DE10063990A1

DE10063990A1 - OFDM-Rahmensynchronisation

Info

Publication number: DE10063990A1
Application number: DE10063990A
Authority: DE
Inventors: Stephen Kingsley Barton; Stephen Mark Brunt; Javier Echavarri Delmas; John Orriss
Original assignee: Mitsubishi Electric Information Technology Centre Europe BV Great Britain; Mitsubishi Electric Information Technology Corp
Current assignee: Tcl Communication Technology Holdings Ltd Hk
Priority date: 1999-08-27
Filing date: 2000-12-21
Publication date: 2002-06-27
Anticipated expiration: 2020-12-22
Also published as: GB2353681A; GB2373692B; GB2373692C; GB9920447D0; GB2373693A; GB0208803D0; GB2353681B; CN1214437C; GB2373692A; CN1336001A; DE10063990B4; WO2001017150A1; GB2373693B; GB0208805D0

Abstract

Bei einem OFDM-Empfänger wird der Synchronisationsimpuls zur Festlegung der Werte für eine schnelle Fouriertransformation dadurch erzeugt, daß im Ausgangssignal eines Korrelators nach einem Subintervall (Abschnitt 2 in Fig. 4(e)) gesucht wird, in dem zwischen Momentanwerten des Symbols, die über die Länge des Nutzteils des Symbols voneinander getrennt sind, eine maximale Korreltation auftritt. Der Synchronisationsimpuls wird dann während dieses Subintervalls erzeugt. Eine Nachstellung der Zeitgebung für den Synchronisationsimpuls erfolgt nur, wenn der Fehler signifikant und dauerhaft ist. Ein Signal, das das Ausmaß der Nachstellung angibt, wird dazu verwendet, die Phasendrehung zu bestimmen, die auf das Ausgangssignal der FFT-Schaltung angelegt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die OFDM-Modulation. Sie betrifft insbe sondere die Erzeugung eines Synchronisationsimpulses an der Grenze eines OFDM- Symbols, zum Beispiel bei einer Fouriertransformationsdemodulation.

OFDM-Systeme sind allgemein bekannt. Zur Synchronisation von OFDM- Empfängern werden verschiedene Techniken angewendet. Einige dieser Techniken erfor dern die Übertragung eines speziellen Synchronisationssignals. Andere Techniken beruhen allein auf dem OFDM-Standardsignal, bei dem ein komplettes Symbol einen "Nutzteil" und einen "Schutzzwischenraum" umfaßt. Der Schutzzwischenraum wird manchmal auch als Schutzintervall, zyklische Erweiterung oder zyklischer Vorsatz bezeichnet.

Der Schutzzwischenraum liegt vor dem Nutzteil des Symbols und enthält eine Wiederholung der Daten am Ende des Nutzteils. (Dies ist einem Schutzzwischenraum nach dem Nutzteil, der Daten enthält, die denen am Anfang des Nutzteils entsprechen, gleich wertig.)

Bei den Synchronisationstechniken, die auf den duplizierten Daten im Schutz zwischenraum beruhen, wird im allgemeinen eine Kreuzkorrelation zwischen komplexen Momentanwerten ausgeführt, die um die Länge des Nutzteiles des Symbols beabstandet sind. Es wird dabei ein Zeitgeberimpuls erzeugt, der bei der Fouriertransformation des erhaltenen Signals verwendet wird. Die Zeitgabe der Impulse ist derart, daß das Fourier transformationsfenster nur Daten aus einem einzigen Symbol enthält.

Wenn die Zeitgebung nicht korrekt ist, tritt eine Intersymbolinterferenz (ISI) auf. Die Verwendung des Schutzzwischenraums erlaubt jedoch eine gewisse Schwan kungsbreite bei der Zeitgabe der Impulse, ohne daß gleich eine ISI in Erscheinung tritt. Der Schutzzwischenraum sollte dafür länger sein als die größte erwartete Streubreite an Verzö gerungen bei Signalen, die über verschiedene Wege erhalten werden. Der Schutzzwischen raum ist im Vergleich zum Nutzteil des Signals relativ klein. Typischerweise enthält der Schutzzwischenraum Nu/32, Nu/16, Nu/8 oder Nu/4 Momentanwerte, wobei Nu die An zahl der Momentanwerte im Nutzteil des Symbols ist.

Zur Ableitung der Synchronisationsimpulse aus der Kreuzkorrelation gibt es verschiedene Techniken. Diese arbeiten zwar unter üblichen Empfangsbedingungen ad äquat, es gibt jedoch Fälle, in denen der Zeitgeberimpuls zu einem unerwünschten Zeit punkt erzeugt wird, was zu einer Intersymbolinterferenz (ISI) führt.

Der Kreuzkorrelator erzeugt in Abwesenheit von Rauschen oder einer Mehr wegeinterferenz ein Ausgangssignal, das im Mittel zu Null wird, mit Ausnahme der Zeit, in der die Momentanwerte des Schutzzwischenraums mit Momentanwerten im Nutzteil des Symbols kreuzkorreliert sind, die den gleichen Wert haben. Während dieser Periode er zeugt der Kreuzkorrelator ein Ausgangssignal auf hohem Pegel. Dieses Ausgangssignal auf hohem Pegel endet am Ende eines Symbols und dem Beginn des nächsten Symbols. Bei meiner bekannten Anordnung wird das Ausgangssignal des Kreuzkorrelators integriert und dann der Spitzenwert des sich ergebenden Signals erfaßt, um am Ende jedes Symbols einen Zeitgeberimpuls zu erzeugen.

