DE10214063A1

DE10214063A1 - Synchronisationsdatendetektionseinheit und -verfahren

Info

Publication number: DE10214063A1
Application number: DE10214063A
Authority: DE
Inventors: Joerg Borowski; Menno Mennenga; Ruediger Menken
Original assignee: Advanced Micro Devices Inc
Current assignee: GlobalFoundries Inc
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2002-03-28
Publication date: 2003-10-23
Anticipated expiration: 2022-03-29
Also published as: KR101012509B1; US20030185194A1; US6909760B2; KR20040097247A; DE10214063B4

Abstract

Eine Synchronisationsdatendetektionseinheit wird für ein Kommunikationssystem zum Detektieren vorbestimmter Synchronisationsdaten angegeben. Die Synchronisationsdaten werden in einen Übertragungsrahmen in einem Kommunikationssignal des Kommunikationssystems übertragen. Die Synchronisationsdaten enthalten eine Folge identischer binärer Symbole, die nach dem Scrambeln übertragen werden. Die Synchronisationsdatendetektionseinheit umfasst einen Descrambler zum Descrambeln des empfangenen Kommunikationssignals und zum Erzeugen einer Ausgangsdatenfolge mit mehrstufigen Signalwerten. Die mehrstufigen Signalwerte der Descrambler-Ausgabe werden in einer Filtereinheit geglättet. Das geglättete Signal wird mit einem vorbestimmten Schwellwert verglichen. Wenn das geglättete Signal den vorbestimmten Schwellwert überschreitet, wird eine Detektion der Synchronisationsdaten angezeigt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Synchronisationsdatendetektionseinheit und ein Verfahren zum Detektieren vorbestimmter Synchronisationsdaten und insbesondere auf einen Empfänger und ein Empfangsverfahren in einem drahtlosen Local Area Network (WLAN)-Kommunikationssystem.

2. Stand der Technik

In einem Kommunikationssystem, wie einem drahtlosen Local Area Network (WLAN)- System ist es für den Empfänger wichtig, auf den Sender synchronisiert zu sein, so dass Mitteilungen zwischen dem Sender und dem Empfänger erfolgreich ausgetauscht werden können. Ein drahtloses Local Area Network-System ist ein flexibles Datenkommunikationssystem, das als Erweiterung oder als Alternative zu einem verdrahteten LAN realisiert ist. WLAN-Systeme übertragen und empfangen Daten über die Luft unter Verwendung einer Funkfrequenz- oder Infrarottechnologie, um den Bedarf für verdrahtete Verbindungen zu minimieren. Daher kombinieren WLAN-Systeme die Möglichkeit von Datenverbindungen mit Benutzermobilität.

Die meisten WLAN-Systeme verwenden die Spreizspektrumtechnologie, ein Breitbandfunkfrequenzverfahren, das zur Verwendung in einem zuverlässigen und sicheren Kommunikationssystem entwickelt wurde. Die Spreizspektrumtechnologie ist als Kompromiss der Bandbreiteneffizienz für Zuverlässigkeit, Integrität und Sicherheit entworfen worden. Zwei Arten von Spreizspektrumfunksystemen werden häufig verwendet: Frequenzsprung- und "direct sequence"-Systeme.

Bei "direct sequence"-Spreizspektrum-Systemen wird die Spreizung durch Codierung jedes Datenbits unter Verwendung eines Codewortes oder Symbols erreicht, das eine sehr viel höhere Frequenz und Informationsbitrate aufweist. Die resultierende "Spreizung" des Signals über eine breitere Frequenzbandbreite führt zu einer vergleichsweise niedrigeren Spektralleistungsdichte, so dass andere Kommunikationssysteme weniger wahrscheinlich unter Störungen von dem Gerät leiden, das das "direct sequence"- Spreizspektrumsignal überträgt. Das "direct sequence"-Spreizspektrum verwendet ein Pseudo-Zufallsrauschen-Codewort, das dem Sender und Empfänger bekannt ist, um die Daten zu spreizen. Das Codewort besteht aus einer Folge von "Chips", die mit den zu übertragenden Informationsbits multipliziert (oder Exklusiv-ODER verknüpft) werden. Viele drahtlose Netzwerke entsprechen dem IEEE 802.11-Standard, der das bekannte Barker-Codewort zum Codieren und Spreizen der Daten verwendet. Das Barker-Codewort besteht aus einer vordefinierten Folge von 11 Chips. Eine ganze Barker-Codewortfolge wird während der Zeitdauer übertragen, die von einem Information-enthaltenden Symbol belegt ist.

Um Datenraten mit höherer Übertragungsrate zu ermöglichen, wurde der IEEE 802.11- Standard zu IEEE 802.11b erweitert. Zusätzlich zu der 11-Bit Barker-Chip-Folge verwendet der 802.11b-Standard einen 8-Bit Komplementärcode-Keying (CCK) Algorithmus für Übertragungen mit hohen Datenraten.

Die Datenübertragungsrate kann außerdem über die Symbolrate durch Verwendung von Modulationsverfahren höherer Ordnung einschließlich der Quadraturphasen-Umtastung (QPSK)-Modulation erhöht werden. Bei solchen Modulationsverfahren wird jedes Bit durch eine höhere Anzahl möglicher Phasen repräsentiert. Der Sender erzeugt dazu zwei Signale, wobei das erste Signal "In-Phase" (I)-Signal oder "I-Kanal" genannt wird und das zweite Signal "Quadratur" (Q)-Signal oder "Q-Kanal" für einen 90° phasenversetzten Sinusträger derselben Frequenz genannt wird.

