DE102012200319B4

DE102012200319B4 - Method for synchronization to receive signals of high power dynamics

Info

Publication number: DE102012200319B4
Application number: DE102012200319A
Authority: DE
Inventors: Christian Kuhn
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2012-01-11
Publication date: 2013-12-05
Anticipated expiration: 2032-01-12
Also published as: DE102012200319A1

Abstract

Verfahren zur Ermittlung der zeitlichen Lage eines Signals, wobei das Signal eine Folge von Symbolen und jedes Symbol an zeitlich festgelegten Stellen im Signal übereinstimmende Signalwerte aufweist, und das Verfahren die Schritte umfasst: – Erzeugung einer Folge von Abtastwerten des Signals, zugeordnet einer Folge von Zeitindizes (S1); – Festlegen einer Teilmenge von Zeitindizes und einer weiteren Teilmenge von Zeitindizes aus der Folge von Zeitindizes für eine mögliche Stelle mit zeitlich übereinstimmenden Signalwerten im Signal an zeitlich definierten Stellen im Signal (S2); – Ermitteln eines Korrelationsmaßes für Abtastwerte für Zeitindizes aus der Teilmenge von Indizes und aus der weiteren Teilmenge von Zeitindizes (S3). – Vergleichen des ermittelten Korrelationsmaßes mit einem Schwellenwert (S5) und Erkennen einer Schwellenwertüberschreitung; – Setzen eines Zeitindex, für den eine Schwellenwertüberschreitung erkannt wird als einen Beginn der zeitlich festgelegten Stelle im Signal für übereinstimmende Signalwerte eines Symbols (S6); und dadurch gekennzeichnet, dass das Korrelationsmaß nach einer Initialisierung rekursiv ermittelt wird (S9); dass für jeden Zeitindex ein Leistungsmaß ermittelt wird (S7), wobei das Leistungsmaß eine lokale Dynamik der Signalleistung für den Zeitindex beschreibt; dass für jeden Zeitindex das Leistungsmaß mit einem weiteren Schwellenwert verglichen wird (S8); und dass bei Überschreiten des weiteren Schwellenwerts durch das Leistungsmaß für einen Zeitindex das Korrelationsmaß für den nächsten Zeitindex nicht-rekursiv ermittelt wird.A method of determining the timing of a signal, the signal comprising a sequence of symbols and each symbol at timed locations in the signal having matching signal values, and the method comprising the steps of: generating a sequence of samples of the signal associated with a sequence of time indices (S1); Setting a subset of time indices and a further subset of time indices from the sequence of time indices for a possible location with temporally matching signal values in the signal at time-defined locations in the signal (S2); Determining a correlation measure for samples for time indices from the subset of indices and from the further subset of time indices (S3). - comparing the determined correlation measure with a threshold value (S5) and detecting a threshold exceeding; Setting a time index for which a threshold overrun is detected as a beginning of the timed position in the signal matching signal value of a symbol (S6); and characterized in that the correlation measure is determined recursively after an initialization (S9); a performance measure is determined for each time index (S7), the performance measure describing a local dynamics of the signal power for the time index; that for each time index the performance measure is compared with a further threshold value (S8); and that when the further threshold value is exceeded by the performance measure for a time index, the correlation measure for the next time index is determined non-recursively.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der zeitlichen Lage eines Signals. Insbesondere ermöglicht das vorgestellte Verfahren eine Synchronisation auf ein Signal eines Übertragungssystems, das zur Übertragung Datensymbole mit zyklischer Erweiterung nutzt und andererseits eine hohe Leistungsdynamik aufweist.The present invention relates to a method for determining the temporal position of a signal. In particular, the presented method enables a synchronization to a signal of a transmission system, which uses data symbols with cyclic extension for the transmission and on the other hand has a high power dynamic.

Signale, die Symbole mit zyklischer Erweiterung im Zeitbereich aufweisen, werden beispielweise in OFDM-Verfahren (OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing) verwendet. Die Synchronisation im Empfänger auf derartige Signale muss mit großer Genauigkeit in Bezug auf zeitliche Lage der Symbole und einen Trägerfrequenzversatz erfolgen, um die Orthogonalität zu erhalten.Signals having symbols with cyclic extension in the time domain are used, for example, in OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) methods. The synchronization in the receiver to such signals must be done with great accuracy with respect to the temporal position of the symbols and a carrier frequency offset in order to obtain the orthogonality.

Die Offenlegungsschrift DE 10 2009 050 472 A1 offenbart ein Verfahren zur zeitlichen Synchronisation auf ein Funksignal, insbesondere ein Mobilfunksignal. Zur Synchronisation wird dabei eine vorgegebene Trägerfrequenzallokation für einen ersten und einen zweiten Zeitschlitz genutzt, wobei sich das vorgestellte Verfahren dadurch auszeichnet, dass die Synchronisation auf eine Unterrahmenstruktur des Funksignals ohne Demodulation und Auswertung des Signalinhaltes auskommt.The publication DE 10 2009 050 472 A1 discloses a method for temporal synchronization to a radio signal, in particular a mobile radio signal. For synchronization, a predetermined carrier frequency allocation is used for a first and a second time slot, wherein the presented method is characterized in that the synchronization manages on a subframe structure of the radio signal without demodulation and evaluation of the signal content.

Die Offenlegungsschrift DE 10 2010 006 574 A1 zeigt ein Verfahren zur Erkennung des Vorhandenseins von Referenzsymbolen in einem Kontroll- und Nutzkanal eines Mobilfunksignals nach dem OFDM-Verfahren. Insbesondere geeignet für die Erkennung von DMRS-Symbolen in einem PUSCH-Kanal eines LTE-Mobilfunksignals, wird nach dem vorgestellten Verfahren eine erster Beurteilungswert beruhend auf einer linksseitigen und einer rechtsseitigen Nachbarträgerkorrelation ermittelt, um ein Referenzsymbol eines bestimmten Sequenztyps zu erkennen. Das erkannte und in seiner zeitlichen Lage bestimmte Referenzsymbol ermöglicht die zeitliche Synchronisation auf das untersuchte Funksignal.The publication DE 10 2010 006 574 A1 shows a method for detecting the presence of reference symbols in a control and traffic channel of a mobile radio signal according to the OFDM method. Particularly suitable for the detection of DMRS symbols in a PUSCH channel of an LTE mobile radio signal, according to the presented method a first evaluation value is determined based on a left-side and a right-side neighboring carrier correlation in order to recognize a reference symbol of a specific sequence type. The detected reference symbol, which is in its temporal position, enables temporal synchronization with the examined radio signal.

Für Symbole mit zyklischer Erweiterung wird ein Abschnitt des Datensymbols dem Symbol vorangestellt (engl. „cyclic prefix”). Üblicherweise wird die Synchronisation auf das Symbolraster solcher Signale mittels eines Korrelationsansatzes ausgeführt und das hierfür verwendete Korrelationsmaß zur Reduzierung der Komplexität rekursiv bestimmt. Ist die Berechnung des Korrelationsmaßes mit numerischen Fehlern, beispielsweise infolge einer begrenzten Auflösung der numerischen Zahlendarstellung behaftet, so pflanzen sich numerische Fehler bei der rekursiven Berechnung fort. Die rekursive Berechnung ist andererseits von Vorteil hinsichtlich des erforderlichen Rechenaufwands. Die genannten Nachteile sind von besonderer Bedeutung für Signale hoher Leistungsdynamik, wie sie sowohl in Testumgebungen als auch in realen Systemen vorkommen. In diesem Fall treten sehr große und sehr kleine Leistungswerte und Korrelationswerte auf. Unter Berücksichtigung der begrenzten numerischen Auflösung in dem ausführenden Prozessor treten numerische Fehler auf, die sich über die Schritte der Rekursion akkumulieren.For symbols with cyclic extension, a section of the data symbol is prefixed to the symbol ("cyclic prefix"). Usually, the synchronization is carried out on the symbol grid of such signals by means of a correlation approach, and the correlation measure used for reducing complexity is determined recursively. If the calculation of the correlation measure is associated with numerical errors, for example as a result of a limited resolution of the numerical number representation, then numerical errors propagate in the recursive calculation. On the other hand, the recursive calculation is advantageous in terms of the required computational effort. The disadvantages mentioned are of particular importance for signals of high power dynamics, as they occur both in test environments and in real systems. In this case, very large and very small power values and correlation values occur. Given the limited numerical resolution in the executing processor, numerical errors accumulate over the steps of the recursion.

