DE10303917B3

DE10303917B3 - Anordnung und Verfahren zum Synchronisieren einer Signalverarbeitungsvorrichtung mit einem Empfangssignal

Info

Publication number: DE10303917B3
Application number: DE10303917A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Wenzel; Robert Denk; Robert WÜRTH; Burkhard Becker; Berndt Pilgram
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Intel Deutschland GmbH
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2003-01-31
Publication date: 2004-10-07
Anticipated expiration: 2023-02-01
Also published as: WO2004068741A1; US7760832B2; US20070110106A1; AU2003292257A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine Anordnung und ein Verfahren zum Synchronisieren einer Signalverarbeitungsvorrichtung mit einem Empfangssignal, das einen charakteristischen Signalinhalt aufweist. Die Anordnung weist einen ersten Regelkreis (1, 20, 3, 4), der die Signalverarbeitungsvorrichtung bezüglich des charakteristischen Signalinhalts inhaltsbezogen nachführt, und einen zweiten Regelkreis (1, 21, 3, 4), der eine Ablaufsteuerungseinrichtung (4) der Signalverarbeitungsvorrichtung bezüglich der Auftrittszeitpunkte des charakteristischen Signalinhalts nachführt, auf, wobei der erste Regelkreis (1, 20, 3, 4) und der zweite Regelkreis (1, 21, 3, 4) derart gekoppelt sind, dass eine eineindeutige Zuordnung zwischen der Position des charakteristischen Signalinhalts in dem Empfangssignal und dem zugehörigen Auftrittszeitpunkt erreicht wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung und ein Verfahren zum Synchronisieren einer Signalverarbeitungsvorrichtung mit einem Empfangssignal und insbesondere auf die Synchronisation von Signalverarbeitungsvorrichtungen mit einem Empfangssignal bei einer Mobilstation eines Funktelekommuikationssystems.

Die EP 1 259 006 A2 beschreibt eine Zeitablaufsteuerungsvorrichtung. Eine Anordnung zum Synchronisieren einer Signalverarbeitungsvorrichtung enthält einen ersten Zeitablaufsteuerabschnitt, der die Signalverarbeitungsvorrichtung bzgl. eines Rahmenempfangssignals inhaltsbezogen nachführt, einen zweiten Zeitablaufsteuerabschnitt, der eine Ablaufsteuereinrichtung der Signalverarbeitungsvorrichtung bzgl. der Auftrittszeitpunkte des Rahmenempfangssignals nachführt, wobei der erste und zweite Zeitablaufsteuerabschnitt derart gekoppelt sind, dass eine Zuordnung zwischen der Position des Rahmenempfangssignals und dem zugehörigen Auftrittszeitpunkt erreicht wird.

In dieser Beschreibung werden die im Folgenden definierten Begriffe verwendet.

Der Begriff „Abtastfrequenz" beschreibt die Taktfrequenz, mit der ein Digital/Analog-Wandler (DAC) oder ein Analog/Digital-Wandler (ADC) betrieben wird oder betrieben werden müsste, um ein Signal aus der digitalen in die analoge Domäne oder von der analogen Domäne in die digitale Domäne umzuwandeln.

Der Begriff „Abtastrate" beschreibt die Anzahl der Abtastwerte eines zeitdiskreten Signals pro Zeiteinheit, gemittelt über einen definierten Zeitraum.

Der Begriff „Abtastraster" beschreibt die periodische Struktur, in der Abtastwerte eines zeitdiskreten Signals in einem definierten Abstand bezogen auf eine frei wählbare Bezugsgröße (Länge, Zeit, etc.) angeordnet sind.

Ein aktuelles Beispiel eines Mobilfunksystems ist das Universal Mobile Telecommunications System (UMTS). Die Basisarchitektur eines UMTS-Mobilfunksystems weist u. a. Mobilstationen bzw. Teilnehmerendgeräte (User Equipment (UE)) und ein Funkzugriffsnetz (Radio Access Network (RAN)) auf. Das Funkzugriffsnetz beinhaltet Einrichtungen zur Übertragung von Daten über Funk und weist dazu u. a. Basisstationen, die bei UMTS Node B genannt werden, auf. Die Basisstationen versorgen jeweils einen bestimmten Bereich bzw. eine Zelle, in der sich Mobilstationen aufhalten können.

Bei einem UMTS-Mobilfunksystem werden zu sendende digitale Daten zunächst einer Kanalcodierung unterzogen, um die digitalen Daten mit einer Redundanz zu versehen. Dann werden die digitalen Daten durch ein Vielfachzugriffsverfahren im Rahmen der verfügbaren Übertragungsbandbreite auf physikalische Kanäle verteilt. Schließlich werden die digitalen Daten digital moduliert, um über einen Mobilfunkkanal übertragen zu werden. Der Mobilfunkkanal wird durch ein Zeitduplexverfahren (TDD; TDD = Time Division Duplex) oder ein Frequenzduplexverfahren (FDD; FDD = Frequency Division Duplex) für einen Sendebetrieb und einen Empfangsbetrieb zeitlich oder frequenzmäßig aufgeteilt.

Durch die Kanalcodierung werden die zu sendenden Daten gegen eine fehlerhafte Übertragung über einen gestörten Mobilfunkkanal gesichert bzw. es wird eine Fehlerkorrektur beim jeweiligen Empfänger der Daten ermöglicht.

Bei UMTS wird als Vielfachzugriffsverfahren das Codevielfachzugriffsverfahren CDMA (Code Division Multiple Access) verwendet, bei dem der zu übertragende bipolare Daten-Bitstrom mit einer teilnehmerspezifischen bipolaren Codefolge bzw. einem Spreizcode multipliziert und gespreizt wird. Die Elemente des Spreizcodes nennt man Chips, um sie von den Bits des Daten-Bitstroms semantisch unterscheiden zu können. Chips sind im Prinzip nichts anderes als Bits. Durch die Multiplikation des Daten-Bitstroms mit dem Chipstrom entsteht wieder ein bipolarer Datenstrom. Allgemein ist die Rate des Chipstroms ein Vielfaches der Rate des Daten-Bitstroms und ist durch die Länge des Spreizcodes, d. h. einen sogenannten Spreizfaktor (SF), bestimmt. Der durch die phasenrichtige Multiplikation entstehende Datenstrom hat deshalb die Rate des Chipstroms. Das Vielfachzugriffsverfahren wenden alle Teilnehmer an, um mit einem teilnehmerspezifischen Spreizcode ihren Nutzdaten einen Fingerabdruck aufzuprägen, der es erlaubt, das gesendete Signal aus der Summe der empfangenen Signale wiederherzustellen. Im Empfänger kann man aus der empfangenen Chipfolge die Bits des Daten-Bitstroms wiedergewinnen, indem der Vorgang der Multiplikation wiederholt wird. Hierzu wird der Chipstrom mit demselben Spreizcode, der bereits im Sender verwendet wurde, erneut phasenrichtig multipliziert, woraus wieder der gesendete Daten-Bitstrom resultiert. Verschiedene Daten-Bitströme, die vom Sender aus parallel übertragen werden sollen, werden mit verschiedenen, orthogonalen Spreizcodes bzw. Codefolgen multipliziert und anschließend addiert. Das Summensignal erfährt anschließend noch eine sogenannte Verwürfelung, die durch eine chipweise Multiplikation des Summensignals mit einem zellspezifischen oder stationspezifischen Verwürfelungscode erfolgt und die Zelle oder die Basisstation identifiziert.

Die Zeitstruktur des Vielfachzugriffs ist bei UMTS-Mobilfunksystemen in sogenannte Zeitrahmen von je 10 ms eingeteilt. Die Dauer eines Übertragungsrahmens bzw. Zeitrahmens (Frame) entspricht der Dauer von 38400 Chips (76800 Bits), die Modulationsrate beträgt 3,84 Mchips/s. Jeder Zeitrahmen ist in 15 Zeitschlitze (Slots) der Länge von 666 μs unterteilt, die genau der Dauer von 2560 Chips entsprechen. Die Chipdauer beträgt etwa 0,2604 μs.

