a mobile device to a base station (uplink or uplink connection), the base station must ensure that the mobile device is synchronized with the transmission scheme of the radio interface with adequate accuracy in order to use transmission resources, such as bandwidth, available time slots in To use transmission frames, as well as the transmission power, optimally. According to this publication, this is achieved by the base station analyzing received uplink signals, determining appropriate adaptation values for the uplink transmission parameters of the mobile device, and finally transmitting data to the mobile device in order to adapt its uplink transmission parameters so that the desired synchronization is achieved becomes. In mobile GSM or UMTS networks, such synchronization is implemented using what is known as a physical random access channel (RACH), which is provided by the base station. A mobile device sends a specific burst signal, the so-called access burst, to the base station via the random access channel. This access burst is used specifically for synchronization and is to be differentiated from the "normal" data transmission bursts. Said detected specific burst signals are analyzed, corresponding adaptation data are determined by the base station and transmitted to the mobile device, whereby the desired synchronization is achieved.

Aus der DE 101 59 911 A1 ist ein Verfahren zum Verarbeiten eines Kommunikationssignals und zum Ermitteln eines Rahmenstarts bekannt. Nachteilig an der DE 101 59 911 A1 ist, dass der Rahmenstart zwar relativ genau ermittelt wird, allerdings damit auch ein hoher Rechenaufwand notwendig ist.From the DE 101 59 911 A1 a method for processing a communication signal and for determining a frame start is known. The disadvantage of the DE 101 59 911 A1 is that the frame start is determined relatively precisely, but it also requires a high level of computing effort.

Es ist daher die Aufgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung, eine Lösung zu schaffen, um für ein aufgezeichnetes, digitalisiertes Kommunikationssignal, möglichst schnell den notwendigen Rahmenstart innerhalb eines Signalbereichs des aufgezeichneten digitalisierten Kommunikationssignals mit einer derart hohen Genauigkeit zu ermitteln, dass dieser in den Suchbereich eines nachfolgenden Synchronisationsverfahrens fällt.It is therefore the object of the method according to the invention and the device according to the invention to create a solution to determine the necessary frame start for a recorded, digitized communication signal as quickly as possible within a signal range of the recorded digitized communication signal with such a high level of accuracy that it is in the Search area of a subsequent synchronization process falls.

Die Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens zum Bestimmen des Rahmenstarts durch die Merkmale des Anspruchs 1 und bezüglich der Vorrichtung zum Bestimmen des Rahmenstarts durch die Merkmale des Anspruchs 9 gelöst. Der Anspruch 17 beinhaltet ein Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln, um sämtliche Verfahrensschritte ausführen zu können, wenn das Programm auf einem Computer oder einem digitalen Signalprozessor ausgeführt wird. Der Anspruch 18 enthält ein Computerprogramm-Produkt mit insbesondere auf einen maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode-Mitteln, um alle Verfahrensschritte durchführen zu können, wenn das Programm auf einem Computer oder einem digitalen Signalprozessor ausgeführt wird. In den jeweiligen Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bestimmen des Rahmenstarts und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bestimmen des Rahmenstarts angegeben.The object is achieved with regard to the method for determining the frame start by the features of claim 1 and with regard to the device for determining the frame start by the features of claim 9. Claim 17 contains a computer program with program code means in order to be able to carry out all method steps when the program is carried out on a computer or a digital signal processor. Claim 18 contains a computer program product with program code means stored in particular on a machine-readable carrier in order to be able to carry out all method steps when the program is executed on a computer or a digital signal processor. Advantageous developments of the method according to the invention for determining the frame start and the device according to the invention for determining the frame start are specified in the respective subclaims.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen eines Rahmenstarts eines zu analysierenden Kommunikationssignals umfasst mehrere Verfahrensschritte. In einem ersten Verfahrensschritt wird zumindest ein Signalbereich von dem zu analysierenden Kommunikationssignals mit einer Erfassungseinheit erfasst. In einem weiteren Verfahrensschritt wird ein Referenzsignal in Abhängigkeit von einem Leistungsprofil des zumindest einen Signalbereichs des zu analysierenden Kommunikationssignals erzeugt. In einem weiteren Verfahrensschritt wird mittels einer Faltungsoperation eine erste Metrik zwischen dem zumindest einen Signalbereich und dem Referenzsignal ermittelt. In einem abschließenden Verfahrensschritt wird die Stelle des Maximums der ersten Metrik als Zeitversatz für den Rahmenstart ausgegeben.The method according to the invention for determining a frame start of a communication signal to be analyzed comprises several method steps. In a first method step, at least one signal range of the communication signal to be analyzed is recorded with a detection unit. In a further method step, a reference signal is generated as a function of a power profile of the at least one signal range of the communication signal to be analyzed. In a further method step, a first metric between the at least one signal range and the reference signal is determined by means of a convolution operation. In a final method step, the position of the maximum of the first metric is output as a time offset for the start of the frame.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn aufgrund einer Faltungsoperation von dem zumindest einen Signalbereich und dem Referenzsignal, welches ein ähnliches Leistungsprofil hat, wie der zumindest eine Signalbereich, sehr schnell eine erste Metrik berechnet werden kann, wobei die Stelle, bzw. der Index des Maximums der ersten Metrik als Zeitversatz für den Rahmenstart herangezogen wird. Die notwendigen Rechenoperationen lassen sich sehr schnell und sehr effizient beispielsweise auf einen digitalen Signalprozessor ausführen.It is particularly advantageous if a first metric can be calculated very quickly on the basis of a convolution operation of the at least one signal range and the reference signal, which has a power profile similar to that of the at least one signal range, the point or the index of the maximum of the first metric is used as a time offset for the frame start. The necessary arithmetic operations can be carried out very quickly and very efficiently, for example on a digital signal processor.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bestimmen eines Rahmenstarts eines zu analysierenden Kommunikationssignals ist es besonders vorteilhaft, wenn die Vorrichtung eine Erfassungseinheit aufweist, durch die zumindest ein Signalbereich von dem zu analysierenden Signal erfassbar ist. Die Vorrichtung weist bevorzugt ebenfalls einen Signalgenerator auf, mit dem ein Referenzsignal in Abhängigkeit von einem Leistungsprofil des zumindest einen Signalbereichs von dem zu analysierenden Kommunikationssignals erzeugbar ist. Die Vorrichtung weist bevorzugt eine Recheneinheit auf, durch die eine erste Metrik mittels einer Faltungsoperation zwischen dem zumindest einen Signalbereich und dem Referenzsignal ermittelbar ist. Die Recheneinheit kann ebenfalls die Stelle des Maximums der ersten Metrik bestimmen und als Zeitversatz für den Rahmenstart ausgeben.In the device according to the invention for determining a frame start of a communication signal to be analyzed, it is particularly advantageous if the device has a detection unit by which at least one signal range of the signal to be analyzed can be detected. The device preferably also has a signal generator with which a reference signal can be generated as a function of a power profile of the at least one signal range of the communication signal to be analyzed. The device preferably has a computing unit through which a first metric is generated by means of a Convolution operation between the at least one signal range and the reference signal can be determined. The computing unit can also determine the position of the maximum of the first metric and output it as a time offset for the start of the frame.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn innerhalb der Vorrichtung ein Referenzsignal durch einen Signalgenerator erzeugt werden kann, welches ein Leistungsprofil aufweist, das zu dem Leistungsprofil des zumindest einen Signalbereichs des zu analysierenden Kommunikationssignals ähnlich ist. Dies erlaubt, dass mittels einer Recheneinheit eine erste Metrik der Faltungsoperation zwischen dem zumindest einen Signalbereich des zu analysierenden Kommunikationssignals und dem Referenzsignal ermittelbar ist, wobei die Stelle, bzw. der Index des Maximums der ersten Metrik als Zeitversatz für den Rahmenstart ausgebbar ist. Die dargestellten Operationen können sehr einfach und effizient innerhalb eines digitalen Signalprozessors ausgeführt werden. Der Zeitversatz für den Rahmenstart wird dabei ausreichend genau geschätzt, sodass er in den Suchbereich eines nachfolgenden Synchronisationsverfahrens fällt.It is particularly advantageous if a reference signal can be generated within the device by a signal generator which has a performance profile that is similar to the performance profile of the at least one signal range of the communication signal to be analyzed. This allows a first metric of the convolution operation between the at least one signal range of the communication signal to be analyzed and the reference signal to be determined by means of a computing unit, the position or the index of the maximum of the first metric being able to be output as a time offset for the start of the frame. The operations shown can be carried out very simply and efficiently within a digital signal processor. The time offset for the start of the frame is estimated with sufficient accuracy so that it falls within the search range of a subsequent synchronization process.

Ein weiterer Vorteil bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bestimmen eines Rahmenstarts besteht, wenn die erste Metrik der zyklischen Faltungsoperation zwischen dem Betrag des zumindest einen Signalbereichs und dem Referenzsignal mittels der weiteren Verfahrensschritte berechnet wird. Innerhalb einem der weiteren Verfahrensschritte wird der zumindest eine Signalbereich und das Referenzsignal mittels einer schnellen Fouriertransformation in den Frequenzbereich transformiert. Weiterhin wird der in den Frequenzbereich transformierte zumindest eine Signalbereich des zu analysierenden Kommunikationssignals mit dem konjugiert komplexen Teil des Referenzsignals multipliziert. Anschließend wird bei dieser bevorzugten Weiterbildung das Ergebnis der Multiplikation des zumindest einen Signalbereichs des zu analysierenden Kommunikationssignals mit dem konjugiert komplexen Teil des Referenzsignals mittels einer inversen schnellen Fouriertransformation in den Zeitbereich zurücktransformiert. Schlussendlich wird die Stelle des Maximums der ersten Metrik des Realteils des in den Zeitbereich zurücktransformierten Multiplikationsergebnisses als Zeitversatz für den Rahmenstart ausgeben. Besonders vorteilhaft ist der Einsatz einer schnellen Fouriertransformation für die Transformation in den Frequenzbereich und in den Zeitbereich, die sehr effizient auf einem digitalen Signalprozessor ausgeführt werden kann. Es ist ebenfalls besonders vorteilhaft, dass einzig der Realteil des in den Zeitbereich zurücktransformierten Multiplikationsergebnisses für das Ermitteln des Maximums der ersten Metrik herangezogen wird, weil der Imaginärteil ein Rauschen beinhaltet. Dadurch kann der Zeitversatz für den Rahmenstart noch genauer angegeben werden.Another advantage of the method according to the invention for determining a frame start is when the first metric of the cyclic convolution operation between the amount of the at least one signal range and the reference signal is calculated using the further method steps. Within one of the further method steps, the at least one signal range and the reference signal are transformed into the frequency range by means of a fast Fourier transformation. Furthermore, the at least one signal range of the communication signal to be analyzed which has been transformed into the frequency range is multiplied by the conjugate complex part of the reference signal. In this preferred development, the result of the multiplication of the at least one signal range of the communication signal to be analyzed with the complex conjugate part of the reference signal is then transformed back into the time domain by means of an inverse fast Fourier transformation. Finally, the position of the maximum of the first metric of the real part of the multiplication result transformed back into the time domain is output as a time offset for the start of the frame. The use of a fast Fourier transformation for the transformation into the frequency domain and into the time domain, which can be carried out very efficiently on a digital signal processor, is particularly advantageous. It is also particularly advantageous that only the real part of the multiplication result transformed back into the time domain is used for determining the maximum of the first metric because the imaginary part contains noise. This allows the time offset for the frame start to be specified even more precisely.

Zusätzlich besteht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bestimmen eines Rahmenstarts ein Vorteil, wenn eine erste Anzahl von Nullen an den Betrag des zumindest einen Signalbereichs und an das Referenzsignal angehängt wird, sodass der Betrag des zumindest einen Signalbereichs und das Referenzsignal eine Länge aufweisen, die gleich einer Zweierpotenz ist und wenn eine zweite Anzahl aller Elemente die sich vor den angehängten Nullen innerhalb des Referenzsignals befinden, mit Ausnahme eines ersten Elements, kopiert werden und wenn diese zweite Anzahl an Elementen an das Ende des Referenzsignals eingefügt werden, ohne dieses dabei zu verlängern. Dies erlaubt den Einsatz einer zyklischen Faltungsoperation, die besonders effizient durch eine schnelle Fouriertransformation berechnet werden kann, sofern die Länge eine Zweierpotenz ist.In addition, there is an advantage in the method according to the invention for determining a frame start if a first number of zeros is appended to the amount of the at least one signal range and to the reference signal, so that the amount of the at least one signal range and the reference signal have a length that is equal to one Is a power of two and if a second number of all elements that are located before the attached zeros within the reference signal, with the exception of a first element, are copied and if this second number of elements are inserted at the end of the reference signal without lengthening it. This allows the use of a cyclic convolution operation, which can be calculated particularly efficiently using a fast Fourier transformation, provided the length is a power of two.

Weiterhin besteht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bestimmen eines Rahmenstarts ein Vorteil, wenn der Betrag des zumindest einen Signalbereichs und des Referenzsignals derart gefiltert und dezimiert wird, dass eine ganzzahlige Anzahl an Abtastwerten bei den beiden Signalen erhalten bleibt. Dies erlaubt, dass nicht mehr die gesamte Anzahl der aufgezeichneten Abtastwerte bearbeitet werden muss, sodass die Anzahl der notwendigen Rechenoperationen reduziert wird.Furthermore, the method according to the invention for determining a frame start has an advantage if the magnitude of the at least one signal range and the reference signal is filtered and decimated in such a way that an integer number of samples is retained for the two signals. This means that it is no longer necessary to process the entire number of recorded samples, so that the number of necessary arithmetic operations is reduced.

Schlussendlich besteht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bestimmen des Rahmenstarts ein Vorteil, wenn durch Interpolieren des Zeitversatzes ein weiterer Zeitversatz ermittelbar ist und wenn dieser weitere Zeitversatz zu dem Zeitversatz addierbar ist. Durch das Interpolieren des Zeitversatzes kann die Genauigkeit des geschätzten Zeitversatzes für den Rahmenstart erhöht werden, der im Zuge der Dezimation niedriger wurde.Finally, the method according to the invention for determining the start of the frame has an advantage if a further time offset can be determined by interpolating the time offset and if this further time offset can be added to the time offset. By interpolating the time offset, the accuracy of the estimated time offset for the frame start can be increased, which became lower in the course of the decimation.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ermitteln eines Rahmenstarts besteht ein Vorteil, wenn es sich bei dem zu analysierenden Kommunikationssignal um ein digitalisiertes GSM-Signal handelt und/oder wenn es sich bei dem zumindest einen Signalbereich um zumindest einen Rahmen handelt und/oder wenn die Faltungsoperation für den zumindest einen Signalbereich und das Referenzsignal berechenbar ist und/oder wenn es sich bei der Faltungsoperation um eine zyklische Faltungsoperation handelt. Weil bei Produktionstest hauptsächlich periodische GSM-Signale analysiert werden, kann der zu analysierende zumindest eine Signalbereich auf einen Rahmen reduziert werden, der notwendigerweise einen Rahmenstart enthält, wobei der ermittelte Rahmenstart zum Ermitteln der Position der weiteren Rahmenstarts der folgenden Rahmen verwendet werden kann. Eine Periode entspricht dabei bevorzugt einem Rahmen eines GSM-Signals. Es ist ebenfalls vorteilhaft, wenn die Faltungsoperation den konjugiert komplexen Teil des Referenzsignals verwendet und wenn es sich bei der Faltungsoperation um eine zyklische Faltungsoperation handelt, weil diese dann sehr effizient mittels einer schnellen Fouriertransformation berechnet werden können.The inventive device for determining a frame start is advantageous if the communication signal to be analyzed is a digitized GSM signal and / or if the at least one signal range is at least one frame and / or if the convolution operation for the at least one signal range and the reference signal can be calculated and / or if the convolution operation is a cyclic convolution operation. Because mainly periodic GSM signals are analyzed during production tests, the one to be analyzed can at least one Signal range can be reduced to a frame that necessarily contains a frame start, wherein the determined frame start can be used to determine the position of the further frame starts of the following frames. One period here preferably corresponds to one frame of a GSM signal. It is also advantageous if the convolution operation uses the complex conjugate part of the reference signal and if the convolution operation is a cyclic convolution operation, because this can then be calculated very efficiently by means of a fast Fourier transform.

Außerdem besteht bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Vorteil, wenn durch die Recheneinheit eine Gewichtungsfunktion erzeugbar ist, um einzelne Bereiche innerhalb des Referenzsignals unterschiedlich stark zu gewichten und wenn durch eine dritte Multiplikationseinheit das Referenzsignal mit der Gewichtungsfunktion multiplizierbar ist und wenn durch die Recheneinheit eine zweite Metrik mittels einer Faltungsoperation der Gewichtungsfunktion mit dem quadrierten zumindest einem Signalbereich von dem zu analysierenden Kommunikationssignal ermittelbar ist und wenn durch eine sechste Multiplikationseinheit der Realteil der zweiten Metrik mit dem Ergebnis der Formel υ = 0 F 1 g ( υ τ ) P r e f ( υ τ ) 2

Figure DE102011103642B4_0001
mit u = Abtastwert, g = Gewichtsfunktion, Pref = Referenzssignal, F = Anzahl der Abtastwerte in einer Periode oder in einem Rahmen multiplizierbar ist, wenn durch die dritte Additionseinheit das Quadrat des Realteils der ersten Metrik von dem Ergebnis der sechsten Multiplikationseinheit subtrahierbar ist und wenn durch eine sechste Verarbeitungseinheit die Stelle des Maximums des Ergebnisses der Subtraktion als Zeitversatz für den Rahmenstart ausgebbar ist. Für den Fall, dass innerhalb der Produktionsumgebung bekannt ist, dass ein Rahmenstart bevorzugt innerhalb eines GSMK-modulierten Bursts innerhalb des zumindest einen Signalbereichs auftritt, kann dieser Bereich des Referenzsignals beispielsweise stärker gewichtet werden. Dies erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass ein gültiger Zeitversatz für den Rahmenstart geschätzt werden kann.There is also an advantage in the device according to the invention if a weighting function can be generated by the arithmetic unit in order to weight individual areas within the reference signal to different degrees and if the reference signal can be multiplied by the weighting function by a third multiplication unit and if the arithmetic unit uses a second metric a convolution operation of the weighting function with the squared at least one signal range of the communication signal to be analyzed can be determined and if the real part of the second metric with the result of the formula by a sixth multiplication unit υ = 0 F. - 1 G ( υ - τ ) P r e f ( υ - τ ) 2
Figure DE102011103642B4_0001
with u = sample, g = weight function, Pref = reference signal, F = number of samples in a period or in a frame can be multiplied if the square of the real part of the first metric can be subtracted from the result of the sixth multiplication unit by the third addition unit and if the position of the maximum of the result of the subtraction can be output as a time offset for the frame start by a sixth processing unit. In the event that it is known within the production environment that a frame start occurs preferably within a GSMK-modulated burst within the at least one signal range, this range of the reference signal can be weighted more heavily, for example. This increases the probability that a valid time offset for the frame start can be estimated.