Es ist daher die Aufgabe, ein Verfahren zur Bestimmung der zeitlichen Lage eines Signals bereitzustellen, das geringe Komplexität bei der Rechnerimplementierung des Verfahrens mit großer Genauigkeit und hoher Zuverlässigkeit verbindet.It is therefore an object to provide a method for determining the timing of a signal that combines low complexity in the computer implementation of the method with great accuracy and high reliability.

Die Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 sowie das entsprechende Computerprogrammprodukt und Computerprogramm gelöst.The object is achieved by the method with the features of claim 1 and the corresponding computer program product and computer program.

Die zeitliche Lage eines Signals wird ermittelt, indem in einem ersten Schritt aus einem Signal eine Folge von Abtastwerten erzeugt wird. Die Abtastwerte sind dabei einer Folge von Zeitindizes zugeordnet. Eine Teilmenge von Zeitindizes und eine weitere, hiervon verschiedene Teilmenge von Zeitindizes aus der Folge von Zeitindizes für eine mögliche zyklische Erweiterung werden anschließend gebildet. Ein Korrelationsmaß wird aus der Teilmenge der Abtastwerte der Zeitindizes und der weiteren Menge von Zeitindizes ermittelt. Das ermittelte Korrelationsmaß wird anschließend mit einem Schwellenwert verglichen. Wird eine Schwellenwertüberschreitung durch das Korrelationsmaß erkannt, so wird aus der Teilmenge von Zeitindizes für eine mögliche zyklische Erweiterung auf den Zeitindex des Beginns einer zyklischen Erweiterung geschlossen. Mit diesem Zeitindex ist eine Synchronisation auf das Symbolraster des Signals möglich.The temporal position of a signal is determined by generating a sequence of samples from a signal in a first step. The samples are assigned to a sequence of time indices. A subset of time indices and another, different subset of time indices from the sequence of time indices for a possible cyclic expansion are then formed. A correlation measure is determined from the subset of the samples of the time indices and the further set of time indices. The determined correlation measure is then compared with a threshold value. If a threshold overshoot is detected by the correlation measure, then the subset of time indices for a possible cyclic extension to the time index of the start of a cyclic extension is closed. With this time index, a synchronization to the symbol grid of the signal is possible.

Das Verfahren mit den Schritten nach Anspruch 1 ermöglicht eine numerisch stabile Synchronisation auf Signale hoher Leistungsdynamik durch die geeignete Anwendung einer Metrik auf die aus einem Signal gewonnene Folge von Abtastwerten. Einerseits wird eine numerisch robuste Erkennung von Metrikspitzen für Signale hoher Leistungsdynamik mittels geeigneter Ermittlung der zur Erkennung der zeitlichen Lage genutzten Metrik erreicht. Andererseits ist der Vorteil einer exakten Bestimmung der Metrikspitzen gewährleistet. Dies erfordert eine deutliche Ausprägung von Metrikspitzen, und hier insbesondere eine deutliche Ausprägung diskreter Metrikspitzen an Stelle mehrdeutiger Metrikplateaus.The method comprising the steps of claim 1 enables numerically stable synchronization to high power dynamics signals by the appropriate application of a metric to the sequence of samples obtained from a signal. On the one hand, a numerically robust detection of metric peaks for signals of high power dynamics is achieved by means of suitable determination of the metric used to detect the temporal position. On the other hand, the advantage of an exact determination of the metric peaks is guaranteed. This requires a clear expression of metric peaks, and here in particular a clear expression of discrete metric peaks instead of ambiguous metric plateaus.

Insbesondere enthält die Teilmenge von Zeitindizes eine Folge von Zeitindizes an einem möglichen Beginn einer zyklischen Erweiterung und die weitere Teilmenge von Zeitindizes eine Folge von Zeitindizes am Ende einer zyklischen Erweiterung, wobei es vorteilhaft ist, wenn die Anzahl der Zeitindizes der Teilmenge und der weiteren Teilmenge jeweils gleich ist.In particular, the subset of time indices includes a sequence of time indices at a possible beginning of a cyclic extension and the further subset of time indices a series of time indices at the end of a cyclic extension, wherein it is advantageous if the number of time indices of the subset and the further subset respectively is equal to.

Die Wahl der ersten Teilmenge von Zeitindizes und der weiteren Teilmenge von Zeitindizes aus der gesamten Anzahl von Zeitindizes für eine mögliche zyklische Erweiterung ermöglicht eine effiziente Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens, da nur eine Untermenge von Zeitindizes berücksichtigt werden muss. Zugleich ist über die Auswahl der Teilmengen eine deutliche Ausprägung von lokalen Maxima für die Zeitindizes der zyklischen Erweiterung zu Beginn der Übertragungssymbole erreicht. Die Ausbildung von Metrikplateaus bei der Auswertung des Korrelationsmaßes ist durch die Wahl der Teilmengen der Indizes zu vermeiden. Die zeitliche Synchronisation auf das Symbolraster ist damit ohne Mehrdeutigkeiten möglich.The choice of the first subset of time indices and the further subset of time indices from the total number of time indices for a possible cyclic expansion allows an efficient implementation of the method according to the invention, since only a subset of time indices has to be considered. At the same time, a clear characteristic of local maximums for the time indices of the cyclical expansion at the beginning of the transmission symbols has been achieved by selecting the subsets. The formation of metric plateaus in the evaluation of the correlation measure is to be avoided by choosing the subsets of the indices. The temporal synchronization to the symbol grid is thus possible without ambiguity.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Korrelationsmaß nach einer Initialisierung rekursiv ermittelt. Es wird zur rekursiven Ermittlung des Korrelationsmaßes eine erste Indexmenge für den Zeitindex und eine zweite Indexmenge für den Zeitindex bestimmt, wobei die erste Indexmenge den aktuellsten Zeitindex der Teilmenge und den aktuellsten Zeitindex der weiteren Teilmenge enthält, und die zweite Indexmenge den dem ältesten Zeitindex der Teilmenge vorangegangenen Zeitindex und den dem ältesten Zeitindex der weiteren Teilmenge vorangegangenen Zeitindex enthält. Die Wahl der ersten Indexmenge für den Zeitindex und der zweiten Indexmenge für den Zeitindex ermöglicht eine Bestimmung des Korrelationsmaßes in rekursiver Form und damit mit geringem Rechenaufwand.In an advantageous embodiment of the method according to the invention, the correlation measure is determined recursively after initialization. A first index set for the time index and a second index set for the time index are determined for the recursive determination of the correlation measure, wherein the first index set contains the most recent time index of the partial set and the most recent time index of the further partial set, and the second index set contains the oldest time index of the partial set preceding time index and the time index preceding the oldest time index of the further subset. The choice of the first index quantity for the time index and the second index quantity for the time index enables a determination of the correlation measure in recursive form and thus with little computational effort.