Der Mobilfunkkanal ist durch eine Mehrwegsausbreitung (Reflexion, Beugung, Brechung etc.) der gesendeten Signale, eine Zeitdispersion und eine Doppler-Verzerrung charakterisiert. Ein von einem Sender, z. B. einer Basisstation, ausgestrahltes Funksignal kann einen Empfänger, z. B. eine Mobilstation, oft auf einer Mehrzahl von verschiedenen Ausbreitungswegen erreichen, die sich voneinander durch unterschiedliche Laufzeiten, Phasenlagen und Intensitäten unterscheiden. Um aus einem Empfangssignal, das sich aus einer Überlagerung von auf den verschiedenen Ausbreitungswegen übertragenen Signalen zu sammensetzt, ein Sendesignal wiederherzustellen, wird es mit einem RAKE-Empfänger in der Mobilstation bzw. der Basisstation aufbereitet. Der RAKE-Empfänger weist Finger auf, die jeweils einem Ausbreitungsweg eines Signals zugeordnet sind und mit einer Abtastverzögerung betrieben werden, die die Laufzeitverzögerung des entsprechenden Ausbreitungswegs kompensiert. Jeder Finger umfasst ferner einen Korrelator, der das zeitverzögerte Empfangssignal eines Ausbreitungsweges mit einem Spreizcode multipliziert, um Bits aus dem senderseitig mit dem gleichen Spreizcode gespreizten Empfangssignal wiederherzustellen. Die Ausgangssignale der einzelnen Finger werden kombiniert, um die Kommunikationszuverlässigkeit zu verbessern.

Bei dem UMTS-Mobilfunksystem muss eine Mobilstation ihre Signalverarbeitungsvorrichtungen auf Empfangssignale, die sie von den umgebenden Basisstationen empfängt, synchronisieren, um einerseits die zu empfangenden Daten korrekt decodieren zu können und um andererseits Sendesignale erzeugen und senden zu können, so dass sie wiederum von den Basisstationen verstanden wird.

Bei der Synchronisation einer Mobilstation werden einzelne Signalausbreitungswege oder Basisstationssignale, welche i. a. durch Korrelationsmaxima dargestellt sind, identifiziert, und in der Regel wird ein Basisstationssignal als Referenzsignal bestimmt und in der Mobilstation werden die Zeitabläufe und Signalverarbeitungsschritte möglichst genau an diesem Referenzsignal ausgerichtet. Im UMTS-Standard wird um dieses Referenzsignal ein Beobachtungsintervall bzw. Beobachtungsfenster definiert, in dem nach weiteren Signalausbreitungswegen gesucht wird und in dem auch alle Ausbreitungswege liegen, die für die Datenerfassung herangezogen werden. Bei der Synchronisation treten u. a. zwei Probleme auf, mit denen im Folgenden der Begriff Synchronisation verbunden wird.

Ein Problem besteht darin, dass der Inhalt des Basisstationssignals oder allgemein des Empfangssignals durch die Mobilstation analysiert und charakteristische Signalinhalte, z. B. ein Korrelationsmaximum, erkannt werden müssen. Es muss also kontinuierlich oder in bestimmten Zeitintervallen überwacht werden, wo sich die charakteristischen Signalinhalte innerhalb des Empfangssignals befinden, und, falls sich deren Position verändert, müssen geeignete Maßnahmen eingleitet werden, die Mobilstation entsprechend nachzuführen. Verschiebt sich beispielsweise das Referenzsignal innerhalb des Beobachtungsfensters, da beispielsweise bei einer kurzzeitig bewegten Mobilstation das Empfangssignal dieses Ausbreitungsweges für diesen Zeitraum durch den Dopplereffekt zeitlich gestaucht wird, so muss das Beobachtungsfenster dem Referenzsignal nachgeführt werden, um das Referenzsignal nicht zu verlieren und dasselbe in der Mitte des Beobachtungsfensters zu halten.

Ein weiteres Problem besteht darin, dass eine zeitliche Ablaufsteuerungseinrichtung innerhalb der Mobilstation auf die Zeitpunkte des Auftretens dieser charakteristischen Signalinhalte, d. h. auf den veränderten, schnelleren bzw. verschobenen Zeitablauf synchronisiert werden muss, so dass die Mobilstation zu definierten Zeitpunkten in Bezug auf das Empfangssignal Ereignisse auslösen kann, z. B. insbesondere Signalinhalte aussenden kann. Für Mobilstationen ist beispielsweise im UMTS-Standard definiert, dass ein Übertragungsrahmen des Sendesignals 1024 Chips nach dem Beginn eines Übertragungsrahmens im Empfangssignal beginnt, und zwar mit einer Toleranz von nur 1,5 Chips (dies entspricht ca. 0,39 μs). Die Ablaufsteuerungseinrichtung der Mobilstation muss also dem Auftreten der charakteristischen Signalinhalte in dem Empfangssignal zeitlich nachgeführt werden.

Es sei darauf hingewiesen, dass durch einen Befehl einer höheren Protokollschicht ein Wechsel des Referenzsignals bzw. der Referenzbasisstation bewirkt werden kann. Dabei wird eine andere als die ursprüngliche Basisstation zur neuen Referenzbasisstation. Die Mobilstation wird dabei angewiesen, die Mitte ihres Beobachtungsfensters auf einen anderen neuen Ausbreitungsweg oder eine andere neue Basisstation zu legen.

Eine für die Synchronisation von Mobilstationen wichtige Eigenschaft bei UMTS-Mobilfunksystemen besteht darin, dass bis auf wenige Ausnahmen, z. B. dem Compressed Mode, bei dem Übertragungspausen in einem Zeitrahmen vorgesehen werden, nur zeitkontinuierliche Signale empfangen und gesendet werden. Dies ist mit der Schwierigkeit verbunden, dass ein Nachführen einer Mobilstation bezüglich des empfangenen charakteristischen Signalinhalts und dementsprechend auch das Nachführen der Ablaufsteuerungseinrichtung nicht sprunghaft erfolgen kann, da ansonsten Signalinhalte übersprungen werden oder Lücken entstehen, was zwangsläufig zu Fehlern in der Signalauswertung führt. Die sowohl inhaltliche als auch zeitliche Nachführung der Mobilstation bezüglich des Empfangssignals muss also ebenfalls kontinuierlich oder zumindest in so klei nen Sprüngen erfolgen, dass eine Auswertung des Signals noch nicht wesentlich beeinträchtigt wird. Im Gegensatz dazu findet bei GSM/EDGE-Systemen (GSM = Global System for Mobile communication; EDGE = Enhanced Data rates for GSM Evolution) eine sogenannte Burst-Übertragung statt, bei der periodisch Sende- und Empfangspausen auftreten, die zu einer einfachen sprunghaften Nachführung genutzt werden können.

Für die Synchronisation mit den charakteristischen Signalinhalten und die zeitliche Synchronisation sind durch den UMTS-Standard folgende Bedingungen vorgegeben:

– Die Nachführung der Mobilstation muss bis auf eine festgelegte maximal zulässige Abweichung erfolgen, wodurch die Auflösung der Regelung definiert ist. Außerdem existiert eine Obergrenze für eine Regelabweichung.
– Die Regelabweichung muss innerhalb einer bestimmten Zeit, z. B. der Dauer eines Übertragungsrahmens (10 ms), ausgeglichen werden. Damit ist eine Mindestgeschwindigkeit für die Nachführung festgelegt. Bestimmt wird die maximale Zeitabweichung einer Mobilstation durch die Verzögerungszeit zwischen dem Auftreten einer Regelabweichung und dem Korrigieren der Regelabweichung.
– Beim Nachführen eines Sendezeitpunkts eines Sendesignals, der durch die Ablaufsteuerungseinrichtung festgelegt wird, die wiederum dem Empfangssignal nachgeführt wird, darf eine maximal erlaubte Änderungsgeschwindigkeit nicht überschritten werden, z. B. 1/4 Chip in 200 ms. Deswegen unterliegt die Änderungsgeschwindigkeit, mit der die zeitliche Ablaufsteuerungseinrichtung nachgeführt wird, ebenfalls dieser Vorgabe.
– Die Erkennung charakteristischer Signalinhalte sollte gemäß dem UMTS-Standard mit mindestens einer Genauigkeit von einer halben Chipdauer erfolgen und mit der gleichen Genauigkeit sollte die Mobilstation nachgeführt werden.
– Die Ablaufsteuerungseinrichtung der UMTS-Mobilstation sollte gemäß dem UMTS-Standard mindestens mit einer Genauigkeit von einer halben Chipdauer einstellbar sein und mit der gleichen Genauigkeit dem charakteristischen Signalinhalt des Empfangssignals nachgeführt werden können.

Eine weitere Randbedingung bei der Synchronisation von Mobilstationen des UMTS-Funktelekommuikationssystems besteht darin, dass der in der Mobilstation zur Verfügung stehende Arbeitstakt für die Signalverarbeitungseinrichtungen und die Ablaufsteuerungseinrichtung häufig keine Frequenz aufweist, die ein ganzzahliges Vielfaches der UMTS-typischen Chipfrequenz von 3,84 MHz ist, sondern beispielsweise aus einem GSM-typischen Takt (z. B. 13 oder 26 MHz) abgeleitet wird. Eine zeitgenaue Abbildung von UMTS-Ereignissen auf den Arbeitstakt ist somit nicht möglich.