Der IEEE 802.11-Standard für drahtlose LANs, der "direct sequence"-Spreizspektrumverfahren verwendet, verwendet eine Trainingspräambel, um einen Empfänger auf einen Sender einzuüben. Jede übertragene Datennachricht umfasst eine anfängliche Trainingspräambel, auf die ein Datenfeld folgt. Die Präambel enthält ein Synchronisationsfeld, um sicherzustellen, dass der Empfänger die notwendigen Operationen zur Synchronisation ausführen kann. Für die Präambellänge wurden zwei Optionen definiert, nämlich eine lange und eine kurze Präambel. Alle Systeme gemäß 802.11b müssen die lange Präambel unterstützen. Die Option der kurzen Präambel ist in dem Standard vorgesehen, um die Effizienz des Netzwerkdurchsatzes zu verbessern, wenn spezielle Daten wie Sprache oder Video übertragen wird. Das Synchronisationsfeld einer Präambel besteht aus 128 Eins-Bits für eine lange Präambel und 56 Null-Bits für eine kurze Präambel.

Ein Empfänger detektiert die Synchronisationssymbole und richtet den internen Takt des Empfängers an den Symbolen in dem Synchronisationsfeld aus, um einen festen Referenzzeitrahmen herzustellen, mit dem die Felder in der Übertragungsrahmenstruktur interpretiert werden, die auf die Präambel folgen. Die Präambel einschließlich dem Synchronisationsfeld werden zu Beginn jeder Nachricht (jedes Datenpakets) übertragen.

Der Zweck einer Präambeldetektionseinheit liegt darin, kontinuierlich das ankommende Signal auf die Präambel zu überprüfen und anzuzeigen, wenn die Präambel detektiert wurde. Die Grenzen aufeinander folgender Barker-Symbole oder CCK-Symbole werden bestimmt und die Weiterleitung der Symbole wird an den Verarbeitungsablauf des Empfängers synchronisiert. Basierend auf der Präambeldetektion und einem zeitlichen Versatz zwischen der Ankunft eines Symbols und einem Verarbeitungsablauf der nachfolgenden Module wird das ankommende Signal mit dem Verarbeitungsablauf des Empfängers synchronisiert.

Bezug nehmend auf Fig. 1 wird nachfolgend ein Detektionsvorgang zur Detektion einer Präambel in einem Kommunikationssignal dargestellt. Ein Präambeldetektionsschritt 101 wird nach dem Empfang eines Kommunikationssignals 100 und bevor das empfangene Kommunikationssignal der nachfolgenden Verarbeitung, insbesondere dem Descrambling 102, unterworfen wird, ausgeführt.

Der Aufbau eines herkömmlichen Präambeldetektors 200 ist in Fig. 2 dargestellt. Das empfangene Kommunikationssignal 201, das aus einer In-Phase- und einer Quadratur- Phase-Komponente besteht, wird dem Präambeldetektor 200 zugeführt. In dem Präambeldetektor 200 wird das empfangene Kommunikationssignal 201 zunächst einem Entspreizer 204, insbesondere einem Barker-Matched-Filter (BMF), zugeführt. Das entspreizte Kommunikationssignal wird einem Demodulator (DEM) 205 zum Demodulieren des entspreizten Kommunikationssignals zugeführt. Das demodulierte Signal besteht aus einer Folge "harter" Entscheidungen der empfangenen Bit-Folge, d. h. jeder Datenwert des demodulierten Signals nimmt einen von zwei möglichen binären Werten an.

Der demodulierte Bit-Strom wird überwacht, um die vordefinierten Präambeldaten zu detektieren. Typischerweise wird ein Korrelator verwendet, um die Präambel zu detektieren. Der Korrelator ist im Wesentlichen ein "Matched Filter" für die Präambelsequenz. Der Korrelator erzeugt eine Ausgabe mit einem großen Wert, wenn die Präambel vorliegt. Eine Präambeldetektion wird normalerweise angezeigt, wenn die Größe der Korrelation einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet.

Nach der Präambeldetektion wird das demodulierte Kommunikationssignal einem (digitalen) Descrambler (DDS) zugeführt. Ein Beispiel eines bekannten Descrambler 300 ist in Fig. 3 dargestellt. Das ankommende Signal 301a wird Verzögerungsblöcken 304, 305 zugeführt, die eine Zeitverzögerung um einige Einheiten gemäß einer vorbestimmten Descrambling-Regel bezeichnen. Die verzögerten Signale werden zurückgeführt und unter Verwendung eines Multiplizierers oder eines Exklusiven-ODER-Verknüpfungselementes 306 kombiniert. Die Ausgabe wird zu dem ankommenden Signal 301b zurückgeführt und unter Verwendung eines Multiplizierers oder Exklusiven-ODER-Verknüpfungselementes 303 kombiniert, um eine Descrambler-Ausgabe 302 zu erzeugen.

Synchronisationsdatendetektionseinheiten besitzen weiterhin eine Reihe von Nachteilen. Ein Problem liegt darin, dass Rauschen die Signalqualität verschlechtern kann, so dass die Synchronisationseinheit, insbesondere der Präambeldetektor, eine Präambel nicht detektieren kann, obwohl eine Präambel in dem empfangenen Kommunikationssignal vorhanden ist. Rauschen kann außerdem eine Ausgabe erzeugen, die die Schwelle überschreitet, wenn tatsächlich keine Präambel vorhanden ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine verbesserte Synchronisationsdatendetektionseinheit und ein Verfahren werden angegeben, die eine weniger fehlerbehaftete Detektion vordefinierter Synchronisationsdaten ermöglichen.

In einer Ausführungsform ist eine Synchronisationsdatendetektionseinheit in einem Kommunikationssystem vorgesehen, um vorbestimmte Synchronisationsdaten eines Übertragungsrahmens in einem Kommunikationssignal zu detektieren. Die Synchronisationsdaten enthalten eine Folge identischer binärer Symbole, die übertragen wurden, nachdem sie durch einen Scrambler geleitet wurden. Die Synchronisationdatendetektionseinheit umfasst einen Descrambler zum Descrambeln des empfangenen Kommunikationssignals und zum Erzeugen einer Ausgabedatenfolge mit mehrstufigen Signalwerten. Die mehrstufigen Signalwerte werden einer Filtereinrichtung zum Glätten der Descrambler-Ausgabe zugeführt. Das geglättete Signal wird einer Schwellwerteinrichtung zugeführt. Die Schwellwerteinrichtung vergleicht die geglättete Ausgabe der Filtereinrichtung mit einem vorbestimmten Schwellwert. Wenn die Ausgabe der Filtereinrichtung den vorbestimmten Schwellwert überschreitet, zeigt die Schwellwerteinrichtung die Detektion der Synchronisationsdaten an.