Im Falle einer Mehrwegeinterferenz, bei der das gleiche Signal mit verschiede nen Verzögerungen erhalten wird, sollte, um eine Intersymbolinterferenz (ISI) zu vermei den, der Synchronisationsimpuls innerhalb eines Fensters erzeugt werden, dessen Breite gleich dem Überlapp zwischen den Schutzzwischenräumen der beiden erhaltenen Signale ist. Der Kreuzkorrelator erzeugt jedoch innerhalb der ganzen Periode, in der die Mo mentanwerte von entweder einem oder von beiden der Schutzzwischenraum-Momentan werte vom Kreuzkorrelator bearbeitet werden, ein signifikantes Ausgangssignal. In man chen Fällen ergibt dies einen Zeitgeberimpuls außerhalb des optimalen Fensters, mit der Folge einer ISI.

Die EP-A-0 772 332 beschreibt andere Techniken zum Erzeugen eines Syn chronisationsimpulses. Eine der beschriebenen Techniken beruht auf dem Zuführen des Ausgangssignals des Kreuzkorrelators zu einem Phasenregelkreis (PLL). Dies kann jedoch auch dazu führen, daß im Falle eines starken Rauschens oder einer Mehrwegeinterferenz ein Synchronisationsimpuls außerhalb des optimalen Fensters erzeugt wird. Außerdem benötigt ein Phasenregelkreis zum Einrasten eine erhebliche Anzahl von Symbolperioden, was zu einer erheblichen Erfassungszeit führt.

Ein anderes Problem der bekannten Anordnungen ergibt sich aus der Tatsache, daß, wenn der Synchronisationsimpuls als Folge von zum Beispiel sich ändernden Si gnalbedingungen nachgeregelt wird, die komplexen Werte in den Frequenzklassen am Ausgang der schnellen Fouriertransformation (FFT) einer Phasenrotation in einem verän derlichen Ausmaß unterliegen. Auch wenn eine nachfolgende Kanalbestimmungs- und Korrekturschaltung solche Änderungen berücksichtigen kann, erhöht sich dadurch die Erfassungszeit weiter, und es wird eine erhebliche Menge an Prozessorleistung dafür be nötigt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Technik zum Erzeugen von Synchro nisationsimpulsen zu schaffen, bei der diese Probleme nicht mehr oder zumindest nur mehr in einem geringerem Umfang auftreten.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die in den Patentansprüchen beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen.

Nach einem erfindungsgemäßen Aspekt wird ein Synchronisationsimpuls da durch erzeugt, daß ein Signal produziert wird, das den Grad der Korrelation zwischen den Momentanwerten eines erhaltenen Signals angibt, die durch eine Periode getrennt sind, die dem Nutzteil des Symbols entspricht, so daß das Signal zu einem Ausgangssignal führt, das ein Intervall darstellt, während der eine signifikante Korrelation festgestellt wird, wo bei das Verfahren den Schritt des Bestimmens eines Subintervalls umfaßt, in dem ein maximaler Grad an Korrelation auftritt, wobei der Synchronisationsimpuls dann innerhalb dieses Subintervalls erzeugt wird.

Im Falle einer Mehrwegeinterferenz ist der Grad der Korrelation innerhalb ei ner Periode maximal, deren Länge dem Überlapp der Schutzzwischenräume entspricht. Dies ist eine optimale Periode zur Erzeugung des Synchronisationsimpulses, da dadurch sichergestellt wird, daß jedes Fouriertransformationsfenster Momentanwerte nur aus einem Symbol enthält, auch wenn das gleiche Symbol mit verschiedenen Verzögerungen erhalten wird. Mit der erfindungsgemäßen Technik wird das Ausgangssignal des Kreuzkorrelators überprüft, um festzustellen, wann diese optimale Periode auftritt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Ausgangssignal des Kreuzkorrelators mit einem Schwellenwert verglichen, und das optimale Subintervall, das die Periode festlegt, in der der Synchronisationsimpuls zu erzeugen ist, wird durch die Periode dargestellt, in der das Ausgangssignal des Kreuzkorrelators diesen Schwellenwert übersteigt. Vorzugsweise wird der Schwellenwert in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Kreuzkorrelators variiert, wobei vorteilhaft der Schwellenwert auf der Basis des Ma ximalpegels des Kreuzkorrelator-Ausgangssignals bestimmt wird.

Die Verwendung eines Schwellenwertes wird als unabhängiger erfinderischer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrachtet. Gemäß diesem zusätzlichen Aspekt wird das Ausgangssignal eines Korrelators, das den Grad der Korrelation zwischen den Mo mentanwerten eines erhaltenen Signals angibt, die um eine vorgegebene Anzahl von Mo mentanwertintervallen getrennt sind, zu einem Pegeldetektor geführt, und nur jene Teile des Signals, die über einem vorgegebenen (vorzugsweise variablen) Pegel liegen, werden bei der Bestimmung des Zeitpunktes der Erzeugung eines Synchronisationsimpulses be rücksichtigt.

