DE10362081B4 - Detection and correction of a sampling error in a received signal that requires precise block or sampling synchronization, whereby a sampling error is determined from sampled first and second signal sections - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und Verfahren zum Bestimmen eines Abtastfehlers in einem abgetasteten Empfangssignal sowie auf eine Einrichtung zum Korrigieren des Abtastfehlers.The The present invention relates to an apparatus and method for determining a sampling error in a sampled received signal and a means for correcting the sampling error.
Mit steigenden Übertragungsraten, die durch einen Einsatz moderner digitaler Übertragungstechnologien erzielt werden, werden insbesondere an die empfangsseitigen signalverarbeitenden Komponenten hohe Anforderungen bezüglich einer Signalverarbeitungsgenauigkeit gestellt. In einem digitalen Übertragungssystem wird ein über einen Übertragungskanal übertragenes Signal empfangen und nach einer Filterung abgetastet, um ein analoges, d. h. zeitkontinuierliches Empfangssignal in ein digitales, d. h. zeitdiskretes Empfangssignal zu überführen, damit eine weiterführende digitale Signalverarbeitung, wie beispielsweise digitale Filterung oder digitale Entzerrung, möglich wird.With increasing transmission rates, achieved through the use of modern digital transmission technologies are, in particular to the receiving side signal processing Components have high requirements for signal processing accuracy posed. In a digital transmission system will be over a transmission channel transmitted Received signal and scanned after filtering to an analog, d. H. continuous-time received signal into a digital, d. H. to transfer discrete-time received signal, so a continuing one digital signal processing, such as digital filtering or digital equalization, possible becomes.
Für eine korrekte Signalverarbeitung im Empfänger, beispielsweise eine Demodulation des empfangenen Signals, muß jedoch zunächst ein Abtasttakt aus dem empfangenen Signal abgeleitet werden und es muß eine Sender-/Empfängersynchronisation durchgeführt werden. Weist beispielsweise ein gesendetes Signal eine Blockstruktur auf, so muß diese Blockstruktur im Empfänger wiedergewonnen werden, d. h. es muß beispielsweise festgestellt werden, zu welchen Zeitpunkten die Abtastung des empfangenen Signals durchgeführt werden muß, so daß empfangsseitig die in einem Sender verwendeten Block- bzw. Rahmengrenzen wiedergewonnen werden können. Hierzu ist es notwendig, eine entsprechende Synchronisation eines Block- bzw. Rahmentaktes durchzuführen (Block- bzw. Rahmensynchronisation). Vorher muß jedoch das analoge Signal (Empfangssignal) mit Hilfe eines Abtastvorgangs in einen zeitdiskreten Zustand überführt werden. Dazu ist eine Ermittlung eines optimalen Abtastzeitpunktes und somit eine korrekte Einstellung des Abtasttaktes notwendig (Synchronisation des Abtasttaktes). Dabei versteht man unter einer digitalen Abtasttaktsynchronisation eine Korrektur des fehlerhaft abgetasteten Empfangssignals, um einen unter Verwendung eines korrekten Abtasttaktes erreichbaren Signalzustand zu gewinnen (digitale Synchronisation des Abtasttaktes).For a correct Signal processing in the receiver, For example, a demodulation of the received signal, but must first a sampling clock are derived from the received signal and it has to be one Transmitter / receiver synchronization carried out become. For example, a transmitted signal has a block structure this must be on Block structure in the receiver be recovered, d. H. for example, it has to be determined at which times the sampling of the received signal carried out must become, so that the receiving end recovered the frame boundaries used in a transmitter can be. For this it is necessary to have a corresponding synchronization of a Block or frame clock to perform (block or frame synchronization). But before that has to be done analog signal (received signal) by means of a scanning process in a discrete-time state are transferred. This is a determination of an optimal sampling time and thus a correct setting of the sample clock is necessary (synchronization the sampling clock). This is understood to mean a digital sampling clock synchronization Correction of the erroneously sampled received signal by one signal state achievable using a correct sampling clock to win (digital synchronization of the sampling clock).