Bekannte Anordnungen und Verfahren zur Synchronisation von Mobilstationen bei dem UMTS-Funktelekommuikationssystem arbeiten nach dem Prinzip, einzelne Abtastwerte zum Zweck der Nachführung und Synchronisation in das Empfangs- oder Sendesignal einzufügen oder aus dem Empfangs- oder Sendesignal zu entfernen.

Ein Nachteil dieser Anordnungen und Verfahren besteht darin, dass dazu das Signal üblicherweise bei einer gegenüber dem Abtasttheorem mehrfach höheren Abtastfrequenz vorliegen muss bzw. verarbeitet werden muss, um eine ausreichend feine Auflösung zu erhalten. Dies erfordert in der Regel einen erhöhten Schaltungs-, Speicher- und/oder Rechenaufwand.

Ein weiterer Nachteil dieser Anordnungen und Verfahren besteht darin, dass die Anzahl der Abtastwerte pro Übertragungsrahmen oder Zeitschlitz nicht konstant ist, was beispielsweise zu Problemen bei der Multiplikation des Signals mit Verwürfelungs- (Scrambling) und Spreizcodes (Spreading) führt und daher speziell berücksichtigt werden muss.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Anordnung und ein Verfahren zum Synchronisieren einer Signalverarbeitungsvorrichtung mit einem Empfangssignal zu schaffen, die eine aufwandsarme Synchronisation von Signalverarbeitungsvorrichtungen ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 13 gelöst.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, zwei unabhängig arbeitende Regelkreise zu verwenden, die eine getrennte Synchronisation bezüglich des charakteristischen Signalinhalts und einer Ablaufsteuerungseinrichtung ermöglichen und über eine für beide Regelkreise bzw. Steuerungen gemeinsam verwendete Signalverarbeitungseinrichtung, insbesondere eine Abtastratenumsetzungseinrichtung, gekoppelt sind, so dass eine eineindeutige Zuordnung zwischen dem Ort des Auftretens charakteristischer Signalinhalte in dem Empfangssignal und dem zugehörigen Zeitpunkt des Auftretens erreicht wird, und außerdem in der Verwendung unabhängiger Datenerfassungseinrichtungen und Abtastwertezähleinrichtungen, die sowohl Informationen über die örtliche Position als auch über die zeitliche Position liefern.

Die Erfindung schafft eine Anordnung zum Synchronisieren einer Signalverarbeitungsvorrichtung mit einem Empfangssignal, das einen charakteristischen Signalinhalt aufweist, mit einem ersten Regelkreis, der die Signalverarbeitungsvorrichtung bezüglich des charakteristischen Signalinhalts inhaltsbezogen nachführt, und einem zweiten Regelkreis, der eine Ablaufsteuerungseinrichtung der Signalverarbeitungsvorrichtung bezüglich der Auftrittszeitpunkte des charakteristischen Signalinhalts nachführt, wobei der erste Regelkreis und der zweite Regelkreis derart gekoppelt sind, dass eine eineindeutige Zuordnung zwischen der Position des charakteristischen Signalinhalts in dem Empfangssignal und dem zugehörigen Auftrittszeitpunkt erreicht wird, wobei das Empfangssignal Abtastwerte, die in einem bestimmten Abstand zueinander angeordnet sind, aufweist, und der erste Regelkreis und der zweite Regelkreis über eine Abtastratenumsetzungseinrichtung gekoppelt sind, die den Abstand der Abtastwerte in dem Empfangssignal abhängig von einem Umsetzungsverhältnis ändert.

Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Synchronisieren einer Signalverarbeitungsvorrichtung mit einem Empfangssignal, das einen charakteristischen Signalinhalt aufweist, mit den Schritten des inhaltsbezogenen Nachführens der Signalverarbeitungsvorrichtung bezüglich des charakteristischen Signalinhalts, des Nachführens einer Ablaufsteuerungseinrichtung der Signalverarbeitungsvorrichtung bezüglich der Auftrittszeitpunkte des charakteristischen Signalinhalts, und des Koppelns der Schritte des inhaltsbezogenen Nachführens und des Nachführens der Ablaufsteuerungseinrichtung derart, dass eine eineindeutige Zuordnung zwischen der Position des charakteristisöhen Signalinhalts in dem Empfangssignal und dem zugehörigen Auftrittszeitpunkt erreicht wird.

In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in Anspruch 1 angegebenen Anordnung und des in Anspruch 13 angegebenen Verfahrens.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Anordnung erfasst der erste Regelkreis den charakteristischen Signalinhalt in dem umgesetzten Empfangssignal, bestimmt eine Positionsabweichung zwischen der Position des charakteristischen Signalinhalts und einer Referenzposition und steuert das Umsetzungsverhältnis der Abtastratenumsetzungseinrichtung abhängig von der Positionsabweichung, um die Position des charakteristischen Signalinhalts mit der Referenzposition in Übereinstimmung zu bringen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Anordnung zeigt die Abtastratenumsetzungseinrichtung Auftrittszeitpunkte der Abtastwerte in dem umgesetzten Empfangssignal an, und der zweite Regelkreis erfasst die angezeigten Auftrittszeitpunkte, ermittelt die Referenzposition und eine zeitliche Referenz aus den erfassten Auftrittszeitpunkten, bestimmt eine zeitliche Abweichung der zeitlichen Referenz von einer Zeitinformation, die durch die Ablaufsteuerungseinrichtung der Signalverarbeitungsvorrichtung erzeugt wird, und steuert die Ablaufsteuerungseinrichtung abhängig von der zeitlichen Ab- weichung, um die Ablaufsteuerungseinrichtung mit der zeitlichen Referenz in Übereinstimmung zu bringen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Anordnung weist der erste Regelkreis eine Datenerfassungseinrichtung und eine Berechnungseinrichtung auf.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Anordnung weist die Datenerfassungseinrichtung einen Korrelationsempfänger auf, der ein Korrelationsmaximum innerhalb von Datenkanälen erfasst.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Anordnung weist die Datenerfassungseinrichtung ferner einen Korrelator auf, der Synchronisationsinformation verschiedener Ausbreitungswege des Empfangssignals oder Sendestationen erfasst.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Anordnung weist der zweite Regelkreis eine Abtastwertezähleinrichtung und die Berechnungseinrichtung auf.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Anordnung weist die Abtastwertzähleinrichtung einen ersten Abtastwertezähler, der die Häufigkeit des Auftretens der Abtastwerte in dem umgesetzten Empfangssignal innerhalb eines Übertragungsrahmens zählt, und einen zweiten Abtastwertezähler, der die zeitliche Position des Auftretens der Abtastwerte bezüglich eines Arbeitstaktes erfasst, auf.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Anordnung zeigt die Zeitinformation das Auftreten eines Abtastwerts und/oder einer bestimmten Anzahl von Abtastwerten an.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Anordnung ist die Referenzposition der Mittelpunkt eines zeitlichen Beobachtungsfensters und die Signalverarbeitungsvorrichtung wird nachgeführt, um den charakteristischen Signalinhalt in der Mitte des zeitlichen Beobachtungsfenster zu halten.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Anordnung führen die Datenerfassungseinrichtung und die Abtastwertezähleinrichtung eine Mittelung der Ergebnisse derselben durch.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Anordnung wird die Anordnung in einer UMTS-Mobilstation verwendet.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung liegen dem Empfangssignal Abtastwerte, die in einem bestimmten Abstand zueinander angeordnet sind, zugrunde, und der Schritt des Koppelns weist den Schritt des Änderns des Abstands der Abtastwerte in dem Empfangssignal abhängig von einem Umsetzungsverhältnis auf.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens weist der Schritt des inhaltsbezogenen Nachführens die Schritte des Erfassens des charakteristischen Signalinhalts in dem umgesetzten Empfangssignal, des Bestimmens einer Positionsabweichung zwischen der Position des charakteristischen Signalinhalts und einer Referenzposition, und des Steuerns des Umsetzungsverhältnisses abhängig von der Positionsabweichung, um die Position des charakteristischen Signalinhalts mit der Referenzposition in Übereinstimmung zu bringen, auf.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens werden die Auftrittszeitpunkte der Abtastwerte in dem umgesetzten Empfangssignal angezeigt, und der Schritt des Nachführens der Ablaufsteuerungseinrichtung weist die Schritte des Erfassens der angezeigten Auftrittszeitpunkte, des Ermittelns der Referenzposition und einer zeitlichen Referenz aus den erfassten Auftrittszeitpunkten, des Bestimmens einer zeitlichen Abweichung der zeitlichen Referenz von einer Zeitinformation, die durch die Ablaufsteuerungseinrichtung der Signalverarbeitungsvorrichtung erzeugt wird, und des Steuerns der Ablaufsteuerungseinrichtung abhängig von der zeitlichen Abweichung, um die Ablaufsteuerungseinrichtung mit der zeitlichen Referenz in Übereinstimmung zu bringen, auf.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens werden bei den Schritten des inhaltsbezogenen Nachführens der Signalverarbeitungsvorrichtung bezüglich des charakteristischen Signalinhalts und des Nachführens der Ablaufsteuerungseinrichtung der Signalverarbeitungsvorrichtung bezüglich der Auftrittszeitpunkte des charakteristischen Signalinhalts eine Mittelung der erfassten und bestimmten Werte durchgeführt wird.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Nachführung und Synchronisation derart erfolgen, dass keine Signalinhalte im Empfangs- oder Sendesignal fehlen oder übersprungen werden.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass zum Zwecke der Nachführung oder Synchronisation insbesondere keine Abtastwerte in das Empfangs- oder Sendesignal eingefügt werden oder aus dem Empfangs- oder Sendesignal entfernt werden.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Anzahl der Abtastwerte, die für die Verarbeitung eines Übertragungsrahmens oder Zeitschlitzes aus dem Empfangssignal entnommen wird bzw. für das Sendesignal berechnet wird, immer konstant ist, unabhängig davon, ob momentan ein Synchronisations- oder Nachführvorgang stattfindet oder nicht.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine variable fraktionale Abtastratenumsetzungseinrichtung eingesetzt wird, um eine zeitliche Stauchung oder Dehnung von Signalinhalten durchzuführen. Der Arbeitstakt der Anordnung kann daher auf einer anderen Frequenz als der Frequenz des UMTS-Mobilfunksystems basieren. Dies ist insbeson dere vorteilhaft, wenn die Mobilstation mehrere Mobilfunkstandards, beispielsweise UMTS und GSM/EDGE, unterstützt.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass ein sogenannter synchroner Entwurf einer Schaltung der Anordnung möglich ist, da digitale Schaltungskomponenten mit einem konstanten unabhängigen physikalischen Arbeitstakt arbeiten können.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Kombination einer verbesserten Auflösung sowohl in einem Datenpfad als auch in einem Zeitreferenzpfad in Kombination mit einer hohen Auflösung in der Ablaufsteuerungseinrichtung das zeitliche Justieren der Gesamtanordnung mit beispielsweise einer Genauigkeit einer Achtel Chipdauer ermöglicht, wobei diese Genauigkeit besser als die durch den UMTS-Standard geforderte Genauigkeit von einer halben Chipdauer ist.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Datenerfassungseinrichtung und die Abtastwertezähleinrichtung eine Mittelung der Ergebnisse derselben durchführen, bzw. dass beispielsweise bei den Schritten des Erfassens des charakteristischen Signalinhalts in dem umgesetzten Empfangssignal, des Bestimmens einer Positionsabweichung zwischen der Position des charakteristischen Signalinhalts und einer Referenzposition, des Erfassens der angezeigten Auftrittszeitpunkte und des Bestimmens einer zeitlichen Abweichung der zeitlichen Referenz von einer Zeitinformation, die durch die Ablaufsteuerungseinrichtung der Signalverarbeitungsvorrichtung erzeugt wird, eine Mittelung der erfassten und bestimmten Werte durchgeführt wird. Dies reduziert die Rechenbelastung der Berechnungseinrichtung.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.