Falls gewünscht, können die Zeitgeberimpulse zu jedem Zeitpunkt in dem Fenster erzeugt werden, das die maximale Korrelation angibt, zum Beispiel in der Mitte dieses Fensters. Bei einer Veränderung der Signalbedingungen kann sich dieser Punkt verschieben, wobei sich dann der Synchronisationsimpuls entsprechend verändert. Bei der bevorzugten Ausführungsform ändert sich jedoch die Zeitgabe für den Synchronisations impuls nur dann, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind. Zum Beispiel kann sich die Zeitgabe nur dann ändern, wenn festgestellt wird, daß die laufende Zeitgebung über eine vorgegebene Anzahl von Zeitpunkten falsch war und/oder der gegenwärtige Fehler über einem bestimmten Wert liegt. Diese Vorgehensweise, die ebenfalls als unabhängiger erfin derischer Aspekt betrachtet wird, vermeidet, daß bei der Zeitgebung für die Fouriertrans formation eine übermäßige Anzahl von Änderungen erfolgt, von denen jede eine Phasenro tation jedes der Träger und des Ausgangssignals der schnellen Fouriertransformation (FFT) um einen anderen Winkel bewirkt, was zu einer erheblichen Belastung der herkömmlich vorgesehenen Kanalbestimmungsschaltung führen würde.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird am Ausgang der FFT eine Einrichtung vorgesehen, die dem jeweiligen Momentanwerten des FFT-Ausgangssignals verschiedene Phasendrehungen verleiht, wobei diese Einrichtung zur Bestimmung des Ausmaßes der angelegten Phasendrehung auf ein Signal anspricht, das das Ausmaß der Verschiebung angibt, die ein Synchronisationsimpuls durch einen Impulsgenerator erfährt. Dies ermöglicht eine sehr schnelle und praktisch sofortige Kompensation von Änderungen in der Zeitgabe für die Synchronisationsimpulse. Die Phasendrehung kann durch eine Schaltung bewirkt werden, die zwischen der FFT und der Kanalbestimmungs- und Korrek turschaltung angeordnet ist, alternativ kann auch die Kanalbestimmungs- und Korrektur schaltung die Phasendrehung ausführen. Vorzugsweise werden die Änderungen in der Zeitgabe für die Synchronisationsimpulse so vorgesehen, daß sie relativ selten (gemäß dem oben erwähnten Aspekt der Erfindung) und vorzugsweise nur oder für gewöhnlich in ei nem vorgegebenen Ausmaß auftreten. Dadurch wird die Bestimmung der geeigneten Pha sendrehung erleichtert, die an den FFT-Ausgangssignalen zu bewirken sind. Diese Phasen drehungen können in Abhängigkeit von einem Signal berechnet werden, das das tatsächli che oder erwartete Ausmaß der Verschiebung bei der Zeitgabe für den Synchronisations impuls angibt, oder sie können alternativ aus einer Nachschlagetabelle abgeleitet werden, auf die entsprechend einem solchen Signal zugegriffen wird.

Bei dem genannten Stand der Technik wird das Ausgangssignal des Korrelators gefiltert, zum Beispiel durch eine Gleitfenstermittelung, bei der die letzten Ng Momentan werte aus dem Kreuzkorrelator aufsummiert werden. Diese Filtertechnik verändert jedoch die Form des Kreuzkorrelator-Ausgangssignals, und entsprechend wird bei der bevorzug ten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Kreuzkorrelator-Ausgangssignal durch Aufsummieren der letzten L1 Momentanwerte gefiltert, wobei L1 wesentlich kleiner ist als Ng.

Es ist bekannt, das Ausgangssignal der Gleitfenstermittlung zu einem Signal für eine Feinfrequenzkorrektur zu verarbeiten. Diese Technik wird vorzugsweise auch bei den erfindungsgemäßen Anordnungen angewendet. Um eine bessere Qualität der Feinfre quenzbestimmung zu erhalten, wird jedoch bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Ausgangssignal des ersten Filters zu einem zweiten Filter geführt und damit ein Ausgangssignal erzeugt, das eine Mittelung über eine Anzahl von Momentanwerten darstellt, die wesentlich größer ist als L1. Zum Beispiel kann das Aus gangssignal dem entsprechen, was erhalten würde, wenn bei einem einzigen Filter über die letzten Ng Momentanwerte summiert wird.

Eine erfindungsgemäße Anordnung wird nun beispielhaft anhand der beilie genden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines OFDM-Empfängers;

Fig. 2 schematisch ein OFDM-Signal;

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer bekannten Anordnung zum Erzeugen eines Synchronisationsimpulses;

Fig. 4 schematisch die Auswirkungen einer Mehrwegeinterferenz auf das Kreuzkorrelations-Ausgangssignal;

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Synchronisationsschaltung;

Fig. 6 ein Bockschaltbild einer Zeitrückgewinnungsschaltung, die Teil der Synchronisationsschaltung der Fig. 5 ist; und

Fig. 7 einen Teil einer typischen Wellenform, die vom Korrelationsausgangs signal abgeleitet wird, wobei dieser Teil in einem Subintervall liegt, in dem ein Synchroni sationsimpuls optimal erzeugt werden kann.

Die Fig. 1 zeigt einen OFDM-Empfänger 2 mit einer Antenne 4, die ein Signal aufnimmt und es zu einem Abwärtskonverter oder Empfangsumsetzer 6 liefert, der das HF- Signal in ein Zwischenfrequenzsignal (ZF-Signal) umwandelt. Dieses wird dann durch einen ZF-Basisbandumwandler 8 in ein Basisbandsignal umgewandelt. Dadurch entstehen am Ausgang des ZF-Basisbandumwandlers 8 für jedes übertragene OFDM-Symbol komplexe Momentanwerte. Diese komplexen Momentanwerte werden in einem Analog-Digi tal-Wandler (A/D-Konverter) 10 digitalisiert und über eine Frequenzfeineinstellschaltung 12 zu einer schnellen Fouriertransformationsschaltung (FFT-Schaltung) 14 gegeben. Die FFT-Schaltung 14 wandelt die Momentanwerte aus dem Zeitbereich in Momentanwerte im Frequenzbereich um, und die Symboldaten am Ausgang der FFT-Schaltung 14 werden zu einem Phasendreher 15, einer Kanalbestimmungs- und Korrekturschaltung 16 und einem Dekoder 17 geführt.

Die Vorgehensweise bei der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Verwen dung eines Vorwärtsregelsystems, so daß keine Rückkopplungen und keine Phasenregel kreise (PLLs) zum Einstellen der Frequenzen des Überlagerungsoszillators erforderlich sind. Es jedoch auch möglich, gegebenenfalls bei alternativen Anordnungen solche Rück kopplungen vorzusehen, so daß der Synchronisationsschaltung 18 dann zum Beispiel die komplexen Momentanwerte vom A/D-Konverter 10 und/oder ein Signal von der Kanal bestimmungs- und Korrekturschaltung 16 zugeführt werden.