Eine genaue Block- bzw. Abtasttaktsynchronisation ist insbesondere bei OFDM-Signalen von Bedeutung (OFDM = orthogonal frequency devision multiplexing, orthogonaler Frequenzmultiplex). Dieses Übertragungsverfahren erfreut sich aufgrund der positiven Übertragungseigenschaften eines steigenden Interesses. Diese Übertragungstechnologie ist heutzutage gut erforscht und ist darüber hinaus als ein Teil verschiedener Standards und Spezifikationen akzeptiert worden. Beispiele für Standards, in denen OFDM eingesetzt sind, sind beispielsweise der DVB-T Standard (standard for digital terrestrial television), WLAN (WLAN = wireless local area network) oder der IEEE 802.11a Standard. Darüber hinaus gilt es als sicher, daß OFDM in künftigen Übertragungstechnologien, wie beispielsweise in den Übertragungssystemen der vierten Generation (4G) eingesetzt wird, da das OFDM-Übertragungsverfahren substantielle Vorteile liefert.A accurate block or sample clock synchronization is particularly useful OFDM signals of importance (OFDM = orthogonal frequency devision multiplexing, orthogonal frequency division multiplexing). This transmission method enjoys due to the positive transmission characteristics of a increasing interest. This transmission technology is well researched these days and is also considered part of various standards and specifications have been accepted. Examples of standards, in which OFDM are used, for example, the DVB-T standard (standard for digital terrestrial television), WLAN (WLAN = wireless local area network) or the IEEE 802.11a standard. Furthermore it is considered certain that OFDM in future transmission technologies, such as in the transmission systems The fourth generation (4G) is used since the OFDM transmission method provides substantial benefits.
Bei einer OFDM-Übertragung werden sendeseitig serielle Daten in Gruppen von ld(M) Bits aufgeteilt und in komplexwertige Symbole ai(n) aus einem M-fachen Alphabet von Signalraumpunkten überführt. Diese komplexwertigen Symbole werden auf N Subträger unter Verwendung einer inversen diskreten Fourier-Transformation (IDFT) moduliert. Nach einer parallel-seriell Wandlung kann eine komplexwertige Basisbanddarstellung eines OFDM-Symbols mit einem Index i wie folgt beschrieben werden: In an OFDM transmission, serial data is divided on the transmitting side into groups of ld (M) bits and converted into complex-valued symbols a i (n) from an M-fold alphabet of signal-space points. These complex valued symbols are modulated on N subcarriers using an Inverse Discrete Fourier Transform (IDFT). After a parallel-serial conversion, a complex-valued baseband representation of an OFDM symbol with an index i can be described as follows:
Um
Intersymbolinterferenzen (ISI) zu vermeiden, wird einem jedem OFDM-Symbol
eine Kopie der letzten Ng Abtastwerte vorangestellt.
Aufgrund der so entstandenen zyklischen Erweiterung des OFDM-Symbols
wird dieses Intervall mit dem Begriff „cyclic prefix" (CP) bezeichnet.
In
Die Synchronisation des Abtasttaktes kann entsprechend der in einem Empfänger verwendeten Signalverarbeitung (analog oder digital) in die folgenden drei Gruppen eingeteilt werden:
- – analoge Abtasttaktsynchronisation
- – hybride Abtasttaktsynchronisation
- – digitale Abtastsynchronisation.
- - analog sampling clock synchronization
- Hybrid sample clock synchronization
- - digital sampling synchronization.
Bei einer analogen Abtasttaktsynchronisation werden ausschließlich analoge Komponenten verwendet. Bei einer hybriden Abtasttaktsynchronisation werden neben analogen Komponenten auch digitale Verfahren eingesetzt, die beispielsweise einen Abtastvorgang steuern. Aufgrund der vielen Vorteile der digitalen Signalverarbeitung besitzt die digitale Synchronisation des Abtasttaktes als ein Bestandteil digitaler Empfängerrealisierungen eine immense Bedeutung für zukünftige Anwendungen. Digitale Synchronisation des Abtasttaktes bedeutet jedoch nicht eine direkte Steuerung der Abtastung, sondern vielmehr eine Steuerung einer Korrektur des fehlerhaft abgetasteten Signals mit Hilfe der gewonnenen Ergebnisse eines weiteren Verfahrens, das zu einer Detektion einer Abtastabweichung dient.at An analog sampling clock synchronization will be analog only Components used. For a hybrid sample clock synchronization In addition to analog components, digital methods are also used. for example, control a scan. Because of the many The advantages of digital signal processing are the digital synchronization sampling clock as part of digital receiver implementations immense importance for future Applications. Digital synchronization of the sampling clock means but not a direct control of the scan, but rather a control of a correction of the erroneously sampled signal with the help of the obtained results of another procedure, the to detect a scan deviation.