1 zeigt Ausführungsbeispiele einer Anordnung zum Synchronisieren einer Signalverarbeitungsvorrichtung mit einem Empfangssignal gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Anordnung weist eine Abtastratenumsetzungseinrichtung 1, eine Auswertungseinrichtung 2, eine Berechnungseinrichtung 3 und eine Ablaufsteuerungseinrichtung 4 auf. Die Abtastratenumsetzungseinrichtung 1 ist mit einer Empfangseinrichtung 5 verbunden, und die Ablaufsteuerungseinrichtung 4 ist mit einer Sendeeinrichtung 6 verbunden.
Die Abtastratenumsetzungseinrichtung 1 setzt die Abtastrate von Abtastwerten eines digitalen Empfangssignals 7 variabel um, die von der Empfangseinrichtung 5 geliefert werden, und erzeugt ein Ausgangssignal 8 zu der Auswertungseinrichtung 2, dessen Abtastwerte ein gegebenenfalls abweichendes Abtastraster aufweisen, und ein Gültigkeitssignal 9, das der Auswertungseinrichtung 2 anzeigt, wann jeweils ein neuer gültiger Abtastwert vorliegt und von derselben übernommen werden kann. Die Abtastratenumsetzungseinrichtung kann allgemein eine Signalverarbeitungseinrichtung sein, die den Abstand von Informationsabschnitten, wie z. B. Abtastwerten, eines von einer Empfangseinrichtung empfangenen Signals ändert.
Die Auswertungseinrichtung 2 dient zum Erfassen und Auswerten von charakteristischen Signalinhalten in dem umgesetzten Empfangssignal 7 bzw. dem Ausgangssignal 8 der Abtastratenumsetzungseinrichtung 1 und zum Erzeugen eines ersten Regelabweichungssignals 10 und eines zweiten Regelabweichungssignals 11. Das erste Regelabweichungssignal 10 beinhaltet die Regelabweichungen für die Synchronisation mit einer Basisstation, die als Referenzbasisstation bestimmt ist, und zeigt die relative Änderung der Position eines bestimmten charakteristischen Signalinhalts, z. B. eines Korrelationsmaximums eines physikalischen Kanals der Referenzbasisstation, gegenüber einer internen Referenz an. Das zweite Regelabweichungssignal 11 beinhaltet die Regelabweichungen für die Synchronisation der Ablaufsteuerungseinrichtung innerhalb der Mobilstation.
Die Berechnungseinrichtung 3 ist vorzugsweise ein digitaler Signalprozessor (DSP) oder ein Mikroprozessor und dient zum Verarbeiten von mindestens dem ersten Regelabweichungssignal 10 und dem zweiten Regelabweichungssignal 11 der Auswertungseinrichtung 2 und zum daraus Erzeugen von mindestens einem Abtastratensteuersignal 12, das der variablen Abtastratenumsetzungseinrichtung 1 zugeführt wird, und einem Zeitsteuersignal 13, das Zeitsteuerinformation beinhaltet und der Ablaufsteuerungseinrichtung 4 zugeführt wird. Das Abtastratensteuersignal 12 der Berechnungseinrichtung 3 dient zur zeitrichtigen Programmierung des Umsetzungsverhältnisses der Abtastratenumsetzungseinrichtung 1. Die Abtastratenumsetzungseinrichtung 1 kann aufgrund des Abtastratensteuersignals 12 ihr Umsetzungsverhältnis erhöhen oder erniedrigen oder auf einem Standardwert belassen. Das Zeitsteuersignal 13 der Berechnungseinrichtung 3 dient zur zeitlichen Korrektur der Ablaufsteuerungseinrichtung 4.
Die Ablaufsteuerungseinrichtung 4 verarbeitet das Zeitsteuersignal 13 der Berechnungseinrichtung 3 und erzeugt mindestens ein erstes Synchronisationssignal 14, das der Auswertungseinrichtung 2 zugeführt wird. Das erste Synchronisationssignal 14 der Ablaufsteuerungseinrichtung 4 gibt einen „Empfangsrahmenstart" an und markiert den zeitlichen Beginn eines Übertragungsrahmens aus der Sicht der Ablaufsteuerungseinrichtung 4. Die Ablaufsteuerungseinrichtung 4 erzeugt ferner vorzugsweise periodisch, d. h. in einem festen zeitlichen Abstand, ein Sendesynchronisationssignal 15, das den Sendezeitpunkt der Mobilstation bzw. den „Senderahmenstart" steuert.
Die Berechnungseinrichtung 3 berechnet aus dem ersten Regelabweichungssignal 10 der Auswertungseinrichtung 2 mittels eines ersten Algorithmus „Basisstation-Tracking" 16 das Abtastratensteuersignal 12 für die Abtastratenumsetzungsein richtung 1. Die Berechnungseinrichtung 3 berechnet ferner aus dem zweiten Regelabweichungssignal 11 der Auswertungseinrichtung 2, das Informationen über das erste Synchronisationssignal 14 aufweist, vorzugsweise mittels eines zweiten Algorithmus „Mobilstation-Timing" 17 das Zeitsteuersignal 13 für die zeitliche Nachführung der Ablaufsteuerungseinrichtung 4.
Die Abtastratenumsetzungseinrichtung 1 weist eine Datenverarbeitungseinrichtung 18 und eine Steuereinrichtung 19 auf. Die Datenverarbeitungseinrichtung 18 dient zum Verarbeiten der Abtastwerte des Empfangssignals 7 und zum Erzeugen des abtastratenumgesetzten Ausgangssignals 8. Die Steuereinrichtung 19 ist mit der Datenverarbeitungseinrichtung 18 verbunden und dient zum Erzeugen des Gültigkeitssignals 9 der Abtastratenumsetzungseinrichtung 1.
Die Auswertungseinrichtung 2 weist eine Datenerfassungseinrichtung 20 und eine Abtastwertezähleinrichtung 21 auf. Die Datenerfassungseinrichtung 20 dient zum Erfassen der übertragenen Daten und zum Erzeugen des ersten Regelabweichungssignals 10. Dazu weist die Datenerfassungseinrichtung 20 vorzugsweise einen Korrelationsempfänger 22, wie z. B. einen RAKE-Empfänger mit vorgeschaltetem zeitvariantem Interpolator (TVI), zur Erfassung der übertragenen Daten auf, dem das Ausgangssignal 8 der Abtastratenumsetzungseinrichtung 1 zugeführt wird. Die Abtastwertezähleinrichtung 21 dient zum Zählen des Auftretens des Gültigkeitssignals 9 der Abtastratenumsetzungseinrichtung 1, das der Auswertungseinrichtung 2 anzeigt, wann ein neuer gültiger Abtastwert vorliegt. Die Abtastwertezähleinrichtung 21 zählt die Abtastwerte, die seit dem letzten Beginn eines Übertragungsrahmens von der Datenerfassungseinrichtung 20 verarbeitet wurden, und erzeugt ein Anzeigesignal 23, das vorzugsweise jeweils den Ablauf von 76800 Abtastwerten, die einem Übertragungsrahmen bei einem UMTS-Mobilfunksystem (bei Abtastung mit doppelter Chip-Rate) entsprechen, signalisiert. Dies ermöglicht eine exakte zeitliche Zuordnung der empfangenen Daten innerhalb der Datener fassungseinrichtung 20. Die Abtastwertezähleinrichtung 21 dient ferner zum Erzeugen des zweiten Regelabweichungssignals 11. Die Abtastwertezähleinrichtung 21 weist dazu vorzugsweise einen empfangsseitigen ersten Abtastwertezähler 24 auf.