Insbesondere ist es von Vorteil, wenn das Korrelationsmaß für die Abtastwerte einen Korrelationsanteil und einen Leistungsanteil enthält; und dass das Korrelationsmaß aus einem Quotienten des quadrierten Betrages des Korrelationsanteils und des quadrierten Leistungsanteils ermittelt wird. Dabei kann das Korrelationsmaß nach einer Initialisierung rekursiv ermittelt werden und für jeden Zeitindex wird einen Leistungsmaß ermittelt, wobei das Leistungsmaß eine lokale Dynamik der Signalleistung für den Zeitindex beschreibt. Dieses Leistungsmaß wird für jeden Zeitindex mit einem weiteren Schwellenwert verglichen und bei Überschreiten des weiteren Schwellenwerts durch das Leistungsmaß für einen bestimmten Zeitindex wird das Korrelationsmaß für den nächsten Zeitindex nichtrekursiv ermittelt. Hierbei ist es insbesondere günstig, wenn der weitere Schwellenwert adaptiv einstellbar ist. Das Leistungsmaß kann dabei in vorteilhafter Weise aus den jeweils maximalen Leistungsmesswerten und den jeweils minimalen Leistungsmeßwerten der ersten und der zweiten Indexmenge ermittelt werden.In particular, it is advantageous if the correlation measure for the samples contains a correlation component and a power component; and that the correlation measure is determined from a quotient of the squared magnitude of the correlation component and the squared power component. In this case, the correlation measure can be determined recursively after initialization and a performance measure is determined for each time index, the performance measure describing a local dynamics of the signal power for the time index. This performance measure is compared for each time index with a further threshold value and when the further threshold value is exceeded by the performance measure for a specific time index, the correlation measure for the next time index is determined non-recursively. In this case, it is particularly favorable if the further threshold value can be adjusted adaptively. The performance measure can be determined in an advantageous manner from the respective maximum power measurement values and the respective minimum power measurement values of the first and the second index quantities.

Das vorstehend dargestellte Verfahren ermöglicht eine komplexitätsreduzierte und aufwandsarme Berechnung der Metrik in rekursiver Form. Werden dabei Bereiche hoher Leistungsschwankungen für bestimmte Zeitindizes mittels eines Leistungsmeßwertes erkannt, so kann eine Re-Initialisierung des Verfahrens durchgeführt werden. Eine numerische Instabilität wird durch den Wechsel von rekursive auf nicht-rekursive Metrikberechnung vermieden. Das beanspruchte Verfahren verbindet in vorteilhafter Weise die komplexitätsreduzierte rekursive Ermittlung einer Korrelationsmaßes mit der hohen Genauigkeit der nichtrekursiven Ermittlung für Abschnitte hoher Dynamik der Signalpegel. Die Umschaltung kann dabei adaptiv erfolgen.The method described above enables a complexity-reduced and low-cost calculation of the metric in recursive form. If areas of high power fluctuations for certain time indices are detected by means of a power measurement value, a re-initialization of the method can be carried out. Numerical instability is avoided by switching from recursive to non-recursive metric calculation. The claimed method advantageously combines the complexity-reduced recursive determination of a correlation measure with the high accuracy of the non-recursive determination for sections of high dynamics of the signal levels. The switching can be done adaptively.

Damit ist eine numerisch stabile Metrikberechnung sichergestellt. Der Rechenaufwand für die Metrikberechnung ist adaptiv minimierbar. Das Verfahren nach dem Gegenstand der vorliegenden Anmeldung zeichnet sich durch hohe Robustheit gegenüber Fehlsynchronisationen auf das Empfangssignal aus.This ensures a numerically stable metric calculation. The computational effort for the metric calculation is adaptively minimized. The method according to the subject of the present application is characterized by high robustness against false synchronization on the received signal.

Das erfindungsgemäße Verfahren in den vorgestellten Ausführungsformen eignet sich insbesondere auch zur Realisierung in Form eines Computerprogramms mit Programmcode-Mitteln zur Ausführung auf einem Computer oder einem digitalen Signalprozessor. Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The inventive method in the presented embodiments is particularly suitable for implementation in the form of a computer program with program code means for execution on a computer or a digital signal processor. In the following, the method according to the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. Show it:

1 eine Zeitstruktur eines Signals, umfassend eine Folge von Symbolen mit zyklischer Erweiterung, 1 a time structure of a signal comprising a sequence of symbols with cyclic extension,

2 ein Flussdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung der zeitlichen Lage eines Signals, 2 a flowchart for explaining the method according to the invention for determining the temporal position of a signal,

3 eine vereinfachte Darstellung des ermittelten Korrelationsmaßes bei Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, 3 a simplified representation of the determined correlation measure in carrying out the method according to the invention,

4 ein Flussdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung der zeitlichen Lage des Signals bei rekursiver und nichtrekursiver Ermittlung des Korrelationsmaßes, 4 a flowchart for explaining the method according to the invention for determining the temporal position of the signal in recursive and non-recursive determination of the correlation measure,

5A–D eine Ausgabe der Ergebnisse des erfindungsgemäßen Verfahrens für ein simuliertes Signal, das einem OFDM-Signal im PRACH-Kanal nach dem Mobilfunkstandard LTE entspricht. 5A D an output of the results of the method according to the invention for a simulated signal which corresponds to an OFDM signal in the PRACH channel according to the mobile radio standard LTE.

Die 1 zeigt beispielhaft die Zeitstruktur eines Signals bestehend aus drei Symbolen (k – 1), k, (k + 1) mit einer jeweiligen zeitlichen Länge von N Abtastwerten und mit einer jeweiligen zyklischen Erweiterung mit einer zeitlichen Länge von N_CP Abtastwerten. Die zyklische Erweiterung 2 des Symbols 3 mit dem Symbolindex k + 1 umfasst die Abtastwerte 4 vom Ende des Symbols 3 und wird dem Symbol vorangestellt. Für Funkübertragungssysteme wie auch für die Übertragung über Kupferadern kann infolge eines frequenzselektiven Kanals die Orthogonalität der Träger des OFDM-Systems verlorengehen. Daraus resultiert eine Interferenz zwischen Trägern (ICI – Inter-Carrier-Interference). Die Übertragung über einen solchen Mehrwegekanal bewirkt auch eine Überlagerung aufeinanderfolgender Symbole, somit Impulsinterferenzen (ISI – Inter-Symbol-Interference). Ein Lösungsansatz ist die Einführung einer zyklischen Erweiterung der Übertragungssignale in einem sogenannten Schutzintervall (Guard Interval) der zeitlichen Länge T_G 5. Dabei werden die Abtastwerte vom Ende eines Symbols aus dem zeitlichen Abschnitt T – T_G ≤ t < T dem eigentlichen Symbol der zeitlichen Länge von 0 bis T 6 vorangestellt. Damit ist eine zyklische Erweiterung oder zyklisches Präfix (abgekürzt CP – Cyclic Prefix) erzeugt. Interferenzen werden durch die Einführung einer zyklischen Erweiterung verhindert, wenn die Vorgängersymbole während der Dauer einer zyklischen Erweiterung vollständig abklingen und die jeweiligen Einschwingvorgänge nicht in die Nutzsymbollänge reichen. Die Länge der zyklischen Erweiterung wird dabei sinnvoll so gewählt, dass die zeitliche Länge der zyklischen Erweiterung gleich der maximalen Dauer der Impulsantwort des Übertragungskanals ist. Im unteren Teilbild von 1 ist die Erzeugung einer zyklischen Erweiterung 2 mit N_CP Abtastwerten aus den letzten N_CP Abtastwerten 4 eines Datensymbols 3 mit N Abtastwerten (0, 1, ..., N – 1) schematisch dargestellt.The 1 shows by way of example the time structure of a signal consisting of three symbols (k-1), k, (k + 1) with a respective time length of N samples and with a respective cyclic extension with a time length of N _CP samples. The cyclical extension 2 of the symbol 3 with the symbol index k + 1 includes the samples 4 from the end of the symbol 3 and is prepended to the symbol. For radio transmission systems as well as for transmission via copper wires, the orthogonality of the carriers of the OFDM system can be lost as a result of a frequency-selective channel. This results in interference between carriers (ICI - Inter-Carrier Interference). The transmission over such a multipath channel also causes a superposition of successive symbols, thus pulse interference (ISI - inter-symbol interference). One solution is the introduction of a cyclic extension of the transmission signals in a so-called guard interval (guard interval) of the time length T _G 5 , In this case, the samples from the end of a symbol from the time segment T - T _G ≦ t <T become the actual symbol of the time length from 0 to T 6 prefixed. This creates a cyclic extension or cyclic prefix (abbreviated CP - cyclic prefix). Interference is prevented by introducing a cyclic extension if the predecessor symbols completely decay during the duration of a cyclic expansion and the respective transient processes do not extend into the useful symbol length. The length of the cyclic extension is meaningfully chosen so that the time length of the cyclic extension is equal to the maximum duration of the impulse response of the transmission channel. In the lower part of 1 is the generation of a cyclic extension 2 with N _CP samples from the last N _CP samples 4 a data symbol 3 with N samples (0, 1, ..., N - 1) shown schematically.