In
Im
folgenden wird die Funktionsweise der in
In
dem analogen Signalverarbeitungsblock
- – Detektion der Abtasttaktabweichung (timing error detection, TED)
- – Korrektur der Abtasttaktabweichung (timing error correction, TEC)
- Detection of the sampling clock deviation (TED)
- Correction of the sampling timing deviation (TEC)
In
Die
in
Im
folgenden wird die Funktionsweise der in
Das
mit einem fehlerhaften Abtasttakt abgetastete Signal wird mit Hilfe
des TEC
Die Phasenauswertung aus den Nutzdaten zur Gewinnung einer Informationen über die Abtasttaktabweichung beinhaltet üblicherweise die folgenden Schritte:
- – Phasenberechnung über alle
Träger
nach der FFT
1303 - – Entfernung des Informations-tragenden Teils der Phase
- – Wichtung der Trägerphasen mit einem inversen Trägerindex
- – Mittelung der Phase über alle Träger für ein jeweiliges Empfangssymbol im Frequenzbereich
- – Ermittlung einer Differenz der Phasenmittelwerte aufeinanderfolgender Symbole zur Bestimmung der Abtastfrequenzabweichung
- - Phase calculation over all carriers after the FFT
1303 - - Removal of the information-carrying part of the phase
- Weighting of carrier phases with an inverse carrier index
- - Averaging the phase over all carriers for a respective receive symbol in the frequency domain
- - Determining a difference of the phase mean values of successive symbols for determining the sampling frequency deviation
Neben der beschriebenen Phasenauswertung aus Nutzdaten können ebenfalls sogenannte Pilottöne verwendet, die zu einer Taktsynchronisation mit übertragen werden.Next the described phase evaluation from user data can also used so-called pilot tones, which are transmitted to a clock synchronization with.
Ein
Nachteil an dem in
Ein
weiterer Nachteil an dem in
Ein weiterer Nachteil an dem diskutierten Ansatz gemäß Stand der Technik ist darin zu sehen, daß bei einer fehlerhaften Blocksynchronisation bei OFDM-Signalen die nachfolgende Fourier-Transformation ein fehlerhaftes Ergebnis liefert, was dadurch begründet ist, daß eine Fourier-Transformation entweder auf unendlich lange Folgen oder auf periodische Folgen angewendet werden kann. Bei einer fehlerhaften Blocksynchronisation fehlt die Eigenschaft der Periodizität, so daß bei der nachfolgenden Fourier-Transformation ein Fehler entsteht. In diesem Fall kann die Abtastabweichung nicht genau ermittelt werden. Der Ansatz gemäß Stand der Technik ist daher mit ungenügenden Korrekturergebnissen verbunden, falls keine optimale Blocksynchronisation vorliegt.One Another disadvantage of the prior art approach discussed is therein to see that at a erroneous block synchronization in OFDM signals the following Fourier transform returns a faulty result, resulting in it justified is that one Fourier transform either on infinite episodes or on periodic episodes can be applied. In case of a faulty block synchronization lacks the property of periodicity, so that in the subsequent Fourier transform a Error arises. In this case, the sample deviation can not be accurately determined. The approach according to the prior art is therefore with insufficient Correction results associated, if no optimal block synchronization is present.