Das erste Regelabweichungssignal 10 zeigt die relative Änderung der Position eines bestimmten charakteristischen Signalinhalts, z. B. eines Korrelationsmaximums eines physikalischen Datenkanals der Referenzbasisstation, gegenüber einer internen Referenz, die aus dem Anzeigesignal 23 der Abtastwertezähleinrichtung 21 erzeugt wird oder durch dasselbe dargestellt wird, an. Die relative Änderung wird durch das erste Regelabweichungssignal 10 mit einer Anzahl von Abtastwerten ausgedrückt. Dieses erste Regelabweichungssignal 10 wird vorzugsweise von der Datenerfassungseinrichtung 20 erzeugt, indem die relativen Verschiebungen von Ausbreitungswegen über ein Korrelationsergebnis geliefert werden. Die Abtastwertezähleinrichtung 21 identifiziert die Abtastwerte in der Datenerfassungseinrichtung 20 und stellt somit einen zeitlichen Bezug eines bestimmten charakteristischen Signalinhalts zu der internen Zeitreferenz der Mobilstation her, die durch die Ablaufsteuerung 4 geliefert wird.
Das zweite Regelabweichungssignal 11 zeigt die relative Position des Empfangsrahmenstarts aus der Sicht der Ablaufsteuerungseinrichtung 4, der durch das erste Synchronisationssignal 14 der Ablaufsteuerungseinrichtung 4 signalisiert wird, zu dem tatsächlichen Empfangsrahmenstart, der sich aus dem Zählerstand der Abtastwertezähleinrichtung 21 ergibt und vorzugsweise durch das Anzeigesignal 23 signalisiert wird, an. Die relative Position bzw. Regelabweichung wird in dem zweiten Regelabweichungssignal 11 der Auswertungseinrichtung 2 durch die Anzahl von Abtastwerten, die zwischen dem Beginn des Übertragungsrahmens und dem tatsächlichen Beginn des Übertragungsrahmens im Empfangssignal liegen, ausgedrückt. Beim Auftreten des ersten Synchronisationssignals 14, das den „Empfangsrahmenstart" anzeigt, wird der Zählerstand der Ab tastwertezähleinrichtung 21 gespeichert. Dieser Zählerstand ist ein Maß für die zeitliche Abweichung von Ereignissen, die von der Ablaufsteuerungseinrichtung 4 ausgelöst werden, bezogen auf die Abtastwertezähleinrichtung 21.
Jeder Abtastwert des Ausgangssignals 8 der Abtastratenumsetzungseinrichtung 1 stellt jeweils genau einen Signalabschnitt des Empfangssignals 7 einer bestimmten Dauer, beispielsweise eines halben Chips (etwa 130 ns), dar. Allein die Häufigkeit, mit der die Abtastwerte des Ausgangssignals 8 ausgegeben werden, insbesondere die Häufigkeit des Auftretens des Gültigkeitssignals 9, bestimmt den Datendurchsatz durch die Auswertungseinrichtung 2. Gibt also die Abtastratenumsetzungseinrichtung 1 im Mittel mehr Abtastwerte aus, so steigt die mittlere Verarbeitungsgeschwindigkeit der Auswertungseinrichtung 2 entsprechend.
Im Folgenden ist weiter unter Bezugnahme auf 1 beschreiben, wie bei einem weiteren Ausführungsbeispiel die Zeitauflösung der Anordnung erhöht werden kann und sowohl im Datenpfad als auch im Zeitreferenzpfad die Auswertung verbessert werden kann.
Die Datenerfassungseinrichtung 20 der Auswertungseinrichtung 2 weist dazu ferner vorzugsweise einen Korrelator 25, wie z. B. ein Matched-Filter oder einen Searcher, zur Erfassung der physikalischen Synchronisationskanäle und zur Ausbreitungswegsuche, dem ebenfalls das Ausgangssignal 8 der Abtastratenumsetzungseinrichtung 1 zugeführt wird, auf. Der Korrelator 25 erzeugt ein drittes Regelabweichungssignal 26 der Auswertungseinrichtung 2, welches ebenfalls der Berechnungseinrichtung 3 zugeführt wird. Das dritte Regelabweichungssignal 26 der Auswertungseinrichtung 2 zeigt mit einer niedrigeren Auflösung als das erste Regelabweichungssignal 10 die relative Position eines bestimmten charakteristischen Signalinhalts an, der insbesondere zum gleichen Ausbreitungsweg und zur gleichen Basisstation gehört, wie der charakteristische Sig nalinhalt, auf den sich das erste Regelabweichungssignal 10 bezieht, und zwar relativ zu dem Beginn eines Übertragungsrahmens, ausgedrückt durch die Anzahl von Abtastwerten, die zwischen dem Beginn des Übertragungsrahmens und dem Auftreten des charakteristischen Signalinhalts liegen. Der Korrelator 25 bestimmt vorzugsweise mit einer Genauigkeit eines Abtastwerts die Positionen von Ausbreitungswegen relativ zu einer Anfangsmarke.
Die Abtastwertezähleinrichtung 21 der Auswertungseinrichtung 2 weist ferner vorzugsweise einen empfangsseitigen zweiten Abtastwertezähler 27 auf. Der erste Abtastwertezählers 24 und der zweite Abtastwertezähler 27 können dabei sowohl dem Korrelationsempfänger 22 als auch dem Korrelator 25 zugeordnet sein.
Die Ablaufsteuerungseinrichtung 4 erzeugt ferner vorzugsweise ein zweites Synchronisationssignal 28, das die „Abtastwertposition" anzeigt (Zeiger des zweiten Abtastwertezählers 27) und aus der Sicht der Ablaufsteuerungseinrichtung 4 den Zeitpunkt markiert, zu dem die Abtastratenumsetzungseinrichtung 1 einen beliebigen, aber eindeutig bestimmbaren Abtastwert des Ausgangssignals 8 ausgibt bzw. das zugehörige Gültigkeitssignal 9 aktiviert. Das zweite Synchronisationssignal 28 wird dem zweiten Abtastwertezähler 27 zugeführt.
Der zweite Abtastwertezähler 27 wird vorzugsweise mit einem im Vergleich zu dem ersten Abtastwertezähler 24 hochfrequenten Arbeitstakt, z. B. ca. 125 MHz, betrieben und zählt die Perioden dieses Arbeitstaktes, die zwischen dem Auftreten des Gültigkeitssignals 9 und dem zweiten Synchronisationssignal 28 vergehen. Der erhaltene Zählwert ist ein Maß für die zeitliche Abweichung von Ereignissen, die von der Ablaufsteuerungseinrichtung 4 erzeugt werden, von den ihnen zugeordneten charakteristischen Signalinhalten, d. h. der zeitlichen Abweichung des zweiten Synchronisationssignals 28, das die „Abtastwertposition" aus der Sicht der Ablaufsteuerungseinrich tung 4 anzeigt, vom tatsächlichen Auftreten des entsprechenden Abtastwerts im Empfangssignal, das durch das Gültigkeitssignal 9 signalisiert wird, gemessen in Perioden des Arbeitstakts, z. B. vier Taktperioden von jeweils ca. 8 ns. Der erhaltene Zählerstand wird an die Berechnungseinrichtung 3 durch die Auswertungseinrichtung 2 als ein viertes Regelabweichungssignal 29 übermittelt. Das vierte Regelabweichungssignal 29 ergänzt das zweite Regelabweichungssignal 11, das durch den ersten Abtastwertezähler 24 erzeugt wird, und ermöglicht aufgrund der feineren zeitlichen Auflösung eine noch genauere Synchronisation, z. B. auf Bruchteile einer Chip-Dauer, der Ablaufsteuerungseinrichtung 4 auf den Auftrittszeitpunkt charakteristischer Signalinhalte.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel wird das Abtastratensteuersignal 12' für die Abtastratenumsetzungseinrichtung 1 durch die Ablaufsteuerungseinrichtung 4 erzeugt, um die Berechnungseinrichtung 3 von zeitkritischen Aufgaben so weit wie möglich zu entlasten. Die Ablaufsteuerungseinrichtung 4 wird dazu vorher von der Berechnungseinrichtung 3 mit einer dazu notwendigen Steuerinformation über ein Steuersignal 30 versorgt.