Die komplexen Momentanwerte werden zu einer Symbolsynchronisations schaltung 20 geführt, die für die Frequenzfeineinstellschaltung 12 ein Frequenzoffsetsignal und für die FFT-Schaltung 14 einen Synchronisationsimpuls erzeugt. Die FFT-Schaltung 14 benötigt den Synchronisationsimpuls, damit jede Transformationsoperation auf den Beginn des jeweiligen OFDM-Symbols ausgerichtet werden kann.

Die insoweit beschriebene Schaltung ist mit Ausnahme des Phasendrehers 15 im Stand der Technik bekannt. Die vorliegende Erfindung ist daher unter anderem auf eine neue und erfinderische Technik für die Symbolsynchronisationsschaltung 20 gerichtet.

In der Fig. 2(a) wird angenommen, daß ein OFDM-Symbol aus Nu + Ng Mo mentanwerten besteht, wobei die Nu Momentanwerte im Nutzteil U des Signals liegen, vor denen die Ng Momentanwerte im Schutzzwischenraum G angeordnet sind. Die Ng Mo mentanwerte im Schutzzwischenraum G enthalten die gleichen Daten wie die letzten Ng Momentanwerte des Nutzteiles U des Symbols (wie beim Symbol i durch Schraffieren angedeutet ist).

Gemäß Fig. 3 werden bei der bekannten Synchronisationsschaltung die kom plexen Momentanwerte vom ZF-Basisband-Konverter 8 aufeinanderfolgend zu einem FIFO-Register 30 (FIFO: First-In-First-Out) eines Kreuzkorrelators 28 geführt. Das FIFO- Register 30 enthält Nu Stufen, so daß es eine entsprechende Verzögerung um Nu Mo mentanwerte erzeugt. Das Ausgangssignal des Registers 30 wird zu einer Komplex- Konjugator-Schaltung 32 des Korrelators 28 geführt, die jeden Momentanwert in seinen komplex konjugierten Wert überführt. Dann wird an einem Multiplikator 34 des Korrelators 28 jeder komplex konjugierte Wert mit einem unverzögerten Momentanwert vom A/D-Konverter 10 multipliziert. (Alternativ kann die Komplex-Konjugator-Schaltung 32 auch in einen anderen Weg zum Multiplikator 34 eingesetzt werden.)

Wenn immer ein komplex konjugierter Wert der verzögerten Momentanwerte im Schutzzwischenraum G mit einem Momentanwert gleicher Größe vom Ende des fol genden Nutzteils U des Symbols multipliziert wird, ist das Korrelator-Ausgangssignal auf einem hohen Pegel. Zu den anderen Zeiten nimmt das Korrelator-Ausgangssignal einen zufälligen Wert an. Die Fig. 2(b) zeigt das Ausgangssignal des Korrelators. Zur besseren Darstellung zeigt die Fig. 2(b) ein ideales Ausgangssignal nach einer Mittelung über eine Anzahl von Symbolen, auch wenn in der Praxis das Mitteln in einer späteren Stufe erfolgen kann.

Das Ausgangssignal des Korrelators 28 wird zu einem anderen FIFO-Register 36 geführt, dieses Register 36 enthält Ng Stellen. Ein Integrator 38 nimmt das Ausgangs signal des FIFO-Registers 36 sowie direkt auch das Ausgangssignal des Korrelators 28 auf. Der Integrator 38 dient dazu, jeden neuen Wert zu dem laufenden Integrator-Ausgangs signal hinzuzuaddieren und den Momentanwert zu subtrahieren, der Ng Momentanwerte vorher erhalten wurde. Das Ausgangssignal stellt daher die Summe der letzten Ng Mo mentanwerte dar. Das Ausgangssignal ist in der Fig. 2(c) gezeigt. Dieses Ausgangssignal nimmt zum Ende jedes Symbols hin allmählich zu und beginnt dann sofort abzufallen. Ein Spitzenwertdetektor (nicht gezeigt) erzeugt immer dann ein Zeitgebersignal, wenn das Integrator-Ausgangssignal den Spitzenwert erreicht (wie in der Fig. 2 zum Beispiel beim Zeitpunkt t gezeigt). Dieses Signal wird als Synchronisationsimpuls für die FFT-Schaltung 14 verwendet, und es ist anzumerken, daß es am Ende jedes Symbols erscheint, d. h. exakt dann, wenn die letzten Nu Momentanwerte, die in das FIFO-Register 36 aufgenommen wurden, die richtigen Werte für die Verwendung durch die FFT-Schaltung 14 sind.

Die FFT-Schaltung 14 verarbeitet die Nu Momentanwerte des Nutzteiles U des Signals. Aus der Fig. 2 ist ersichtlich, daß das Synchronisationssignal t zu jedem Zeitpunkt innerhalb der letzten Ng Momentanwerte eines Symbols (d. h. immer dann, wenn die Wel lenform der Fig. 2(b) auf einem hohen Pegel ist) erzeugt werden kann und doch eine Inter symbolinterferenz (ISI) vermieden wird, da durch das Vorsehen des Schutzzwischenraums G die vorhergehenden Nu Momentanwerte immer aus dem gleichen Signal sind.

Die Fig. 4 zeigt eine mögliche Auswirkung einer Mehrwegeinterferenz. Die Fig. 4(a) und 4(b) zeigen das gleiche Signal, das zu verschiedenen Zeiten erhalten wird, wobei die Fig. 4(a) das schwächere Signal darstellt, das in diesem Fall zuerst erhalten wird.