Ein
weiterer Nachteil an dem in
Ein weiterer Nachteil an dem rückgekoppelten Ansatz gemäß Stand der Technik besteht darin, daß eine Korrektur der Abtasttaktabweichung erst nach einer Einlaufzeit stattfinden kann, da zum Erfassen der Abtasttaktabweichung stets aufeinanderfolgende Symbole benötigt werden und die Abtasttaktabweichung aufgrund der Rückkopplung basierend auf möglicherweise fehlerhaft korrigierten Symbolen erfaßt wird, so daß sich ein stationärer Zustand, bei dem die Abtasttaktabweichung genau erfaßt und korrigiert werden kann, nicht sofort einstellt. Darüber hinaus ist ein Erreichen des stationären Zustands nicht gesichert, was beispielsweise dann gegeben ist, wenn die Rückkopplungsschleife instabil wird. In diesem Fall wird die Abtasttaktabweichung stets fehlerhaft bestimmt, so daß die fehlerhaft abgetasteten Symbole nicht richtig korrigiert werden, was wiederum zu einer fehlerhaften Bestimmung der Abtasttaktabweichung führt (hang-up-Effekt). Ferner führt der rückgekoppelte Ansatz zu einer möglichen Fehlerfortpflanzung.One Another disadvantage of the fed back Approach according to state The technique is that a Correction of the sampling clock deviation take place only after a break-in period can since, for detecting the sampling clock deviation always consecutive Symbols needed and the sampling clock deviation due to the feedback based on possibly erroneously corrected symbols is detected, so that a stationary State where the sampling clock deviation is detected and corrected accurately can not be set immediately. In addition, a reaching of the stationary State not secured, which is given, for example, if the feedback loop becomes unstable. In this case, the sampling clock deviation becomes always erroneously determined, so that the incorrectly sampled symbols can not be corrected correctly, which in turn leads to an erroneous determination of the sample clock deviation leads (hang-up effect). Further leads the feedback Approach to a possible Error propagation.
Der Artikel "OFDM timing synchronisation: Possibilities and Limits to the usage of the Cyclic Prefix for Maximum Likelihood Estimation" von D. Matic und anderen, veröffentlicht in den Proc. IEEE Vehicular Technology Conf., 1999, Vol. 2, S. 668-672, beschreibt Möglichkeiten zur Korrektur der Phase eines Abtasttaktes mit einer nicht-Daten-unterstützten Synchronisation unter Verwendung eines zyklischen Präfixes für ein OFDM-Symbol-Timing in einer volldigitalen Implementierung. Eine Redundanz des zyklischen Präfixes, die als ein Absorber für die Kanal-Multipfad-Ausbreitung eingeführt wird, kann auch für eine Schätzung eines Abtastzeit-Offsets verwendet werden. Diese Methode bildet essentiell eine Autokorrelation, was grundlegende Auswirkungen auf deren endgültige Präzision hat. Als weiterer Aspekt wurde bei der Implementierung eine Pulsformung in einem Zeitbereich berücksichtigt. Der genannte Artikel zeigt eine Studie der ursprünglichen Maximale-Wahrscheinlichkeit-Methode und deren möglicher Verbesserungen.Of the Article "OFDM timing Synchronization: Possibilities and Limits to the usage of the Cyclic Prefix for Maximum Likelihood Estimation "by D. Matic and others, published in the Proc. IEEE Vehicular Technology Conf., 1999, Vol. 2, pp. 668-672, describes possibilities for correcting the phase of a sampling clock with a non-data-assisted synchronization using a cyclic prefix for OFDM symbol timing in a fully digital implementation. A redundancy of the cyclic prefix, who as an absorber for The channel multipath propagation can also be used for an estimation of a Sample time offsets are used. This method is essential an autocorrelation, which has a fundamental impact on their final precision. As another aspect, the implementation involved pulse shaping taken into account in a time domain. This article shows a study of the original maximum-likelihood method and their possible ones Improvements.