Schlussendlich besteht bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Vorteil, wenn die zweite Metrik derart ermittelbar ist, dass durch eine Quadrierungseinheit der zumindest eine Signalbereich von dem zu analysierenden Kommunikationssignal quadrierbar ist und dass durch eine vierte Verarbeitungseinheit eine erste Anzahl an Nullen an das Referenzsignal anhängbar ist und dass durch eine fünfte Verarbeitungseinheit eine zweite Anzahl aller Elemente, die sich vor den angehängten Nullen innerhalb des Referenzsignals befinden, mit Ausnahme eines ersten Elements, kopierbar ist und dass durch die fünfte Verarbeitungseinheit diese zweite Anzahl an Elementen an das Ende des Referenzsignals einfügbar ist und dass durch eine dritte und vierte Fouriertransformationseinheit der zumindest eine quadrierte Signalbereich und die Gewichtungsfunktion in den Frequenzbereich transformierbar ist und dass durch die vierte Multiplikationseinheit der in dem Frequenzbereich transformierte zumindest eine quadrierte Signalbereich mit dem konjugiert komplexen Teil der in den Frequenzbereich transformierten Gewichtungsfunktion multiplizierbar ist und dass durch eine weitere inverse Fouriertransformationseinheit das Multiplikationsergebnis in den Zeitbereich transformierbar ist und dass durch die weitere inverse Fouriertransformationseinheit dieses als zweite Metrik ausgebbar ist. Das Anhängen einer ersten Anzahl an Nullen und einer zweiten Anzahl an Elementen erlaubt, dass die Faltungsoperation mittels einer zyklischen Faltungsoperation unter Verwendung einer schnellen Fouriertransformation sehr effizient und schnell innerhalb eines digitalen Signalprozessors berechenbar ist, wobei das Referenzsignal durch das Anhängen der zweiten Anzahl an Elementen nicht verlängert werden darf.Finally, there is an advantage in the device according to the invention if the second metric can be determined in such a way that the at least one signal range of the communication signal to be analyzed can be squared by a squaring unit and that a first number of zeros can be appended to the reference signal by a fourth processing unit and that by a fifth processing unit a second number of all elements that are located before the appended zeros within the reference signal, with the exception of a first element, can be copied and that this second number of elements can be inserted at the end of the reference signal by the fifth processing unit and that by a third and fourth Fourier transform unit, the at least one squared signal range and the weighting function can be transformed into the frequency range and that the at least one squared transformed in the frequency range by the fourth multiplication unit Signal range can be multiplied with the conjugate complex part of the weighting function transformed into the frequency range and that the multiplication result can be transformed into the time domain by a further inverse Fourier transformation unit and that this can be output as a second metric by the further inverse Fourier transformation unit. The appending of a first number of zeros and a second number of elements allows the convolution operation by means of a cyclic convolution operation using a fast Fourier transform to be calculated very efficiently and quickly within a digital signal processor, the reference signal not being due to the appending of the second number of elements may be extended.

Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielhaft beschrieben. Gleiche Gegenstände weisen dieselben Bezugszeichen auf. Die entsprechenden Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen:

  • 1 ein Ausführungsbeispiel eines Blockschaltbilds, das den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt;
  • 2 ein Ausführungsbeispiel eines Blockschaltbilds, das den Aufbau der erfindungsgemäßen Messeinheit zeigt;
  • 3 ein Modell, das den Zusammenhang zwischen dem idealen Leistungsprofil und dem gemessenen Signal erläutert;
  • 4 ein erfindungsgemäßes Modell zur groben Berechnung eines Zeitversatzes für den Rahmenstart;
  • 5A ein Ausführungsbeispiel, das Abtastwerte von verschiedenen Signalen enthält;
  • 5B ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel, das beschreibt, wie die Abtastwerte von verschiedenen Signalen mit Nullen ergänzt werden;
  • 5C ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel, das beschreibt, wie eine zweite Anzahl an Elementen zu den mit Nullen ergänzten Abtastwerten von verschiedenen Signalen eingefügt werden;
  • 6 ein verfeinertes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Modells zur Berechnung eines Zeitversatzes für den Rahmenstart;
  • 7 ein weiteres verfeinertes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Modells zur Berechnung eines Zeitversatzes für den Rahmenstart;
  • 8 ein weiteres verfeinertes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Modells zur Berechnung eines Zeitversatzes für den Rahmenstart;
  • 9 ein Ausführungsbeispiel eines Flussdiagramms, welches die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ermitteln eines Rahmenstarts erläutert;
  • 10 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Flussdiagramms, welches die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ermitteln eines Rahmenstarts genauer erläutert;
  • 11 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Flussdiagramms, welches die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ermitteln eines Rahmenstarts genauer erläutert;
  • 12 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Flussdiagramms, welches die Funktionsweise der Filterung und der Dezimation innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ermitteln eines Rahmenstarts genauer erläutert;
  • 13 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Flussdiagramms, welches die Funktionsweise der quadratischen Interpolation innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ermitteln eines Rahmenstarts erläutert;
  • 14 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Flussdiagramms, welches die Funktionsweise einer Gewichtungsfunktion innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ermitteln eines Rahmenstarts genauer erläutert; und
  • 15 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Flussdiagramms, welches die Funktionsweise der quadratischen Interpolation innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ermitteln eines Rahmenstarts genauer erläutert.
Various exemplary embodiments of the invention are described below by way of example with reference to the drawing. The same items have the same reference symbols. The corresponding figures in the drawing show in detail:
  • 1 an embodiment of a block diagram showing the structure of the device according to the invention;
  • 2 an embodiment of a block diagram showing the structure of the measuring unit according to the invention;
  • 3 a model that explains the relationship between the ideal power profile and the measured signal;
  • 4th a model according to the invention for roughly calculating a time offset for the frame start;
  • 5A an embodiment that includes samples from various signals;
  • 5B an embodiment according to the invention, which describes how the samples of different signals are supplemented with zeros;
  • 5C an exemplary embodiment according to the invention, which describes how a second number of elements are inserted into the zero-supplemented sample values of different signals;
  • 6th a refined embodiment according to the invention of a model for calculating a time offset for the frame start;
  • 7th a further refined exemplary embodiment according to the invention of a model for calculating a time offset for the frame start;
  • 8th a further refined exemplary embodiment according to the invention of a model for calculating a time offset for the frame start;
  • 9 an exemplary embodiment of a flow chart which explains the mode of operation of the device according to the invention for determining a frame start;
  • 10 a further exemplary embodiment of a flow chart which explains in more detail the mode of operation of the device according to the invention for determining a frame start;
  • 11 a further exemplary embodiment of a flow chart which explains in more detail the mode of operation of the device according to the invention for determining a frame start;
  • 12 a further exemplary embodiment of a flowchart which explains in more detail the functioning of the filtering and the decimation within the device according to the invention for determining a frame start;
  • 13 a further exemplary embodiment of a flow diagram which explains the mode of operation of the quadratic interpolation within the inventive device for determining a frame start;
  • 14th a further exemplary embodiment of a flow chart which explains in more detail the functioning of a weighting function within the inventive device for determining a frame start; and
  • 15th a further exemplary embodiment of a flow chart which explains in more detail the mode of operation of the quadratic interpolation within the inventive device for determining a frame start.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Blockschaltbilds, das den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 näher beschreibt. Die Vorrichtung 1 zum Bestimmen eines Rahmenstarts (engl. framestart) eines zu analysierenden Kommunikationssignals 71 , 72 , insbesondere eines GSM-Signals, umfasst dabei zumindest eine zentrale Datenverarbeitungseinheit 3. Die zumindest eine zentrale Datenverarbeitungseinheit 3 kann einen oder mehrere Prozessoren und/oder FPGAs (engl. Field Programmable Gate Array; dt. im (Anwendungs-)Feld- programmierbare (Logik-) Gatter-Anordnung) und/oder DSP (engl. digital signal processor; dt. digitaler Signalprozessor) aufweisen. Mit der zumindest einen zentralen Datenverarbeitungseinheit 3 sind zumindest eine Messeinheit 2, eine Speichereinheit 4, eine Bildschirmeinheit 5 und eine Eingabeeinheit 6 verbunden. 1 shows an embodiment of a block diagram showing the structure of the device according to the invention 1 describes in more detail. The device 1 for determining a frame start of a communication signal to be analyzed 7 1 , 7 2 , in particular a GSM signal, comprises at least one central data processing unit 3 . The at least one central data processing unit 3 can have one or more processors and / or FPGAs (field programmable gate array; dt. in the (application) field programmable (logic) gate arrangement) and / or DSP (digital signal processor; dt. digital signal processor ) exhibit. With the at least one central data processing unit 3 are at least one unit of measurement 2 , a storage unit 4th , a screen unit 5 and an input unit 6th connected.

Bei der zumindest einen Speichereinheit 4 kann es sich beispielsweise um einen Arbeitsspeicher und/oder einen Festplattenspeicher handeln, der innerhalb der Vorrichtung 1 ausgebildet ist und/oder mit der Vorrichtung 1 über beispielsweise eine Netzwerkschnittstelle verbunden ist.In the at least one storage unit 4th it can be, for example, a main memory and / or a hard disk storage that is within the device 1 is formed and / or with the device 1 is connected via a network interface, for example.

Die mit der zumindest einen zentralen Datenverarbeitungeinheit 3 verbundene Messeinheit 2 empfängt, wie später noch ausführlich erläutert wird, ein zu analysierendes Kommunikationssignal 71 , 72 , um für dieses einen Rahmenstart zu ermitteln, bzw. zu schätzen. Bei dem zu analysierenden Kommunikationssignal 71 , 72 kann es sich beispielsweise um ein GSM-Signal handeln. Der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, die zum Bestimmen eines Rahmenstarts dient, wird ein gemessenes digitalisiertes Kommunikationssignal 71 , 72 übergeben. Ein solches digitalisiertes Kommunikationssignal 71 , 72 kann beispielsweise mit einem Signalanalysator 8 oder einem Oszilloskop aufgezeichnet werden.The one with the at least one central data processing unit 3 connected measuring unit 2 receives, as will be explained in detail later, a communication signal to be analyzed 7 1 , 7 2 in order to determine or estimate a frame start for this. At the communication signal to be analyzed 7 1 , 7 2 it can be a GSM signal, for example. The device according to the invention 1 , which is used to determine a frame start, becomes a measured digitized communication signal 7 1 , 7 2 to hand over. Such a digitized communication signal 7 1 , 7 2 can for example with a signal analyzer 8th or an oscilloscope.

In 1 ist hierzu ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Signalanalysators 8 dargestellt. Ein zu analysierendes hochfrequentes Kommunikationssignal 9, insbesondere ein GSM-Signal, wird durch einen Verstärker 10 in seiner Amplitude verstärkt. Anschließend wird das verstärkte hochfrequente Kommunikationssignal 9 über einen Mischer 11 mittels eines lokalen Oszillatorsignals auf eine Zwischenfrequenz 12 heruntergemischt. Das auf eine Zwischenfrequenz 12 heruntergemischte hochfrequente Kommunikationssignal 9 wird anschließend durch einen Bandpass 13 gefiltert, bevor es durch einen Analog-/Digitalumsetzer 14 digitalisiert wird. Über einen digitalen Absatzwandler 15 (engl. digital down converter) wird das digitalisierte Hochfrequenzsignal in das Basisband heruntergemischt. Bei dem in das Basisband heruntergemischte Kommunikationssignal handelt es sich um das zu analysierende Kommunikationssignal 71 , 72 , welches der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zugeführt wird. Dabei werden der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 bevorzugt die Inphase (dt. gleichphasig) und die Quadraturkomponente zugeführt. Für den Fall, dass es sich bei dem zu analysierenden Kommunikationssignal 9 um ein Kommunikationssignal 9 handelt, welches beispielsweise von einer GSM-Basisstation ausgesendet wird, wird statt eines Verstärkers 10 ein Dämpfungsglied oder ein Koppler verwendet, an dessen Ausgang ein Signal mit einer wesentlich kleineren Amplitude anliegt.In 1 is a simplified block diagram of a signal analyzer 8th shown. A high-frequency communication signal to be analyzed 9 , in particular a GSM signal, is passed through an amplifier 10 amplified in its amplitude. Then the amplified high frequency communication signal 9 through a mixer 11 by means of a local oscillator signal to an intermediate frequency 12 mixed down. That on an intermediate frequency 12 Down-mixed high-frequency communication signal 9 becomes then through a band pass 13 filtered before going through an analog to digital converter 14th is digitized. Via a digital sales converter 15th (English. digital down converter) the digitized high-frequency signal is mixed down into the baseband. The communication signal mixed down to baseband is the communication signal to be analyzed 7 1 , 7 2 , which of the device according to the invention 1 is fed. The device according to the invention 1 preferably the in-phase (dt. in-phase) and the quadrature component are supplied. In the event that it is the communication signal to be analyzed 9 a communication signal 9 which is transmitted, for example, by a GSM base station, is used instead of an amplifier 10 an attenuator or a coupler is used, at the output of which a signal with a much smaller amplitude is present.

Von Vorteil ist, dass ein zu analysierendes Kommunikationssignal 71 , 72 , von dem lediglich bekannt ist, dass es sich um ein GSM-Signal handelt, möglichst automatisch demoduliert und ausgewertet werden kann. Ein GSM-Signal weist dabei mehrere Rahmen (engl. frame) auf, wobei ein Rahmen über acht Slots (dt. Schlitze) verfügt, in denen die Nutzdaten eines mobilen Teilnehmers in Form von Bursts übertragen werden. Die Bursts, von denen je einer innerhalb eines Slots übertragen werden kann, können eine Vielzahl unterschiedlicher Parameter aufweisen.The advantage is that a communication signal to be analyzed 7 1 , 7 2 , of which it is only known that it is a GSM signal, can be demodulated and evaluated as automatically as possible. A GSM signal has several frames, with one frame having eight slots in which the user data of a mobile subscriber is transmitted in the form of bursts. The bursts, one of which can each be transmitted within a slot, can have a large number of different parameters.

Damit ein Frame demoduliert werden kann, müssen für jeden Burst innerhalb eines Slots diese Parameter und auch die genaue Position innerhalb des Slots bekannt sein. Die Länge der einzelnen Slots ist durch den GSM-Standard genormt und sobald der Beginn eines Rahmens ermittelt ist kann die Position der einzelnen Slots errechnet werden.So that a frame can be demodulated, these parameters and the exact position within the slot must be known for each burst within a slot. The length of the individual slots is standardized by the GSM standard and as soon as the start of a frame has been determined, the position of the individual slots can be calculated.

2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Blockschaltbilds, das den Aufbau der erfindungsgemäßen Messeinheit 2 innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 näher beschreibt. Die erfindungsgemäße Messeinheit 2 innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 besteht aus zumindest einer Recheneinheit 20, einer Erfassungseinheit 21, einem Signalgenerator 22 und einer Verarbeitungseinheit 23. Bei der Recheneinheit 20 kann es sich um die zentrale Datenverarbeitungseinheit 3 handeln oder um eine weitere zentrale Datenverarbeitungseinheit, bzw. einen weiteren FPGA oder einen weiteren DSP. Die mit der zumindest einen Recheneinheit 20 verbundene Erfassungseinheit 21 nimmt das zu analysierende Kommunikationssignal 71 , 72 entgegen. 2 shows an embodiment of a block diagram showing the structure of the measuring unit according to the invention 2 within the device according to the invention 1 describes in more detail. The measuring unit according to the invention 2 within the device according to the invention 1 consists of at least one processing unit 20th , a registration unit 21st , a signal generator 22nd and a processing unit 23 . At the arithmetic unit 20th it can be the central data processing unit 3 act or another central data processing unit, or another FPGA or another DSP. The one with the at least one computing unit 20th connected registration unit 21st takes the communication signal to be analyzed 7 1 , 7 2 opposite.

Der Signalgenerator 22 dient, wie später noch erläutert wird, zum Erzeugen eines Referenzsignals. Die zumindest eine Recheneinheit 20, die Erfassungseinheit 21, der Signalgenerator 22 und die Verarbeitungseinheit 23 können jeweils in eigenständigen Recheneinheiten ausgebildet sein, die über elektrisch leitfähige Verbindungen miteinander verbunden sind oder sie können innerhalb der zentralen Datenverarbeitungseinheit 3 ausgebildet sein.The signal generator 22nd serves, as will be explained later, to generate a reference signal. The at least one computing unit 20th , the registration unit 21st , the signal generator 22nd and the processing unit 23 can each be designed in independent computing units that are connected to one another via electrically conductive connections or they can be within the central data processing unit 3 be trained.

3 zeigt ein Modell, das den Zusammenhang zwischen dem idealen Leistungsprofil Pref und dem gemessenen Signal Ymeas erläutert. Das gemessene Signal Ymeas wird durch Betragsbildung aus dem IQ-Aufnahmespeicher durch die Erfassungseinheit 21 gewonnen. Innerhalb des IQ-Aufnahmespeichers befindet sich das zu analysierende Kommunikationssignal 71 , 72 , welches aufgezeichnet wurde, wobei von dem zu analysierenden Kommunikationssignal 71 , 72 ein Signalbereich Ymeas herausgegriffen wird, der beispielsweise einen Rahmen abdeckt, bzw. bevorzugt nur eine Periode lang ist. Gesucht wird innerhalb des gemessenen Signals Ymeas der Rahmenstart, der beispielsweise in der Mitte des Slots 0 angenommen werden kann. Pref ist dabei ein Referenzsignal mit einem Leistungsprofil, welches kein Rauschen enthält. 3 shows a model which explains the relationship between the ideal power profile Pref and the measured signal Y meas . The measured signal Y meas is obtained by the acquisition unit by calculating the absolute value from the IQ recording memory 21st won. The communication signal to be analyzed is located in the IQ recording memory 7 1 , 7 2 which was recorded, being from the communication signal to be analyzed 7 1 , 7 2 a signal range Y meas is picked out which, for example, covers a frame, or is preferably only one period long. The frame start is sought within the measured signal Y meas , for example in the middle of the slot 0 can be accepted. P ref is a reference signal with a power profile that does not contain any noise.

Das Leistungsprofil des Referenzsignals Pref wird über die Eingabeeinheit 6 innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 durch einen Benutzer eingestellt. Von dem zu analysierenden Kommunikationssignal 71 , 72 ist hierzu bekannt, welche Slots innerhalb eines Rahmens aktiv sind. Es kann über die Eingabeeinheit 6 auch mit eingegeben werden, welche Modulationsart in den einzelnen Slots vorhanden ist. Das zu analysierende Kommunikationssignal 71 , 72 ist ein periodisches Signal, d.h. in aufeinanderfolgenden Rahmen sind stets die gleichen Slots aktiv und jeweils die gleichen Slots haben die gleiche Modulation, wenn gleich auch unterschiedliche Daten übertragen werden. Der Signalgenerator 22 generiert aus den in die Eingabeeinheit 6 eingegebenen Daten das Referenzsignal Pref mit einem entsprechenden Leistungsprofil.The power profile of the reference signal Pref is transmitted via the input unit 6th within the device according to the invention 1 set by a user. From the communication signal to be analyzed 7 1 , 7 2 it is known which slots are active within a frame. It can be via the input unit 6th The type of modulation that is present in the individual slots can also be entered. The communication signal to be analyzed 7 1 , 7 2 is a periodic signal, ie the same slots are always active in consecutive frames and the same slots have the same modulation, even if different data are transmitted at the same time. The signal generator 22nd generated from the in the input unit 6th input data, the reference signal Pref with a corresponding power profile.