In einer anderen Ausführungsform ist eine Synchronisationsdatendetektionseinheit in einem Kommunikationssystem vorgesehen, um vorbestimmte Synchronisationsdaten eines Übertragungsrahmens in einem Kommunikationssignal zu detektieren. Die Synchronisationsdaten enthalten eine Folge identischer binärer Symbole, die übertragen werden, nachdem sie durch einen Scrambler geführt wurden. Die Synchronisationsdatendetektionseinheit enthält einen Descrambler zum Descrambeln des empfangenen Kommunikationssignals und zum Erzeugen einer Ausgabedatenfolge mit mehrstufigen Signalwerten. Die mehrstufigen Signalwerte werden einem Filter zum Glätten der Descrambler-Ausgabe zugeführt. Das geglättete Signal wird einem Vergleicher zugeführt. Der Vergleicher vergleicht die geglättete Ausgabe des Filters mit einem vorbestimmten Schwellwert. Wenn die Ausgabe des Filters den vorbestimmten Schwellwert überschreitet, zeigt der Vergleicher die Detektion der Synchronisationsdaten an.

In einer weiteren Ausführungsform ist ein Verfahren zum Empfang von Synchronisationsdaten vorgesehen, das in einem Kommunikationssystem verwendet wird. Die vorbestimmten Synchronisationsdaten sind in einem Übertragungsrahmen eines Kommunikationssignals enthalten. Die Synchronisationsdaten enthalten eine Folge von identischen binären Symbolen, die nach dem Scrambeln übertragen werden. Das empfangene Kommunikationssignal wird descrambelt, um eine Folge von mehrstufigen Ausgabesignalwerten zu erzeugen. Die mehrstufigen Ausgabesignalwerte werden geglättet und das geglättete Signal wird mit einem vorbestimmten Schwellwert verglichen. Wenn das geglättete Signal den vorbestimmten Schwellwert überschreitet, sind die Detektionsdaten detektiert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die beigefügten Zeichnungen sind in die Beschreibung eingefügt und bilden einen Teil der Beschreibung, um die Grundlagen der vorliegenden Erfindung zu erläutern. Die Zeichnungen sollen nicht so ausgelegt werden, dass die Erfindung nur auf die dargestellten und beschriebenen Beispiele, wie die Erfindung hergestellt und ausgeführt werden kann, beschränkt ist. Weitere Merkmale und Vorteile werden aus der nachfolgenden, detaillierteren Beschreibung der Erfindung, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist, offensichtlich, wobei:

Fig. 1 ein Flussdiagramm zeigt, das ein Präambeldetektionsverfahren darstellt;

Fig. 2 ein Blockdiagramm zeigt, das ein Präambeldetektor zum Detektieren einer Präambel in einem Kommunikationssignal darstellt;

Fig. 3 ein Blockdiagramm zeigt, das den Aufbau eines Descramblers darstellt, der in einem Präambeldetektor gemäß Fig. 2 enthalten ist;

Fig. 4 ein Blockdiagramm zeigt, das eine Synchronisationsdatendetektionseinheit darstellt;

Fig. 5 ein Blockdiagramm zeigt, das einen Aufbau eines Half-Soft-Descrambling- Moduls darstellt, das in dem in Fig. 4 gezeigten Aufbau enthalten ist;

Fig. 6 ein Blockdiagramm zeigt, das eine detailliertere Ausführungsform des in Fig. 5 gezeigten Descrambling-Moduls darstellt;

Fig. 7 ein Blockdiagramm zeigt, das einen Aufbau eines Filtermoduls darstellt, wie es in dem Aufbau der Fig. 4 gezeigt ist;

Fig. 8 ein Blockdiagramm zeigt, das einen weiteren Aufbau eines in Fig. 6 gezeigten Filtermoduls darstellt;

Fig. 9 ein Flussdiagramm zeigt, das eine Präambeldetektionsverarbeitungsprozedur darstellt;

Fig. 10 ein Flussdiagramm zeigt, das einen Schwellwertvergleichsvorgang zum Detektieren vorbestimmter Synchronisationsdaten in einem Kommunikationssignal darstellt; und

Fig. 11 ein Flussdiagramm zeigt, das eine detailliertere Schwellwertvergleichsprozedur zum Detektieren zweier verschiedener Arten von Präambeln in einem Kommunikationssignal darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die dargestellten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.

Nachfolgend wird auf die Zeichnungen, insbesondere auf Fig. 4, Bezug genommen, die eine Synchronisationsdatenerfassungseinheit zur Erfassung von Synchronisationsdaten darstellt, insbesondere eine vorbestimmte Präambel, die nachfolgend beschrieben wird. Der in Fig. 4 gezeigte Aufbau besteht aus einem Synchronisationdatenerfassungsmodul 400 und einem Synchronisationsmodul 403. Das Synchronisationdatenerfassungsmodul 400 erfasst eine Präambel und kann außerdem einen Zeitversatz zwischen einer Symbolankunft und dem Verarbeitungszeitplan der nachfolgenden Module angeben. Der Symbolsynchronisierer 403 verwendet die Zeitversatzinformation, um den Datenstrom an den Verarbeitungszeitplan zu synchronisieren.

Das Synchronisationsdatenerfassungsmodul 400 umfasst die folgenden Module: ein Barker-Matched-Filter(BMF)-Modul 404, ein differentieller BPSK-Demodulator(DEM)- Modul 405 und ein Soft-Descrambler(SDS)-Modul 406. Diese Module, d. h. BMF, DEM und SDS, bilden zusammen einen nicht-kohärenten Empfänger. Außerdem umfasst das Synchronisationdatenerfassungsmodul 400 ein Kamm-Filter(COF)-Modul 407 um die Ausgabe des Descramblers zu glätten. Zur Auswertung der geglätteten Daten, um die vorbestimmten Präambeldaten zu erfassen, enthält das Synchronisationsdatenerfassungsmodul 400 eine Schwellwertsteuervorrichtung 408. Einzelheiten der oben erwähnten Module werden nachfolgend beschrieben.