Die Veröffentlichung "ML Estimation of Time and Frequency Offset in OFDM Systems" von J.J. Van de Beek und M. Sandell, veröffentlicht in den IEEE Transactions on Signal Processing, 1997, Vol. 45, No. 7, S. 1800-1805, beschreibt einen vereinigten Maximale-Wahrscheinlichkeit-Symbolzeit- und Trägerfrequenz-Offset-Schätzer für OFDM-Systeme. Redundante Information, die in dem zyklischen Präfix enthalten ist, ermöglicht die Schätzung ohne zusätzliche Pilottöne. Der Frequenzschätzer kann in einem Nachverfolgungs-Modus verwendet werden, und der Zeitschätzer kann in einem Akquisitions-Modus verwendet werden.The Publication "ML Estimation of Time and Frequency Offset in OFDM Systems "by J.J. Van de Beek and M. Sandell, released in the IEEE Transactions on Signal Processing, 1997, Vol. 45, no. 7, pp. 1800-1805, describes a combined maximum likelihood symbol time and carrier frequency offset estimator for OFDM systems. Redundant information contained in the cyclic prefix enables the estimate without additional Pilot tones. The frequency estimator can be used in a follow-up mode, and the time estimator can be used in an acquisition mode.
Der Artikel "Robuste Frequenz- und Timing-Synchronisation für OFDM" von T.M. Schmidl und D.C. Cox, veröffentlicht in den IEEE Transactions on Communication, 1997, Vol. 45, No. 12, S. 1613-1621, beschreibt ein Verfahren zur schnellen Synchronisation für ein OFDM-System unter Verwendung entweder einer kontinuierlichen Aussendung oder einer Burst-Operation über einen frequenzselektiven Kanal. Die Präsenz eines Signals kann ab dem Empfang lediglich einer Trainingssequenz bestehend aus zwei Symbolen detektiert werden. Der Beginn eines Rahmens und der Beginn eines Symbols kann herausgefunden werden, und Trägerfrequenz-Offsets von vielen Subkanälen können korrigiert werden. Die Algorithmen arbeiten nahe einer unteren Cramer-Rao-Grenze für die Varianz des Schätzwerts im Frequenz-Offset, und eine inhärente Mittelwertbildung über viele Unterträger erlaubt die Akquisition bei sehr niedrigen Signal-zu-Rausch-Verhältnissen.The article "Robust Frequency and Timing Synchronization for OFDM" by TM Schmidl and DC Cox, published in the IEEE Transactions on Communication, 1997, Vol. 12, pp. 1613-1621 describes a method for fast synchronization for an OFDM system using either a continuous transmission or a burst operation over a frequency-selective channel. The presence of a signal can be detected from the reception of only one training sequence consisting of two symbols. The beginning of a frame and the beginning of a symbol can be found, and carrier frequency offsets of many subchannels can be corrected. The algorithms work near an un The lower Cramer-Rao limit for the variance of the estimate in the frequency offset, and inherent averaging over many subcarriers, allows acquisition at very low signal-to-noise ratios.
Der Artikel "Low-Overhead, Low-Complexity [Burst] Synchronization for OFDM" von T.M. Schmidl und D.C. Cox, veröffentlicht in den Proceedings of the IEEE International Conference on Converging Technologies for Tomorrow's Applications, 1996, Vol. 3, S. 1301-1306, beschreibt ein weiteres Verfahren zur schnellen Synchronisation für ein OFDM-System unter Verwendung entweder einer kontinuierlichen Aussendung oder einer Burst-Operation über einen zeitvariablen Kanal. Das genannte Verfahren akquiriert das Signal und liefert eine Kanalschätzung auf den Empfang nur einer Trainingssequenz, bestehend aus zwei Symbolen, hin. Der gleiche Algorithmus kann das Signal auch verfolgen. Das Verfahren bietet die Möglichkeit, ein Symbol-Timing, ein Trägerfrequnz-Offset und einen Abtastfrequenz-Offset zu schätzen.Of the Article "Low overhead, Low-complexity [Burst] Synchronization for OFDM "by T. M. Schmidl and D. C. Cox, published in the Proceedings of the IEEE International Conference on Converging Technologies for Tomorrow's Applications, 1996, Vol. 3, pp. 1301-1306, describes another Method for fast synchronization for an OFDM system using either a continuous broadcast or a burst over one time variable channel. The named method acquires the signal and provides a channel estimate to receive only one training sequence, consisting of two symbols, out. The same algorithm can also track the signal. The Procedure offers the possibility a symbol timing, a carrier frequency offset and a Estimate sampling frequency offset.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Konzept zum effizienten Handhaben eines Abtastfehlers zu schaffen.The Object of the present invention is to provide a concept for efficient handling of a sampling error.