Im Folgenden wird die Erzeugung des Referenzsignals Pref näher erläutert. Das Ziel ist, dass das Leistungsprofil des Referenzsignals Pref ähnlich zu dem Leistungsprofil von dem zu analysierenden Kommunikationssignal 71 , 72 ist, also das Referenzsignal Pref in Abhängigkeit des Leistungsprofils von dem zumindest einen Signalbereich Ymeas des zu analysierenden Kommunikationssignals 71 , 72 erzeugt wird. Der Verlauf des Leistungsprofils eines Referenzsignals ist für ein GSM-Signal in dem dazu korrespondierenden Standard 3GPP TS 45.005 Annex B (dt. Anhang) (engl. 3rd Generation Partnership Project; dt. partnerschaftliches Projekt der dritten Generation) beschrieben, welcher vollumfänglich in die Beschreibung aufgenommen wird. Beispielsweise kann ein Benutzer eingegeben, welche Slots in einem Rahmen innerhalb des zu analysierenden Kommunikationssignals 71 , 72 aktiv sind, also in welchen Slots ein Burst übertragen wird, und welcher Bursttyp innerhalb des aktiven Slots jeweils vorliegt. Verschiedene Bursttypen unterscheiden sich unter anderem in ihrer Länge, so gibt es beispielsweise den Normalburst (engl. Normal Burst), den Dummyburst (engl. Dummy Burst) und den Zugriffsburst (engl. Access Burst). Diese Informationen erlauben dem Signalgenerator 22, dass ein Referenzsignal Pref mit einem Leistungsprofil in Abhängigkeit des Leistungsprofils für den zumindest einen Signalbereich Ymeas des zu analysierenden Kommunikationssignals 71 , 72 generiert wird. Weiterhin kann optional noch eingegeben werden, wie der Anstieg, bzw. der Abfall der Flanken des Leistungsprofils des Referenzsignals zu erfolgen hat. Soll das Signal sofort anliegen, so ist die Flanke unendlich steil, alternativ kann ein linearer oder ein kosinusförmiger Leistungsanstieg (engl. power ramping), bzw. Leistungsabfall eingestellt werden. Bevorzugt wird hier aber stets ein linearer Leistungsverlauf, bzw. Flankenverlauf gewählt, weil bei diesem stets ein ausreichend genauer Zeitversatz für den Rahmenstart festgestellt werden kann, unabhängig von der tatsächlichen Flanke des Leistungsverlaufs des zu analysierenden Kommunikationssignals 71 , 72 . Der entsprechend gewählte Flankenverlauf gilt sowohl für den Leistungsanstieg am Anfang des Bursts, als auch für den Leistungsabfall am Ende des Bursts.The generation of the reference signal Pref is explained in more detail below. The goal is that the power profile of the reference signal Pref is similar to the power profile of the communication signal to be analyzed 7 1 , 7 2 is, so the reference signal P ref as a function of the power profile of the at least one signal range Y meas of the communication signal to be analyzed 7 1 , 7 2 is produced. The course of the power profile of a reference signal is for a GSM signal in the corresponding standard 3GPP TS 45.005 Annex B (German appendix) (English 3rd Generation Partnership Project; German third-generation partnership project), which is fully included in the description. For example, a user can enter which slots in a frame within the communication signal to be analyzed 7 1 , 7 2 are active, i.e. in which slots a burst is transmitted and which burst type is present within the active slot. Different types of bursts differ, among other things, in their length, for example there is the normal burst, the dummy burst and the access burst. This information allows the signal generator 22nd that a reference signal P ref with a power profile as a function of the power profile for the at least one signal range Y meas of the communication signal to be analyzed 7 1 , 7 2 is generated. Furthermore, it can optionally be entered how the rise or fall of the edges of the power profile of the reference signal is to take place. If the signal is to be applied immediately, the edge is infinitely steep; alternatively, a linear or cosine-shaped increase in power (power ramping) or decrease in power can be set. Preferably, however, a linear power curve or edge curve is always selected here because a sufficiently accurate time offset for the frame start can always be determined with this, regardless of the actual edge of the power curve of the communication signal to be analyzed 7 1 , 7 2 . The correspondingly selected edge profile applies both to the increase in power at the beginning of the burst and to the decrease in power at the end of the burst.

Innerhalb des Modells aus 3 gibt es noch ein Verzögerungsglied 30 mit dem gesuchten Zeitversatz τc. Das Signal am Ausgang des Verzögerungsglieds 30 kann noch mit einer Konstanten C durch die Multiplikationseinheit 31 skaliert werden. Im Anschluss daran kann dem Signal über die Additionseinheit 32 noch ein Rauschen AWGN (engl. Additive White Gaussion Noise; dt. Additives Weißes Gaußsches Rauschen) hinzugefügt werden. Von dem Signal am Ausgang der Additionseinheit 32 wird in der Betragseinheit 33 noch der Betrag gebildet, sodass das von der Erfassungseinheit 21 gemessenen Signal Ymeas erhalten wird. Inside the model 3 there is also a delay element 30th with the desired time offset τ c . The signal at the output of the delay element 30th can still with a constant C by the multiplication unit 31 be scaled. Following this, the signal can be sent via the addition unit 32 A noise AWGN (English Additive White Gaussion Noise; German Additive White Gaussian Noise) can be added. From the signal at the output of the addition unit 32 is in the amount unit 33 still the amount formed so that the registration unit 21st measured signal Y meas is obtained.

Bei dem Signal Ymeas handelt es sich um den Betrag des zu analysierenden Kommunikationssignals 71 , 72 , wobei gilt: Y m e a s ( t ) = I ( t ) 2 7 1 + Q ( t ) 2 7 1 .

Figure DE102011103642B4_0002
The signal Y meas is the magnitude of the communication signal to be analyzed 7 1 , 7 2 , where: Y m e a s ( t ) = I. ( t ) 2 7th 1 + Q ( t ) 2 7th 1 .
Figure DE102011103642B4_0002

Das Ziel der erfindungsgemäßen Messeinheit 2 und der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist es nun, den Zeitversatz τc für den Rahmenstart möglichst schnell und dabei ausreichend genau zu schätzen, sodass im Anschluss eine nicht dargestellte Synchronisationseinheit den genauen Rahmenstart ausgehend von dem geschätzten Zeitversatz τc und damit dem geschätzten Rahmenstart bestimmen kann.The aim of the measuring unit according to the invention 2 and the device according to the invention 1 It is now to estimate the time offset τ c for the frame start as quickly as possible and with sufficient accuracy so that a synchronization unit (not shown) can then determine the exact frame start based on the estimated time offset τ c and thus the estimated frame start.

Eine Möglichkeit diesen Zeitversatz τc zu schätzen besteht mit der Methode der Summe der kleinsten Quadrate (engl. least squares method). Dieser Ansatz ist in der Gleichung (1) gezeigt. L ( τ , C ) = υ = 0 F 1 g ( υ τ ) | Y m e a s ( υ ) C P r e f ( υ τ ) | 2 M i t υ : Z e i t I n d e x ( t = υ T A b t a s t v e r t ) τ : V e r z ö g e r u n g   i n   A b t a s t w e r t e n   τ c = τ T A b t a s t w e r t F : D a u e r   e i n e r   P e r i o d e   ( h i e r   1    R a h m e n )  i n   A b t a s t w e r t e n u n d g ( υ ) : G e w i c h t s f u n k t i o n   g ( υ ) 0, υ

Figure DE102011103642B4_0003
One possibility to estimate this time offset τ c is with the least squares method. This approach is shown in equation (1). L. ( τ , C. ) = υ = 0 F. - 1 G ( υ - τ ) | Y m e a s ( υ ) - C. P r e f ( υ - τ ) | 2 M. i t υ : Z e i t - I. n d e x ( t = υ T A. b t a s t v e r t ) τ : V e r z ö G e r u n G i n A. b t a s t w e r t e n τ c = τ T A. b t a s t w e r t F. : D. a u e r e i n e r P e r i O d e ( H i e r 1 R. a H m e n ) i n A. b t a s t w e r t e n u n d G ( υ ) : G e w i c H t s f u n k t i O n G ( υ ) 0, υ
Figure DE102011103642B4_0003

Das Rauschen n(t) kann vernachlässigt werden. Weiterhin gilt für Ymeas (t) = |IQ(t)|. Der tatsächliche Wert der Skalierungskonstanten C ist unbekannt, deswegen ist die Metrik L sowohl von τ, als auch von C abhängig. Die Gewichtungsfunktion g(υ-τ) erlaubt, dass bestimmte Slots gegenüber anderen höher gewichtet werden können. Die Gewichtungsfunktion g(υ-τ) ist zu dem Referenzsignal Pref(υ-τ) synchron und damit zeitlich gleich, was durch die gleichen Indizes ausgedrückt wird. Alle Signale g (υ-τ), Ymeas (υ) und Pref (υ-τ), sowie die Skalierungskonstante C sind im Übrigen reellwertig, sodass sich der Betrag wie in Gleichung (2) gezeigt, in eine Klammer auflösen lässt. L ( τ , C ) = υ = 0 F 1 g ( υ τ ) ( Y m e a s ( υ ) C P r e f ( υ τ ) ) 2

Figure DE102011103642B4_0004
The noise n (t) can be neglected. Furthermore, for Y meas (t) = | IQ (t) |. The actual value of the scaling constant C is unknown, so the metric L depends on both τ and C. The weighting function g (υ-τ) allows certain slots to be weighted higher than others. The weighting function g (υ-τ) is synchronous with the reference signal P ref (υ-τ) and is therefore the same in time, which is expressed by the same indices. All signals g (υ-τ), Y meas (υ) and P ref (υ-τ), as well as the scaling constant C, are real-valued, so that the amount can be resolved in brackets as shown in equation (2). L. ( τ , C. ) = υ = 0 F. - 1 G ( υ - τ ) ( Y m e a s ( υ ) - C. P r e f ( υ - τ ) ) 2
Figure DE102011103642B4_0004

Ausmultipliziert ergibt sich Gleichung (3): L ( τ , C ) = υ = 0 F 1 g ( υ τ ) ( Y m e a s ( υ ) 2 2 C P r e f ( υ τ ) Y m e a s ( υ ) + C 2 P r e f ( υ τ ) 2 )

Figure DE102011103642B4_0005
When multiplied, equation (3) results: L. ( τ , C. ) = υ = 0 F. - 1 G ( υ - τ ) ( Y m e a s ( υ ) 2 - 2 C. P r e f ( υ - τ ) Y m e a s ( υ ) + C. 2 P r e f ( υ - τ ) 2 )
Figure DE102011103642B4_0005

Diese kann weiter ausmultipliziert werden: L ( τ , C ) = υ = 0 F 1 g ( υ τ ) Y m e a s ( υ ) 2 2 C υ = 0 F 1 g ( υ τ ) P r e f ( υ τ ) Y m e a s ( υ ) + C 2 υ = 0 F 1 g ( υ τ ) P r e f ( υ τ ) 2

Figure DE102011103642B4_0006
This can be expanded further: L. ( τ , C. ) = υ = 0 F. - 1 G ( υ - τ ) Y m e a s ( υ ) 2 - 2 C. υ = 0 F. - 1 G ( υ - τ ) P r e f ( υ - τ ) Y m e a s ( υ ) + C. 2 υ = 0 F. - 1 G ( υ - τ ) P r e f ( υ - τ ) 2
Figure DE102011103642B4_0006

Die Metrik L soll nun in Bezug auf die Skalierungskonstante C minimiert werden. Dies gelingt, indem die Metrik L aus Gleichung (4) nach C differenziert wird, wie dies in Gleichung (5) dargestellt ist. d L d C = 2 υ = 0 F 1 g ( υ τ ) P r e f ( υ τ ) Y m e a s ( υ ) + 2 C υ = 0 F 1 g ( υ τ ) P r e f ( υ τ ) 2

Figure DE102011103642B4_0007
The metric L should now be minimized with respect to the scaling constant C. This is achieved by differentiating the metric L from equation (4) into C, as shown in equation (5). d L. d C. = - 2 υ = 0 F. - 1 G ( υ - τ ) P r e f ( υ - τ ) Y m e a s ( υ ) + 2 C. υ = 0 F. - 1 G ( υ - τ ) P r e f ( υ - τ ) 2
Figure DE102011103642B4_0007

Der Zeitversatz τ wird gefunden, sobald die Ableitung zu Null gesetzt wird, wie in Gleichung (6) gezeigt. 2 υ = 0 F 1 g ( υ τ ) P r e f ( υ τ ) Y m e a s ( υ ) + 2 C υ = 0 F 1 g ( υ τ ) P r e f ( υ τ ) 2 = 0

Figure DE102011103642B4_0008
The time offset τ is found once the derivative is set to zero, as shown in equation (6). - 2 υ = 0 F. - 1 G ( υ - τ ) P r e f ( υ - τ ) Y m e a s ( υ ) + 2 C. υ = 0 F. - 1 G ( υ - τ ) P r e f ( υ - τ ) 2 = 0
Figure DE102011103642B4_0008

Nun kann nach der Skalierungskonstanten C aufgelöst werden. C ( τ ) = υ = 0 F 1 g ( υ τ ) P r e f ( υ τ ) Y m e a s ( υ ) υ = 0 F 1 g ( υ τ ) P r e f ( υ τ ) 2

Figure DE102011103642B4_0009
Now it is possible to solve for the scaling constant C. C. ( τ ) = υ = 0 F. - 1 G ( υ - τ ) P r e f ( υ - τ ) Y m e a s ( υ ) υ = 0 F. - 1 G ( υ - τ ) P r e f ( υ - τ ) 2
Figure DE102011103642B4_0009

Das Ergebnis für die Skalierungskonstante C aus Gleichung (7) wird in die Gleichung (4) eingesetzt, wodurch sich Gleichung (8) ergibt. L ( τ ) = υ = 0 F 1 g ( υ τ ) Y m e a s ( υ ) 2 2 ( υ = 0 F 1 g ( υ τ ) P r e f ( υ τ ) Y m e a s ( υ ) ) 2 υ = 0 F 1 g ( υ τ ) P r e f ( υ τ ) 2 +           ( υ = 0 F 1 g ( υ τ ) P r e f ( υ τ ) Y m e a s ( υ ) ) 2 υ = 0 F 1 g ( υ τ ) P r e f ( υ τ ) 2

Figure DE102011103642B4_0010
The result for the scaling constant C from equation (7) is inserted into equation (4), resulting in equation (8). L. ( τ ) = υ = 0 F. - 1 G ( υ - τ ) Y m e a s ( υ ) 2 - 2 ( υ = 0 F. - 1 G ( υ - τ ) P r e f ( υ - τ ) Y m e a s ( υ ) ) 2 υ = 0 F. - 1 G ( υ - τ ) P r e f ( υ - τ ) 2 + ( υ = 0 F. - 1 G ( υ - τ ) P r e f ( υ - τ ) Y m e a s ( υ ) ) 2 υ = 0 F. - 1 G ( υ - τ ) P r e f ( υ - τ ) 2
Figure DE102011103642B4_0010

Das Maximum der Metrik L und damit der Zeitversatz für den gesuchten Rahmenstart ergibt sich aus der nachfolgenden Gleichung (9). τ ^ = arg ( min τ L ( τ ) ) = arg ( min τ { ( υ = 0 F 1 g ( υ τ ) Y m e a s ( υ ) ) 2 ( 1 ) { υ = 0 F 1 g ( υ τ ) P r e f ( υ τ ) Y m e a s ( υ ) } 2 υ = 0 F 1 g ( υ τ ) P r e f ( υ τ ) 2 ( 2 ) } )

Figure DE102011103642B4_0011
The maximum of the metric L and thus the time offset for the frame start sought results from the following equation (9). τ ^ = bad ( min τ L. ( τ ) ) = bad ( min τ { ( υ = 0 F. - 1 G ( υ - τ ) Y m e a s ( υ ) ) 2 ( 1 ) - { υ = 0 F. - 1 G ( υ - τ ) P r e f ( υ - τ ) Y m e a s ( υ ) } 2 υ = 0 F. - 1 G ( υ - τ ) P r e f ( υ - τ ) 2 ( 2 ) } )
Figure DE102011103642B4_0011

Wie bereits erwähnt wiederholen sich die Rahmen zyklisch mit der Periode F. Das bedeutet, dass das Leistungsprofil des Referenzsignals Pref und die Gewichtsfunktion g sich ebenfalls zyklisch mit der Periode F wiederholen. Der Ausdruck (2) im Nenner innerhalb von Gleichung (9) ist damit bezüglich des Schätzparameters τ konstant, weil er alle Signalelemente innerhalb einer Periode aufsummiert und daher nur einmal berechnet werden muss.As already mentioned, the frames repeat themselves cyclically with the period F. This means that the power profile of the reference signal Pref and the weighting function g also repeat themselves cyclically with the period F. The expression (2) in the denominator within equation (9) is therefore related to the Estimation parameter τ constant because it adds up all signal elements within a period and therefore only has to be calculated once.

Um das Minimum des Ausdrucks in Gleichung (9) zu finden wird die Gewichtsfunktion zur Vereinfachung vorerst zu eins angenommen, g(υ-τ) = 1. Siehe Gleichung (10). υ = 0 F 1 g ( υ τ ) Y m e a s ( υ ) 2 ( 1 ) = υ = 0 F 1 Y m e a s ( υ ) 2 = K o n s t a n t

Figure DE102011103642B4_0012
To find the minimum of the expression in equation (9), the weight function is initially assumed to be one for the sake of simplicity, g (υ-τ) = 1. See equation (10). υ = 0 F. - 1 G ( υ - τ ) Y m e a s ( υ ) 2 ( 1 ) = υ = 0 F. - 1 Y m e a s ( υ ) 2 = K O n s t a n t
Figure DE102011103642B4_0012

Um das Minimum zu finden kann alternativ auch das Maximum des Ausdrucks aus Gleichung (11) bestimmt werden. L 1 ( τ ) = { υ = 0 F 1 g ( υ τ ) Y m e a s ( υ ) } 2

Figure DE102011103642B4_0013
To find the minimum, the maximum of the expression from equation (11) can alternatively be determined. L. 1 ( τ ) = { υ = 0 F. - 1 G ( υ - τ ) Y m e a s ( υ ) } 2
Figure DE102011103642B4_0013

Weil Pref und Ymeas ohnehin größer gleich Null sind kann Gleichung (11) zu Gleichung (12) vereinfacht werden. L 2 ( τ ) = υ = 0 F 1 P r e f ( υ τ ) Y m e a s ( υ )

Figure DE102011103642B4_0014
Because Pref and Y meas are greater than or equal to zero anyway, equation (11) can be simplified to equation (12). L. 2 ( τ ) = υ = 0 F. - 1 P r e f ( υ - τ ) Y m e a s ( υ )
Figure DE102011103642B4_0014

Problematisch ist, dass die Berechnung von Gleichung (12) sehr viel Rechenzeit beansprucht kann, wenn ein Rahmen mit einer hohen Auflösung abgetastet wird. Für den Fall, dass ein Rahmen 30000 Abtastwerte beinhaltet, sind gemäß Gleichung (12) für die Berechnung einer Hypothese von τ 30000 Summationen mit jeweils einer Multiplikation notwendig. Bei Berücksichtigung der Tatsache, dass es 30000 Hypothesen gibt, ist ersichtlich, dass für die herkömmliche Berechnung von Gleichung (12) eine hohe Rechenleistung, bzw. Rechenzeit benötigt wird. Die erfindungsgemäße Recheneinheit 20 berechnet daher eben nicht die Summationen von Gleichung (12), sondern nutzt geschickt eine Faltungsoperation aus.The problem is that the calculation of equation (12) can require a great deal of computing time if a frame is scanned with a high resolution. In the event that a framework 30000 Containing sampled values are necessary according to equation (12) for the calculation of a hypothesis of τ 30000 summations with one multiplication each. Taking into account the fact that there are 30,000 hypotheses, it can be seen that a high computing power or computing time is required for the conventional calculation of equation (12). The computing unit according to the invention 20th therefore does not calculate the summations of equation (12), but cleverly uses a convolution operation.