Im Fall des Mobilfunkstandards LTE weist beispielsweise die Zeitstruktur des Zugriffkanals PRACH (Physical Random Access Channel) einen entsprechenden Aufbau auf. Dem Datensymbol 3 mit N Abtastwerten werden im Zeitbereich N_CP Abtastwerte einer sogenannten zyklischen Erweiterung 2 vorangestellt. Die N_CP Abtastwerte entsprechen dabei den N_CP Abtastwerten 4 am Ende des Datensymbols 3.In the case of the mobile radio standard LTE, for example, the time structure of the access channel PRACH (Physical Random Access Channel) has a corresponding structure. The data icon 3 with N samples in the time domain, N _{CP become} samples of a so-called cyclic expansion 2 prefixed. The N _CP samples correspond to the N _CP samples 4 at the end of the data symbol 3 ,

Der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt das im Folgenden skizzierte Übertragungsmodell zugrunde. Im Zeitbereich werden die Abtastwerte eines über einen Übertragungskanal übertragenen Signals im Symboltakt durch

beschrieben. Dabei bezeichnet r_i den Abtastwert des Empfangssignals für den Zeitindex i, s_i einen Abtastwert des Sendesignals zum Zeitpunkt i, i einen aktuellen Zeitindex. Der aktuelle Zeitindex i wird auch als aktuelle Zeitinstanz bezeichnet. Weiter ist in (1) N die Anzahl der Abtastwerte eines Übertragungssymbols und T die Zeitdauer eines Übertragungssymbols. Die Anzahl der Abtastwerte der zyklischen Erweiterung (auch als Präambel bezeichnet) ist als N_CP gegeben. In (1) bezeichnet weiter Δf einen Trägerfrequenzversatz und h_m die Zeitbereichswerte der Impulsantwort des Übertragungskanals mit einem Kanalindex m für die der Ausbreitungskanäle des Übertragungskanals. Die Abtastwerte eines additiven Rauschens des gestörten Übertragungskanals werden mit der Bezeichnung w_i einbezogen. Zusammenhang (1) modelliert einen Übertragungskanal mit Intersymbolinterferenz (ISI) mit den Zeitbereichskoeffizienten der Kanalimpulsantwort h_m, einem auf die Kernsymboldauer T normierten Trägerfrequenzversatz Δf und überlagert mit additivem Rauschen w_i.The description of the method according to the invention is based on the transmission model outlined below. In the time domain, the samples of a signal transmitted over a transmission channel are passed through in the symbol clock

described. In this case, r _{i designates} the sample value of the received signal for the time index i, s _i a sample value of the transmitted signal at the instant i, i a current time index. The current time index i is also called the current time instance. Further, in (1), N is the number of samples of a transmission symbol and T is the duration of a transmission symbol. The number of samples of the cyclic extension (also called preamble) is given as N _CP . Further, in (1), Δf denotes a carrier frequency offset and h _m the time domain values of the impulse response of the transmission channel having a channel index m for those of the propagation channels of the transmission channel. The sample values of an additive noise of the disturbed transmission channel are included with the designation w _i . Context (1) models a transmission channel with intersymbol interference (ISI) with the time domain coefficients of the channel impulse response h _m , a carrier frequency offset Δf normalized to the kernel symbol T and superimposed with additive noise w _i .

Damit ist die Wiederholungsbedingung für die Abtastwerte des Empfangssignals mit s ' / n,l = s ' / n+N,l für 0 ≤ n < N_CP (2) anzusetzen, wobei s ' / n,l und s ' / n+N,l die Übertragungssymbole beschreiben, N die Anzahl der Abtastwerte eines Symbols und N_CP die Länge der vorangestellten zyklischen Erweiterung. Der Index l bezeichnet den Laufindex zur Nummerierung der Übertragungssymbole mit zyklischer Erweiterung. Der Index n indiziert die Abtastwerte innerhalb eines Übertragungssymbols und liegt im Wertebereich 0 ≤ n < N + N_CP (3) Thus, the repetition condition for the samples of the received signal is s '/ n, l = s' / n + N, l for 0 ≤ n <N _CP (2) to set, where s '/ n, l and s' / n + N, l the transmission symbols describe N the number of samples of a symbol and N _CP the length of the preceding cyclic extension. Index l denotes the run index for numbering the transfer symbols with cyclic extension. The index n indicates the samples within a transmission symbol and lies in the value range 0 ≤ n <N + N _CP (3)

Anhand von 2 wird nun eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert. In einem ersten Schritt S1 werden eine Folge von Abtastwerten r_i eines Signals einer Folge von Zeitindizes i zugeordnet. In einem zweiten Schritt S2 wird eine Indexmenge I_i für eine Menge von Zeitindizes für den Index i definiert: I_i = {i, i + 1, ..., i + N_L – 1, i + N_CP – N_L, i + N_CP – N_L + 1, ..., i + N_CP – 1} (4) Based on 2 An embodiment of the method according to the invention will now be explained. In a first step S1, a sequence of samples are assigned to r _i a signal of a sequence of time indices i. In a second step S2, an index set I _{i is defined} for a set of time indexes for the index i: I _i = {i, i + 1, ..., i + N _L -1, i + N _CP -N _L , i + N _CP -N _L + 1, ..., i + N _CP -1} (4)

Die Indexmenge I_i umfasst Zeitindizes zweier Teilintervalle mit jeweils einer Länge von N_L aufeinanderfolgenden Indizes. Das erste Teilintervall enthält dabei als Teilmenge von Zeitindizes die N_L aufeinander folgende Indizes i, i + 1, ..., i + N_L – 1, i + N_CP – N_L (5) am Beginn einer möglichen zyklischen Erweiterung. Das zweite Teilintervall enthält die N_L aufeinanderfolgende Indizes am Ende einer möglichen zyklischen Erweiterung als weitere Teilmenge von Zeitindizes: i + N_CP – N_L, i + N_CP – N_L + 1, ..., i + N_CP – 1 (6) The index set I _i comprises time indices of two subintervals each having a length of N _L consecutive indices. The first subinterval contains as a subset of time indices the N _L successive indices i, i + 1, ..., i + N _L - 1, i + N _CP - N _L (5) at the beginning of a possible cyclical expansion. The second subinterval contains the N _L consecutive indices at the end of a possible cyclic extension as a further subset of time indices: i + N _CP - N _L , i + N _CP - N _L + 1, ..., i + N _CP - 1 (6)

Die Ermittlung eines Korrelationsmaßes über die Abtastwerte der Teilmenge von Zeitindizes und die weitere Teilmenge von Zeitindizes erfolgt in Schritt S3. Das Korrelationsmaß (auch als Korrelationsmetrik bezeichnet) umfasst einen Leistungsanteil und einen Korrelationsanteil, die für jeden Zeitindex i jeweils direkt zu ermitteln sind und wird im Folgenden als leistungsnormiertes Korrelationsmaß bezeichnet.The determination of a correlation measure over the sampled values of the subset of time indices and the further subset of time indices takes place in step S3. The correlation measure (also referred to as correlation metric) comprises a power component and a correlation component, which are to be determined directly for each time index i in each case and is referred to below as a power-normalized correlation measure.