Die Berechnungseinrichtung 3 verarbeitet die Informationen der Regelabweichungssignale 10, 11, 26 und 29 und erzeugt daraus einerseits das Zeitsteuersignal 13 zur zeitlichen Korrektur der Ablaufsteuerungseinrichtung 4 und andererseits das Steuersignal 30 zur Erzeugung des Abtastratensteuersignals 12' durch die Ablaufsteuerungseinrichtung 4, um das Umsetzungsverhältnis der Abtastratenumsetzungseinrichtung 1 zeitrichtig zu programmieren. Die Berechnungseinrichtung 3 erzeugt vorzugsweise mittels des ersten Algorithmus „Basisstation-Tracking" 16, der zur Nachführung der Mobilstation an charakteristische Signalinhalte dient, aus dem ersten Regelabweichungssignal 10 und dem dritten Regelabweichungssignal 26 das Steuersignal 30 und mittels des zweiten Algorithmus „Mobilstation-Timing" 17, der zur zeitlichen Nachführung der Ablaufsteuerungseinrichtung 4 an das Auftreten charakteristischer Signalinhalte dient, aus dem zweiten Regelabweichungssignal 11 und dem vierten Regelabweichungssignal 29 das Zeitsteuersignal 13. Alternativ kann für die Ausführung des ersten Algorithmus 16 und des zweiten Algorithmus 17 jeweils eine getrennte Berechnungseinrichtung vorgesehen sein, die die Signale der Datenerfassungseinrichtung 20 bzw. der Abtastwertezähleinrichtung 21 verarbeitet.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung werden zwei bzw. alternativ vier voneinander unabhängige Regelkreise verwirklicht, die in zwei Gruppen (A, B) eingeteilt werden können: Regelkreise zur Nachführung bezüglich charakteristischer Signalinhalte (A) und Regelkreise zur zeitlichen Nachführung (B). Die Regelziele der Regelkreise sind vorteilhafterweise unabhängig voneinander implementiert. Für jedes Regelziel steht je ein Ausgangssignal der Auswertungseinrichtung 2 bzw. eine Information zur Grob- (2) und Feinregelung (1) zur Verfügung. Im eingeschwungenen Zustand ist vorteilhafterweise i. a. nur die Feinregelung (1) aktiv, da nur kleine Abweichungen auszuregeln sind. Die 4 Regelkreise sind im Folgenden: A1: 22 → 10 → 3, 16 → 30 → 4 → 12' → 1 → 8 → 20
Dies ist ein Regelkreis für Signalinhalte, der eine Unter-Abtastwert-Genauigkeit, d. h. eine zeitliche feinere Auflösung als die Abtastwerte, besitzt, mit dem Regelziel, einen ausgewählten charakteristischen Signalinhalt in der Mitte eines definierten Beobachtungsfensters mit mindestens der Genauigkeit eines Chip-Achtels zu halten. Als Steuerelement wird das Steuersignal 30 zur Umprogrammierung des Abtastratenverhältnis verwendet. A2: 25 → 26 → 3, 16 → 30 → 4 → 12' → 1 → 8 → 25
Dies ist ein Regelkreis für Signalinhalte, der eine Abtastraten-Genauigkeit aufweist, mit dem Regelziel, einen ausgewähl ten charakteristischen Signalinhalt in der Mitte eines definierten Beobachtungsfensters mit der Genauigkeit einer Chip-Hälfte zu halten. Als Steuerelement wird das Steuersignal 30 zur Umprogrammierung des Abtastratenverhältnisses verwendet. B1: 27 → 29 → 3, 17 → 13 → 4 → 12' → 1 → 9 → 27
Dies ist ein Regelkreis für eine Zeitnachführung, die eine Unter-Abtastwert-Genauigkeit aufweist, mit dem Regelziel, die Ablaufsteuerungseinrichtung 4 so nachzuführen, dass der Zeiger des zweiten Abtastwertzählers 27 möglichst exakt auf einen bestimmten ausgewählten Abtastwert zeigt und somit immer eine eindeutige Zuordnung zwischen Abtastwertnummer und Zeitpunkt gewährleistet ist. Als Steuerelement wird das Zeitsteuersignal 13 zur Umprogrammierung des Zeitversatzes bzw. Zeitoffsets der Ablaufsteuerungseinrichtung 4 verwendet. B2: 24 → 11 → 3, 17 → 13 → 4 → 12' → 1 → 9 → 24
Dies ist ein Regelkreis für eine Zeitnachführung, der eine Abtastwert-Genauigkeit aufweist, mit dem Regelziel, die Ablaufsteuerungseinrichtung 4 so nachzuführen, dass dieselbe das erste Synchronisationssignal 14, das den Empfangsrahmenstart anzeigt, immer zu den Zeitpunkten erzeugt, zu denen seit dem letzten Auftreten des ersten Synchronisationssignals 14 exakt 76800 Abtastwerte, die einem Übertragungsrahmen entsprechen, von der Abtastratenumsetzungseinrichtung 1 ausgegeben wurden. Als Steuerelement wird das Zeitsteuersignal 13 zur Umprogrammierung des Zeitoffsets der Ablaufsteuerungseinrichtung 4 verwendet.
Wird das Regelgleichgewicht der Regelkreise (A) gestört, z. B. indem das Referenzsignal der gewählten Referenzbasisstation oder der als Referenz gewählte Ausbreitungsweg driftet, z. B. wegen des Dopplereffekts, d. h. aufgrund einer Störgröße, die auf die Anordnung wirkt, so erfasst zunächst der Korrelationsempfänger 22 eine Verschiebung/Drift des Signalinhalts und veranlasst eine zeitliche Stauchung oder Dehnung des Signalinhalts, indem das Umsetzungsverhältnis der Abtastratenumsetzungseinrichtung 1 verändert wird, solange, bis sich der Signalinhalt wieder an der ursprünglichen Position befindet. Mit dieser Änderung geht auch eine Änderung der Auftrittshäufigkeit des Gültigkeitssignals 9 einher, da das Abtastraster der Abtastwerte des Ausgangssignals 8 geändert wird. Dies führt automatisch dazu, dass über die Regelkreise (B) die Ablaufsteuerungseinrichtung 4 dem veränderten Zeitablauf nachgeführt wird. Vorteilhafterweise werden also durch die Anordnung die für sich unabhängig arbeitenden Steuerungen (A) und (B) automatisch aneinander gekoppelt, da die Abtastratenumsetzungseinrichtung 1 gleichermaßen auf das Ausgangssignal 8 und das Gültigkeitssignal 9 wirkt. Der Regelkreis (A) kann demnach als Primärregelkreis und der Regelkreis (B) kann als Sekundär- oder Folgeregelkreis betrachtet werden.
Die Datenerfassungseinrichtung 20, d. h. der Korrelationsempfänger 22 und der Korrelator 25, kann unabhängig von der Zeit allein durch Index- oder Adressberechnung die Position von charakteristischen Signalinhalten ermitteln und ist somit unabhängig davon, wann diese Ermittlung ausgeführt wird. Dadurch ist die Datenerfassungseinrichtung 20 unabhängig von speziellen UMTS-spezifischen Taktfrequenzen und auch unabhängig in der Wahl des Zeitpunkts, zum dem die Berechnungen gestartet werden, und unabhängig davon, mit welcher Geschwindigkeit die Berechnungen ausgeführt werden. Lediglich die Echtzeitbedingung, dass im Mittel die Verarbeitungsgeschwindigkeit mit dem Signalfluss übereinstimmen muss, muss eingehalten werden.