Die Fig. 4(c) zeigt das Ausgangssignal, das der Korrelator 28 der Fig. 3 bei Abwesenheit des Signals der Fig. 4(b) abgibt, und die Fig. 4(d) das Ausgangssignal, das der Korrelator 28 bei Abwesenheit des Signals der Fig. 4(a) abgibt. Wenn beide Signale vorhanden sind, erzeugt der Korrelator 28 das Ausgangssignal, das in der Fig. 4(e) gezeigt ist. (Die Fig. 4(c) bis 4(e) zeigen wieder Korrelator-Ausgangssignale, die über eine Anzahl von Symbolen gemittelt sind.)

Die Wellenform der Fig. 4(e) weist drei Abschnitte auf, die Abschnitte 1, 2 und 3. Diese Abschnitte stellen zusammen ein Intervall dar, während dessen das Korrelator- Ausgangssignal aufgrund einer signifikanten Korrelation zwischen den durch Nu Mo mentanwerte getrennten Werten in einem oder beiden der Signale auf einem hohen Pegel ist. Die höchste Korrelation im Subintervall 2 tritt dann auf, wenn sich aus beiden Signalen positive Korrelationen ergeben. Es ist anzumerken, daß der Abschnitt 2 der einzige Teil der Wellenform ist, in der die letzten Ng Momentanwerte eines Symbols im Signal 4(a) gleich zeitig wie die letzten (ersten) Ng Momentanwerte eines Symbols im Signal 4(b) auftreten. Entsprechend ist das Subintervall 2 die einzige Periode, in der ein Zeitgebersignal erzeugt werden kann, mit dem eine Intersymbolinterferenz ISI vermieden werden kann.

Wenn dieses Korrelator-Ausgangssignal wie bei der bekannten Schaltung der Fig. 3 integriert wird, entsteht das in der Fig. 4(f) gezeigte Ausgangssignal. Der Spitzen wert dieses Ausgangssignals tritt am Ende des Abschnitts 3 auf, was heißt, daß er zu spät erscheint. Insbesondere heißt das, daß, obwohl die FFT-Schaltung 14 nur Momentanwerte aus dem Symbol i des Signals der Fig. 4(b) verarbeiten sollte, sie außerdem Momentanwer te aus dem Symbol i + 1 des Signals der Fig. 4(a) verarbeitet.

Wie in der Fig. 5 gezeigt, umfaßt die Synchronisationsschaltung 20 einer Aus führungsform der vorliegenden Erfindung einen Korrelator 28, der wie die bekannte An ordnung der Fig. 3 ein Schieberegister 30, eine Komplex-Konjugator-Schaltung 32 und einen Multiplikator 34 aufweist. Das Ausgangssignal des Korrelators 28 wird zu einer Mittelwertbildungsschaltung 46 geführt, die wie bei der bekannten Anordnung der Fig. 3 ein FIFO-Register sein kann, wobei in diesem Fall die Anzahl an Stufen gleich L1 ist, wobei L1 wesentlich kleiner ist als Ng. Das Ausgangssignal des FIFO-Registers oder der Schaltung 46 wird zu einer Symbol-Mittelwertbildungsschaltung 48 geführt, die jeden Momentanwert aus der Schaltung 46 mit den entsprechenden Momentanwerten aus den vorhergehenden Ns Symbolen aufaddiert. Entsprechend ist das Ausgangssignal der Sym bol-Mittelwertbildungsschaltung 48 gleich dem über L1 Momentanwerte und Ns Symbole gemittelten Korrelator-Ausgangssignal. Im Falle einer Mehrwegeinterferenz wie in der Fig. 4 ist damit dann das Ausgangssignal ähnlich wie die Wellenform der Fig. 4(e) mit einer leichten Glättung aufgrund der L1-Mittelung.

Dieses Ausgangssignal wird dann zu einer Zeitrückgewinnungsschaltung 50 gegeben. Diese Schaltung 50 erzeugt das Synchronisationssignal für die FFT-Schaltung 14.

Die von der Zeitrückgewinnungsschaltung 50 ausgeführten Funktionen werden schematisch durch die Blöcke der Fig. 6 dargestellt. Die Ausgangs-Momentanwerte aus der Symbol-Mittelwertbildungsschaltung 48 werden zu einer Absolutwertschaltung 52 gege ben. Diese berechnet für jeden Momentanwert den Absolutwert, d. h. √(x² + y²), wobei x und y die gleichphasige bzw. quadratische Komponente des Momentanwertes sind. Diese werden in einem Spitzenwertdetektor 54 geprüft, der die Größe des Momentanwertes mit dem größten Wert feststellt. Eine Fenstererzeugungsschaltung 56 nimmt die Momentan werte von der Absolutwertschaltung 52 und den vom Spitzenwertdetektor 54 erfaßten Spitzenwert auf, um auf jeder Seite des Spitzenwertes den nächsten Momentanwert zu bestimmen, der unter einem Schwellenwert liegt, der gleich dem 0,75-fachen des Spitzen wertes ist. Die Fenstererzeugungsschaltung 56 erfaßt somit einen Bereich an Momentan werten von n_min bis n_max, in dem der größte Grad an Korrelation im Signal vom Korrelator vorliegt. Die Fig. 7 zeigt eine typische Wellenform für die Momentanwerte von der Sym bol-Mittelwertschaltung 48 in dieser Periode. In der Periode von n_min bis n_max erzeugte Zeitgebersignale sind normalerweise zur Vermeidung einer ISI geeignet.

Ein Synchronisationssignalgenerator 58 erzeugt nach einer Initialisierungsope ration, die im folgenden beschrieben wird, einmal je Symbol einen Synchronisationsim puls.