Das Barker-Matched-Filter-Modul 404 empfängt das Kommunikationssignal 401, das dem Synchronisationdatenerfassungsmodul 400 zugeführt wird, und berechnet eine Korrelation zwischen der Barker-Sequenz und den Abtastwerten des Eingangssignals. Das Barker-Codewort besteht aus 11 Chips, das die Sequenz "01001000111" oder "+1,-1,+1,+1,-1,+1,+1,+1,-1,-1,-1" (non-return-to-zero - NRZ) enthält, wobei der am weitesten links befindliche Chip zeitlich zuerst ausgegeben wird. Eine gesamte Barker- Codewortfolge wird innerhalb der Zeitdauer empfangen, die durch ein Information-enthaltendes Symbol belegt ist. Wenn die Symbolrate 1 Mbaud beträgt, ist daher die zugrunde liegende Chip-Rate für die 11 Chips der Barker-Folge 11 MHz. Unter Verwendung des 11 MHz-Chip-Ratensignals ist das von dem übertragenen Signal belegte Spektrum 11-mal größer. In einer beispielhaften Ausführungsform wird die Barker-Sequenz von elf Abtastwerten auf zweiundzwanzig Abtastwerte aufgrund einer Eingangsabtastrate von zweiundzwanzig Msps erweitert. Dies wird dadurch erreicht, dass Nullen zwischen die ursprünglichen Elemente der Barker-Folge eingefügt werden.

Die Eingangsabtastwerte des I-Kanals und des Q-Kanals werden mit der Barker-Folge jeweils korreliert. Ein komplexer Korrelationsabtastwert wird für jeden komplexen Eingangsabtastwert berechnet. Dies kann durch einen bekannten Fensterverschiebungsalgorithmus ("sliding-window" algorithm) realisiert werden.

Das entspreizte Kommunikationssignal wird dem Demodulatormodul 405 zugeführt. In einer speziellen Realisierung ist das Demodulatormodul 405 ein BPSK-Demodulator.

Nachfolgend wird auf Fig. 5 und Fig. 6 Bezug genommen, die eine spezielle Realisierung eines Descrambler-Moduls 406 darstellen. Das Descrambler-Modul 406 kann als Soft-Descrambler realisiert werden, der mehrstufige Abtastwerte ausgibt. Im Gegensatz zu digitalen Demodulatoren wird beim Soft-Descrambler ein mehrstufiges Eingangssignal nicht einer "harten" Binarisierung unterworfen, sondern die Descrambler-Ausgabewerte werden um die erwarteten binären Werte herum angeordnet.

In weiteren näher beschriebenen Ausführungsformen wird ein "Halb-Soft"-Descrambler zum Descrambeln des demodulierten Signals verwendet. Beispiele für einen Aufbau eines "Halb-Soft"-Descrambler-Moduls 500 sind in Fig. 5 und Fig. 6 gezeigt. Ein Halb- Soft-Descrambler unterscheidet sich von einem Soft-Descrambler darin, dass das Eingangssignal 501a, das in dem Descrambler einem "Verzögerungsabschnitt" 504-506 zugeführt wird, binarisiert wird, wohingegen ein anderer Zweig des Eingangssignals 501b als mehrstufiges Signal erhalten bleibt. Bei dem Descrambler 500 der Fig. 5 wird das empfangene Eingangssignal 501a einem Binarisierungsabschnitt 503 zur Umwandlung eines mehrstufigen Eingangsabtastwertes in einen binären Wert zugeführt.

Der Descrambler 500 ist entsprechend einem vordefinierten Erzeugungspolynom aufgebaut, das beispielsweise durch 1 + x^a + x^b vorgegeben ist, wobei x^a und x^b vorbestimmte Zeitverzögerungen bezeichnen. Die verzögerten Signale werden zurückgeführt und dem Eingangssignal unter Verwendung einer Multiplikation oder eines Exclusiven-ODER- Verknüpfungselementes hinzugefügt, um die Descrambler-Ausgabe zu erzeugen. Wie in Fig. 6 gezeigt, umfassen die Verzögerungselemente 504, 505 eine Mehrzahl von Ein- Bit-Registern 601-606, von denen jedes eine Zeitverzögerung um eine Einheit bezeichnet. Der Halb-Soft-Descrambler gibt eine Folge von Soft-Symbolen aus, die um die erwarteten Binärwerte angeordnet sind.

Die Halb-Soft-Descrambler-Anordnung der Fig. 5 und Fig. 6 kann den Vorteil aufweisen, dass der Hardware-Aufwand des zur Bereitstellung von mehrstufigen Ausgangsabtastwerten im Vergleich zu herkömmlichen Soft-Descramblern deutlich reduziert wird.

Beim Empfang von Präambeldaten haben die mehrstufigen Ausgangsabtastwerte eines Soft- oder Halb-Soft-Descramblers alle dasselbe Vorzeichen. Um den Einfluss von zufälligen Abweichungen in den Ausgangsabtastwerten zu vermindern, werden die Ausgangsabtastwerte mit Hilfe eines Kamm-Filters 407 gemittelt. Realisierungsbeispiel für ein Kamm-Filter sind in Fig. 7 und Fig. 8 gezeigt.

Nachfolgend wird auf Fig. 7 Bezug genommen, wobei die ankommenden Real- und Imaginär-Datensymbole 701 einem Multiplizierer 705 zugeführt werden, um mit einem Gewicht W₁ gewichtet zu werden. Das gewichtete Signals wird einem zurückgeführten und verzögerten Ausgangssignal 702 unter Verwendung eines Verzögerungselementes 704 und eines Addierers 703 hinzugefügt. Vor der Addierung des zurückgeführten Ausgangssignals und des Eingangssignals wird das verzögerte, zurückgeführte Signal ebenfalls unter Verwendung eines Multiplizierers 706 mit einem Gewicht W₂ gewichtet.