Das leistungsnormierte Korrelationsmaß

wird über einen Wertebereich Λ_i ∊ [0, 1] direkt für jeden Zeitindex i ermittelt. Das Korrelationsmaß umfasst einen Korrelationsanteil

und einen Leistungsanteil

The power normalized correlation measure

is determined over a range of values Λ _i ε [0, 1] directly for each time index i. The correlation measure comprises a correlation component

and a performance share

Es wird dabei im Abstand der Wiederholung der Abtastwerte N auf Basis von 2N_L Wertepaaren eine Korrelation stattfinden. Es bezeichnen in (8) und (9) r_l die Abtastwerte, I_i bezeichnet die Indexmenge für einen Zeitindex i aus der Teilmenge und der weiteren Teilmenge von Zeitindizes mit jeweils N_L Indizes.It will take place at a distance of the repetition of the samples N based on 2N _L pairs of values, a correlation. In (8) and (9), r _l denote the samples, I _i denotes the index quantity for a time index i from the subset and the further subset of time indices each having N _L indices.

Es werden nun in Schritt S4 lokale Maxima des Korrelationsmaßes Λ_i bestimmt. Über die Bestimmung der lokalen Maxima und die den lokalen Maxima zugeordneten Zeitindizes i lässt sich eine Bestimmung der zeitlichen Lage des zu analysierenden Signals erreichen: î = arg max_i Λ_i (10) Local maxima of the correlation measure Λ _i are then determined in step S 4. By determining the local maxima and the time indices i assigned to the local maxima, a determination of the temporal position of the signal to be analyzed can be achieved: î = arg max _i Λ _i (10)

In (10) bezeichnet î einen Zeitindex i für den das Korrelationsmaßes Λ_i ein lokales Maximum erreicht. In Schritt S5 wird für das ermittelte leistungsnormierte Korrelationsmaß Λ_i eine Überschreitung eines Schwellenwerts überprüft. Wird der Schwellenwert für den Zeitindex î überschritten, so ist ein möglicher Zeitindex für den Beginn eines Symbols in Schritt S6 zu bestimmen. Überschreitet das Korrelationsmaß hingegen den Schwellenwert nicht, so wird das Verfahren mit Setzen einen neuen Zeitindex i in Schritt S7 das Verfahren in Schritt S2 fortgesetzt.In (10), î denotes a time index i for which the correlation measure Λ _{i reaches} a local maximum. In step S5, an exceeding of a threshold value is checked for the determined power normalized correlation measure Λ _i . If the threshold for the time index î is exceeded, then a possible time index for the beginning of a symbol is to be determined in step S6. On the other hand, if the correlation measure does not exceed the threshold value, then the method continues with setting a new time index i in step S7, the method in step S2.

Mittels der in Schritt S2 durchgeführten Festlegung der Teilmenge von Zeitindizes und der weiteren Teilmenge von Zeitindizes mit jeweils N_L Werten lässt sich eine Reduzierung des Rechenaufwands für die Ermittlung des Korrelationsmaßes Λ_i erreichen. Es sind für jede Zeitinstanz 2·N_L – 1 Additionen für die Ermittlung des normierten Korrelationsmaßes Λ_i in den Formel (8) und (9) notwendig. Die eingeführte Selektion der der beiden Bereiche am Beginn und am Ende einer zyklischen Erweiterung erzielt zugleich eine diskrete Korrelationsspitze im Gegensatz zu einem Metrikplateau. Dies ist beispielhaft in 3 dargestellt.By means of the determination of the subset of time indices carried out in step S2 and the further subset of time indices each having N _L values, a reduction of the computation effort for the determination of the correlation measure Λ _i can be achieved. For each time instance, 2 · N _L - 1 additions are necessary for the determination of the normalized correlation measure Λ _i in the formulas (8) and (9). The introduced selection of the two regions at the beginning and at the end of a cyclic extension also achieves a discrete correlation peak as opposed to a metric plateau. This is exemplary in 3 shown.

In 3 ist sind auf der horizontalen Achse 7 die Zeitindizes i aufgetragen. Die oberste Darstellung in 3 zeigt die zeitliche Lage eines Datensymbols 3 einer Länge von N Abtastwerten mit einer zyklischen Erweiterung 2 der Länge von N_CP Abtastwerten. Die Teilmenge von N_L Zeitindizes 9 und die weitere Teilmenge von N_L Zeitindizes 10 liegen im dargestellten Fall jeweils am Beginn und Ende einer zyklischen Erweiterung. In der mittleren Darstellung wird die Summe der Einzelkorrelationen über den Zeitindex i gezeigt. Die unterste Darstellung gibt den Verlauf der Summenmetrik Λ_i über i wieder. Deutlich ist die Ausprägung des Korrelationspeaks 13 für die erfindungsgemäße Wahl der Teilmenge von Zeitindizes 9 und der weiteren Teilmenge von Zeitindizes 10 jeweils am Beginn einer potentiellen zyklischen Erweiterung und am Ende einer potentiellen zyklischen Erweiterung gezeigt. Die Begrenzung der Auswertung der Metrik auf jeweils N_L Pegelwerte der beiden Teilmengen von Zeitindizes 9, 10 wird andererseits auch der erforderliche Rechenaufwand des Verfahrens reduziert.In 3 is on the horizontal axis 7 the time indices i plotted. The topmost illustration in 3 shows the timing of a data symbol 3 a length of N samples with a cyclic extension 2 the length of N _CP samples. The subset of N _{L time} indices 9 and the further subset of N _{L time} indices 10 lie in the case shown at the beginning and end of a cyclic extension. In the middle representation, the sum of the individual correlations over the time index i is shown. The lowest representation shows the course of the sum metric Λ _i over i again. The expression of the correlation peak is clear 13 for the inventive choice of the subset of time indices 9 and the further subset of time indices 10 each at the beginning of a potential cyclic extension and at the end of a potential cyclic extension. Limiting the evaluation of the metric to N _L level values of the two subsets of time indices 9 . 10 On the other hand, the required computational complexity of the method is also reduced.

Damit ist eine präzise Bestimmung des Zeitindex i für den Beginn einer zyklischen Erweiterung möglich. Die vorgestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt daher eine effiziente Synchronisation auf das Symbolraster eines Signals mit zyklischer Erweiterung zu.Thus, a precise determination of the time index i for the beginning of a cyclic expansion is possible. The presented embodiment of the method according to the invention therefore permits an efficient synchronization to the symbol grid of a signal with cyclic extension.

Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in 4 vorgestellt. Dabei bezeichnen die Schritte S1 bis S5 dieselben Schritte wie in 2. In Schritt S9 werden zusätzlich eine erste Indexmenge für einen Zeitindex und eine zweite Indexmenge für einen Zeitindex ermittelt. Die erste Indexmenge I (+) / i für den Zeitindex enthält dabei nur den jeweils aktuellsten Zeitindex der Teilmenge von Zeitindizes mit N_L Zeitindizes und den jeweils aktuellsten Zeitindex der weiteren Teilmenge von Zeitindizes mit N_L Zeitindizes: I (+) / i = {i + N_L – 1, i + N_CP – 1} (11) A further embodiment of the method according to the invention is described in 4 presented. Here, the steps S1 to S5 denote the same steps as in FIG 2 , In addition, a first index amount for a time index and a second index amount for a time index are determined in step S9. The first index quantity I (+) / i for the time index contains only the most recent time index of the subset of time indices with N _{L time} indices and the most recent time index of the further subset of time indices with N _{L time} indices: I (+) / i = {i + N _L -1, i + N _CP -1} (11)

Die zweite Indexmenge I (–) / i enthält nur die beiden ältesten Zeitindizes der jeweiligen Teilintervalle der Menge I_i-1 für den vorhergehenden Zeitindex i – 1. I (–) / i = {i – 1, i + N_CP – N_L – 1} (12) The second index quantity I (-) / i contains only the two oldest time indices of the respective subintervals of the set I _i-1 for the preceding time index i-1. I (-) / i = {i - 1, i + N _CP - N _L - 1} (12)

Auf Basis der ersten Indexmenge von Zeitindizes und der zweiten Indexmenge von Zeitindizes lässt sich die Ermittlung des Korrelationsmaßes rekursiv durchführen.Based on the first index set of time indices and the second index set of time indices, the determination of the correlation measure can be performed recursively.