Grundsätzlich gilt: f ( τ ) = a ( τ ) b ( τ ) = f ( τ ) = υ = + a ( υ ) b ( τ υ )

Figure DE102011103642B4_0015
Basically: f ( τ ) = a ( τ ) b ( τ ) = f ( τ ) = υ = + a ( υ ) b ( τ - υ )
Figure DE102011103642B4_0015

Weiterhin gilt: c ( τ ) = b ( τ ) b ( τ υ ) = c ( υ τ )

Figure DE102011103642B4_0016
The following also applies: c ( τ ) = b ( - τ ) b ( τ - υ ) = c ( υ - τ )
Figure DE102011103642B4_0016

Aus den Gleichungen (13) und (14) ergibt sich Gleichung (15) : f ( τ ) = υ = + a ( υ ) c ( υ τ )  mit  c ( τ ) = b ( τ )

Figure DE102011103642B4_0017
Equation (15) results from equations (13) and (14): f ( τ ) = υ = - + a ( υ ) c ( υ - τ ) With c ( τ ) = b ( - τ )
Figure DE102011103642B4_0017

Bei Anwendung von Gleichung (15) auf Gleichung (12) ergibt sich Gleichung (16): υ = + P r e f ( υ τ ) Y m e a s ( υ ) = Y m e a s ( τ ) P r e f ( τ )

Figure DE102011103642B4_0018
Applying equation (15) to equation (12) results in equation (16): υ = - + P r e f ( υ - τ ) Y m e a s ( υ ) = Y m e a s ( τ ) P r e f ( - τ )
Figure DE102011103642B4_0018

Wie bereits beschrieben, sind die Signale Pref und Ymeas periodisch, sodass die Summe auf eine Periode reduziert werden kann. Statt einer Faltungsoperation (*) wird nun eine zyklische Faltungsoperation

Figure DE102011103642B4_0019
ausgeführt. Dies kann Gleichung (17) entnommen werden. Eine Periode F des zu analysierenden Kommunikationssignals Ymeas wird auch als ein Signalbereich des zu analysierenden Kommunikationssignals Ymeas bezeichnet. L 2 ( τ ) = υ = 0 F 1 P r e f ( υ τ ) Y m e a s ( υ ) = Y m e a s ( τ ) P r e f ( τ )
Figure DE102011103642B4_0020
As already described, the signals Pref and Y meas are periodic, so that the sum can be reduced to one period. Instead of a convolution operation (*) there is now a cyclic convolution operation
Figure DE102011103642B4_0019
executed. This can be seen in equation (17). A period F of the communication signal to be analyzed Y meas is also referred to as a signal range of the communication signal to be analyzed Y meas . L. 2 ( τ ) = υ = 0 F. - 1 P r e f ( υ - τ ) Y m e a s ( υ ) = Y m e a s ( τ ) P r e f ( - τ )
Figure DE102011103642B4_0020

Eine solche zyklische Faltungsoperation wird am effizientesten mittels einer Fouriertransformation, vorzugsweise einer schnellen Fouriertransformation berechnet. Im Frequenzbereich kann eine Faltung durch eine Multiplikation beschrieben werden. Dieser Sachverhalt ist in Gleichung (18) dargestellt. L 2 ( τ ) = Y m e a s ( τ ) P r e f ( τ ) I D F T D F T L 2 ( n ) = Y m e a s ( n ) P r e f ( n )

Figure DE102011103642B4_0021
Such a cyclic convolution operation is most efficiently calculated by means of a Fourier transform, preferably a fast Fourier transform. In the frequency domain, a convolution can be described by a multiplication. This fact is shown in equation (18). L. 2 ( τ ) = Y m e a s ( τ ) P r e f ( - τ ) I. D. F. T D. F. T L. 2 ( n ) = Y m e a s ( n ) P r e f ( - n )
Figure DE102011103642B4_0021

Aufgrund der Tatsache, dass es sich bei den Signalen Pref und Ymeas, wie bereits beschrieben, um reellwertige Signale im Zeitbereich handelt, kann die Gleichung (18) weiter vereinfacht werden. W e n n   y ( υ ) r e e l l Y ( n ) = Y * ( n )

Figure DE102011103642B4_0022
Due to the fact that the signals Pref and Y meas , as already described, are real-valued signals in the time domain, equation (18) can be simplified further. W. e n n y ( υ ) r e e l l Y ( - n ) = Y * ( n )
Figure DE102011103642B4_0022

Gleichung (19) führt zu Gleichung (20). L 2 ( n ) = Y m e a s ( n ) P r e f * ( n )

Figure DE102011103642B4_0023
Equation (19) leads to equation (20). L. 2 ( n ) = Y m e a s ( n ) P r e f * ( n )
Figure DE102011103642B4_0023

Mittels der gezeigten Rechenschritte ist die Gleichung (9) zum Bestimmten des Zeitversatzen des Rahmenstarts sehr elegant auf Gleichung (18), bzw. (20) vereinfacht worden. Anschließend muss L2(n) noch in den Zeitbereich zurücktransformiert werden, um dann das Maximum zu bestimmen. Dieser Sachverhalt ist beispielsweise in Gleichung (21) dargestellt. L 2 ( τ ) = I D F T { L 2 ( n ) }

Figure DE102011103642B4_0024
Using the calculation steps shown, equation (9) for determining the time offset of the frame start has been very elegantly simplified to equation (18) or (20). Then L 2 (n) still has to be transformed back into the time domain in order to then determine the maximum. This fact is shown, for example, in equation (21). L. 2 ( τ ) = I. D. F. T { L. 2 ( n ) }
Figure DE102011103642B4_0024

Sobald die erste Metrik mittels der Faltungsoperation aus Gleichung (18) zwischen dem zumindest einen Signalbereich Ymeas des zu analysierenden Kommunikationssignals 71 , 72 und dem Referenzsignal Pref berechnet ist, kann die Stelle, bzw. der Index des Maximums der ersten Metrik als Rahmenstart ausgegeben werden. Dabei wird als Metrik das Ergebnis der Faltungsoperation verstanden.As soon as the first metric is obtained by means of the convolution operation from equation (18) between the at least one signal range Y meas of the communication signal to be analyzed 7 1 , 7 2 and the reference signal Pref is calculated, the position or the index of the maximum of the first metric can be output as the start of the frame. The result of the convolution operation is understood as the metric.

4 zeigt ein erfindungsgemäßes Modell zur groben Berechnung eines Zeitversatzes für den Rahmenstart. Das Modell aus 4 zeigt eine mögliche Realisierung der Gleichung (21). Das Modell aus 4 ist dabei bevorzugt in der Recheneinheit 20 ausgebildet. Zumindest ein Signalbereich Ymeas von dem zu analysierenden Kommunikationssignal 71 , 72 , bei welchem es sich um einen Rahmen handelt, wird einer ersten Fouriertransformationseinheit 401 zugeführt. Das Referenzsignal Pref, welches bevorzugt ebenfalls die Länge eines Rahmens aufweist, wird einer zweiten Fouriertransformationseinheit 402 zugeführt. Der Ausgang der zweiten Fouriertransformationseinheit 402 ist mit einer ersten Verarbeitungseinheit 41 verbunden. Die erste Verarbeitungseinheit 41 bildet den konjugiert komplexen Teil des in den Frequenzbereich transformierten Referenzsignals Pref (n) . 4th shows a model according to the invention for roughly calculating a time offset for the frame start. The model from 4th shows a possible implementation of equation (21). The model from 4th is preferably in the computing unit 20th educated. At least one signal range Y meas from the communication signal to be analyzed 7 1 , 7 2 , which is a frame, becomes a first Fourier transform unit 40 1 fed. The reference signal P ref , which preferably also has the length of a frame, is sent to a second Fourier transform unit 40 2 fed. The output of the second Fourier transform unit 40 2 is with a first processing unit 41 connected. The first processing unit 41 forms the complex conjugate part of the reference signal Pref (n) transformed into the frequency domain.

Der Ausgang der ersten Verarbeitungseinheit 41 wird ebenso wie der Ausgang der ersten Fouriertransformationseinheit 401 je einem Eingang einer weiteren Multiplikationseinheit 42 zugeführt. Durch die weitere Multiplikationseinheit 42 wird die Faltungsoperation im Zeitbereich mittels einer Multiplikation im Frequenzbereich berechnet. Das Ergebnis der weiteren Multiplikationseinheit 42 wird an eine inverse Fouriertransformationseinheit 43 weitergeleitet. Die inverse Fouriertransformationseinheit 43 transformiert das ihr zugeführte Signal vom Frequenzbereich zurück in den Zeitbereich. Um Rechenzeit zu sparen arbeiten die erste Fouriertransformationseinheit 401 , die zweite Fouriertransformationseinheit 402 und die inverse Fouriertransformationseinheit 43 bevorzugt nach dem Prinzip der schnellen Fouriertransformation, bzw. der inversen schnellen Fouriertransformation. Von dem durch die inverse Fouriertransformationseinheit 43 in den Zeitbereich zurücktransformierten Signals wird in einer zweiten Verarbeitungseinheit 44 der Realteil gesucht und ausgegeben. Der Imaginärteil beinhaltet dabei ungewünschtes Rauschen und wird nicht zur Bestimmung des Zeitversatzes τ für den Rahmenstart herangezogen. In einer sechsten Verarbeitungseinheit 64 wird nun noch das Maximum des Ausdrucks von L2(τ) gesucht, wie dies in Gleichung (12) gezeigt ist. Am Ausgang der sechsten Verarbeitungseinheit 64 wird der geschätzte Rahmenstart τ̂ ausgegeben. Der geschätzte Rahmenstart ist der Index, bzw. die Stelle an der die Metrik L(τ) maximal wird.The output of the first processing unit 41 becomes just like the output of the first Fourier transform unit 40 1 one input each of a further multiplication unit 42 fed. By the further multiplication unit 42 the convolution operation in the time domain is calculated by means of a multiplication in the frequency domain. The result of the further multiplication unit 42 is applied to an inverse Fourier transform unit 43 forwarded. The inverse Fourier transform unit 43 transforms the signal supplied to it from the frequency domain back into the time domain. The first Fourier transform units work to save computing time 40 1 , the second Fourier transform unit 40 2 and the inverse Fourier transform unit 43 preferably according to the principle of the fast Fourier transformation or the inverse fast Fourier transformation. From that by the inverse Fourier transform unit 43 The signal transformed back into the time domain is processed in a second processing unit 44 the real part is searched for and output. The imaginary part contains unwanted noise and is not used to determine the time offset τ for the frame start. In a sixth processing unit 64 the maximum of the expression of L 2 (τ) is now searched for, as shown in equation (12). At the output of the sixth processing unit 64 the estimated frame start τ̂ is output. The estimated frame start is the index or the point at which the metric L (τ) becomes maximum.

5A zeigt ein Ausführungsbeispiel, das Abtastwerte von verschiedenen Signalen enthält. Dargestellt ist eine beispielhafte Periode des Referenzsignals Pref, des zumindest einen Signalbereichs Ymeas des zu analysierenden Kommunikationssignals 71 , 72 und der Gewichtungsfunktion g. Zu erkennen ist, dass in diesem Ausführungsbeispiel eine Periode insgesamt sechs Abtastwerte (engl. samples) umfasst. Die Abtastwerte haben für alle Signale zu einem vorgegebenen Zeitpunkt in diesem Beispiel den gleichen Abtastwert (a, b, c, d, e, f). Dies dient allerdings nur zur Vereinfachung. Allerdings ist eine schnelle Fouriertransformation bevorzugt für ein Signal mit einer Anzahl an Abtastwerten berechenbar, wenn die Anzahl der Abtastwerte einer Zweierpotenz, also 2n, entspricht, wobei n eine natürliche Zahl ist und wobei n≥1 ist. Aus einem Signal mit sechs Abtastwerten lässt sich also ebenso wenig eine schnelle Fouriertransformation berechnen, wie aus einem Signal mit 30000 Abtastwerten. 5A Figure 3 shows an embodiment containing samples from various signals. An exemplary period of the reference signal P ref , of the at least one signal range Y meas of the communication signal to be analyzed is shown 7 1 , 7 2 and the weighting function g. It can be seen that in this exemplary embodiment a period comprises a total of six samples. In this example, the sample values have the same sample value (a, b, c, d, e, f) for all signals at a given point in time. However, this is only intended to simplify matters. However, a fast Fourier transformation can preferably be calculated for a signal with a number of sampled values if the number of sampled values corresponds to a power of two, that is to say 2 n , where n is a natural number and where n 1. A fast Fourier transform cannot be calculated from a signal with six sample values any more than from a signal with 30,000 sample values.

5B zeigt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel, das beschreibt, wie die Abtastwerte von verschiedenen Signalen mit Nullen ergänzt werden müssen, damit eine schnelle Fouriertransformation von diesen Signalen berechnet werden kann. Dargestellt sind in 5B die Signale aus 5A mit den bekannten Abtastwerten für die ersten sechs Abtastzeitpunkte. Die Signale Pref, Ymeas und g werden mit Nullen aufgefüllt, sodass sie eine Länge erreichen, die einer Zweierpotenz, also 2n, entspricht. Bei den Signalen, die exemplarisch sechs Abtastwerte aufweisen, sollte angenommen werden, dass diese bis zur nächsten Zweierpotenz mit Nullen aufgefüllt werden würden. Die nächste Zweierpotenz wäre bei acht Abtastwerten für jedes Signal erreicht. Allerdings haben Untersuchungen ergeben, dass in einem solchen Fall ein Aliasing-Fehler auftreten kann. Um dies zu vermeiden, muss die Länge L der Signale Pref, Ymeas und g bevorzugt derart gewählt werden, dass die Beziehung L ≥ 2·F-1 gilt, wobei F die Anzahl der Abtastwerte innerhalb eines Rahmens bzw. innerhalb einer Periode darstellt und L auch die Länge der schnellen Fouriertransformation ist. In diesem Fall hat F den Wert sechs, sodass die Länge der mit Nullen aufgefüllten Signale mindestens elf betragen muss. Da eine Länge von elf keine Zweierpotenz darstellt, werden die Signale Pref, Ymeas und g bis zur nächsten Zweierpotenz, folglich L = 16 = 24, mit Nullen aufgefüllt. 5B shows an exemplary embodiment according to the invention which describes how the sampled values of various signals must be supplemented with zeros so that a fast Fourier transformation can be calculated from these signals. Are shown in 5B the signals off 5A with the known sampling values for the first six sampling times. The signals P ref , Y meas and g are padded with zeros so that they reach a length which corresponds to a power of two, i.e. 2 n . In the case of the signals, which have six sample values by way of example, it should be assumed that these would be padded with zeros up to the next power of two. The next power of two would be reached with eight samples for each signal. However, studies have shown that an aliasing error can occur in such a case. To avoid this, the length L of the signals P ref , Y meas and g must preferably be chosen such that the relationship L 2 · F-1 applies, where F represents the number of samples within a frame or within a period and L is also the length of the fast Fourier transform. In this case, F has the value six, so the length of the zero-padded signals must be at least eleven. Since a length of eleven does not represent a power of two, the signals P ref , Y meas and g are padded with zeros up to the next power of two, consequently L = 16 = 2 4 .

5C zeigt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel, das beschreibt, wie eine zweite Anzahl an Elementen zu den mit Nullen ergänzten Abtastwerten innerhalb der verschiedenen Signale Pref und g eingefügt werden. Würden die Signale Pref und Ymeas aus 5 im Frequenzbereich miteinander multipliziert werden, was einer Faltung im Zeitbereich entspricht, so würde diese Faltung nicht über den ganzen zumindest einen Signalbereich Ymeas des zu analysierenden Kommunikationssignals 71 , 72 erfolgen. Aus diesem Grund werden bei den Signalen Pref und g, also dem Referenzsignal und der Gewichtungsfunktion eine zweite Anzahl aller Elemente die sich vor dem angehängten Nullen befinden, mit Ausnahme des ersten Elements, kopiert und an das Ende der jeweiligen Signale eingefügt, ohne dass diese dabei verlängert werden. In dem Beispiel aus 5C werden die Abtastwerte 1 bis F-1 des Referenzsignals Pref und der Gewichtungsfunktion g kopiert und an die Stellen für die Abtastwerte 11 bis 15 eingefügt. 5C shows an exemplary embodiment according to the invention, which describes how a second number of elements are inserted into the sampled values supplemented with zeros within the various signals P ref and g. If the signals P ref and Y meas 5 are multiplied with one another in the frequency domain, which corresponds to a convolution in the time domain, this convolution would not be over the entire at least one signal range Y meas of the communication signal to be analyzed 7 1 , 7 2 respectively. For this reason, with the signals Pref and g, i.e. the reference signal and the weighting function, a second number of all elements that are in front of the attached zeros, with the exception of the first element, are copied and pasted at the end of the respective signals without them be extended. In the example 5C are the samples 1 to F-1 of the reference signal Pref and the weighting function g and copied to the locations for the samples 11 to 15th inserted.

6 zeigt ein verfeinertes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Modells zur Berechnung des Zeitversatzes τ für den Rahmenstart. Zu Beginn ist der Aufnahmespeicher 60 dargestellt. Der Aufnahmespeicher 60 ist dabei bevorzugt in der Speichereinheit 4 ausgebildet. Aus dem Aufnahmespeicher 60, der das zu analysierende Kommunikationssignal 71 , 72 enthält, wird durch eine dritte Verarbeitungseinheit 61 zumindest ein Signalbereich ausgeschnitten. Dieser zumindest eine Signalbereich umfasst die Länge eines Rahmens, oder die Länge einer Periode F, welche nicht zwingend in ihrer Länge übereinstimmen müssen. Im Anschluss daran wird von dem ausgeschnittenen zumindest einen Signalbereich von einer Betragseinheit 33 der Betrag gebildet. Dieser Sachverhalt ist bereits aus 3 bekannt. Im Anschluss daran ermittelt eine vierte Verarbeitungseinheit 62 die Anzahl an Nullen, die an den zumindest einen Signalbereich Ymeas(t) angehängt werden müssen, damit die Gesamtanzahl der Elemente innerhalb des zumindest einen Signalbereichs Ymeas(t) die Länge einer Zweierpotenz erreichen, wobei mindestens so viele Nullen hinzugefügt werden müssen, dass die Länge L des zumindest einen Signalbereichs Ymeas 2·F-1 entspricht, bzw. im Weiteren bis zur nächsten Zweierpotenz aufgerundet wird. Im Anschluss daran transformiert die erste Fouriertransformationseinheit 401 den zumindest einen Signalbereich Ymeas(U) des zu analysierenden Kommunikationssignals 71 , 72 in den Frequenzbereich. 6th shows a refined exemplary embodiment according to the invention of a model for calculating the time offset τ for the frame start. At the beginning is the recording memory 60 shown. The recording memory 60 is preferably in the storage unit 4th educated. From the recording memory 60 , the communication signal to be analyzed 7 1 , 7 2 contains is processed by a third processing unit 61 cut out at least one signal area. This at least one signal range comprises the length of a frame or the length of a period F, which do not necessarily have to match in length. Subsequently, at least one signal range of the cut out is given by a unit of amount 33 the amount formed. This fact is already over 3 known. A fourth processing unit then determines 62 the number of zeros which must be appended to the at least one signal range Y meas (t) so that the total number of elements within the at least one signal range Y meas (t) reaches the length of a power of two, with at least as many zeros having to be added, that the length L of the at least one signal range corresponds to Y meas 2 · F-1, or is rounded up to the next power of two. The first Fourier transform unit then transforms 40 1 the at least one signal range Y meas (U) of the communication signal to be analyzed 7 1 , 7 2 in the frequency domain.