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Abtastfehlers gemäß Anspruch 1, durch ein Verfahren zum Bestimmen eines Abtastfehlers gemäß Anspruch 6 oder durch ein Verfahren gemäß Anspruch 11 gelöst.These The object is achieved by a device for determining a sampling error according to claim 1, by a method for determining a sampling error according to claim 6 or by a method according to claim 11 solved.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bestimmen eines Abtastfehlers in einem abgetasteten Empfangssignal umfaßt eine Abtasteinrichtung zum Abtasten eines Empfangssignals, das einen ersten und einen zweiten Signalabschnitt aufweist, wobei der erste und der zweite Signalabschnitt zumindest einen gleichen Signalanteil aufweisen, wobei das abgetastete Empfangssignal einen abgetasteten ersten und zweiten Signalabschnitt aufweist, der jeweils aus der Abtastung des ersten und zweiten Signalabschnitts hervorgeht, wobei der abgetastete Signalanteil des ersten Signalabschnitts und der abgetastete Signalanteil des zweiten Signalabschnitts einen Unterschied aufweisen, und eine Abtastfehlererfassungseinrichtung zum Erfassen des Abtastfehlers auf der Basis des abgetasteten ersten und zweiten Signalanteils.The inventive device for determining a sampling error in a sampled received signal comprises a sampling device for sampling a received signal comprising a first and a second signal portion, wherein the first and the second signal portion at least a same signal component wherein the sampled received signal is a sampled first and second signal portion, each of the Sampling of the first and second signal section is apparent, wherein the sampled signal portion of the first signal section and the sampled Signal portion of the second signal section have a difference, and a sampling error detecting means for detecting the sampling error based on the sampled first and second signal components.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Korrigieren eines Empfangssignals eine Einrichtung zum Korrigieren des Abtastfehlers, die ausgebildet ist, um basierend auf einem von einer Abtastfehlererfassungseinrichtung erfaßten Abtastfehler und einem abgetasteten Empfangssignal ein korrigiertes Empfangssignal zu liefern.According to one Another aspect of the present invention comprises a device according to the invention for correcting a received signal, a means for correcting the sampling error, which is designed to be based on one of a Abtastfehlererfassungseinrichtung detected sampling errors and a sampled received signal to provide a corrected received signal.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Bestimmen eines Abtastfehlers in einem abgetasteten Empfangssignal, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Abtasten eines Empfangssignals, das einen ersten und einen zweiten Signalabschnitt aufweist, wobei der erste und der zweite Signalabschnitt zumindest einen gleichen Signalanteil aufweisen, wobei das abgetastete Empfangssignal einen abgetasteten ersten und zweiten Signalabschnitt aufweist, der jeweils aus der Abtastung der ersten und zweiten Signalabschnitte hervorgeht, wobei der abgetastete Signalanteil des ersten Signalabschnitts und der abgetastete Sig nalanteil des zweiten Signalabschnitts einen Unterschied aufweisen, Erfassen des Abtastfehlers auf der Basis des abgetasteten ersten und zweiten Signalabschnitts.The The present invention further provides a method of determining a sampling error in a sampled received signal, wherein the method comprises the steps of: sampling a received signal, having a first and a second signal portion, wherein the first and the second signal section at least one same Have signal component, wherein the sampled received signal a sampled first and second signal sections, respectively from the sampling of the first and second signal sections, wherein the sampled signal component of the first signal section and the sampled Sig nalanteil the second signal section a Have difference, detecting the sampling error on the basis the sampled first and second signal sections.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Korrigieren eines Abtastfehlers, wobei das Verfahren zum Korrigieren folgende Schritte aufweist: Bestimmen des Abtastfehlers, Korrigieren des Abtastfehlers basierend auf dem erfaßten Abtastfehler und dem abgetasteten Empfangssignal, Liefern eines korrigierten Empfangssignals.According to one In another aspect, the present invention provides a method for correcting a scan error, the method for correcting comprising the steps of: determining the sampling error, correcting the sampling error based on the detected sampling error and the sampled Receive signal, providing a corrected received signal.