Gemäß einer speziellen Ausführungsform werden die ankommenden Datensymbole 701 in einem Multiplizierer 705 mit einem Fest-Punkt-Gegenwert von 0,2 multipliziert und die verzögerten, "gemittelten" Werte, die von dem Verzögerungselement 704 bereit gestellt werden, werden mit einem Fest-Punkt-Gegenwert von 0,8 multipliziert. Obwohl der Algorithmus dieser Ausführungsform unter Bezugnahme auf Gewichtungswerte von jeweils 0,2 und 0,8 beschrieben wurde, ist es für den Fachmann selbstverständlich, dass der Gewichtungsalgorithmus mit derselben Wirkung unter Verwendung einer Vielzahl von Gewichtungswertkombinationen W₁ und W₂ realisiert werden kann. Eine Rauschreduktion der Eingangsabtastwerte 701 kann mit Verminderung der Größe des Gewichts W₁ und Erhöhung der Größe des Gewichts W₂ verbessert werden. Im Gegensatz dazu kann die Genauigkeit der empfangenen Datensymbole in zeitlicher Hinsicht durch Erhöhung der Größe des ersten Gewichts W₁ und durch Verminderung der Größe des zweiten Gewichts W₂ verbessert werden.

Eine weitere Ausführungsform eines Kamm-Filteraufbaus ist in Fig. 8 gezeigt. Jede Ausgabe des dargestellten Kamm-Filters stellt eine Mittlerung von n Chip-Abtastwerten dar, die jeweils einen Abstand von elf bzw. zweiundzwanzig Abtastwerten aufweisen (in Abhängigkeit von der verwendeten Eingangsabtastrate). Es ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Anzahl der gemittelten Abtastwerte so eingestellt wird, dass sie für eine ausreichende Rauschunterdrückung geeignet ist. Rauschen wird effizienter vermindert, wenn die Anzahl n erhöht wird. In einem speziellen Beispiel dieser Ausführungsform beträgt die Anzahl n der gemittelten Abtastwerte 10. Eine gemittelte Amplitude wird jeweils separat für den gleichphasigen Kanal I und den gegenphasigen Kanal Q berechnet. Dies kann in der speziellen Ausführungsform durch Realisierung der folgenden Formeln erreicht werden:

wobei f(k) die Kamm-Filterausgabe d(k - 22i) die Ausgabe des Descramblers darstellt, wenn eine Barker-Folge von 22 Abtastwerten, wie oben erwähnt, verwendet wird.

Beide Filterausgaben f_I und f_Q werden verwendet, um zu entscheiden, ob gerade eine Präambel empfangen wurde. In einer speziellen Ausführungsform werden beide Ausgaben addiert, um dem Einfluss des Frequenzversatzes auf das Signal entgegen zu wirken:

S(kT) = f_I(kT) + f_Q(kT)

wobei S die Summe der beiden Ausgaben darstellt und f_I und f_Q die gemittelte Kamm- Filterausgabe des jeweiligen Kanals darstellt.

Wiederholt wird im Folgenden auf Fig. 8 Bezug genommen, wobei das Kamm-Filter 800 eine Mehrzahl von Verzögerungselementen 804, einen Addierer 805 und einen Teiler 805 umfasst. Die ankommende Descrambler-Ausgabe 801 wird dem Addierer 803 zugeführt und zu einem ersten der identischen Verzögerungselemente 804 abgezweigt. Die Ausgabe jedes der Verzögerungselemente 804 wird einem Addierer 803 und dem Eingang eines nachfolgenden Verzögerungselementes 804 zugeführt. Der Addierer 803 empfängt eine vorbestimmte Anzahl n von Eingangssignalen, die akkumuliert und dem Teiler 805 zugeführt werden. Die Anzahl n der Eingangssignale und eine entsprechende Anzahl von n - 1 von Verzögerungselementen 804 wird gemäß den oben beschriebenen Überlegungen eingestellt. Der Teiler 805 normalisiert die akkumulierte Summe, die von dem Addierer 803 bereitgestellt wird.

Fig. 9 zeigt schematisch ein Beispiel zur Detektion einer Präambel in einem ankommenden Kommunikationssignal. Nach dem Empfang (Schritt 900) des Kommunikationssignals wird das Kommunikationssignal einem Soft-Descrambling-Vorgang 901 unterworfen und die Descrambler-Ausgabe wird geglättet, um den Einfluss von zufälligen Abweichungen in dem Kommunikationssignal zu verringern (902). Die Präambel wird in dem Ausgangssignal, basierend auf den Ausgangssignalwerten der gemittelten Descrambler- Ausgabe im Schritt 903 detektiert. Die Präambeldetektion wird durch Vergleich der Kamm-Filterausgabe mit einem vorbestimmten Schwellwert durchgeführt. Einzelheiten des Vorgangs, der von der Schwellwertsteuervorrichtung 408 ausgeführt wird, sind in Fig. 10 dargestellt.

Wie in Fig. 10 gezeigt, wird jede erhaltene Kamm-Filtersumme S (Schritt 1001) während der Präambelsuche im Schritt 1002 mit einem Schwellwert Th verglichen. Wenn die Kamm-Filterausgabe den vorbestimmten Schwellwert Th überschreitet, kann eine Präambel detektiert worden sein (Schritt 1003) und der Präambeldetektionsvorgang tritt in einen "Präambeldetektionszustand" ein. Die Schwellwertsteuervorrichtung 408 verbleibt in diesem Zustand, während zwei weitere Chips überprüft werden, um festzustellen, ob nachfolgende Descrambler-Ausgaben noch größer sind.