Auf der anderen Seite erzeugt der Signalgenerator 22 ein Referenzsignal Pref, welches die Länge einer Periode, bzw. eines Rahmens aufweist. Dabei entspricht das Leistungsprofil des Referenzsignals Pref in etwa dem Leistungsprofil des zumindest einen Signalbereichs Ymeas des zu analysierenden Kommunikationssignals 71 , 72 . Informationen (aktive Slots, Bursttyp pro aktivem Slot), die für die Erzeugung des Referenzsignals Pref notwendig sind, können durch einen Benutzer in der Eingabeeinheit 6 eingegeben werden, sodass dieses Referenzsignal Pref gemäß dem GSM-Standard erzeugt werden kann.On the other hand, the signal generator generates 22nd a reference signal P ref , which has the length of a period or a frame. The power profile of the reference signal P ref corresponds approximately to the power profile of the at least one signal range Y meas of the communication signal to be analyzed 7 1 , 7 2 . Information (active slots, burst type per active slot) that are necessary for generating the reference signal P ref can be accessed by a user in the input unit 6th be entered so that this reference signal P ref can be generated according to the GSM standard.

Je stärker das Referenzsignal Pref dem zumindest einen Signalbereich Ymeas des zu analysierenden Kommunikationssignals 71 , 72 ähnelt, desto genauer kann der Zeitversatz τ für den Rahmenstart ermittelt werden. Dem Referenzsignal Pref, welches durch den Signalgenerator 22 erzeugt wird, wird ebenfalls innerhalb einer vierten Verarbeitungseinheit 62 eine bestimmte Anzahl an Nullen hinzugefügt. Wie bereits beschrieben, werden derart viele Nullen an das Ende des Referenzsignals Pref angehängt, dass das Referenzsignal Pref eine Länge L aufweist, die gleich einer Zweierpotenz ist. Dabei ist zu beachten, dass die Länge L des Referenzsignals Pref mindestens 2·F-1 Elemente aufweisen muss, sodass die vierte Verarbeitungseinheit 62 eine entsprechende Anzahl an Nullen hinzufügen muss, bis die Länge L eine Zweierpotenz erreicht. The stronger the reference signal P ref corresponds to the at least one signal range Y meas of the communication signal to be analyzed 7 1 , 7 2 is similar, the more precisely the time offset τ can be determined for the frame start. The reference signal P ref , which is generated by the signal generator 22nd is also generated within a fourth processing unit 62 added a certain number of zeros. As already described, so many zeros are appended to the end of the reference signal Pref that the reference signal P ref has a length L which is equal to a power of two. It should be noted that the length L of the reference signal P ref must have at least 2 · F-1 elements, so that the fourth processing unit 62 must add a corresponding number of zeros until the length L reaches a power of two.

Im Anschluss daran werden in der fünften Verarbeitungseinheit 63 alle Elemente kopiert, mit der Ausnahme des ersten Elements, die sich vor den angehängten Nullen befinden. Diese kopierten Elemente werden anschließend an das Ende des Referenzsignals Pref eingefügt, ohne dass dabei die Länge L des Referenzsignals Pref vergrößert wird. Dieser Sachverhalt wurde bereits zu 5C erläutert, worauf hiermit verwiesen wird. Anschließend wird das Referenzsignal Pref(U) an eine zweite Fouriertransformationseinheit 402 übergeben. Die zweite Fouriertransformationseinheit 402 berechnet bevorzugt eine schnelle Fouriertransformation über das Referenzsignal Pref(U). Nachdem die zweite Fouriertransformationseinheit 402 das Referenzsignal Pref(U) in den Frequenzbereich transformiert hat, bildet die erste Verarbeitungseinheit 41 den konjugiert komplexen Teil des in den Frequenzbereich transformierten Referenzsignals Pref(n).This is followed by the fifth processing unit 63 all elements are copied with the exception of the first element, which are before the trailing zeros. These copied elements are then inserted at the end of the reference signal Pref without the length L of the reference signal Pref being increased. This fact was already too 5C explains what is hereby referred to. The reference signal P ref (U) is then sent to a second Fourier transform unit 40 2 to hand over. The second Fourier transform unit 40 2 preferably calculates a fast Fourier transform using the reference signal P ref (U). After the second Fourier transform unit 40 2 has transformed the reference signal P ref (U) into the frequency domain, forms the first processing unit 41 the complex conjugate part of the reference signal P ref (n) transformed into the frequency domain.

Die weitere Multiplikationseinheit 42 multipliziert den in den Frequenzbereich transformierten zumindest einen Signalbereich des zu analysierenden Kommunikationssignals Ymeas(n) mit dem in den Frequenzbereich transformierten konjugiert komplexen Teil des Referenzsignals Pref*(n). Das Ergebnis dieser Multiplikation wird an die inverse Fouriertransformationseinheit 43 übergeben. Diese inverse Fouriertransformationseinheit 43 transformiert das ihr zugeführte Signal bevorzugt mittels einer inversen schnellen Fouriertransformation zurück in den Zeitbereich. Das Ergebnis dieser inversen Fouriertransformationseinheit 43 wird der zweiten Verarbeitungseinheit 44 zugeführt, die von dem Ergebnis der Rücktransformation den Realteil ermittelt. Eine sechste Verarbeitungseinheit 64 ermittelt aus dem Realteil des in den Zeitbereich zurücktransformierten Multiplikationsergebnisses das Maximum der Metrik und gibt den Index, bzw. die Stelle des Maximums der Metrik als Zeitversatz τ̂ für den Rahmenstart aus.The further multiplication unit 42 multiplies the at least one signal range, transformed into the frequency range, of the communication signal Y meas (n) to be analyzed by the conjugate complex part of the reference signal P ref * (n) transformed into the frequency range. The result of this multiplication is sent to the inverse Fourier transform unit 43 to hand over. This inverse Fourier transform unit 43 transforms the signal fed to it, preferably by means of an inverse fast Fourier transformation, back into the time domain. The result of this inverse Fourier transform unit 43 becomes the second processing unit 44 supplied, which determines the real part from the result of the inverse transformation. A sixth processing unit 64 determines the maximum of the metric from the real part of the multiplication result transformed back into the time domain and outputs the index or the position of the maximum of the metric as a time offset τ̂ for the frame start.

7 zeigt ein weiteres verfeinertes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Modells zur Berechnung eines Zeitversatzes τ für den Rahmenstart. Das Ausführungsbeispiel aus 7 weist dabei eine hohe Ähnlichkeit zu dem Ausführungsbeispiel aus 6 auf, weshalb darauf verzichtet wird, die in 6 bereits erläuterten Verarbeitungseinheiten in 7 nochmals zu beschreiben. Es wird hierzu auf die Figurenbeschreibung zu 6 verwiesen. Um die Rechenzeit zu verringern, ist es sinnvoll, die Abtastwerte des zumindest einen Signalbereichs Ymeas des zu analysierenden Kommunikationssignals 71 , 72 und die Abtastwerte des Referenzsignals Pref zu dezimieren. Aus diesem Grund wird für den zumindest einen Signalbereich Ymeas des zu analysierenden Kommunikationssignals 71 , 72 nach der Betragseinheit 33 eine Rechteckdezimationsfiltereinheit 70 integriert. Dabei wird der zumindest eine Signalbereich Ymeas des zu analysierenden Kommunikationssignals 71 , 72 mit einem Rechteckfilter gefiltert, welcher im Frequenzbereich, je länger das Rechteck ist, eine desto kleinere Bandbreite aufweist. 7th shows a further refined exemplary embodiment according to the invention of a model for calculating a time offset τ for the frame start. The embodiment from 7th is very similar to the exemplary embodiment 6th on, which is why the in 6th processing units already explained in 7th to describe again. Please refer to the description of the figures 6th referenced. In order to reduce the computing time, it makes sense to use the samples of the at least one signal range Y meas of the communication signal to be analyzed 7 1 , 7 2 and to decimate the samples of the reference signal P ref . For this reason, Y meas of the communication signal to be analyzed is used for the at least one signal range 7 1 , 7 2 according to the unit of amount 33 a rectangular decimation filter unit 70 integrated. The at least one signal range Y meas of the communication signal to be analyzed becomes 7 1 , 7 2 filtered with a square filter, which in the frequency range, the longer the square, the smaller the bandwidth.

Dieser Filter ist mit einem Tiefpassfilter zu vergleichen, was zu einem kleineren Spektrum führt, weshalb die Abtastrate reduziert werden kann. Die Breite L des Rechtecks entspricht dabei beispielsweise einem ganzzahligen Faktor des Dezimationsfaktors D, bevorzugt ist die Breite des Rechtecks zweimal so groß wie der Dezimationsfaktor. Vorteilhaft bei der Wahl des Dezimationsfaktors ist, dass eine ganzzahlige Anzahl an Abtastwerten nach der Dezimation des Signals erhalten bleibt. Der Dezimationsfaktor muss dabei ein ganzzahliger Teiler der Länge L sein. Durch den Einsatz einer Rechteckdezimationsfiltereinheit 70 kann das Filtern und Dezimieren des zumindest einen Signalbereichs Ymeas(t) auf einmal erfolgen, was wiederum zu einer Zeitersparnis führt. Untersuchungen haben ergeben, dass ein Dezimationsfaktor von 125 der beste Kompromiss zwischen benötigter Rechenzeit und Effizienz darstellt, wenn vorausgesetzt wird, dass 30000 Abtastwerte für einen Rahmen und damit 3750 Abtastwerte für einen Slot gespeichert sind. Die erste Fouriertransformationseinheit 401 berechnet in diesem Fall eine schnelle Fouriertransformation mit einer Größe von 512. Nach der Rechteckdezimationsfiltereinheit 70 bleiben folglich noch 240 Messwerte übrig, an deren Ende noch 272 Nullen angehängt werden.This filter can be compared to a low-pass filter, which leads to a smaller spectrum, which is why the sampling rate can be reduced. The width L of the rectangle corresponds, for example, to an integer factor of the decimation factor D; the width of the rectangle is preferably twice as large as the decimation factor. When choosing the decimation factor, it is advantageous that an integer number of samples is retained after the decimation of the signal. The decimation factor must be an integer divisor of the length L. By using a rectangular decimation filter unit 70 the filtering and decimation of the at least one signal range Y meas (t) can take place at once, which in turn leads to a time saving. Investigations have shown that a decimation factor of 125 represents the best compromise between required computing time and efficiency if it is assumed that 30,000 samples are stored for one frame and thus 3750 samples for a slot. The first Fourier transform unit 40 1 in this case calculates a fast Fourier transform with a size of 512. After the rectangular decimation filter unit 70 This leaves 240 measured values with 272 zeros appended to the end.

Wie in 7 dargestellt ist, wird auch das Referenzsignal Pref(t) dezimiert. Aufgrund der Tatsache, dass das Referenzsignal von jeglichem Rauschen befreit ist, kann die Dezimation mittels einer zyklischen Dezimationsfiltereinheit 71 erfolgen. Das Referenzsignal wird bevorzugt mit dem gleichen Dezimationsfaktor wie in der Rechteckdezimationsfiltereinheit 70 dezimiert. In der vierten Verarbeitungseinheit 62 werden in diesem Fall bevorzugt 272 Nullen an die Abtastwerte angehängt. Anschließend werden in der fünften Verarbeitungseinheit 63 von den 240 Abtastwerten die letzten 239 Abtastwerte kopiert und an das Ende eingefügt. In der Mitte bleiben folglich noch 33 Nullen übrig.As in 7th is shown, the reference signal P ref (t) is also decimated. Due to the fact that the reference signal is free of any noise, the decimation can be carried out by means of a cyclic decimation filter unit 71 respectively. The reference signal is preferably given the same decimation factor as in the rectangular decimation filter unit 70 decimated. In the fourth processing unit 62 will be in this If preferred, 272 zeros are appended to the samples. Then in the fifth processing unit 63 of the 240 samples the last 239 samples are copied and inserted at the end. This leaves 33 zeros in the middle.

Weiterhin ist in 7 noch eine Interpolationseinheit 72 gezeigt. Die Interpolationseinheit 72 ist dabei bevorzugt mit dem Ausgang der zweiten Verarbeitungseinheit 44 und mit dem Ausgang der sechsten Verarbeitungseinheit 64 verbunden. Bei der Interpolationseinheit 72 handelt es sich bevorzugt um eine quadratische Interpolationseinheit 72. Andere Interpolationsmethoden können ebenfalls verwendet werden. Aufgrund der Tatsache, dass durch die Rechteckdezimierungsfiltereinheit 70 und durch die zyklische Dezimierungsfiltereinheit 71 die Auflösung reduziert wurde, sinkt auch die Auflösung, mit der der Zeitversatz τ geschätzt werden kann. Aus diesem Grund wird mittels der quadratischen Interpolationseinheit 72 der Verlauf des Zeitversatzes τ zwischen zwei Werten des Zeitversatzes τ interpoliert. Dieser zusätzliche weitere Zeitversatz τ2 wird in einer zweiten Additionseinheit 73 zu dem Zeitversatz τ addiert, welcher durch die sechste Verarbeitungseinrichtung 64 ausgegeben wird. Am Ausgang der zweiten Additionseinheit 73 wird der gesamte Zeitversatz ferhalten, der zum Ermitteln des Rahmenstarts herangezogen wird.Furthermore, in 7th another interpolation unit 72 shown. The interpolation unit 72 is preferably connected to the output of the second processing unit 44 and to the output of the sixth processing unit 64 connected. With the interpolation unit 72 it is preferably a square interpolation unit 72 . Other interpolation methods can also be used. Due to the fact that through the rectangular decimation filter unit 70 and by the cyclic decimation filter unit 71 the resolution has been reduced, the resolution with which the time offset τ can be estimated also decreases. For this reason, the square interpolation unit 72 the course of the time offset τ is interpolated between two values of the time offset τ. This additional further time offset τ 2 is used in a second addition unit 73 added to the time offset τ which is determined by the sixth processing means 64 is issued. At the output of the second addition unit 73 the entire time offset that is used to determine the frame start is retained.

8 zeigt ein weiteres verfeinertes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Modells zur Berechnung eines Zeitversatzes τ für den Rahmenstart, bei welchem die Gewichtungsfunktion g berücksichtigt wird. Bei Betrachtung von Gleichung (9) wird deutlich, dass es neben dem konstanten Term (2) noch einen Term (1) gibt, welcher eine Gewichtungsfunktion g beinhaltet. Folglich berechnet sich der zu ermittelnde Zeitversatz τ aus dem Term (1) abzüglich eines weiteren Terms, welcher sich im Zähler befindet und durch den konstanten Term (2) dividiert wird. Innerhalb dieses weiteren Terms taucht ebenfalls die Gewichtungsfunktion g auf. Weil das Modell aus 8 auf den Modellen aus 6 und 7 basiert, wird auf die Gemeinsamkeiten nicht nochmals gesondert eingegangen. Stattdessen wird ein Verweis auf die Figurenbeschreibung zu den 6 und 7 gemacht. 8th shows a further refined exemplary embodiment according to the invention of a model for calculating a time offset τ for the frame start, in which the weighting function g is taken into account. When considering equation (9) it becomes clear that in addition to the constant term ( 2 ) another term ( 1 ), which contains a weighting function g. Consequently, the time offset τ to be determined is calculated from the term ( 1 ) minus another term, which is in the numerator and is represented by the constant term ( 2 ) is divided. The weighting function g also appears within this further term. Because the model is out 8th on the models 6th and 7th based, the similarities will not be discussed again separately. Instead, reference is made to the description of the figures for the 6th and 7th made.

Gleichung (9) kann zu einem Bruch mit einem gemeinsamen Nenner erweitert werden, wie dies in Gleichung (22) dargestellt ist. Der Term (2) ist dabei konstant. L ( τ ) = ( υ = 0 F 1 g ( υ τ ) Y m e a s ( υ ) 2 ) ( 1 ) ( υ = 0 F 1 g ( υ τ ) P r e f ( υ τ ) 2 ) ( 2 ) ( υ = 0 F 1 g ( υ τ ) P r e f ( υ τ ) 2 ) ( 2 ) ( υ = 0 F 1 g ( υ τ ) P r e f ( υ τ ) P r e f ( υ τ ) Y m e a s ( υ ) ) 2 ( υ = 0 F 1 g ( υ τ ) P r e f ( υ τ ) 2 ) ( 2 ) ( 3 )

Figure DE102011103642B4_0025
Equation (9) can be expanded to a fraction with a common denominator, as shown in Equation (22). The term ( 2 ) is constant. L. ( τ ) = ( υ = 0 F. - 1 G ( υ - τ ) Y m e a s ( υ ) 2 ) ( 1 ) ( υ = 0 F. - 1 G ( υ - τ ) P r e f ( υ - τ ) 2 ) ( 2 ) ( υ = 0 F. - 1 G ( υ - τ ) P r e f ( υ - τ ) 2 ) ( 2 ) ( υ = 0 F. - 1 G ( υ - τ ) P r e f ( υ - τ ) P r e f ( υ - τ ) Y m e a s ( υ ) ) 2 ( υ = 0 F. - 1 G ( υ - τ ) P r e f ( υ - τ ) 2 ) ( 2 ) ( 3 )
Figure DE102011103642B4_0025

Die Gewichtungsfunktion g wird innerhalb der Recheneinheit 20 erzeugt und weist bevorzugt die Länge eines Rahmens auf. Dabei handelt es sich bevorzugt ebenfalls um 30000 Abtastwerte, wie dies beispielsweise bei dem zumindest einen Signalbereich Ymeas von dem zu analysierenden Kommunikationssignal 71 , 72 und dem Referenzsignal Pref der Fall ist. In einem weiteren Schritt wird der eine Rahmen der Gewichtungsfunktion g mittels der zyklischen Dezimationsfiltereinheit 71 gefiltert und dezimiert. Bevorzugt wird ein Wert von beispielsweise 125 als Dezimationsfaktor verwendet. Die dezimierte und gefilterte Gewichtungsfunktion g wird anschließend mit dem gefilterten und dezimierten Referenzsignals Pref mittels der dritten Multiplikationseinheit 82 multipliziert. Diese Multiplikation kann dem Term (3) aus Gleichung (22) entnommen werden.The weighting function g is used within the computing unit 20th generated and preferably has the length of a frame. These are preferably likewise 30,000 samples, as is the case, for example, with the at least one signal range Y meas of the communication signal to be analyzed 7 1 , 7 2 and the reference signal Pref is the case. In a further step, one frame becomes the weighting function g by means of the cyclic decimation filter unit 71 filtered and decimated. A value of, for example, is preferred 125 used as a decimation factor. The decimated and filtered weighting function g is then combined with the filtered and decimated reference signal Pref by means of the third multiplication unit 82 multiplied. This multiplication can be assigned to the term ( 3 ) can be taken from equation (22).