Umgekehrt kann die Abtastwertezähleinrichtung 21, d. h. der erste Abtastwertzähler 24 und der zweite Abtastwertzähler 27, unabhängig von der Auswertung des Signalinhalts in der Datenerfassungseinrichtung 20 die zeitliche Position des ersten Synchronisationssignals 14 und des zweiten Synchronisationssignals 28 ermitteln.
Die beschriebenen Regelkreise sind miteinander gekoppelt, jedoch besitzt jeder Regelkreis einen eigenen Satz von Soll/Istwerten und ein Stellelement, um unabhängig steuern zu können. Die Verkopplung wird durch die Verkopplung des Ausgangssignals 8 der Abtastratenumsetzungseinrichtung 1, d. h. dem Datenpfad, mit dem Gültigkeitssignal 9 der Abtastratenumsetzungseinrichtung 1, d. h. dem Steuerpfad, realisiert. Bei einer Aktivität des Regelkreises A wird auch der Steuerpfad beeinflusst, so dass auch eine Änderung im Regelkreis B auftritt, der diese selbsttätig ausgleicht.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung und das erfindungsgemäße Verfahren wird das Beobachtungsfenster einer Referenzbasisstation mit einer entsprechend im UMTS-Standard vorgeschriebenen Schrittweite bzw. Geschwindigkeit nachgeführt. Wirkt eine Störgröße, die auch ein Befehl einer höheren Protokollschicht sein kann, auf das System ein, die zu einer Verschiebung des Referenzsignals innerhalb des Beobachtungsfensters führt, so wird dies zuerst durch den Korrelationsempfänger 22 erfasst, da derselbe das Korrelationsmaximum des Referenzsignals an einer geringfügig – weniger als ein Chip – verschobenen Stelle findet, und derselbe meldet dies über das erste Regelabweichungssignal 10 an die Berechnungseinrichtung 3. Größere Verschiebungen detektiert der Korrelator 25, der vorzugsweise mit einem gröberen Raster, z. B. der Hälfte eines Chips, arbeitet, und meldet dies über das dritte Regelabweichungssignal 26 ebenfalls an die Berechnungseinrichtung 3. Der erste Algorithmus 16 „Basisstation-Tracking" ermittelt dann anhand dieser Informationen, ob, wie viel, wann und wie lange eine Korrektur des Beobachtungsfensters erfolgen muss und erzeugt dazu das Steuersignal 30 zu der Ablaufsteuerungseinrichtung 4. Die Ablaufsteuerungseinrichtung 4 bewirkt dann, dass zu dem durch das Steuersignal 30 festgelegten Zeitpunkten das Umsetzungsverhältnis der Abtastratenumsetzungseinrichtung 1 verändert wird, und teilt dies der Abtast ratenumsetzungseinrichtung 1 durch das Abtastratensteuersignal 12' mit.
Wird beispielsweise das Umsetzungsverhältnis der Abtastratenumsetzungseinrichtung 1 erhöht, so gibt die Abtastratenumsetzungseinrichtung 1 dann durch Verkleinern des Abtastrasters pro Zeiteinheit geringfügig mehr Abtastwerte in dem Ausgangssignal 8 aus. Da jeder Abtastwert für die weitere Signalverarbeitung exakt einen Signalabschnitt der Dauer/Länge einer Chip-Hälfte darstellt, wird der Signalinhalt bezüglich des Abtastrasters gedehnt. Dies führt dazu, dass der beobachtete charakteristische Signalinhalt des Referenzsignals wieder in die Mitte des Beobachtungsfenster wandert. Der Korrelationsempfänger 22 bzw. der Korrelator 25 melden dann wieder durch das erste Regelabweichungssignal 10 und das dritte Regelabweichungssignal 26 an die Berechnungseinrichtung 3 zurück, dass das Korrelationsmaximum wieder an der ursprünglichen Stelle innerhalb des Beobachtungsfensters liegt. Der Regelkreis A1 bzw. A2 befindet sich dann wieder in dem eingeschwungenen Zustand.
Da durch diese Maßnahme die Ausgabegeschwindigkeit der Abtastwerte für einen gewissen Zeitraum erhöht wird, wird der entsprechende Signalabschnitt schneller verarbeitet, d. h. der entsprechende Übertragungsrahmen wird zeitlich verkürzt, enthält aber die feste Anzahl von 76800 Abtastwerten. Die Ablaufsteuerungseinrichtung 4 wird von dieser Verkürzung durch den Regelkreis A2 nicht beeinflusst und erzeugt fortan die Synchronisationssignale zu falschen Zeitpunkten, wenn nicht der Regelkreis B1 bzw. B2 eingreift. Beträgt die Verkürzung mehr als die Dauer einer Abtastperiode, so zählt der erste Abtastwertezähler 24 76801 Abtastwerte bzw. 76801 mal das Auftreten des Gültigkeitssignals 9 bis das nächste erste Synchronisationssignal 14, das den Empfangsrahmenstart anzeigt, auftritt und meldet die Abweichung von 1 der Berechnungseinrichtung 3 durch das zweite Regelabweichungssignal 11. Ist die Verschiebung kleiner als die Dauer einer Abtastperiode, so wird dies bereits durch den zweiten Abtastwertezähler 27 erfasst, da derselbe vergleicht, um wie viele Taktperioden des Arbeitstaktes desselben sich das Gültigkeitssignal 9 eines bestimmten Abtastwertes bezüglich des zweiten Synchronisationssignals 28, das diesem Abtastwert zugeordnet ist, verschiebt und dies ebenfalls durch das vierte Regelabweichungssignal 29 an die Berechnungseinrichtung 3 meldet. Die Berechnungseinrichtung 3 verwendet den zweiten Algorithmus 17 und ermittelt damit dann anhand dieser Informationen, ob, wie groß und wann eine Korrektur des Zeitoffsets der Ablaufsteuerungseinrichtung 4 erfolgen muss und gibt dazu das Zeitsteuersignal 13 an die Ablaufsteuerungseinrichtung 4 aus. Die Ablaufsteuerungseinrichtung 4 verschiebt dann ihre Ereignisse um diesen Betrag zu früheren Zeitpunkten hin, so dass beim nächsten Übertragungsrahmen das erste Synchronisationssignal 14, das den Empfangsrahmenstart anzeigt, bereits wieder nach 76800 Abtastwerten auftritt bzw. der zweite Abtastwertezähler 27 wieder die ursprüngliche zeitliche Position des Gültigkeitssignals 9 zu dem zweiten Empfangssynchronisationssignal 28 meldet. Der Regelkreis B1 bzw. B2 befindet sich dann wieder im eingeschwungenen Zustand.
Vorteilhafterweise findet die Steuerung durch den Regelkreis (A) mit einer vergleichsweise großen Zeitkonstante statt und die Steuerung des Regelkreises (B) mit einer dazu wesentlich kleineren Zeitkonstante, so dass wie erwähnt der Steuerkreis (B) einen Folgeregelkreis von (A) darstellt.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschreiben wurde, ist dieselbe nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
Insbesondere kann bei der Erfassung und Bestimmung von Werten bei der Nachführung einer Signalverarbeitungsvorrichtung bezüglich eines charakteristischen Signalinhalts und bei der Nachführung einer Ablaufsteuerungseinrichtung der Signalver arbeitungsvorrichtung bezüglich von Auftrittszeitpunkten des charakteristischen Signalinhalts eine Mittelung dieser Werte durchgeführt werden, um das Synchronisationsverhalten zu verbessern.