Nach dem Vergleich dieser zwei weiteren Abtastwerte wird die Schwellwertsteuervorrichtung das Vergleichsergebnis periodisch bestätigen, d. h. feststellen, ob ein Descrambler-Spitzenwert nach einer Symboldauer wieder erscheint. Die Kamm-Filterausgabe muss die vorbestimmte Schwelle Th eine vorbestimmte Anzahl von Malen überschreiten, bevor eine Präambeldetektion eindeutig festgestellt wird (Schritte 1004, 1005). Der "eingerastete Zustand" (im Fall einer Präambeldetektion) wird erreicht, nachdem das Vergleichsergebnis im Schritt 1002 eine vorbestimmte Anzahl von Malen T_N bestätigt wurde. In einer Realisierung ist T_N 15, d. h. es ist erforderlich, eine Präambeldetektion 15-mal zu bestätigen. Es ist für den Fachmann selbstverständlich, dass jede Anzahl von Malen mit derselben Wirkung realisiert werden kann, z. B. einer Anzahl von T_N zwischen 10- und 20-mal.

Gemäß dem IEEE 802.11b-Standard für drahtlose LANs kann die Schwellwertsteuereinrichtung 408 so angepasst sein, dass sie eine lange und eine kurze Präambel detektieren kann. Da sich beide Präambeln nicht nur durch ihre Länge, sondern auch durch den Binärwert der Präambelfolge unterscheiden, können diese Präambeln durch Verwendung von verschiedenen Schwellwerten unterschieden werden, die den entsprechenden binären Präambelwerten entsprechen.

Ein Schwellwertvergleichsvorgang, der in der Lage ist, eine lange und eine kurze Präambel in Übereinstimmung mit dem drahtlosen LAN-Standard zu unterscheiden, ist in Fig. 11 dargestellt. Der Präambeldetektionsvorgang verwendet eine erste Schwelle Th₁ und eine zweite Schwelle Th₂. Gemäß den erwarteten Descrambler-Ausgabewerten +1/-1 unterscheiden sich beide Schwellwerte nur durch das Vorzeichen.

Nachdem zuerst eine lange oder eine kurze Präambel im Schritt 1102 oder im Schritt 1107 detektiert wurde, wird eine "Zuverlässigkeitsprüfung" für jede der Präambeln wiederholt, entweder in den Schritten 1103-1106 oder in den Schritten 1108-1111 durchgeführt. In dem Fall, dass die lange oder kurze Präambel nicht in einer der Bestätigungsschleifen bestätigt wird, die in den Schritten 1103-1006 für die Bestätigung einer langen Präambel oder in den Schritten 1108-1111 für die Bestätigung einer kurzen Präambel durchgeführt wird, kehrt die Schwellwertvergleichsvorrichtung zu dem Schritt 1101 zurück.

Nachdem eine Präambel detektiert und bestätigt wurde und ein Zeitversatz zwischen der Symbolankunft und der Symbolverarbeitung in den nachfolgenden Datenmodulen bekannt ist, wird das Symbolsynchronisierungsmodul 403 die Daten freigeben, so dass die Symbolfreigabe und die Symbolverarbeitung übereinstimmen.

Gemäß den verschiedenen oben beschriebenen Ausführungsformen wird die Entscheidung für jedes gesendete Symbol von der Ausgabe des Demodulators zu der Ausgabe des Kamm-Filters verschoben. Gemäß einer speziellen Ausführungsform wird ein Halb- Soft-Descrambler verwendet, der eine Binarisierung in dem "Verzögerungspfad" des Descramblers mit einer Mehrzahl von Ein-Bitbreiten Registern durchführt. Die Ausgabe des Halb-Soft-Descramblers ist eine Folge von Soft-Symbolen, die um den erwarteten Wert von +1 (lange Präambel, die aus gesendeten Einsen besteht) oder -1 (kurze Präambel, die aus gesendeten Nullen besteht), basierend auf der gesendeten Präambelfolge angeordnet sind.

Die oben beschriebenen Ausführungsformen können eine zuverlässigere und verbesserte Präambeldetektion ohne Erhöhung der Hardware-Komplexität angeben. Durch Verschiebung des Präambeldetektionsschrittes zu einer nachfolgenden Verarbeitungsstufe vermindert die Präambeldetektion der verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsformen das Auftreten einer nicht detektierten Präambel oder eine falsch detektierten Präambel.

Claims

1. Synchronisationsdatendetektionseinheit in einem Kommunikationssystem zum Detektieren vorbestimmter Synchronisationsdaten eines Übertragungsrahmens in einem Kommunikationssignal, wobei die Synchronisationsdaten eine Folge identischer binärer Symbole enthalten, die nach einem Scrambling übertragen werden, umfassend:
einen Descrambler (406) zum Descrambeln des empfangenen Kommunikationssignals (501) und zum Erzeugen von Ausgangsdatensymbolen (502) mit mehrstufigen Signalwerten,
eine Filtereinrichtung (407) zum Glätten der descrambelten Ausgangsdatensymbole (502) und
eine Schwellwerteinrichtung (408) zum Vergleich der geglätteten Ausgabe (802) der Filtereinrichtung (407) mit einem vorbestimmten Schwellwert (Th) und zum Anzeigen einer Detektion der Synchronisationsdaten, wenn die Ausgabe (802) der Filtereinrichtung (408) den vorbestimmten Schwellwert (Th) überschreitet.

2. Synchronisationsdatendetektionseinheit gemäß Anspruch 1, wobei der Descrambler (500) umfasst:
einen Binarisierungsabschnitt (503) zum Umwandeln eines empfangenen mehrstufigen Eingangssignals (501a) in ein binäres Signal,
einen Verzögerungsabschnitt (504-506) zum Verzögern des binären Signals gemäß einer vorbestimmten Descrambling-Regel,
einen Multiplikationsabschnitt (502) zum Multiplizieren des mehrstufigen Eingangssignals (501b) mit dem binären Signal, das von dem Verzögerungsabschnitt (504-506) ausgegeben ist, und Ausgeben eines descrambelten Signals.