Weiterhin wird die gefilterte und dezimierte Gewichtsfunktion g mittels der vierten Verarbeitungseinheit 62 und der fünften Verarbeitungseinheit 63 derart verarbeitet, dass nach den Abtastwerten der Gewichtsfunktion g Nullen eingefügt und die Abtastwerte mit Ausnahme des ersten Abtastwertes an das Ende der Gewichtsfunktion kopiert werden, ohne dass die Gewichtsfunktion g dabei vergrößert wird. Durch die vierte Verarbeitungseinheit 62 und die fünfte Verarbeitungseinheit 63 ist die Gewichtsfunktion so groß, dass sie einer Zweierpotenz entspricht und bevorzugt 512 Abtastwerte aufweist.Furthermore, the filtered and decimated weight function g is obtained by means of the fourth processing unit 62 and the fifth processing unit 63 processed in such a way that zeros are inserted after the sample values of the weight function g and the sample values, with the exception of the first sample value, are copied to the end of the weight function without the weight function g being increased in the process. By the fourth processing unit 62 and the fifth processing unit 63 the weight function is so large that it corresponds to a power of two and is preferred 512 Having samples.

Im Anschluss daran wird die Gewichtsfunktion g mittels einer vierten Fouriertransformationseinheit 404 bevorzugt mittels einer schnellen Fouriertransformation in den Frequenzbereich transformiert. Anschließend wird mittels der ersten Verarbeitungseinheit 41 der konjugiert komplexe Teil der in den Frequenzbereich transformierten Gewichtsfunktion g(n) gebildet. The weight function g is then calculated by means of a fourth Fourier transformation unit 40 4 preferably transformed into the frequency domain by means of a fast Fourier transformation. Subsequently, the first processing unit 41 the complex conjugate part of the weight function g (n) transformed into the frequency domain is formed.

Von dem zumindest einen Signalbereich Ymeas(U) des zu analysierenden Kommunikationssignals 71 , 72 am Ausgang der vierten Verarbeitungseinheit 62 wird mittels der Quadrierungseinheit 83 das Quadrat gebildet. Dieser Sachverhalt ist im Term (1) von Gleichung (22) gezeigt. Anschließend wird der quadrierte Teil des zumindest einen Signalbereichs Ymeas(U)2 des zu analysierenden Kommunikationssignals 71 , 72 mittels einer dritten Fouriertransformationseinheit 403 bevorzugt mittels einer schnellen Fouriertransformation in den Frequenzbereich transformiert. Der in den Frequenzbereich transformierte zumindest eine Signalbereich Ymeas(n) des zu analysierenden Kommunikationssignals 71 , 72 wird durch die vierte Multiplikationseinheit 84 mit dem in den Frequenzbereich transformierten konjugiert komplexen Teil der Gewichtsfunktion g*(n) multipliziert. Diese Multiplikation im Frequenzbereich entspricht der zyklischen Faltung im Zeitbereich. Die Summe über das Produkt der Gewichtsfunktion und des quadrierten zumindest einen Signalbereichs von den zu analysierenden Kommunikationssignals 71 , 72 , wie dies im Term (1) in Gleichung (22) dargestellt ist, ist damit berechnet.Of the at least one signal range Y meas (U) of the communication signal to be analyzed 7 1 , 7 2 at the output of the fourth processing unit 62 is by means of the squaring unit 83 formed the square. This fact is in the term ( 1 ) shown by equation (22). The squared part of the at least one signal range Y meas (U) 2 of the communication signal to be analyzed is then used 7 1 , 7 2 transformed into the frequency range by means of a third Fourier transformation unit 40 3, preferably by means of a fast Fourier transformation. The at least one signal range Y meas (n) of the communication signal to be analyzed, transformed into the frequency range 7 1 , 7 2 is by the fourth multiplication unit 84 multiplied by the conjugate complex part of the weight function g * (n) transformed into the frequency domain. This multiplication in the frequency domain corresponds to the cyclical convolution in the time domain. The sum over the product of the weight function and the squared at least one signal range from the communication signal to be analyzed 7 1 , 7 2 , like this in the term ( 1 ) is shown in equation (22) is calculated.

Über eine weitere inverse Fouriertransformationseinheit 85 wird das Ergebnis bevorzugt mittels einer schnellen Fouriertransformation wieder in den Zeitbereich zurücktransformiert. Die zweite Verarbeitungseinheit 44 bildet von dem in den Zeitbereich zurücktransformierten Ergebnis den Realteil.Via another inverse Fourier transform unit 85 the result is preferably transformed back into the time domain by means of a fast Fourier transformation. The second processing unit 44 forms the real part of the result transformed back into the time domain.

Im Folgenden wird erläutert, wie der Term (2) aus Gleichung (22) berechnet wird. Das gefilterte und dezimierte Referenzsignal Pref wird mittels einer Quadrierungseinheit 83 quadriert, um dieses im Anschluss daran mit einer fünften Multiplikationseinheit 90 mit der dezimierten und gefilterten Gewichtungsfunktion g zu multiplizieren. Im Anschluss daran wird mit der Summationseinheit 91 die Summe der Multiplikationsergebnisse aller Abtastwerte der dezimierten und gefilterten Gewichtungsfunktion g mit dem gefilterten und dezimierten Referenzsignal Pref berechnet. Die Summe aus Term (2) von Gleichung (22) wird direkt berechnet, ohne einzelnen Signale in den Frequenzbereich zu transformieren, weil der Term (2) unabhängig von Ymeas ist. Die Berechnung der Summe kann einmalig erfolgen, wobei das Ergebnis in der Speichereinheit 4 abgelegt wird. Das Ergebnis der Summe ist ein skalarer Wert. Der berechnete Term (2) wird mittels der sechsten Multiplikationseinheit 92 mit dem Ergebnis der zweiten Verarbeitungseinheit 44 multipliziert. Damit wird der berechnete Term (2) von Gleichung (22) mit dem Realteil Term (1) von Gleichung (22) multipliziert.The following explains how the term ( 2 ) is calculated from equation (22). The filtered and decimated reference signal Pref is by means of a squaring unit 83 squared to this then with a fifth multiplication unit 90 to be multiplied by the decimated and filtered weighting function g. This is followed by the summation unit 91 the sum of the multiplication results of all samples of the decimated and filtered weighting function g is calculated with the filtered and decimated reference signal P ref . The sum of term ( 2 ) from equation (22) is calculated directly without transforming individual signals into the frequency domain, because the term ( 2 ) is independent of Y meas . The calculation of the sum can be done once, with the result in the memory unit 4th is filed. The result of the sum is a scalar value. The calculated term ( 2 ) is by means of the sixth multiplication unit 92 with the result of the second processing unit 44 multiplied. This becomes the calculated term ( 2 ) of equation (22) with the real part term ( 1 ) multiplied by equation (22).

Ebenfalls wird, wie schon vorher in 7 gezeigt der in den Frequenzbereich transformierte zumindest eine Signalbereich Ymeas (n) von den zu analysierenden Kommunikationssignal 71 , 72 mit dem konjugiert komplexen Teil des in den Frequenzbereich transformierten Referenzsignals Pref*(n) multipliziert. Das Ergebnis wird wiederum mittels der inversen Fouriertransformationseinheit 43 in den Zeitbereich zurücktransformiert. Bei dem Ergebnis am Ausgang der inversen Fouriertransformationseinheit 43 handelt es sich um die erste Metrik, wohingegen es sich bei dem Ergebnis der weiteren inversen Fouriertransformationseinheit 85 um eine zweite Metrik handelt.As in 7th the at least one signal range Y meas (n) of the communication signal to be analyzed is shown, transformed into the frequency range 7 1 , 7 2 multiplied by the conjugate complex part of the reference signal P ref * (n) transformed into the frequency domain. The result is in turn using the inverse Fourier transform unit 43 transformed back into the time domain. With the result at the output of the inverse Fourier transform unit 43 it is the first metric, whereas it is the result of the further inverse Fourier transform unit 85 is a second metric.

Von dem Ergebnis am Ausgang der inversen Fouriertransformationseinheit 43 wird mittels der zweiten Verarbeitungseinheit 44 der Realteil ermittelt, um dadurch das numerische Rauschen zu entfernen. Anschließend wird mittels einer weiteren Quadrierungseinheit 87 der Realteil des in den Zeitbereich zurücktransformierten Ergebnisses, wie in Term (3) von Gleichung (22) dargestellt, quadriert.From the result at the output of the inverse Fourier transform unit 43 is by means of the second processing unit 44 the real part is determined to thereby remove the numerical noise. Then another squaring unit is used 87 the real part of the result transformed back into the time domain, as in term ( 3 ) represented by equation (22), squared.

Anschließend wird das Ergebnis der weiteren Quadrierungseinheit 87 von dem Ergebnis der sechsten Multiplikationseinheit 92 in einer dritten Additionseinheit 86 subtrahiert. Dieser Sachverhalt ist auch in Gleichung (22) dargestellt, mit der Annahme, dass der konstante Term (2) im Nenner des Bruchs bereits mit eingerechnet ist.Then the result of the further squaring unit is used 87 from the result of the sixth multiplication unit 92 in a third addition unit 86 subtracted. This fact is also shown in equation (22), with the assumption that the constant term ( 2 ) is already included in the denominator of the fraction.

Das Ergebnis dieser dritten Additionseinheit 86 wird wiederum der sechsten Verarbeitungseinheit 64 und optional der Interpolationseinheit 72 zugeführt, bei welcher es sich bevorzugt um eine quadratische Interpolationseinheit 72 handelt. Der Ausgang der sechsten Verarbeitungseinheit 64 kann ebenfalls der Interpolationseinheit 72 zugeführt werden, wobei das Ergebnis der Interpolationseinheit 72 zu dem Ergebnis am Ausgang der sechsten Verarbeitungseinheit 64 mittels der zweiten Additionseinheit 73 addiert wird. Am Ausgang der zweiten Additionseinheit 73 erhält man in 8 einen Zeitversatz τ̂ in dessen Berechnung die Gewichtsfunktion g eingegangen ist. Dieser Zeitversatz τ̂ kann als Rahmenstart ausgegeben werden.The result of this third addition unit 86 becomes the sixth processing unit again 64 and optionally the interpolation unit 72 supplied, which is preferably a square interpolation unit 72 acts. The output of the sixth processing unit 64 can also be the interpolation unit 72 are supplied, the result of the interpolation unit 72 to the result at the output of the sixth processing unit 64 by means of the second addition unit 73 is added. At the output of the second addition unit 73 is obtained in 8th a time offset τ̂ in whose calculation the weight function g is included. This time offset τ̂ can be output as the frame start.

9 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Flussdiagramms, welches die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Ermitteln eines Rahmenstarts erläutert. In einem ersten Verfahrensschritt S1 wird zumindest ein Signalbereich Ymeas von dem zu analysierenden Kommunikationssignals 71 , 72 mit einer Erfassungseinheit 21 erfasst. Der zumindest eine Signalbereich weist eine Länge auf, die bevorzugt dem eines Rahmens oder einer Periode von dem zu analysierenden Kommunikationssignal 71 , 72 entspricht, wobei es sich bei dem zu analysierenden Kommunikationssignal 71 , 72 bevorzugt um ein GSM-Signal handelt. 9 shows an embodiment of a flowchart showing the functioning of the device according to the invention 1 to determine a frame start. In a first process step S 1 becomes at least one signal range Y meas of the communication signal to be analyzed 7 1 , 7 2 with one registration unit 21st detected. The at least one signal range has a length that is preferably that of a frame or a period of the communication signal to be analyzed 7 1 , 7 2 corresponds, where it is the communication signal to be analyzed 7 1 , 7 2 preferably a GSM signal.

Im Anschluss daran wird in einem Verfahrensschritt S2 ein Referenzsignal Pref mit einem Leistungsprofil in Abhängigkeit des Signalbereichs Ymeas von dem zu analysierenden Kommunikationssignals 71 , 72 erzeugt. Dieses Referenzsignal Pref wird bevorzugt mittels eines Signalgenerators 22 erzeugt. Ein gültiges Referenzsignal Pref wird bevorzugt bereits dann erzeugt, wenn bekannt ist, welche Slots innerhalb des zumindest einen Signalbereichs Ymeas von dem zu analysierenden Kommunikationssignals 71 , 72 aktiv sind und welcher Bursttyp innerhalb der entsprechenden aktiven Slots vorhanden ist. Dabei wird bevorzugt ein linearer Leistungsanstieg angenommen, wobei auch andere Formen des Leistungsanstiegs berücksichtigt werden können. Eine solche Information kann über die Eingabeeinheit 6 dem Signalgenerator 22 zugeführt werden, welcher gemäß dem entsprechenden GSM-Standard das Referenzsignal Pref generiert. Bei dem zu analysierenden Kommunikationssignal 71 , 72 handelt es sich um ein periodisches Signal, wobei die Slot-Konfiguration der Slots in aufeinanderfolgenden Rahmen identisch ist.Subsequently, in a method step S 2, a reference signal Pref with a power profile is generated as a function of the signal range Y meas of the communication signal to be analyzed 7 1 , 7 2 generated. This reference signal Pref is preferably generated by means of a signal generator 22nd generated. A valid reference signal Pref is preferably already generated when it is known which slots within the at least one signal range Y meas of the communication signal to be analyzed 7 1 , 7 2 are active and which burst type is present within the corresponding active slots. A linear increase in power is preferably assumed, although other forms of increase in power can also be taken into account. Such information can be provided via the input unit 6th the signal generator 22nd are supplied, which generates the reference signal Pref according to the corresponding GSM standard. At the communication signal to be analyzed 7 1 , 7 2 it is a periodic signal, with the slot configuration of the slots being identical in successive frames.

Im Anschluss daran wird der Verfahrensschritt S3 ausgeführt. Innerhalb des Verfahrensschritts S3 wird eine erste Metrik mittels einer Faltungsoperation zwischen dem zumindest einen Signalbereich Ymeas des zu analysierenden Kommunikationssignals 71 , 72 und dem Referenzsignal Pref ermittelt. Dieser Sachverhalt ist Gleichung (18) zu entnehmen. Bei der Faltungsoperation handelt es sich um eine zyklische Faltung.This is followed by the process step S 3 executed. Within the process step S 3 a first metric is established by means of a convolution operation between the at least one signal range Y meas of the communication signal to be analyzed 7 1 , 7 2 and the reference signal Pref determined. This fact can be found in equation (18). The convolution operation is a cyclic convolution.

Im Anschluss daran wird der Verfahrensschritt S4 ausgeführt. Innerhalb des Verfahrensschritts S4 wird die Stelle, bzw. der Index des Maximums der ersten Metrik als Zeitversatz τ̂ für den Rahmenstart ausgegeben, wobei als Metrik das Ergebnis der Faltungsoperation verstanden wird.This is followed by the process step S 4 executed. Within the process step S 4 the position or the index of the maximum of the first metric is output as a time offset τ̂ for the start of the frame, the result of the convolution operation being understood as the metric.

10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Flussdiagramms, welches die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Ermitteln eines Rahmenstarts genauer erläutert. 10 erläutert dabei, wie der Verfahrensschritt S3 besonders effizient berechnet werden kann. Innerhalb des Verfahrensschritts S3_1 , welcher zu Beginn des Verfahrensschritts S3 ausgeführt werden kann, wird der zumindest eine Signalbereich Ymeas(U) des zu analysierenden Kommunikationssignals 71 , 72 sowie das Referenzsignal Pref(U) bevorzugt mittels einer schnellen Fouriertransformation in den Frequenzbereich transformiert. 10 shows a further exemplary embodiment of a flow chart which shows the functioning of the device according to the invention 1 for determining a frame start explained in more detail. 10 explains how the process step S 3 can be calculated particularly efficiently. Within the process step S 3_1 , which at the beginning of the process step S 3 can be carried out, the at least one signal range Y meas (U) of the communication signal to be analyzed 7 1 , 7 2 and the reference signal P ref (U) preferably transformed into the frequency domain by means of a fast Fourier transformation.

Im Anschluss daran wird der Verfahrensschritt S3_2 ausgeführt. In dem Verfahrensschritt S3_2 wird der in den Frequenzbereich transformierte zumindest eine Signalbereich Ymeas(n) mit dem konjugiert komplexen Teil des in den Frequenzbereich transformierten Referenzsignals Pref*(n) multipliziert. Dieser Sachverhalt kann der Gleichung (20) entnommen werden.This is followed by the process step S 3_2 executed. In the process step S 3_2 the at least one signal range Y meas (n) transformed into the frequency range is multiplied by the conjugate complex part of the reference signal P ref * (n) transformed into the frequency range. This fact can be taken from equation (20).

Im Anschluss daran wird der Verfahrensschritt S3_3 ausgeführt. In diesem Verfahrensschritt S3_3 wird die erste Metrik der Faltungsoperation zwischen dem zumindest einen Signalbereich Ymeas(n) und dem Referenzsignal Pref*(n) ermittelt. Bei dieser Faltungsoperation handelt es sich nun um die Multiplikation innerhalb des Verfahrensschritts S3_2 , die im Frequenzbereich ausgeführt wird.This is followed by the process step S 3_3 executed. In this process step S 3_3 the first metric of the convolution operation between the at least one signal range Y meas (n) and the reference signal P ref * (n) is determined. This convolution operation is now the multiplication within the method step S 3_2 that runs in the frequency domain.

Schlussendlich wird der Verfahrensschritt S3_4 ausgeführt. Innerhalb des Verfahrensschritts S3_4 wird die Stelle, bzw. der Index des Maximums der ersten Metrik des Realteils als Zeitversatz τ̂ für den Rahmenstart ausgegeben. Besonders vorteilhaft ist, dass einzig der Realteil der ersten Metrik als Zeitversatz τ̂ ausgegeben wird, weil im Imaginärteil zusätzliches Rauschen enthalten ist.Finally, the process step S 3_4 executed. Within the process step S 3_4 the position or the index of the maximum of the first metric of the real part is output as a time offset τ̂ for the start of the frame. It is particularly advantageous that only the real part of the first metric is output as a time offset τ̂, because the imaginary part contains additional noise.

11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Flussdiagramms, welches die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Ermitteln eines Rahmenstarts genauer erläutert. Wie bereits in 10 beschrieben wurde, wird bevorzugt eine schnelle Fouriertransformation eingesetzt, sodass die zyklische Faltungsoperation mittels einer Multiplikation im Frequenzbereich berechnet werden kann. Damit eine schnelle Fouriertransformation eingesetzt werden kann, muss das zu transformierende Signal eine Länge aufweisen, die bevorzugt einer Zweierpotenz, also 2n, entspricht. Hierzu wird der Verfahrensschritt S5 ausgeführt, in welchem eine erste Anzahl von Nullen an den Betrag des zumindest einen Signalbereichs Ymeas des zu analysierenden Kommunikationssignals 71 , 72 und an das Referenzsignal Pref angehängt wird, sodass der Betrag des zumindest einen Signalbereichs Ymeas des zu analysierenden Kommunikationssignals 71 , 72 und das Referenzsignal Pref eine Länge aufweisen, die gleich einer Zweierpotenz ist. 11 shows a further exemplary embodiment of a flow chart showing the mode of operation of the device according to the invention 1 for determining a frame start explained in more detail. As in 10 has been described, a fast Fourier transformation is preferably used so that the cyclic convolution operation can be calculated by means of a multiplication in the frequency domain. So that a fast Fourier transformation can be used, the signal to be transformed must have a length that preferably corresponds to a power of two, that is to say 2 n . The process step S 5 carried out, in which a first number of zeros to the amount of the at least one signal range Y meas of the communication signal to be analyzed 7 1 , 7 2 and is appended to the reference signal P ref , so that the magnitude of the at least one signal range Y meas of the communication signal to be analyzed 7 1 , 7 2 and the reference signal P ref have a length which is equal to a power of two.