Ein Komparator 60 vergleicht den Zeitpunkt, an dem das Zeitgebersignal er zeugt wird, mit den Bereich von Momentanwerten n_min bis n_max, der von der Fenstererzeu gungsschaltung 56 festgelegt wurde. Wenn sich ein erheblicher Unterschied ergibt, wird einer der in einer Zählschaltung 62 gespeicherten Werte geändert. Wenn einer von mehre ren in der Zählschaltung 62 gespeicherten Werten eine vorgegebene Schwelle erreicht, wird ein Signal zu dem Signalgenerator 58 gesendet, um die Zeitgabe für das Synchronisa tionssignal um einen Wert zu verschieben, der vom Bereich n_min bis n_max abhängt, der von der Fenstererzeugungsschaltung 56 berechnet wurde. Die Anordnung ist so, daß das Zeit gebersignal etwa in der Mitte zwischen den Werten n_min und n_max erzeugt wird, wobei eine Nachstellung jedoch nur dann erfolgt, wenn das laufende Zeitgebersignal einen ständigen und/oder erheblichen Fehler aufweist.

Bei dieser Ausführungsform teilt der Komparator 60 den Bereich von n_min bis n_max in vier Viertel q1, q2, q3 und q4, um die Anzahl Momentanwerte zu erhöhen, wie es in der Fig. 7 gezeigt ist. Wenn der Komparator 60 feststellt, daß die laufende Zeitgebung des Synchronisationsimpulses in q1 liegt, wird ein erstes Register "früh" in der Zählschal tung 62 um Eins hochgesetzt. Wenn das Zeitgebersignal in q4 liegt, wird ein zweites Re gister "spät" in der Zählschaltung 62 um Eins hochgesetzt. Wenn der Zeitpunkt in q2 oder q3 liegt, werden beide Register um Eins heruntergesetzt, wobei sie jedoch nicht unter Null gehen können. Wenn zu irgendeinem Zeitpunkt einer der Zähler (Register) den Wert 4 erreicht, veranlaßt die Zählschaltung 62, daß der vom Signalgenerator 58 erzeugte Zeitge berimpuls für das nächste Symbol (oder für ein bestimmtes späteres Symbol, zum Beispiel das zweite oder dritte folgende Symbol, damit mehr Zeit für die im folgenden beschriebene weitere Verarbeitung zur Verfügung steht) um eine Zeitspanne verschoben wird, die für die nächsten vier Momentanwerte gerundet (n_max - n_min)/4 entspricht. Der Zeitgeberimpuls wird in Abhängigkeit davon, ob es das Register "früh" oder das Register "spät" ist, das den Wert 4 erreicht hat, nach vorne oder nach hinten verschoben.

Ein weiteres Register der Zählschaltung 62 wird in Abhängigkeit davon, ob die Zeitgebung außerhalb des Bereichs von n_min bis n_max liegt, hoch- oder heruntergezählt. Wenn dies für vier aufeinanderfolgende Perioden der Fall ist, löst die Zählschaltung 62 eine Initialisierungsoperation aus.

Diese Initialisierungsoperation, die dann erfolgt, wenn eine neue Station ange wählt wurde oder wenn der Empfänger eingeschaltet wurde, hat zur Folge, daß der Signal generator 58 das Zeitgebersignal an einer Stelle in der Mitte zwischen n_min und n_max er zeugt. Die Initialisierungsoperation bewirkt auch Änderungen an Filtereinstellungen, wie es im folgenden beschrieben wird.

Wenn immer der Signalgenerator 58 veranlaßt wird, den Zeitpunkt für den Synchronisationsimpuls zu verschieben, hat dies eine differentielle Phasendrehung der Träger am Ausgang der FFT-Schaltung 14 zur Folge. Um die Behandlung dieses Umstan des zu erleichtern, gibt die Zählschaltung 62 der Zeitrückgewinnungsschaltung 50 ein Signal aus, das die Größe der Änderung bzw. Verschiebung des Synchronisationsimpulses anzeigt, und dieses Signal wird vom Phasendreher 15 aufgenommen. Der Phasendreher 15 enthält eine Nachschlagetabelle, in der für die möglichen Werte des Signals von der Zeit rückgewinnungsschaltung 50 vorab berechnete Phasendrehungen gespeichert sind. Ent sprechend werden bei Erhalt eines solchen Signals die geeigneten Werte aus der Nach schlagetabelle entnommen und die jeweiligen komplexen Momentanwerte im Ausgangs signal der FFT-Schaltung 14 entsprechend korrigiert. Alternativ kann der Phasendreher 15 eine Einrichtung zum Berechnen der Phasendrehungen in Abhängigkeit vom Signal von der Zeitrückgewinnungsschaltung 50 enthalten. Die Phaseneinstellung wird somit erleich tert, da

a) die Zeitrückgewinnungsschaltung 50 ein Signal erzeugt, das die Größe der Änderung am Synchronisationsimpuls anzeigt;
b) die Zeitrückgewinnungsschaltung 50 wie beschrieben so aufgebaut ist, daß diese Einstellungen relativ selten erfolgen;
c) die Größe der Nachstellung des Synchronisationsimpulses gerundet ist, wo durch sich die Anzahl von verschiedenen möglichen Einstellungen für den Zeitpunkt des Synchronisationsimpulses verringert;
d) die Zeitrückgewinnungsschaltung 50 bereits vorab das erste Symbol ange ben kann, das von einer Änderung in der Zeitgabe des Synchronisationsimpulses betroffen sein wird;
e) da die Zeiteinstellung nur erfolgt, nachdem die Zeitrückgewinnungsschal tung 50 eine Folge von Zeitfehlern ähnlicher Art festgestellt hat, ist es gegebenenfalls möglich, daß die Bestimmung der geeigneten Phasendrehung bereits vorab erfolgt, zum Beispiel wenn nur ein oder zwei Symbole mit Zeitfehlern festgestellt wurden, damit mehr Zeit für die Operation zur Verfügung steht; und da
f) die erforderlichen Änderungen vorher berechnet und in der Nachschlageta belle gespeichert werden können.