3. Synchronisationsdatendetektionseinheit gemäß Anspruch 2, wobei der Verzögerungsabschnitt (504-506) aus einer Mehrzahl von Verzögerungseinrichtungen (504, 505) und zumindest einem Signalkombinationsabschnitt (506) zum Kombinieren binärer Signale mit einer unterschiedlichen Verzögerung gemäß einer vorbestimmten Descrambling-Regel besteht.

4. Synchronisationsdatendetektionseinheit gemäß Anspruch 2, wobei der Verzögerungsabschnitt (504, 505) eine Mehrzahl von Verzögerungsregistern (601-606) mit einer Ein-Bit-Breite umfasst.

5. Synchronisationsdatendetektionseinheit gemäß Anspruch 1, wobei die descrambelte Signalausgabe zumindest eine Zwei-Bit-Breite aufweist.

6. Synchronisationsdatendetektionseinheit gemäß Anspruch 1, wobei die Filtereinrichtung (407) ein Kamm-Filter (800) ist.

7. Synchronisationsdatendetektionseinheit gemäß Anspruch 6, wobei das Kamm- Filter (800) umfasst:
eine vorbestimmte Anzahl von identischen Verzögerungsabschnitten (804) zur aufeinander folgenden Verzögerung eines empfangenen Eingangssignals (801) und
eine Akkumulationseinrichtung (803) zum Akkumulieren des Ausgangssignals jedes der Verzögerungsabschnitte (804) und des Eingangssignals (801).

8. Synchronisationsdatendetektionseinheit gemäß Anspruch 7, wobei das Kamm- Filter (800) außerdem eine Normalisierungseinrichtung (805) zum Teilen des Akkumulationsergebnisses durch die Anzahl (n) der akkumulierten Signale umfasst.

9. Synchronisationsdatendetektionseinheit gemäß Anspruch 7, wobei jeder der Verzögerungsabschnitte (804) aus einer vorbestimmten Anzahl von Registern in Serienschaltung besteht.

10. Synchronisationsdatendetektionseinheit gemäß Anspruch 9, wobei die vorbestimmte Anzahl von Registern größer als 5 ist.

11. Synchronisationsdatendetektionseinheit gemäß Anspruch 7, wobei das Kamm- Filter (800) zumindest neun Verzögerungsabschnitte (804) umfasst.

12. Synchronisationsdatendetektionseinheit gemäß Anspruch 1, wobei die Schwellwerteinrichtung (408) so angepasst ist, dass sie eine Detektion der Synchronisationsdaten anzeigt, nachdem festgestellt wurde, dass eine vorbestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden Akkumulationsergebnissen (802) die vorbestimmte Schwelle (Th) überschreiten.

13. Synchronisationsdatendetektionseinheit gemäß Anspruch 12, wobei die vorbestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden Akkumulationsergebnissen eine Zahl zwischen 5 und 20 ist.

14. Synchronisationsdatendetektionseinheit gemäß Anspruch 13, wobei die vorbestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden Akkumulationsergebnissen größer als 10 ist.

15. Synchronisationsdatendetektionseinheit gemäß Anspruch 12, wobei die Schwellwerteinrichtung (408) zumindest zwei Schwellwerte (Th₁, TH₂) bereitstellt, um Synchronisationsdaten unterschiedlicher Länge in dem Kommunikationssignal zu unterscheiden und zu detektieren.

16. Synchronisationsdatendetektionseinheit gemäß Anspruch 15, wobei die Schwellwerteinrichtung (408) einen ersten Schwellwert (Th₁) zum Detektieren von Synchronisationsdaten einer längeren Länge und einen zweiten Schwellwert (Th₂) zum Detektieren von Synchronisationsdaten einer kürzeren Länge umfasst.

17. Synchronisationsdatendetektionseinheit gemäß Anspruch 16, wobei der erste und der zweite Schwellwert (Th₁, Th₂) denselben Absolutwert, aber unterschiedliche Vorzeichen aufweisen.

18. Synchronisationsdatendetektionseinheit gemäß Anspruch 1, wobei das Kommunikationssystem zur Verwendung eines "direct sequence"-Spreizspektrum-Übertragungsverfahrens zur Übertragung des Kommunikationssignals angepasst ist und die Synchronisationsdatendetektionseinheit außerdem umfasst:
eine Entspreizungseinheit (404) zum Entspreizen des empfangenen Kommunikationssignals und
eine Demodulationseinheit (405) zum Demodulieren des entspreizten Kommunikationssignals.

19. Synchronisationsdatendetektionseinheit gemäß Anspruch 1, wobei das Kommunikationssystem ein drahtloses Local Area Network (WLAN)-System ist.

20. Drahtloser LAN-Empfänger mit einer Synchronisationsdatendetektionseinheit gemäß Anspruch 1.

21. Synchronisationsdatendetektionseinheit in einem Kommunikationssystem zum Empfang vorbestimmter Synchronisationsdaten eines Übertragungsrahmens in einem Kommunikationssignal, wobei die Synchronisationsdaten eine Folge identischer binärer Symbole enthalten, die nach einem Scrambling übertragen werden, umfassend:
einen Descrambler (406) zum Descrambeln des empfangenen Kommunikationssignals (501) und zum Erzeugen von Ausgangsdatensymbolen (502) mit mehrstufigen Signalwerten,
ein Filter (407) zum Glätten der descrambelten Ausgangsdatensymbole (502) und
einen Vergleicher (508) zum Vergleichen der geglätteten Ausgabe (802) der Filtereinrichtung (407) mit einem vorbestimmten Schwellwert (Th) und zum Anzeigen einer Detektion der Synchronisationsdaten, wenn die Ausgabe (802) des Filters (408) den vorbestimmten Schwellwert (Th) überschreitet.

22. Synchronisationsdatendetektionseinheit gemäß Anspruch 21, wobei der Descrambler (500) umfasst:
einen Binarisierungsabschnitt (503) zum Umwandeln eines empfangenen mehrstufigen Eingangssignals (501a) in ein binäres Signal,
einen Verzögerungsabschnitt (504-506) zur Verzögerung des binären Signals gemäß einer vorbestimmten Descrambling-Regel;
einen Multiplikationsabschnitt (502) zum Multiplizieren des mehrstufigen Eingangssignals (501b) mit dem binären Signal, das von dem Verzögerungsabschnitt (504-506) ausgegeben wird, und Ausgeben eines descrambelten Signals.