Im Weiteren wird der Verfahrensschritt S6 ausgeführt, in welchem eine zweite Anzahl aller Elemente, die sich vor den angehängten Nullen innerhalb des Referenzsignals Pref befinden, mit Ausnahme eines ersten Elements, kopiert werden und wobei die zweite Anzahl aller Elemente, mit Ausnahme des ersten Elements, an das Ende des Referenzsignals Pref eingefügt werden, ohne dass dieses dabei verlängert wird. Dies erlaubt, dass anstatt einer Faltungsoperation eine zyklische Faltungsoperation berechnet werden kann. The process step S 6 executed, in which a second number of all elements that are located before the appended zeros within the reference signal P ref , with the exception of a first element, are copied and the second number of all elements, with the exception of the first element, to the end of the reference signal P ref can be inserted without lengthening it. This allows a cyclic convolution operation to be computed instead of a convolution operation.

12 beschreibt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Flussdiagramms, welches die Funktionsweise der Filterung und der Dezimation innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Ermitteln eines Rahmenstarts genauer erläutert. Innerhalb des Verfahrensschritts S7 wird der Betrag des zumindest einen Signalbereichs Ymeas und des Referenzsignals Pref derart gefiltert und dezimiert, dass eine ganzzahlige Anzahl an Abtastwerten der beiden Signale Ymeas, Pref erhalten bleibt. Der zumindest eine Signalbereich Ymeas des zu analysierenden Kommunikationssignals 71 , 72 wird bevorzugt mit einem Rechteckdezimationsfilter gefiltert und dezimiert. Aufgrund der Tatsache, dass das Referenzsignal Pref keinerlei Rauschen enthält, kann dieses mittels eines zyklischen Dezimationsfilters gefiltert und dezimiert werden. Durch die Filterung verkleinert sich das Spektrum im Frequenzbereich, sodass auch mit einer geringeren Anzahl an Abtastwerten der Zeitversatz τ bedeutend schneller und noch mit einer ausreichend hohen Genauigkeit bestimmt werden kann. Bevorzugt wird für einen Dezimationsfaktor ein Wert von Beispielsweise 125 gewählt, für den Fall, dass ein Rahmen beispielsweise 30000 Abtastwerte umfasst. 12 describes a further exemplary embodiment of a flow chart which shows the functioning of the filtering and decimation within the device according to the invention 1 for determining a frame start explained in more detail. Within method step S 7 , the magnitude of the at least one signal range Y meas and of the reference signal P ref is filtered and decimated in such a way that an integer number of samples of the two signals Y meas , P ref is retained. The at least one signal range Y meas of the communication signal to be analyzed 7 1 , 7 2 is preferably filtered and decimated with a rectangular decimation filter. Due to the fact that the reference signal P ref does not contain any noise, it can be filtered and decimated by means of a cyclic decimation filter. The filtering reduces the spectrum in the frequency range so that the time offset τ can be determined significantly faster and with a sufficiently high degree of accuracy even with a smaller number of samples. A value of, for example, is preferred for a decimation factor 125 selected, for the case that a frame comprises, for example, 30000 samples.

13 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Flussdiagramms, welches die Funktionsweise der Interpolation, bevorzugt der quadratischen Interpolation, innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Ermitteln eines Rahmenstarts erläutert. Aufgrund der Tatsache, dass der zumindest eine Signalbereich Ymeas von dem zu analysierenden Kommunikationssignal 71 , 72 , sowie das Referenzsignal Pref dezimiert wurden, kann der Zeitversatz τ nur mit einer Auflösung angegeben werden, die der reduzierten Auflösung entspricht. Aus diesem Grund wird die erste Metrik, die sich aus der zyklischen Faltungsoperation ergibt, interpoliert, sodass ein genauerer Zeitversatz τ̂ für den Rahmenstart ermittelt werden kann. Bei dieser Interpolation handelt es sich um eine quadratische Interpolation. 13 shows a further exemplary embodiment of a flow diagram which shows the mode of operation of the interpolation, preferably the quadratic interpolation, within the device according to the invention 1 to determine a frame start. Due to the fact that the at least one signal range Y meas of the communication signal to be analyzed 7 1 , 7 2 and the reference signal P ref have been decimated, the time offset τ can only be specified with a resolution that corresponds to the reduced resolution. For this reason, the first metric that results from the cyclic convolution operation is interpolated so that a more precise time offset τ̂ can be determined for the start of the frame. This interpolation is a quadratic interpolation.

14 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Flussdiagramms, welches die Funktionsweise einer Gewichtungsfunktion g innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Ermitteln eines Rahmenstarts genauer erläutert. Eine solche Gewichtungsfunktion g dient dazu, um bestimmte Slots gegenüber anderen Slots stärker zu gewichten. Die Gewichtungsfunktion g ist dabei genauso lang wie das Referenzsignal Pref. In dem Verfahrensschritt S9 wird eine solche Gewichtungsfunktion g durch die Recheneinheit 20 erzeugt. 14th shows a further exemplary embodiment of a flow chart which shows the functioning of a weighting function g within the device according to the invention 1 for determining a frame start explained in more detail. Such a weighting function g is used to weight certain slots more strongly than other slots. The weighting function g is just as long as the reference signal P ref . In the process step S 9 is such a weighting function g by the computing unit 20th generated.

Im nachfolgenden Verfahrensschritt S10 wird das Referenzsignal Pref mit der Gewichtungsfunktion g multipliziert.In the following process step S 10 the reference signal P ref is multiplied by the weighting function g.

Im nachfolgenden Verfahrensschritt S11 wird eine zweite Metrik mittels einer Faltungsoperation der Gewichtungsfunktion g(n) mit dem quadrierten zumindest einen Signalbereich Ymeas(n)2 von dem zu analysierenden Kommunikationssignal 71 , 72 ermittelt. Der zugrundeliegende Rechenschritt kann dem Term (1) in Gleichung (22) entnommen werden. Weiterhin wird der Realteil der zweiten Metrik durch eine sechste Multiplikationseinheit 92 mit dem Ergebnis der Gleichung ( υ = 0 F 1 g ( υ τ ) P r e f ( υ τ ) 2 )

Figure DE102011103642B4_0026
multipliziert. Eine Transformation in den Frequenzbereich und eine anschließende Multiplikation sind nicht notwendig, weil die oben genannte Gleichung, die auch den Term (2) aus Gleichung (22) darstellt von dem gemessenen Signal befreit sind. Die oben genannte Gleichung kann muss daher nur einmalig, beispielsweise beim Start der Vorrichtung 1 berechnet werden.In the following process step S 11 a second metric is obtained by means of a convolution operation of the weighting function g (n) with the squared at least one signal range Y meas (n) 2 of the communication signal to be analyzed 7 1 , 7 2 determined. The underlying calculation step can be derived from the term ( 1 ) in equation (22). Furthermore, the real part of the second metric is determined by a sixth multiplication unit 92 with the result of the equation ( υ = 0 F. - 1 G ( υ - τ ) P r e f ( υ - τ ) 2 )
Figure DE102011103642B4_0026
multiplied. A transformation into the frequency domain and a subsequent multiplication are not necessary because the above equation, which also includes the term ( 2 ) from equation (22) are exempt from the measured signal. The above equation can therefore only have to be used once, for example when the device is started 1 be calculated.

In dem nachfolgenden Verfahrensschritt S12 wird das Quadrat des Realteils der ersten Metrik von dem Ergebnis der sechsten Multiplikationseinheit 92 durch die dritte Additionseinheit 86 subtrahiert. Dieser Sachverhalt wird ebenfalls in Gleichung (22) dargestellt. Die Summenzeichen in Gleichung (22) lassen sich, wie bereits erläutert, durch eine zyklische Faltung beschreiben.In the following process step S 12 becomes the square of the real part of the first metric of the result of the sixth multiplication unit 92 by the third addition unit 86 subtracted. This fact is also shown in equation (22). As already explained, the summation symbols in equation (22) can be described by a cyclic convolution.

Im nachfolgenden Verfahrensschritt S13 wird die Stelle, bzw. der Index des Maximums des Ergebnisses der Subtraktion als Zeitversatz τ̂ für den Rahmenstart ausgegeben.In the following process step S 13 the position or the index of the maximum of the result of the subtraction is output as a time offset τ̂ for the start of the frame.

15 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Flussdiagramms, welches die Funktionsweise der quadratischen Interpolation innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Ermitteln eines Rahmenstarts genauer erläutert. Innerhalb von 15 wird der Verfahrensschritt S11 genauer erläutert. Innerhalb des Verfahrensschritts S11 wird zu Beginn der Verfahrensschritt S11_1 ausgeführt. In dem Verfahrensschritt S11_1 wird der zumindest eine Signalbereich Ymeas(U) von dem zu analysierenden Kommunikationssignal 71 , 72 quadriert. Dieser zumindest eine Signalbereich Ymeas(U) wurde bereits im Vorfeld auf eine Länge erweitert, die sich für die Berechnung einer schnellen Fouriertransformation eignet. 15th shows a further exemplary embodiment of a flow diagram which shows the mode of operation of the quadratic interpolation within the device according to the invention 1 for determining a frame start explained in more detail. Within 15th becomes the procedural step S 11 explained in more detail. Within the process step S 11 is at the beginning of the process step S 11 _ 1 executed. In the process step S 11_1 becomes the at least one signal range Y meas (U) of the communication signal to be analyzed 7 1 , 7 2 squared. This at least one signal range Y meas (U) has already been extended in advance to a length that is suitable for calculating a fast Fourier transform.

Im Anschluss daran wird der Verfahrensschritt S11_2 ausgeführt. In dem Verfahrensschritt S11_2 werden die Verfahrensschritte Anhängen S5 und Kopieren S6 ebenfalls für die Gewichtungsfunktion ausgeführt. Anschließend wird der Verfahrensschritt S11_3 ausgeführt, in welchem der zumindest eine quadrierte Signalbereich Ymeas(U)2 des zu analysierenden Kommunikationssignals 71 , 72 und die Gewichtungsfunktion g(u) in den Frequenzbereich transformiert werden.This is followed by the process step S 11_2 executed. In the process step S 11_2 the procedural steps are attached S 5 and copying S 6 also carried out for the weighting function. Then the process step S 11_3 carried out, in which the at least one squared signal range Y meas (U) 2 of the communication signal to be analyzed 7 1 , 7 2 and the weighting function g (u) are transformed into the frequency domain.

Im Anschluss daran wird der Verfahrensschritt S11_4 ausgeführt, in welchem der in dem Frequenzbereich transformierte zumindest eine quadrierte Signalbereich Ymeas (n)2 des zu analysierenden Kommunikationssignals 71 , 72 mit dem konjugiert komplexen Teil der in den Frequenzbereich transformierten Gewichtungsfunktion g*(n) multipliziert wird.This is followed by the process step S 11_4 executed, in which the transformed in the frequency range at least one squared signal range Y meas (n) 2 of the communication signal to be analyzed 7 1 , 7 2 is multiplied by the conjugate complex part of the weighting function g * (n) transformed into the frequency domain.

Abschließend wird der Verfahrensschritt S11_5 ausgeführt, in welchem das Multiplikationsergebnis in den Zeitbereich zurücktransformiert wird und dieses als zweite Metrik ausgegeben wird.Finally the process step S 11_5 carried out, in which the multiplication result is transformed back into the time domain and this is output as a second metric.

Bevorzugt wird durch eine dritte Verarbeitungseinheit 61 zumindest ein Signalbereich ausgeschnitten. Dabei weist dieser Signalbereich eine Länge auf, die der eines Rahmens entspricht. Sollte es sich beispielsweise um ein GSM-Signal handeln, welches auch innerhalb eines Rahmens periodisch ist, so wird bevorzugt einzig eine Periode durch die dritte Verarbeitungseinheit 61 ausgeschnitten, wodurch sich der Rechenaufwand nochmals verringert. Sind beispielsweise die Slots null bis drei mit Ausnahme der übertragenen Daten, identisch mit den Slots vier bis sieben, so muss einzig ein Zeitintervall ausgeschnitten werden, welches die Länge einer Periode aufweist, also vier Slots lang ist.A third processing unit is preferred 61 cut out at least one signal area. This signal area has a length that corresponds to that of a frame. If, for example, it is a GSM signal which is also periodic within a frame, only one period by the third processing unit is preferred 61 cut out, which further reduces the computational effort. If, for example, slots zero to three, with the exception of the transmitted data, are identical to slots four to seven, then all that has to be cut out is a time interval which has the length of one period, i.e. is four slots long.

Der Signalgenerator 22, mit dem das Referenzsignal Pref erzeugt wird, kann in Software aber auch in Hardware realisiert sein. Es können auch verschiedene Verläufe für das Referenzsignal Pref innerhalb der zumindest einen Speichereinheit 4 gespeichert sein, von denen je nach Eingabe innerhalb der Eingabeeinheit 6 das entsprechende Referenzsignal Pref geladen wird.The signal generator 22nd , with which the reference signal P ref is generated, can be implemented in software but also in hardware. There can also be different profiles for the reference signal P ref within the at least one memory unit 4th be stored, of which depending on the input within the input unit 6th the corresponding reference signal P ref is loaded.

Im Rahmen der Erfindung sind alle beschriebenen und/oder bezeichneten Merkmale beliebig miteinander kombinierbar. Insbesondere können die Unteransprüche, das Verfahren betreffend auch mit den Vorrichtungsansprüchen die Vorrichtung 1 betreffend und umgekehrt kombiniert werden.Within the scope of the invention, all of the features described and / or identified can be combined with one another as desired. In particular, the sub-claims relating to the method can also relate to the device claims, the device 1 concerning and vice versa.

Claims (18)