Wie in der Fig. 5 gezeigt, wird das Ausgangssignal des FIFO-Registers 46 auch zu einem weiteren FIFO-Register 64 gegeben, das als Gleitfenster-Mittelwertbildungs schaltung dient, die aufeinanderfolgende Gruppen von L2 Momentanwerten addiert. Die Abtastrate wird durch L1 geteilt, und die letzten L2 Momentanwerte werden addiert. Vor zugsweise ist L1 × L2 im wesentlichen gleich Ng. Die Kombination der beiden Mittelwert schaltungen aus den Registern 46 und 64 ist funktionell der herkömmlichen Mittelwert schaltung 36 in der bekannten Anordnung der Fig. 3 gleichwertig. Das Ausgangssignal der Mittelwertschaltung bzw. des Registers 64 wird zu einer Spitzenwertbestimmungsschal tung 66 geführt, das den Momentanwert mit dem größten Wert herausfindet und den Win kel dieses Momentanwertes ableitet, was eine Abschätzung für die Frequenzfeinabwei chung ergibt. Ein Signal für diesen Frequenzoffset wird zu der Frequenzkorrekturschaltung 12 geführt, die die Frequenz durch eine Phasendrehung der erhaltenen Momentanwerte korrigiert.

Bei dieser Ausführungsform mittelt die L2-Mittelwertbildungsschaltung 66 über aufeinanderfolgende Werte innerhalb eines Symbols; alternativ kann die Mittelung aber auch über entsprechende Werte in aufeinanderfolgenden Symbolen erfolgen (auch wenn dies das Entstehen einer genauen Feinfrequenzabschätzung verzögert).

Beim Einschalten des Empfängers oder beim Übergehen auf eine neue Station sollte die Synchronisation oder Ankopplung an ein neues Signal so schnell wie möglich erfolgen. Dieser Prozeß beginnt vorzugsweise mit dem ersten erhaltenen Symbol. In die sem Fall beginnt der Wert Ns, d. h. die Anzahl von Symbolen, die von der Symbol-Mittel wertbildungsschaltung 48 berücksichtigt wird, bei 1 und erhöht sich dann für jedes neu erhaltene Symbol, wenn auch vorzugsweise die Anzahl nicht über eine relativ kleine Zahl (z. B. 8) ansteigt, damit die Periode nicht zu lang wird, in der sich das Signal ändern kann.

Da Ns mit einem sehr kleinen Wert beginnt und dann ansteigt, sollten sich die Werte L1 und L2 in dieser anfänglichen Stufe ändern. L1 beginnt vorzugsweise mit einem relativ hohen Wert (vorzugsweise aber immer noch wesentlich kleiner als Ng), da anderen falls mit kleinen Werten von Ns das Ausgangssignal der L1-Mittelwertbildungsschaltung übermäßig unregelmäßig wird. Eine Einstellung von L1 auf zum Beispiel 64, während Ns gleich Eins ist, ergibt eine gute erstmalige Abschätzung für das Synchronisationssignal aus dem ersten Symbol. Wenn L1 zu Anfang relativ hoch gesetzt wird, wird vorzugsweise zur Kompensation L2 relativ niedrig gewählt.

Die folgende Tabelle stellt ein Beispiel für die Variation dieser Werte dar:

Die Werte für das neunte und die folgenden Symbole bleiben gleich den Wer ten für das achte Symbol.

Die vorliegende Erfindung ist nicht nur bei einer einfachen Mehrwegeinterfe renz vorteilhaft, wie sie in Verbindung mit der Fig. 4 beschrieben wurde, sondern auch bei anderen Situationen, bei denen Signale über mehr als zwei Wege erhalten werden. In sol chen Fällen ist die Wellenform der Fig. 4(e) eine kompliziertere stufenförmige Wellenform. Solange jedoch die Verteilung an Verzögerungen eine Periode ergibt, in der sich alle Schutzzwischenräume überlappen, kann die erfindungsgemäße Technik dazu verwendet werden, ein entsprechendes Fenster zu bestimmen, in dem die Synchronisationssignale zu erzeugen sind.

Es ist anzumerken, daß, auch wenn die obige Beschreibung mit Bezug zu einer Periode erfolgte, in der sich Schutzzwischenräume überlappen, die zu Beginn der Symbole vorgesehen sind, dies nicht notwendigerweise die richtige Zeit zum Erzeugen des Syn chronisationssignals ist; bei der obigen Ausführungsform gibt eine entsprechende Periode im Überlapp der duplizierten Daten an, wenn das Signal ausgegeben werden sollte. Die Wahl des geeigneten Intervalls hängt von einer Anzahl von Faktoren ab, etwa davon, ob sich der Schutzzwischenraum zu Beginn oder am Ende des Signals befindet, und ob (wie bei der obigen Ausführungsform) das Zeitgebersignal dazu verwendet wird, das Ende einer Symbolperiode anzugeben und nicht dessen Anfang. Es ist des weiteren anzumerken, daß die obige Beschreibung die Verzögerungen nicht berücksichtigt, die zum Beispiel in der FIFO-Mittelwertbildungsschaltung 46 auftreten. Bei der obigen Ausführungsform ist es in der Praxis günstig, zur Berücksichtigung dieser Verzögerung eine -(L1)/2 Momentanwerte entsprechende Korrektur durchzuführen.

Bei der obigen Ausführungsform werden durch Multiplizieren eines Mo mentanwertes mit dem komplex konjugierten Wert eines anderen Momentanwertes Mo mentanwerte korreliert, die um Nu Abtastperioden beabstandet sind. Es sind auch andere Anordnungen möglich. Zum Beispiel kann der Korrelator die Differenz zwischen den Absolutwerten von durch Nu Abtastperioden getrennten Momentanwerten bilden, wie es in unserer parallelen UK-Patentanmeldung beschrieben ist.