Der rekursiv ermittelte Leistungsanteil für das Korrelationsmaß ergibt sich dabei zuThe recursively ascertained performance share for the correlation measure results in this case

In Zusammenhang (13) bezeichnet P_i den Leistungsanteil zum Zeitpunkt i, P_i-1 für den vorhergehenden Zeitpunkt i – 1, |r_l|² und |r_l+N|² die Leistungswerte für die entsprechenden Laufindizes l, I (–) / i und I (+) / i die in (11) und (12) definierten Indexmengen.In connection (13), P _i denotes the power component at the instant i, P _i-1 for the preceding instant i-1, | r _l | ² and | r _{l + N} | ² the performance values for the corresponding run indices 1, I (-) / i and I (+) / i the index sets defined in (11) and (12).

Der rekursiv ermittelte Korrelationsanteil des Korrelationsmaßes für den Zeitindex i zu

The recursively determined correlation component of the correlation measure for the time index i

In Zusammenhang (13) bezeichnet R den Korrelationsanteil zum Zeitpunkt i, R_i-1 den Korrelationsanteil für den vorhergehenden Zeitpunkt i – 1, |r_l|² und |r_l+N|² die Werte für die entsprechenden Laufindizes l, I (–) / i und I (+) / i die in (11) und (12) definierten Indexmengen.In conjunction (13), R denotes the correlation component at time i, R _i-1 the correlation component for the preceding time i-1, | r _l | ² and | r _{l + N} | ² the values for the corresponding run indices 1, I (-) / i and I (+) / i the index sets defined in (11) and (12).

Damit ist in den Schritten S9 bis S12 in 4 eine rekursive Berechnung des Korrelationsmaßes möglich. In den Schritten S3 bis S5 erfolgt zunächst eine nichtrekursive Ermittlung des Korrelationsmaßes mit einem Korrelationsanteil R₀ und einem Leistungsanteil P₀ für den Zeitindex i = 0 nach den Zusammenhängen (8), (9) und (7).Thus, in steps S9 to S12 in FIG 4 a recursive calculation of the correlation measure possible. In steps S3 to S5, first a nonrecursive determination of the correlation measure with a correlation component R ₀ and a power component P ₀ for the time index i = 0 according to the relationships (8), (9) and (7).

Nach Initialisieren der ersten und der zweiten Indexmenge entsprechend den Definitionen in (11) und (12) in den Schritten S1 bis S5 wird in Schritt S8 mit d_i ein Leistungsmaß für die lokale Dynamik der Signalleistung zum Zeitindex i ermittelt.After initializing the first and the second index quantities according to the definitions in (11) and (12) in steps S1 to S5, a performance measure for the local dynamics of the signal power at time index i is determined with d _i in step S 8.

Die lokale Dynamik der Signalleistung zum Zeitpunkt i

berücksichtigt über die Leistungsmesswerte des Signals für die Zeitindizes der Indexmengen

I (–) / i und I (+) / i

das Verhältnis zwischen maximalen Leistungsmesswerten und minimalen Leistungsmesswerten.The local dynamics of the signal power at the time i

takes into account the power measurements of the signal for the time indexes of the index sets

I (-) / i and I (+) / i

the ratio between maximum power readings and minimum power readings.

In Schritt S8 des Ablaufdiagramms in 4 wird d_i mit einem weiteren Schwellenwert T_dyn verglichen. Ist d_i ≤ T_dyn (16) so liegt eine niedrige Leistungsdynamik für den Zeitindex i vor. Damit ist nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eine aufwandsreduzierte Berechnung des Korrelationsmaßes Λ_i, mit der numerische empfindlicheren rekursiven Berechnungsvorschrift nach den Zusammenhängen (13), (14) und (7) möglich. Damit ist für den Fall d_i ≤ T_dyn in (16) eine Fortsetzung des Verfahrens in Schritt S9 mit rekursiver Ermittlung des Korrelationsmaßes möglich.In step S8 of the flowchart in FIG 4 d _{i is} compared with another threshold T _dyn . is d _i ≤ T _dyn (16) so there is a low power dynamics for the time index i. Thus, according to the method of the invention, an effort-reduced calculation of the correlation measure Λ _i , with the numerically more sensitive recursive calculation rule according to the relationships (13), (14) and (7), is possible. Thus, for the case d _i ≦ T _dyn in (16), it is possible to continue the method in step S9 with recursive determination of the correlation measure.

Dazu wird in Schritt S9 der Korrelationsanteil nach Formel (14), der Leistungsanteil nach Formel (13) und das Korrelationsmaß nach Formel (7) in rekursiver Form ermittelt. Anschließend wird für den nächsten Zeitindex i + 1 das erfindungsgemäße Verfahren mit Schritt S7 fortgesetzt. In Schritt S7 erfolgt erneut die Bestimmung der lokalen Dynamik der Signalleistung zur Entscheidung über rekursive oder nichtrekursive Fortsetzung. Dementsprechend wird Schritt S8 die Entscheidung zur Fortsetzung des Verfahrens mit Ermittlung des Korrelationsmaßes Λ_i, mit der numerisch empfindlicheren rekursiven Berechnungsvorschrift nach den Zusammenhängen (13), (14) und (7) oder mittels numerisch stabiler, aber rechenintensiver nichtrekursiver Bestimmung des Korrelationsmaßes Λ_i nach den Zusammenhängen (7), (8) und (9) getroffen.For this purpose, the correlation component according to formula (14), the power component according to formula (13) and the correlation measure according to formula (7) are determined in recursive form in step S9. Subsequently, the method according to the invention is continued with step S7 for the next time index i + 1. In step S7, the determination of the local dynamics of the signal power for decision on recursive or non-recursive continuation takes place again. Accordingly, step S8 is the decision to continue the method with determination of the correlation measure Λ _i , with the numerically sensitive recursive calculation rule according to the contexts (13), (14) and (7) or by numerically stable, but computationally intensive non-recursive determination of the correlation measure Λ _i according to the contexts (7), (8) and (9).

Liegt also in Schritt S8 der 4 der Fall d_i > T_dyn (17) vor, so kann davon ausgegangen werden, dass eine rekursive Auswertung und Ermittlung des Korrelationmaßes Λ_i die numerische Stabilität des Verfahrens nicht mehr gewährleisten kann, da eine hohe Leistungsdynamik des Signals für den Zeitindex i erkannt wird. In diesem Fall wird das vorliegende Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens in Schritt S3 mit der nicht-rekursiven Ermittlung des Korrelationsmaßes Λ_i fortgesetzt.So is in step S8 the 4 the case d _i > T _dyn (17) before, it can be assumed that a recursive evaluation and determination of the correlation measure Λ _i can no longer guarantee the numerical stability of the method, since a high power dynamic of the signal for the time index i is detected. In this case, the present embodiment of the inventive method is continued in step S3 with the non-recursive determination of the correlation measure Λ _i .