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm mit einem Programmcode zum Durchführen der erfindungsgemäßen Verfahren, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.According to one In another aspect, the present invention provides a computer program with a program code for carrying out the method according to the invention, when the computer program runs on a computer.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ein Abtastfehler unter Ausnutzung einer Struktur eines empfangenen Signals erfaßt werden kann. Wird beispielsweise bei einem Übertragungssystem sendeseitig ein Signal gesendet, das periodische Signalanteile aufweist, wie es beispielsweise bei einem OFDM-Übertragungssystem der Fall ist, so kann diese Periodizität empfangsseitig dazu herangezogen werden, einen Abtastfehler, der aufgrund einer Abtasttaktabweichung im Empfänger entsteht, zu erfassen. Weist das Sendesignal periodische Signalabschnitte auf, beispielsweise einen ersten und einen zweiten Signalabschnitt, und wird ein derartiges Signal über einen reellen Übertragungskanal übertragen, so weist ein empfangenes Signal ebenfalls einen ersten und einen zweiten Signalabschnitt auf, die jeweils mit den sendeseitigen periodischen Signalabschnitten korrespondieren. Ist eine zeitliche Ausdehnung einer Kanalimpulsantwort (Länge der Kanalimpulsantwort), die den Übertragungskanal charakterisiert, geringer als eine zeitliche Ausdehnung der jeweiligen gleichen Signalanteile, so weisen der erste und der zweite empfangene Signalabschnitt zumindestens einen gleichen Signalanteil auf, wobei dem Signal anteil des ersten und des zweiten Signalabschnitts möglicherweise ein unterschiedlicher Rauschprozeß additiv überlagert ist. Wird ein derartiges Empfangssignal in einem Empfänger abgetastet, so entsteht ein abgetastetes Empfangssignal, das analog einen ersten und einen zweiten Signalanteil aufweist, wobei die jeweiligen Signalanteile aus einer Abtastung der gleichen Signalanteile der Signalabschnitte des zeitkontinuierlichen empfangenen Empfangssignals hervorgehen. Wird der Abtastvorgang mit Hilfe eines freilaufenden Abtasttaktes durchgeführt, so entsteht ein Abtastfehler, der zu einer Abtasttaktabweichung führt. Aufgrund dieses Abtastfehlers (Abtasttaktabweichung) unterscheidet sich nun der abgetastete Signalanteil des ersten Signalabschnitts des Empfangssignals und der abgetastete Signalanteil des zweiten Signalabschnitts des Empfangssignals voneinander. Ist beispielsweise die Abtasttaktabweichung konstant, so werden die jeweiligen Signalanteile des ersten und zweiten Signalabschnitts des Empfangssignals zu unterschiedlichen Zeitpunkten abgetastet, wodurch ein Unterschied zwischen den abgetasteten Signalanteilen entsteht. Auf der Basis dieses Unterschieds kann nun die Taktabweichung und somit der Abtastfehler erfaßt werden. Hierzu können beispielsweise der abgetastete erste und zweite Signalabschnitt des Empfangssignals herangezogen werden. Da der abgetastete Signalanteil des ersten Signalabschnitts und der abgetastete Signalanteil des zweiten Signalabschnitts sich nun aufgrund des Abtastfehlers unterscheiden, kann der Unterschied aus beispielsweise einem Vergleich der abgetasteten Signalanteile und somit der Abtastfehler bestimmt werden. Der Abtastfehler wird somit erfindungsgemäß unter einer Ausnutzung der Struktur des empfangenen Signals erfaßt, so daß der Abtastfehler in dem abgetasteten Signal, das den Abtastfehler aufweist, sofort korrigiert werden kann. Bevorzugt wird dies mit Hilfe einer vorwärtsverarbeitenden Struktur durchgeführt, die den Abtastfehler und somit die Abtastabweichung in dem empfangenen abgetasteten Empfangssignal, auf dessen Basis der Abtastfehler bestimmt worden ist, korrigiert, wodurch eine Abtasttaktsynchronisation erzielt wird.The present invention is based on the finding that a sampling error can be detected by utilizing a structure of a received signal. If, for example, in a transmission system a signal is transmitted at the transmitting end which has periodic signal components, as is the case, for example, in an OFDM transmission system, this periodicity can be used to detect a sampling error which arises due to a sampling clock deviation in the receiver. If the transmission signal has periodic signal sections, for example a first and a second signal section, and if such a signal is transmitted via a real transmission channel, then one has Also signal genes also a first and a second signal section, which correspond respectively to the transmission-side periodic signal sections. If a temporal extent of a channel impulse response (length of the channel impulse response), which characterizes the transmission channel, less than a temporal extent of the respective same signal components, so have the first and the second received signal portion at least a same signal component, wherein the