23. Synchronisationsdatendetektionseinheit gemäß Anspruch 21, wobei die descrambelte Signalausgabe zumindest eine Breite von zwei Bit aufweist.

24. Synchronisationsdatendetektionseinheit gemäß Anspruch 21, wobei das Filter (407) ein Kamm-Filter (800) ist.

25. Synchronisationsdatendetektionseinheit gemäß Anspruch 21, wobei der Vergleicher (408) so angepasst ist, dass er eine Detektion der Synchronisationsdaten anzeigt, nachdem festgestellt wurde, dass eine vorbestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden Akkumulationsergebnissen (802) den vorbestimmten Schwellwert (Th) überschreitet.

26. Synchronisationsdatendetektionseinheit gemäß Anspruch 21, wobei das Kommunikationssystem zur Verwendung eines "direct sequence"-Spreizspektrumübertragungsverfahren zur Übertragung des Kommunikationssignals angepasst ist, und die Synchronisationsdatendetektionseinheit außerdem umfasst:
eine Entspreizungseinheit (404) zum Entspreizen des empfangenen Kommunikationssignals und
eine Demodulationseinheit (405) zum Demodulieren des entspreizten Kommunikationssignals.

27. Synchronisationsdatendetektionseinheit gemäß Anspruch 21, wobei das Kommunikationssystem ein drahtloses Local Area Network (WLAN)-System ist.

28. Drahtloser LAN-Empfänger mit einer Synchronisationsdatendetektionseinheit gemäß Anspruch 21.

29. Verfahren zum Detektieren vorbestimmter Synchronisationsdaten eines Übertragungsrahmens in einem Kommunikationssignal, wobei die Synchronisationsdaten eine Folge identischer binärer Symbole enthalten, die nach einem Scrambling übertragen werden, das Verfahren umfasst die Schritte:
Descrambeln (901) des empfangenen Kommunikationssignals und Erzeugen einer Ausgangsdatensequenz mit mehrstufigen Signalwerten,
Glätten (902) der mehrstufigen Signalwerte des descrambelten Signals und
Vergleichen (903) der mehrstufigen Signalwerte des geglätteten Signals mit einem vorbestimmten Schwellwert (Th) und Detektieren der Synchronisationsdaten, wenn das geglättete Signal den vorbestimmten Schwellwert (Th) überschreitet.

30. Verfahren zum Detektieren vorbestimmter Synchronisationsdaten gemäß Anspruch 29, wobei der Descrambling-Schritt (901) die Schritte umfasst:
Umwandeln des empfangenen mehrstufigen Eingangssignals in ein binäres Signal,
Verzögern des binären Signals gemäß einer vorbestimmten Descrambling-Regel,
Multiplizieren des mehrstufigen Eingangssignals mit dem binären Signal und
Ausgeben des descrambelten Signals.

31. Verfahren zum Detektieren vorbestimmter Synchronisationsdaten gemäß Anspruch 30, wobei der Schritt zur Verzögerung des binären Signals die Schritte der Verzögerung des binären Signals und der Kombination des verzögerten binären Signals mit einem weiter verzögerten binären Signal gemäß der vorbestimmten Descrambling-Regel umfasst.

32. Verfahren zum Detektieren vorbestimmter Synchronisationsdaten gemäß Anspruch 29, wobei der Glättungsschritt (902) die Signalwerte des empfangenen descrambelten Signals mittelt.

33. Verfahren zum Detektieren vorbestimmter Synchronisationsdaten gemäß Anspruch 32, wobei der Glättungsschritt (902) die Schritte umfasst:
mehrfaches aufeinanderfolgendes Verzögern des empfangenen Eingangssignals,
Akkumulieren aller verzögerten Signalanteile und des Eingangssignals und
Ausgeben des akkumulierten Signals.

34. Verfahren zum Detektieren vorbestimmter Synchronisationsdaten gemäß Anspruch 33, wobei das Ausgangssignal durch Teilen des akkumulierten Signals durch die Anzahl der akkumulierten Signalanteile normalisiert wird.

35. Verfahren zum Detektieren vorbestimmter Synchronisationsdaten gemäß Anspruch 29, wobei der Vergleichsschritt (903) außerdem den Schritt der Anzeige einer Detektion der Synchronisationsdaten umfasst, nachdem festgestellt wurde (1001-1005), dass das Akkumulationsergebnis aufeinanderfolgend die vorbestimmte Schwelle (Th) eine vorbestimmte Anzahl von Malen (TN) überschreitet.

36. Verfahren zum Detektieren vorbestimmter Synchronisationsdaten gemäß Anspruch 35, wobei der Vergleichsschritt die Schritte umfasst:
Vergleichen (1104) des Akkumulationsergebnisses mit einem ersten Schwellwert (Th₁) zum Detektieren von Synchronisationsdaten einer längeren Länge und
Vergleichen (1107) des Akkumulationsergebnisses mit einem zweiten Schwellwert (Th₂) zum Detektieren von Synchronisationsdaten einer kürzeren Länge.

37. Verfahren zum Detektieren vorbestimmter Synchronisationsdaten gemäß Anspruch 26, wobei der erste und der zweite Schwellwert (Th₁, Th₂) denselben Absolutwert, aber unterschiedliche Vorzeichen aufweisen.

38. Verfahren zum Detektieren vorbestimmter Synchronisationsdaten gemäß Anspruch 29, wobei das Kommunikationssignal unter Verwendung eines "direct sequence"-Spreizspektrumübertragungsverfahrens übertragen wird und das Kommunikationssignal vor dem Descrambeln (901) entspreizt und demoduliert wird.

39. Verfahren zum Empfangen eines Kommunikationssignals in einem Kommunikationssystem, das die Schritte zum Detektieren von Synchronisationsdaten gemäß dem Verfahren von Anspruch 29 umfasst.