Verfahren zum Bestimmen eines Rahmenstarts eines zu analysierenden Kommunikationssignals (71, 72), mit den nachfolgenden Verfahrensschritten: - Erfassen (S1) von zumindest einem Signalbereich (Ymeas) von dem zu analysierenden Kommunikationssignal (71, 72) mit einer Erfassungseinheit (21); - Erzeugen (S2) eines Referenzsignals (Pref) in Abhängigkeit eines Leistungsprofils des zumindest einen Signalbereichs (Ymeas) von dem zu analysierenden Kommunikationssignal (71, 72), wobei zur Erzeugung des Referenzsignals (Pref) aktive Slots und Bursttypen innerhalb aktiver Slots herangezogen werden, und wobei die aktiven Slots und Bursttypen durch einen Benutzer vorgegeben sind; - Ermitteln (S3) einer ersten Metrik mittels einer Faltungsoperation zwischen dem zumindest einen Signalbereich (Ymeas) und dem Referenzsignal (Pref), wobei die Faltungsoperation für den Betrag des zumindest einen Signalbereichs (Ymeas) und den konjungiert komplexen Teil des Referenzsignals (Pref*) berechnet wird; - Ausgeben (S4) der Stelle des Maximums der ersten Metrik als Zeitversatz (τ̂) für den Rahmenstart.Method for determining a frame start of a communication signal to be analyzed (7 1 , 7 2 ), with the following method steps: - Detection (S 1 ) of at least one signal range (Y meas ) of the communication signal (7 1 , 7 2 ) to be analyzed with a Detection unit (21); - Generating (S 2 ) a reference signal (P ref ) as a function of a power profile of the at least one signal range (Y meas ) of the communication signal (7 1 , 7 2 ) to be analyzed, with active slots and burst types for generating the reference signal (P ref ) are used within active slots, and the active slots and burst types are specified by a user; - Determination (S 3 ) of a first metric by means of a convolution operation between the at least one signal range (Y meas ) and the reference signal (P ref ), the convolution operation for the magnitude of the at least one signal range (Y meas ) and the complex conjugate part of the reference signal (P ref *) is calculated; - Output (S 4 ) the position of the maximum of the first metric as a time offset (τ̂) for the start of the frame. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem zu analysierenden Kommunikationssignal (71, 72) um ein digitalisiertes GSM-Signal handelt und/oder dass es sich bei dem zumindest einen Signalbereich (Ymeas) um zumindest einen Rahmen handelt und/oder dass es sich bei der Faltungsoperation um eine zyklische Faltungsoperation handelt.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the communication signal (7 1 , 7 2 ) to be analyzed is a digitized GSM signal and / or that the at least one signal range (Y meas ) is at least one frame and / or that the convolution operation is a cyclic convolution operation. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Metrik der Faltungsoperation zwischen dem Betrag des zumindest einen Signalbereichs (Ymeas) und dem Referenzsignal (Pref) durch nachfolgende Verfahrensschritte ermittelt wird: - Transformieren (S3_1) des zumindest einen Signalbereichs (Ymeas) und des Referenzsignals (Pref) mittels einer schnellen Fouriertransformation in den Frequenzbereich; - Multiplizieren (S3_2) des in den Frequenzbereich transformierten zumindest einen Signalbereichs (Ymeas(n)) mit dem konjungiert komplexen Teil des in den Frequenzbereich transformierten Referenzsignals (Pref*(n)); - Transformieren (S3_3) des Ergebnisses der Multiplikation des zumindest einen Signalbereichs (Ymeas(n)) mit dem konjungiert komplexen Teil des Referenzsignals (Pref*(n)) mittels einer inversen schnellen Fouriertransformation in den Zeitbereich; - Ausgeben (S3_4) der Stelle des Maximums der ersten Metrik des Realteils als Zeitversatz (τ̂) für den Rahmenstart. Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that the first metric of the convolution operation between the magnitude of the at least one signal range (Y meas ) and the reference signal (P ref ) is determined by the following method steps : - Transforming (S 3_1 ) the at least one signal range (Y meas ) and the Reference signal (P ref ) into the frequency domain by means of a fast Fourier transform; - Multiplying (S 3_2 ) the at least one signal range (Ymeas (n)) transformed into the frequency range by the conjugated complex part of the reference signal (P ref * (n)) transformed into the frequency range; - Transforming (S 3_3 ) the result of the multiplication of the at least one signal range (Y meas (n)) with the conjugated complex part of the reference signal (P ref * (n)) by means of an inverse fast Fourier transformation into the time domain; - Output (S 3_4 ) the position of the maximum of the first metric of the real part as a time offset (τ̂) for the frame start. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch, folgende Verfahrensschritte: - Anhängen (S5) einer ersten Anzahl von Nullen an den Betrag des zumindest einen Signalbereichs (Ymeas) und an das Referenzsignal (Pref), sodass der Betrag des zumindest einen Signalbereichs (Ymeas) und das Referenzsignal (Pref) eine Länge aufweisen, die gleich einer Zweierpotenz ist; - Kopieren (S6) einer zweiten Anzahl aller Elemente, die sich vor den angehängten Nullen innerhalb des Referenzsignals (Pref) befinden, mit Ausnahme eines ersten Elements, und Einfügen der zweiten Anzahl an Elementen an das Ende des Referenzsignals (Pref), ohne dieses dabei zu verlängern.Procedure according to Claim 3 , characterized by the following method steps: appending (S 5 ) a first number of zeros to the amount of the at least one signal range (Y meas ) and to the reference signal (P ref ) so that the amount of the at least one signal range (Y meas ) and the reference signal (P ref ) have a length which is equal to a power of two; - copying (S 6 ) a second number of all elements that are located before the appended zeros within the reference signal (P ref ), with the exception of a first element, and inserting the second number of elements at the end of the reference signal (P ref ), without extending it. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch, folgenden Verfahrensschritt: - Filtern (S7) und Dezimieren (S7) des Betrags des zumindest einen Signalbereichs (Ymeas) und des Referenzsignals (Pref) derart, dass eine ganzzahlige Anzahl an Abtastwerten der beiden Signale (Ymeas, Pref) erhalten bleibt.Method according to one of the preceding claims, characterized by the following method step: filtering (S 7 ) and decimating (S 7 ) the magnitude of the at least one signal range (Y meas ) and the reference signal (P ref ) in such a way that an integer number of samples of the two signals (Y meas , P ref ) is retained. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch, folgenden Verfahrensschritt: - Interpolieren (S8) des Zeitversatzes (τ) und Addieren des interpolierten weiteren Zeitversatzes (τ2) zu dem Zeitversatz (τ).Method according to one of the preceding claims, characterized by the following method step: - Interpolating (S 8 ) the time offset (τ) and adding the interpolated further time offset (τ 2 ) to the time offset (τ). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch, folgende Verfahrensschritte: - Erzeugen (S9) einer Gewichtungsfunktion (g) um einzelne Bereiche innerhalb des Referenzsignals (Pref) unterschiedlich stark zu gewichten; - Multiplizieren (S10) des Referenzsignals (Pref) mit der Gewichtungsfunktion (g); - Ermitteln (S11) einer zweiten Metrik mittels einer Faltungsoperation der Gewichtungsfunktion (g) mit dem quadrierten zumindest einen Signalbereich (Ymeas 2) von dem zu analysierenden Kommunikationssignal (71, 72) und Multiplizieren des Realteils der zweiten Metrik durch eine sechste Multiplikationseinheit (92) mit dem Ergebnis der Formel: υ = 0 F 1 g ( υ τ ) P r e f ( υ τ ) 2 ,
Figure DE102011103642B4_0027
mit υ = Abtastwert, g = Gewichtsfunktion, Pref = Referenzssignal, F = Anzahl der Abtastwerte in einer Periode oder in einem Rahmen, τ = Verzögerung in Abtastwerten; - Subtrahieren (S12) des Quadrats des Realteils der ersten Metrik von dem Ergebnis der sechsten Multiplikationseinheit (92) durch die dritte Additionseinheit (86); - Ausgeben (S13) der Stelle des Maximums des Ergebnisses der Subtraktion als Zeitversatz (τ̂) für den Rahmenstart.
Method according to one of the preceding claims, characterized by the following method steps: - generating (S 9 ) a weighting function (g) in order to weight individual areas within the reference signal (P ref ) to different degrees; - Multiplying (S 10 ) the reference signal (P ref ) by the weighting function (g); - Determining (S 11 ) a second metric by means of a convolution operation of the weighting function (g) with the squared at least one signal range (Y meas 2 ) from the communication signal (7 1 , 7 2 ) to be analyzed and multiplying the real part of the second metric by a sixth Multiplying unit (92) with the result of the formula: υ = 0 F. - 1 G ( υ - τ ) P r e f ( υ - τ ) 2 ,
Figure DE102011103642B4_0027
where υ = sample, g = weight function, P ref = reference signal, F = number of samples in a period or in a frame, τ = delay in samples; - Subtracting (S 12 ) the square of the real part of the first metric from the result of the sixth multiplication unit (92) by the third addition unit (86); - Output (S 13 ) the position of the maximum of the result of the subtraction as a time offset (τ̂) for the frame start.
Verfahren nach Anspruch 4 und Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt Ermitteln einer zweiten Metrik (S11) folgende Teil-Verfahrensschritte enthält: - Quadrieren (S11_1) des zumindest einen Signalbereichs (Ymeas) von dem zu analysierenden Kommunikationssignal (71, 72); - Ausführen (S11_2) der Verfahrensschritte Anhängen (S5) und Kopieren (S6) für die Gewichtungsfunktion (g); - Transformieren (S11_3) des zumindest einen quadrierten Signalbereichs (Ymeas 2) und der Gewichtungsfunktion (g) in den Frequenzbereich; - Multiplizieren (S11_4) des in den Frequenzbereich transformierten zumindest einen quadrierten Signalbereichs (Ymeas (n) 2) mit dem konjungiert komplexen Teil der in den Frequenzbereich transformierten Gewichtungsfunktion (g*(n)); - Transformieren (S11_5) des Multiplikationsergebnisses in den Zeitbereich und Ausgeben dieses als zweite Metrik.Procedure according to Claim 4 and Claim 7 , characterized in that the method step of determining a second metric (S 11 ) contains the following partial method steps : - squaring (S 11_1 ) the at least one signal range (Y meas ) of the communication signal to be analyzed (7 1 , 7 2 ); - Execution (S 11_2 ) of the method steps appending (S 5 ) and copying (S 6 ) for the weighting function (g); - Transforming (S 11_3 ) the at least one squared signal range (Y meas 2 ) and the weighting function (g) into the frequency range; - Multiplying (S 11_4 ) the at least one squared signal range (Y meas (n) 2 ) transformed into the frequency range by the conjugated complex part of the weighting function (g * (n)) transformed into the frequency range; - Transforming (S 11_5 ) the multiplication result into the time domain and outputting this as a second metric. Vorrichtung (1) zum Bestimmen eines Rahmenstarts eines zu analysierenden Kommunikationssignals (71, 72), wobei die Vorrichtung (71, 72) eine Erfassungseinheit (21) aufweist, durch die zumindest ein Signalbereich (Ymeas) von dem zu analysierenden Kommunikationssignal (71, 72) erfassbar ist, wobei die Vorrichtung (1) einen Signalgenerator (22) aufweist, mit dem ein Referenzsignal (Pref) in Abhängigkeit von einem Leistungsprofil des zumindest einen Signalbereichs (Ymeas) von dem zu analysierenden Kommunikationssignal (71, 72) erzeugbar ist, wobei zur Erzeugung des Referenzsignals (Pref) aktive Slots und Bursttypen innerhalb aktiver Slots herangezogen werden, wobei die aktiven Slots und Bursttypen durch einen Benutzer vorgegeben sind, wobei die Vorrichtung (1) eine Recheneinheit (20) aufweist, durch die eine erste Metrik mittels einer Faltungsoperation zwischen dem zumindest einen Signalbereichs (Ymeas) und dem Referenzsignal (Pref) ermittelbar ist, wobei die Recheneinheit (20) die Faltungsoperation für den Betrag des zumindest einen Signalbereichs (Ymeas) und den konjungiert komplexen Teil des Referenzsignals (Pref*) berechnet, und wobei durch die Recheneinheit (20) die Stelle des Maximums der ersten Metrik als Zeitversatz (τ̂) für den Rahmenstart ausgebbar ist.Device (1) for determining a frame start of a communication signal (7 1 , 7 2 ) to be analyzed, the device (7 1 , 7 2 ) having a detection unit (21) through which at least one signal range (Y meas ) of the to be analyzed Communication signal (7 1 , 7 2 ) can be detected, the device (1) having a signal generator (22) with which a reference signal (P ref ) as a function of a power profile of the at least one signal range (Y meas ) of the communication signal to be analyzed (7 1 , 7 2 ) can be generated, with active slots and burst types within active slots being used to generate the reference signal (P ref ), the active slots and burst types being specified by a user, the device (1) having a computing unit ( 20), by means of which a first metric can be determined by means of a convolution operation between the at least one signal range (Y meas ) and the reference signal (P ref ), the Re Calculation unit (20) calculates the convolution operation for the amount of the at least one signal range (Y meas ) and the complex conjugate part of the reference signal (P ref *), and the position of the maximum of the first metric as a time offset (τ̂ ) can be output for the frame start. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem zu analysierenden Kommunikationssignal (71, 72) um ein digitalisiertes GSM-Signal handelt und/oder dass es sich bei dem zumindest einen Signalbereich (Ymeas) um zumindest einen Rahmen handelt und/oder dass es sich bei der Faltungsoperation um eine zyklische Faltungsoperation handelt.Device according to Claim 9 , characterized in that the communication signal (7 1 , 7 2 ) to be analyzed is a digitized GSM signal and / or that the at least one signal range (Y meas ) is at least one frame and / or that the convolution operation is a cyclic convolution operation. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Metrik der Faltungsoperation zwischen dem Betrag des zumindest einen Signalbereichs (Ymeas) und dem Referenzsignal (Pref) dadurch ermittelbar ist, dass durch eine erste und eine zweite Fouriertransformationseinheit (401, 402) der zumindest eine Signalbereich (Ymeas) und das Referenzsignal (Pref) mittels einer schnellen Fouriertransformation in den Frequenzbereich transformierbar ist, dass durch eine weitere Multiplikationseinheit (42) der in den Frequenzbereich transformierte zumindest eine Signalbereich (Ymeas(n)) und der konjungiert komplexe Teil des Referenzsignals (Pref*(n)) miteinander multiplizierbar ist, dass durch eine inverse Fouriertransformationseinheit (43) das Ergebnis der Multiplikation des zumindest einen Signalbereichs (Ymeas(n)) und des konjungiert komplexen Teils des Referenzsignals (Pref*(n)) mittels einer inversen schnellen Fouriertransformation in den Zeitbereich transformierbar ist und dass durch eine sechste Verarbeitungseinheit (64) die Stelle des Maximums der ersten Metrik des Realteils als Zeitversatz (τ) für den Rahmenstart ausgebbar ist.Device according to Claim 9 or 10 , characterized in that the first metric of the convolution operation between the absolute value of the at least one signal range (Y meas ) and the reference signal (P ref ) can be determined in that a first and a second Fourier transform unit (40 1 , 40 2 ) of the at least one The signal range (Y meas ) and the reference signal (P ref ) can be transformed into the frequency range by means of a fast Fourier transformation, so that the at least one signal range (Y meas (n)) transformed into the frequency range and the conjugated complex part by a further multiplication unit (42) of the reference signal (P ref * (n)) can be multiplied with one another, so that the result of the multiplication of the at least one signal range (Y meas (n)) and the complex conjugate part of the reference signal (P ref * (n )) can be transformed into the time domain by means of an inverse fast Fourier transformation and that by an s The first processing unit (64) can output the position of the maximum of the first metric of the real part as a time offset (τ) for the start of the frame. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine vierte Verarbeitungseinheit (62) und eine fünfte Verarbeitungseinheit (63) aufweist und dass durch die vierte Verarbeitungseinheit (62) eine erste Anzahl von Nullen an den Betrag des zumindest einen Signalbereichs (Ymeas) und an das Referenzsignal (Pref) anhängbar ist, sodass der Betrag des zumindest einen Signalbereichs (Ymeas) und das Referenzsignal (Pref) eine Länge aufweisen, die gleich einer Zweierpotenz ist, und dass durch die fünfte Verarbeitungseinheit (63) eine zweite Anzahl der Elemente, die sich vor den angehängten Nullen innerhalb des Referenzsignals (Pref) befinden, mit Ausnahme eines ersten Elements kopierbar ist und dass durch die fünfte Verarbeitungseinheit (63) diese zweite Anzahl an Elementen an das Ende des Referenzsignals (Pref) einfügbar ist, ohne das Referenzsignal (Pref) dabei zu verlängern.Device according to Claim 11 , characterized in that the device (1) has a fourth processing unit (62) and a fifth processing unit (63) and that the fourth processing unit (62) adds a first number of zeros to the amount of the at least one signal range (Y meas ) and can be appended to the reference signal (P ref ), so that the magnitude of the at least one signal range (Y meas ) and the reference signal (P ref ) have a length that is equal to a power of two, and that the fifth processing unit (63) has a second number of the elements that are located before the appended zeros within the reference signal (P ref ), with the exception of a first element, can be copied and that this second number of elements can be inserted at the end of the reference signal (P ref ) by the fifth processing unit (63) without lengthening the reference signal (P ref ). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Rechteckdezimationsfiltereinheit (70) und eine zyklische Dezimationsfiltereinheit (71) der Betrag des zumindest einen Signalbereichs (Ymeas) und das Referenzsignal (Pref) derart filterbar und dezimierbar ist, dass eine ganzzahlige Anzahl an Abtastwerten der beiden Signale (Ymeas, Pref) erhalten bleibt.Device according to one of the Claims 9 to 12 , characterized in that by a rectangular decimation filter unit (70) and a cyclic decimation filter unit (71) the magnitude of the at least one signal range (Y meas ) and the reference signal (P ref ) can be filtered and decimated in such a way that an integral number of samples of the two signals (Y meas , P ref ) is retained. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Interpolationseinheit (72) der Zeitversatz (τ) interpolierbar ist und dass durch eine zweite Additionseinheit (73) der interpolierte weitere Zeitversatz (τ2) zu dem Zeitversatz (τ) addierbar ist.Device according to one of the Claims 9 to 13 , characterized in that the time offset (τ) can be interpolated by an interpolation unit (72) and that the interpolated further time offset (τ 2 ) can be added to the time offset (τ) by a second addition unit (73). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Recheneinheit (20) eine Gewichtungsfunktion (g) erzeugbar ist, um einzelne Bereiche innerhalb des Referenzsignals (Pref) unterschiedlich stark zu gewichten, dass durch eine dritte Multiplikationseinheit (82) das Referenzsignal (Pref) mit der Gewichtungsfunktion (g) multiplizierbar ist, dass durch die Recheneinheit (20) eine zweite Metrik mittels einer Faltungsoperation der Gewichtungsfunktion (g) mit dem quadrierten zumindest einen Signalbereich (Ymeas 2) von dem zu analysierenden Kommunikationssignal (71, 72) ermittelbar ist, dass durch eine sechste Multiplikationseinheit (92) der Realteil der zweiten Metrik mit dem Ergebnis der Formel υ = 0 F 1 g ( υ τ ) P r e f ( υ τ ) 2 ,
Figure DE102011103642B4_0028
mit υ = Abtastwert, g = Gewichtsfunktion, Pref = Referenzssignal, F = Anzahl der Abtastwerte in einer Periode oder in einem Rahmen, τ = Verzögerung in Abtastwerten, multiplizierbar ist, dass durch die dritte Additionseinheit (86) das Quadrat des Realteils der ersten Metrik von dem Ergebnis der sechsten Multiplikationseinheit (92) subtrahierbar ist und dass durch eine sechste Verarbeitungseinheit (64) die Stelle des Maximums des Ergebnisses der Subtraktion als Zeitversatz (τ̂) für den Rahmenstart ausgebbar ist.
Device according to one of the Claims 9 to 14th , characterized in that a weighting function (g) can be generated by the arithmetic unit (20) in order to weight individual areas within the reference signal (P ref ) differently so that the reference signal (P ref ) with the by a third multiplication unit (82) Weighting function (g) can be multiplied so that the arithmetic unit (20) can determine a second metric by means of a convolution operation of the weighting function (g) with the squared at least one signal range (Y meas 2 ) of the communication signal (7 1 , 7 2 ) to be analyzed that by a sixth multiplication unit (92) the real part of the second metric with the result of the formula υ = 0 F. - 1 G ( υ - τ ) P r e f ( υ - τ ) 2 ,
Figure DE102011103642B4_0028
with υ = sample, g = weight function, P ref = reference signal, F = number of samples in a period or in a frame, τ = delay in samples, it is possible to multiply that by the third addition unit (86) the square of the real part of the first Metric can be subtracted from the result of the sixth multiplication unit (92) and that a sixth processing unit (64) can output the position of the maximum of the result of the subtraction as a time offset (τ̂) for the start of the frame.
Vorrichtung nach Anspruch 12 und Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Metrik derart ermittelbar ist, dass durch eine Quadrierungseinheit (83) der zumindest eine Signalbereich (Ymeas) von dem zu analysierenden Kommunikationssignal (71, 72) quadrierbar ist, dass durch eine vierte Verarbeitungseinheit (62) eine erste Anzahl an Nullen an das Referenzsignal (Pref) anhängbar ist und dass durch eine fünfte Verarbeitungseinheit (63) eine zweite Anzahl aller Elemente, die sich vor den angehängten Nullen innerhalb des Referenzsignals (Pref) befinden, mit Ausnahme eines ersten Elements, kopierbar ist und dass durch die fünfte Verarbeitungseinheit (63) diese zweite Anzahl an Elementen an das Ende des Referenzsignals (Pref) einfügbar ist, dass durch eine dritte und vierte Fouriertransformationseinheit (403, 404) der zumindest eine quadrierte Signalbereich (Ymeas 2) und die Gewichtungsfunktion (g) in den Frequenzbereich transformierbar ist, dass durch eine vierte Multiplikationseinheit (84) der in den Frequenzbereich transformierte zumindest eine quadrierte Signalbereich (Ymeas 2(n)) mit dem konjungiert komplexen Teil der in den Frequenzbereich transformierten Gewichtungsfunktion (g*(n)) multiplizierbar ist, und dass durch eine weitere inverse Fouriertransformationseinheit (85) das Multiplikationsergebnis in den Zeitbereich transformierbar ist und dass durch die weitere inverse Fouriertransformationseinheit (85) dieses als zweite Metrik ausgebbar ist.Device according to Claim 12 and Claim 15 , characterized in that the second metric can be determined in such a way that the at least one signal range (Y meas ) of the communication signal (7 1 , 7 2 ) to be analyzed can be squared by a squaring unit (83), so that a fourth processing unit (62) a first number of zeros can be appended to the reference signal (P ref ) and that, by a fifth processing unit (63), a second number of all elements that are located before the appended zeros within the reference signal (P ref ), with the exception of a first element, is copied and that (ref P) by the fifth processing unit (63), this second number of elements to the end of the reference signal is inserted, that by a third and fourth Fourier transform unit (40 3, 40 4) of the at least one squared signal portion (Y meas 2 ) and the weighting function (g) can be transformed into the frequency range that a fourth multiplication unit (84) converts into the frequency range nzbereich transformed at least one squared signal range (Y meas 2 (n)) can be multiplied by the complex conjugate part of the weighting function transformed into the frequency domain (g * (n)), and that the multiplication result in the time domain by a further inverse Fourier transform unit (85) can be transformed and that this can be output as a second metric by the further inverse Fourier transformation unit (85). Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln, um alle Schritte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 durchführen zu können, wenn das Programm auf einem Computer oder einem digitalen Signalprozessor ausgeführt wird.Computer program with program code means to carry out all steps according to one of the Claims 1 to 8th perform when the program is run on a computer or digital signal processor. Computerprogramm-Produkt mit insbesondere auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode-Mitteln, um alle Schritte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 durchführen zu können, wenn das Programm auf einem Computer oder einem digitalen Signalprozessor ausgeführt wird.Computer program product with program code means stored in particular on a machine-readable carrier, in order to carry out all steps according to one of the Claims 1 to 8th perform when the program is run on a computer or digital signal processor.
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