Bei einer geeigneten Wahl der Schwelle T_dyn kann eine numerische stabile Berechnung des Korrelationsmaßes T_dyn mit korrekten Ergebnissen gewährleistet werden. In einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird beispielsweise für eine Fließkommmadarstellung mit 64 bit ein weiterer Schwellenwert zu T_dyn = 10⁴ geeignet gewählt. Liegt eine Überschreitung des weiteren Schwellenwerts T_dyn vor, so kann über eine rekursive Auswertung die numerische Stabilität infolge einer Fortpflanzung von numerischen Fehlern nicht mehr gewährleistet werden. Die Folge einer fehlerhaften Erkennung einer Metrikspitze und damit einer nicht korrekten Ermittlung der zeitlichen Lage des zu untersuchenden Signals kann damit zu einer fehlerbehafteten Synchronisation für das zu untersuchende Signal führen.With a suitable choice of the threshold T _dyn , a numerically stable calculation of the correlation _measure T _dyn can be ensured with correct results. In one embodiment of the method, for example, another threshold value of T _dyn = 10 ^{4 is} suitably selected for a floating-point representation with 64 bits. If the further threshold value T _dyn is exceeded, the numerical stability resulting from a propagation of numerical errors can no longer be determined via a recursive evaluation be guaranteed. The consequence of an erroneous detection of a metric peak and thus an incorrect determination of the temporal position of the signal to be examined can thus lead to a faulty synchronization for the signal to be examined.

Der weitere Schwellenwert T_dyn ist in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens adaptiv einstellbar.The further threshold value T _dyn can be adjusted adaptively in one embodiment of the method according to the invention.

Die Überprüfung der lokalen Dynamik der Signalleistung kann dabei auch in vorteilhafter Weise durch Umstellen des Zusammenhangs nach (15) und (16) erfolgen, um Leistungswerte P_i = 0 im Nenner des Quotienten nach (15) für den Fall von Übertragungspausen bei nichtgestörten Signalen zu vermeiden.The checking of the local dynamics of the signal power can also take place in an advantageous manner by changing the relationship according to (15) and (16), to power values P _i = 0 in the denominator of the quotient according to (15) for the case of transmission pauses for non-disturbed signals avoid.

Das anhand zweier Ausführungsbeispiele für eine zeitliche Folge von Abtastwerten dargestellte Verfahren eignet sich zur empfängerseitigen Ermittlung der zeitlichen Lage eines Signals und damit zu einer Synchronisation auf ein Empfangssignal. Es wird bei hoher Leistungsdynamik des Signals von einer rekursiven Ermittlung des Korrelationsmaßes auf eine aufwändigere, nicht-rekursive Ermittlung umgeschaltet, die den Vorteil einer höheren numerischen Stabilität bei großem Leistungsdynamikumfang der Abtastwerte des Signals aufweist. In diesem Fall der nicht-rekursiven Ermittlung des Korrelationsmaßes sind für jede Zeitinstanz jeweils 2N_L – 1 Additionen durchzuführen.The method illustrated with reference to two embodiments for a temporal sequence of samples is suitable for the receiver-side determination of the temporal position of a signal and thus for synchronization to a received signal. It is switched at high power dynamics of the signal from a recursive determination of the correlation measure to a more complex, non-recursive determination, which has the advantage of higher numerical stability at high power dynamic range of the samples of the signal. In this case of the non-recursive determination of the correlation measure, 2N _L - 1 additions must be performed for each time instance.

In 5A bis 5D wird in einem Ausführungsbeispiel anhand eines Signals des Zugriffskanals PRACH des Mobilfunkstandards LTE die Leistungsfähigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Das untersuchte Signal ist ein OFDM-Signal, dessen Datensymbole im Zeitbereich eine zyklische Erweiterung, sogenannte PRACH-Präambeln, aufweisen. Dargestellt ist das Signal für zwei Symbole im Zeitbereich. Das Signal-zu-Rausch-Verhältnis des vorgegebenen Signals ist hoch und es liegt eine hohe Leistungsdynamik im Signal vor. Auf der Abszisse 14 der 5A bis 5D ist jeweils die Folge der Zeitindizes für einen Bereich von i = 0 bis i = 40000 aufgetragen.In 5A to 5D In one exemplary embodiment, the performance of the method according to the invention is illustrated on the basis of a signal of the access channel PRACH of the mobile radio standard LTE. The examined signal is an OFDM signal whose data symbols in the time domain have a cyclic extension, so-called PRACH preambles. Shown is the signal for two symbols in the time domain. The signal-to-noise ratio of the given signal is high and there is a high power dynamic in the signal. On the abscissa 14 of the 5A to 5D in each case the sequence of time indices is plotted for a range from i = 0 to i = 40000.

5A zeigt auf der Ordinate 15 den relativen Fehler des Leistungsanteils der Korrelationsmaßes Λ_i. Der Verlauf des nach Formel (9) ermittelten Leistungsanteils des Korrelationsmaßes Λ_i über die Abtastwerte wird durch die Kurve 16 dargestellt. 5A shows on the ordinate 15 the relative error of the power component of the correlation measure Λ _i . The course of the power component of the correlation measure Λ _i over the sampled values determined according to formula (9) is determined by the curve 16 shown.

5B trägt auf der Ordinate 17 die Werte für die relativen Fehler des Korrelationsanteils des Korrelationsmaßes Λ_i auf. Der Verlauf des nach Formel (8) über die Abtastwerte ermittelten Korrelationsanteils des Korrelationsmaßes Λ_i wird durch die Kurve 18 dargestellt. 5B carries on the ordinate 17 the values for the relative errors of the correlation component of the correlation measure Λ _i . The course of the correlation component of the correlation measure Λ _i ascertained via the sampling values according to formula (8) is represented by the curve 18 shown.

5C trägt auf der Ordinate 19 die Werte für das Korrelationsmaß Λ_i auf. Der Kurvenverlauf 20 in 5C zeigt das Korrelationsmaß, ermittelt in rekursiver Form nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens nach den Zusammenhängen (13), (14) und (7). Für Zeitindizes von i = 1 und i = 19201 sind in 5C Korrelationsspitzen 21, 22 deutlich zu erkennen. Diese rekursiv ermittelten lokalen Maxima des Korrelationsmaßes entsprechen Startindizes der zyklischen Erweiterung des Signals. Die genannten Zeitindizes entsprechen den tatsächlichen Startindizes der beiden PRACH-Präambeln des untersuchten Signals. Infolge einer Fortpflanzung numerischer Fehler über die Rekursionsschritte hinweg, treten allerdings überhöhte Werte für das rekursiv ermittelte Korrelationsmaß auf, die den maximalen Nominalwert Λ_i = 1 überschreiten. Bislang ist nach dem Stand der Technik eine nachgelagerte Selektion der Startzeitpunkte nach rekursiver Ermittlung des Korrelationsmaßes erfolgt. 5C carries on the ordinate 19 the values for the correlation measure Λ _i on. The curve 20 in 5C shows the correlation measure, determined in recursive form according to an embodiment of the inventive method according to the contexts (13), (14) and (7). For time indices of i = 1 and i = 19201 are in 5C correlation peaks 21 . 22 clearly visible. These recursively determined local maxima of the correlation measure correspond to start indices of the cyclic extension of the signal. The time indices mentioned correspond to the actual starting indices of the two PRACH preambles of the signal under investigation. However, as a result of propagation of numerical errors beyond the recursion steps, excessive values for the recursively determined correlation measure that exceed the maximum nominal value Λ _i = 1 occur. So far, according to the prior art, a downstream selection of the start times has taken place after recursive determination of the correlation measure.