Die Erfindung wurde im Zusammenhang mit einem OFDM-Empfänger be schrieben, bei dem der Synchronisationsimpuls dazu verwendet wird, das Fenster an Mo mentanwerten festzulegen, an denen eine schnelle Fouriertransformation ausgeführt wird. Die Erfindung kann jedoch auch in anderen Fällen angewendet werden, in denen es Syn chronisationsimpulse gibt, die Symbolgrenzen angeben; zum Beispiel ist ein solcher Im puls bei einem Repeater von Nutzen, bei dem keine vollständige FFT-Demodulation er folgt.

Wie beschrieben wird somit bei einem OFDM-Empfänger der Synchronisati onsimpuls zur Festlegung der Werte für eine schnelle Fouriertransformation dadurch er zeugt, daß im Ausgangssignal des Korrelators 28 nach einem Subintervall (Abschnitt 2 in Fig. 4(e)) gesucht wird, in dem zwischen Momentanwerten des Symbols, die über die Länge des Nutzteils des Symbols voneinander getrennt sind, eine maximale Korrelation auftritt. Der Synchronisationsimpuls wird dann während dieses Subintervalls erzeugt. Eine Nachstellung der Zeitgebung für den Synchronisationsimpuls erfolgt nur, wenn der Fehler signifikant und dauerhaft ist. Ein Signal, das das Ausmaß der Nachstellung angibt, wird dazu verwendet, die Phasendrehungen zu bestimmen, die auf das Ausgangssignal der FFT- Schaltung angelegt werden.

Die hier beschriebenen funktionellen Elemente können entweder in einer ent sprechenden Hardware oder als Software ausgeführt werden.

Claims

1. Verfahren zum Erzeugen eines Synchronisationsimpulses, der in einem OFDM-Signal mit von Schutzzwischenräumen getrennten Symbolnutzperioden eine Sym bolgrenze angibt, wobei die Daten in jedem Schutzzwischenraum einem Teil der Daten in der jeweiligen Nutzperiode entsprechen, mit dem Schritt des Vorsehens eines Signals, das den Grad der Korrelation zwischen den Momentanwerten eines erhaltenen Signals angibt, die durch eine Periode getrennt sind, die dem Nutzteil des Symbols entspricht, so daß das Signal ein Ausgangssignal ergibt, das für jedes Symbol ein Intervall angibt, in dem eine signifikante Korrelation festzustellen ist, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt des Bestimmens eines Subintervalls, in dem ein maximaler Grad an Korrelation auftritt, und des Erzeugens des Synchronisationsimpulses innerhalb dieses Subintervalls.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Subintervall durch Anlegen einer Schwelle an das Signal bestimmt wird, das den Grad der Korrelation angibt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwelle variiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwelle einen Wert darstellt, der vom Maximalwert des Signals abhängt, das den Grad der Korrelation angibt.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal, das den Grad der Korrelation angibt, vor der Verwendung des Signals zur Bestimmung des genannten Subintervalls einer Filterung unterworfen wird, wobei die Filterung derart erfolgt, daß jeder gefilterte Ausgangswert im wesentlichen einen Mittel wert über eine vorgegebenen Anzahl von aufeinanderfolgenden Momentanwerten darstellt, wobei die vorgegebene Anzahl wesentlich kleiner ist als die Anzahl von Momentanwerten in einem Schutzzwischenraum.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das gefilterte Aus gangssignal über eine Anzahl von Symbolen gemittelt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl von Symbolen, über die die gefilterten Ausgangswerte gemittelt werden, in einer Erfassungs stufe ansteigt, und daß die Filterung in der Erfassungsstufe so eingestellt wird, daß die Anzahl aufeinanderfolgender Momentanwerte abnimmt, deren Mittelwert durch den gefil terten Ausgangswert dargestellt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das gefilterte Ausgangssignal vor der Verarbeitung einer weiteren Filterung unterworfen wird, um ein Signal zu er zeugen, das eine Frequenzfeinverschiebung darstellt.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt des Nachstellens des Zeitpunktes für den Synchronisationsimpuls nur dann, wenn ein berechneter Fehler in der gegenwärtigen Zeitgebung einen vorgegebenen Schwellen wert übersteigt.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt des Nachstellens des Zeitpunktes für den Synchronisationsimpuls nur dann, wenn festgestellt wird, daß die gegenwärtige Zeitgebung über eine vorgegebene Anzahl von Symbolperioden fehlerhaft ist, wobei die vorgegeben Anzahl von Symbolperioden größer ist als Eins.

11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitgebung für den Synchronisationsimpuls in vorgegebenen Schritten nachgestellt wird, die einer Anzahl von Momentanwertperioden entsprechen.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß der Zeitpunkt für den Synchronisationsimpuls in Abhängigkeit von einem Fehler in der gegenwärtigen Zeitgebung eingestellt wird, der über eine vorgegebene Anzahl von Symbolperioden einen bestimmten Schwellenwert übersteigt.

13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche zur Aufnahme eines OFDM-Signals, dadurch gekennzeichnet, daß der Synchronisationsimpuls dazu verwendet wird, an komplexen Momentanwerten, die aus dem OFDM-Signal abgeleitet werden, eine schnelle Fouriertransformation auszuführen.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn die Zeitge bung für den Synchronisationsimpuls geändert wird, ein Signal erzeugt wird, das den Grad der Änderung angibt, wobei das Signal zur Bestimmung der Phasendrehung der transfor mierten Momentanwerte verwendet wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasendrehun gen durch Werte in einer Nachschlagetabelle angegeben werden, auf die entsprechend dem Signal für den Grad der Änderung der Zeitgebung für den Synchronisationsimpuls zuge griffen wird.

16. Vorrichtung zum Erzeugen eines Synchronisationsimpulses mit einem Verfah ren nach einem der Ansprüche 1 bis 12.

17. OFDM-Empfänger, der mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15 betrieben wird.