1: Abtastratenumsetzungseinrichtung
2: Auswertungseinrichtung
3: Berechnungseinrichtung
4: Ablaufsteuerungseinrichtung
5: Empfangseinrichtung
6: Sendeeinrichtung
7: Empfangssignal
8: Ausgangssignal
9: Gültigkeitssignal
10: erstes Regelabweichungssignal
11: zweites Regelabweichungssignal
12: Abtastratensteuersignal
13: Zeitsteuersignal
14: erstes Synchronisationssignal
15: Sendesynchronisationssignal
16: erster Algorithmus
17: zweiter Algorithmus
18: Datenverarbeitungseinrichtung
19: Steuereinrichtung
20: Datenerfassungseinrichtung
21: Abtastwertezähleinrichtung
22: Korrelationsempfänger
23: Anzeigesignal
24: erster Abtastwertezähler
25: Korrelator
26: drittes Regelabweichungssignal
27: zweiter Abtastwertezähler
28: zweites Synchronisationssignal
29: viertes Regelabweichungssignal
30: Steuersignal

Claims

Anordnung zum Synchronisieren einer Signalverarbeitungsvorrichtung mit einem Empfangssignal, das einen charakteristischen Signalinhalt aufweist, mit: – einem ersten Regelkreis (1, 20, 3; 1, 20, 3, 4), der die Signalverarbeitungsvorrichtung bezüglich des charakteristischen Signalinhalts inhaltsbezogen nachführt; und – einem zweiten Regelkreis (1, 21, 3, 4), der eine Ablaufsteuerungseinrichtung (4) der Signalverarbeitungsvorrichtung bezüglich der Auftrittszeitpunkte des charakteristischen Signalinhalts nachführt; wobei der erste Regelkreis (1, 20, 3; 1, 20, 3, 4) und der zweite Regelkreis (1, 21, 3, 4) derart gekoppelt sind, dass eine eineindeutige Zuordnung zwischen der Position des charakteristischen Signalinhalts in dem Empfangssignal und dem zugehörigen Auftrittszeitpunkt erreicht wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Empfangssignal Abtastwerte, die in einem bestimmten Abstand zueinander angeordnet sind, aufweist, und dass der erste Regelkreis (1, 20, 3; 1, 20, 3, 4) und der zweite Regelkreis (1, 21, 3, 4) über eine Abtastratenumsetzungseinrichtung (1) gekoppelt sind, die den Abstand der Abtastwerte in dem Empfangssignal abhängig von einem Umsetzungsverhältnis ändert.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Regelkreis (1, 20, 3; 1, 20, 3, 4) den charakteristischen Signalinhalt in dem umgesetzten Empfangssignal erfasst, eine Positionsabweichung zwischen der Position des charakteristischen Signalinhalts und einer Referenzposition bestimmt und das Umsetzungsverhältnis der Abtastratenumsetzungseinrichtung (1) abhängig von der Positionsabweichung steuert, um die Position des charakteristischen Signalinhalts mit der Referenzposition in Übereinstimmung zu bringen.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastratenumsetzungseinrichtung (1) Auftrittszeitpunkte der Abtastwerte in dem umgesetzten Empfangssignal anzeigt, und dass der zweite Regelkreis (1, 21, 3, 4) die angezeigten Auftrittszeitpunkte erfasst, die Referenzposition und eine zeitliche Referenz aus den erfassten Auftrittszeitpunkten erzeugt, eine zeitliche Abweichung der zeitlichen Referenz von einer Zeitinformation, die durch die Ablaufsteuerungseinrichtung (4) der Signalverarbeitungsvorrichtung erzeugt wird, bestimmt, und die Ablaufsteuerungseinrichtung (4) abhängig von der zeitlichen Abweichung steuert, um die Ablaufsteuerungseinrichtung (4) mit der zeitlichen Referenz in Übereinstimmung zu bringen.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Regelkreis (1, 20, 3; 1, 20, 3, 4) eine Datenerfassungseinrichtung (20) und eine Berechnungseinrichtung (3) aufweist.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenerfassungseinrichtung (20) einen Korrelationsempfänger (22) aufweist, der ein Korrelationsmaximum innerhalb von Datenkanälen erfasst.
Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenerfassungseinrichtung (20) ferner einen Korrelator (25) aufweist, der Synchronisationsinformation verschiedener Ausbreitungswege des Empfangssignals oder Sendestationen erfasst.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Regelkreis (1, 21, 3, 4) eine Abtastwertezähleinrichtung (21) und die Berechnungseinrichtung (3) aufweist.
Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastwertzähleinrichtung (21) einen ersten Abtastwertezähler (24), der die Häufigkeit des Auftretens der Abtastwerte in dem umgesetzten Empfangssignal innerhalb eines Übertragungsrahmens zählt, und einen zweiten Abtastwertezähler (27), der die zeitliche Position des Auftretens der Abtastwerte bezüglich eines Arbeitstaktes erfasst, aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitinformation das Auftreten eines Abtastwerts und/oder einer bestimmten Anzahl von Abtastwerten anzeigt.
Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzposition der Mittelpunkt eines zeitlichen Beobachtungsfensters ist und die Signalverarbeitungsvorrichtung nachgeführt wird, um den charakteristischen Signalinhalt in der Mitte des zeitlichen Beobachtungsfenster zu halten.
Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenerfassungseinrichtung (20) und die Abtastwertezähleinrichtung (21) eine Mittelung der Ergebnisse derselben durchführen.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung in einer UMTS-Mobilstation verwendet wird.
Verfahren zum Synchronisieren einer Signalverarbeitungsvorrichtung mit einem Empfangssignal, das einen charakteristischen Signalinhalt aufweist, mit folgenden Schritten: – inhaltsbezogenes Nachführen der Signalverarbeitungsvorrichtung bezüglich des charakteristischen Signalinhalts; – Nachführen einer Ablaufsteuerungseinrichtung (4) der Signalverarbeitungsvorrichtung bezüglich der Auftrittszeitpunkte des charakteristischen Signalinhalts; und Koppeln der Schritte des inhaltsbezogenen Nachführens und des Nachführens der Ablaufsteuerungseinrichtung (4) derart, dass eine eineindeutige Zuordnung zwischen der Position des charakteristischen Signalinhalts in dem Empfangssignal und dem zugehörigen Auftrittszeitpunkt erreicht wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Empfangssignal Abtastwerte, die in einem bestimmten Abstand zueinander angeordnet sind, aufweist, und der Schritt des Koppelns folgenden Schritt aufweist: – Ändern des Abstands der Abtastwerte in dem Empfangssignal abhängig von einem Umsetzungsverhältnis.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem der Schritt des inhaltsbezogenen Nachführens folgende Schritte aufweist: – Erfassen des charakteristischen Signalinhalts in dem umgesetzten Empfangssignal; – Bestimmen einer Positionsabweichung zwischen der Position des charakteristischen Signalinhalts und einer Referenzposition; und – Steuern des Umsetzungsverhältnisses abhängig von der Positionsabweichung, um die Position des charakteristischen Signalinhalts mit der Referenzposition in Übereinstimmung zu bringen.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Auftrittszeitpunkte der Abtastwerte in dem umgesetzten Empfangssignal angezeigt werden, und bei dem der Schritt des Nachführens der Ablaufsteuerungseinrichtung (4) folgende Schritte aufweist: – Erfassen der angezeigten Auftrittszeitpunkte; – Erzeugen der Referenzposition und einer zeitlichen Referenz aus den erfassten Auftrittszeitpunkten; – Bestimmen einer zeitlichen Abweichung der zeitlichen Referenz von einer Zeitinformation, die durch die Ablaufsteuerungseinrichtung (4) der Signalverarbeitungsvorrichtung erzeugt wird; und – Steuern der Ablaufsteuerungseinrichtung (4) abhängig von der zeitlichen Abweichung, um die Ablaufsteuerungseinrichtung (4) mit der zeitlichen Referenz in Übereinstimmung zu bringen.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, bei dem bei den Schritten des inhaltsbezogenen Nachführens der Signalverarbeitungsvorrichtung bezüglich des charakteristischen Signalinhalts und des Nachführens der Ablaufsteuerungseinrichtung (4) der Signalverarbeitungsvorrichtung bezüglich der Auftrittszeitpunkte des charakteristischen Signalinhalts eine Mittelung der erfassten und bestimmten Werte durchgeführt wird.