In 5D wird der Verlauf des Korrelationsmaßes nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens nach 4 ermittelt, gezeigt. 5D trägt auf der Ordinate 23 die Werte für das Korrelationsmaß Λ_i auf. Dabei zeigt der Verlauf 24 das Korrelationsmaß Λ_i ermittelt in nichtrekursiver Form unter entsprechend hohem Rechenaufwand. In 5D zeigt der Verlauf 25 das rekursiv mit Re-Initialisierung ermittelte Korrelationsmaß Λ_i ermittelt nach (7), (8) und (9). Die Verläufe 24 und 25 sind bei der gewählten Auflösung der Darstellung nahezu deckungsgleich. Bei Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Verlauf 25 wird bei Überschreiten des weiteren Schwellenwerts oder Dynamikfaktors T_dyn = 10³ eine gezielte Re-Initialisierung ausgeführt. Es wird dabei für die Zeitindizes 26, 27, 28, 29, 30, 31 und 32 eine gezielte Re-Initialisierung der Ermittlung des Korrelationsmaßes vorgenommen und so ein Verlauf 24 für das Korrelationsmaß ermittelt, der weitgehend deckungsgleich mit dem Verlauf für eine rekursive Ermittlung ist, sich jedoch durch einen wesentlich geringeren Rechenaufwand bei der Ermittlung auszeichnet. Die Korrelationsmetrik weist dabei ausgeprägte Metrikspitzen bei 32 und 33 auf, die für Zeitindizes von i = 1 und i = 19201 jeweils Startindizes der zyklischen Erweiterung der beiden dargestellten Symbole des Signals erkennen lassen. Die weiteren Metrikspitzen 26, 27, 28, 29, 30, 31 und 32 bezeichnen dabei in 5D Umschaltzeitpunkte zwischen der rekursiven und der nicht-rekursiven Berechnung der Metrik.In 5D the course of the correlation measure according to an embodiment of the method according to the invention 4 determined, shown. 5D carries on the ordinate 23 the values for the correlation measure Λ _i on. This shows the course 24 the correlation measure Λ _{i is} determined in a non-recursive form with a correspondingly high computational effort. In 5D shows the course 25 the correlation measure Λ _i determined recursively with re-initialization is determined according to (7), (8) and (9). The courses 24 and 25 are almost congruent at the selected resolution of the representation. In execution of the method according to the invention 25 If the further threshold value or dynamic factor T _dyn = 10 ³ is exceeded, a targeted re-initialization is carried out. It is doing for the time indices 26 . 27 . 28 . 29 . 30 . 31 and 32 a targeted re-initialization of the determination of the correlation measure made and so a course 24 for the correlation measure, which is largely congruent with the course for a recursive determination, but is characterized by a much lower computational effort in the determination. The correlation metric has pronounced metric peaks 32 and 33 which, for time indices of i = 1 and i = 19201, respectively, show start indices of the cyclic extension of the two symbols of the signal shown. The other metric tips 26 . 27 . 28 . 29 . 30 . 31 and 32 denote in 5D Switchover times between the recursive and the non-recursive calculation of the metric.

Die Berechnungen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden üblicherweise rekursiv und damit zu reduziertem Aufwand ausgeführt. Lediglich zu den Zeitindizes 26, 27, 28, 29, 30, 31 und 32 findet eine Re-Initialisierung der Berechnung des Korrelationsmaßes durch die nicht-rekursive Bestimmung nach (7), (8) und (9) statt. Damit wird die numerische Stabilität des Verfahrens erneut hergestellt. Eine nachgelagerte Selektion der ermittelten Korrelationsmaße zur Ermittlung der korrekten Kandidaten für den Startindex einer Präambel kann damit entfallen. Das Laufzeitverhalten des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dadurch entsprechend positiv beeinflusst. Eine Auswertung weiterer (Sekundär-)Kriterien zur Ermittlung der zeitlichen Lage des Signals als Voraussetzung für eine Synchronisation auf das Signal wie bislang üblich, kann damit entfallen.The calculations according to the method of the invention are usually carried out recursively and thus at a reduced cost. Only at the time indices 26 . 27 . 28 . 29 . 30 . 31 and 32 For example, a re-initialization of the calculation of the correlation measure by the non-recursive determination according to (7), (8) and (9) takes place. This restores the numerical stability of the process. A subsequent selection of the determined correlation measures to determine the correct candidates for the start index of a preamble can thus be omitted. The runtime behavior of the method according to the invention is thereby influenced correspondingly positive. An evaluation of further (secondary) criteria for determining the temporal position of the signal as a prerequisite for a synchronization to the signal as usual, can be dispensed with.

Die Erfindung ist nicht auf die vorgestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können alle beschrieben Merkmale der vorgestellten Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhaft miteinander kombiniert werden. Das dargestellte Verfahren eignet sich insbesondere auch zur Realisierung in Form eines ausführbaren Programms zur Anwendung auf Computern oder Signalprozessoren.The invention is not limited to the presented embodiments. Rather, all described features of the presented embodiments of the method according to the invention can advantageously be combined. The illustrated method is particularly suitable for implementation in the form of an executable program for use on computers or signal processors.

Claims

A method for determining the timing of a signal, the signal comprising a sequence of symbols and each symbol at timed locations in the signal having matching signal values, and the method comprising the steps of: generating a sequence of samples of the signal associated with a sequence of time indices (S1); Setting a subset of time indices and a further subset of time indices from the sequence of time indices for a possible location with temporally matching signal values in the signal at time-defined locations in the signal (S2); Determining a correlation measure for samples for time indices from the subset of indices and from the further subset of time indices (S3). - comparing the determined correlation measure with a threshold value (S5) and detecting a threshold exceeding; Setting a time index for which a threshold overrun is detected as a beginning of the timed position in the signal matching signal value of a symbol (S6); and characterized in that the correlation measure is determined recursively after an initialization (S9); a performance measure is determined for each time index (S7), the performance measure describing a local dynamics of the signal power for the time index; that for each time index the performance measure is compared with a further threshold value (S8); and that when the further threshold value is exceeded by the performance measure for a time index, the correlation measure for the next time index is determined non-recursively.

A method for determining the temporal position of a signal according to claim 1, characterized in that the number of time indices of the subset and the further subset is the same.

Method for determining the temporal position of a signal according to Claim 1, characterized, in that a first index quantity for the time index and a second index quantity for the time index are determined for the recursive determination of the correlation measure, wherein the first index set contains the most recent time index of the subset and the most recent time index of the further subset, and the second index set contains the time index preceding the oldest time index of the subset and the time index preceding the oldest time index of the further subset.

Method for determining the temporal position of a signal according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the correlation measure contains a correlation component and a power component; and that the correlation measure is determined from a quotient of the squared magnitude of the correlation component and the squared power component.

A method of determining the timing of a signal, the signal comprising a sequence of symbols and each symbol at timed locations in the signal having matching signal values, the method comprising the steps of: - generating a sequence of samples of the signal associated with a sequence of time indices (S1); Determining a correlation measure from samples for time indices from a subset of indices and from a further subset of time indices (S3). - comparing the determined correlation measure with a threshold and detecting a threshold overflow (S5); and - that the correlation measure is recursively determined after initialization (S9); and characterized, that a performance measure is determined for each time index (S7), wherein the performance measure describes a local dynamics of the signal power for the time index, and that for each time index the performance measure is compared with a further threshold value (S8); and that when the further threshold value is exceeded by the performance measure for a time index, the correlation measure for the next time index is determined non-recursively.

Method for determining the temporal position of a signal according to Claim 5, characterized, in that a first index quantity for the time index and a second index quantity for the time index are determined for the recursive determination of the correlation measure, wherein the first index set contains the most recent time index of the subset and the most recent time index of the further subset, and the second index set contains the time index preceding the oldest time index of the subset and the time index preceding the oldest time index of the further subset.

Computer program with program code means for carrying out all steps according to one of claims 1 to 6, when the program is executed on a computer or a digital signal processor.

A computer program product having program code means stored on a machine-readable medium for carrying out all the steps according to one of claims 1 to 6 when the program is executed on a computer or a digital signal processor.