signal component of the first and second signal section may have a different noise process is additively superimposed. If such a received signal is sampled in a receiver, the result is a sampled received signal which analogously has a first and a second signal component, the respective signal components resulting from a sampling of the same signal components of the signal segments of the continuous-time received received signal. If the scanning operation is carried out with the aid of a free-running sampling clock, a sampling error results, which leads to a sampling clock deviation. Because of this sampling error (sampling clock deviation), the sampled signal component of the first signal section of the received signal and the sampled signal component of the second signal section of the received signal now differ from each other. If, for example, the sampling clock deviation is constant, the respective signal components of the first and second signal sections of the received signal are sampled at different times, whereby a difference arises between the sampled signal components. On the basis of this difference, the clock deviation and thus the sampling error can now be detected. For this example, the sampled first and second signal portion of the received signal can be used. Since the sampled signal component of the first signal section and the sampled signal component of the second signal section now differ due to the sampling error, the difference can be determined, for example, from a comparison of the sampled signal components and thus the sampling errors. The scanning error is thus detected according to the invention by utilizing the structure of the received signal, so that the sampling error in the sampled signal having the sampling error can be corrected immediately. Preferably, this is done by means of a forward processing structure which corrects the sampling error and thus the sampling error in the received sampled received signal on the basis of which the sampling error has been determined, thereby achieving sampling clock synchronization.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, daß der Abtastfehler und somit die Abtastabweichung, wie es bereits erwähnt worden ist, unter Ausnutzung der Signalstruktur aus dem abgetasteten Empfangssignal erfaßt wird, so daß sich eine vorwärtsverarbeitende Struktur ergibt, die keine rückgekoppelten Strukturen aufweist. Somit ergibt sich bei der Erfassung des Abtastfehlers keine Verzögerung, wie es bei bekannten Verfahren nach Stand der Technik der Fall ist.One Advantage of the present invention is the fact that the sampling error and thus the sample deviation, as already mentioned is, taking advantage of the signal structure of the sampled received signal detected will, so that a forward processing Structure yields no feedback structures having. This results in the detection of the sampling error no delay, as is the case with known prior art methods.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß der Abtastfehler genau erfaßt wird, da erfindungsgemäß zur Erfassung des Abtastfehlers der aufgrund der Abtastung herbeigeführte Unterschied zwischen den abgetasteten Signalanteilen herangezogen wird. Die Signalanteile, die bei einer idealen Abtasttaktsynchronisation gleich wären, können als Trainingssymbole verstanden werden, die neben einer statistischen auch eine deterministische Abtastfehlererfassung ermöglichen, was ferner dazu führt, daß der Abtastfehler schnell erfaßt werden kann.One Another advantage of the present invention is that the sampling error accurately detected is, since according to the invention for detection the sampling error of the difference caused by the sampling the sampled signal components is used. The signal components, which would be the same in an ideal sample clock synchronization can be considered Training symbols are understood in addition to a statistical also enable deterministic sampling error detection, which also leads to that the Sensing error quickly detected can be.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, daß zur Erfassung des Abtastfehlers keine Fourier-Transformation benötigt wird, da der Abtastfehler auf der Basis von Zeitbereichssignalen erfaßt werden kann. Das erfindungsgemäße Konzept führt daher zu einer Reduktion von Rechen- und Hardwarekomplexität, da keine Vermischung von Zeitbereichs- und Frequenzbereichssignalen stattfindet, wie es gemäß dem oben stehend diskutierten Stand der Technik der Fall ist.One Another advantage of the present invention is to be seen in that to Detecting the sampling error no Fourier transform is needed since the sampling error is detected on the basis of time domain signals can. The inventive concept leads therefore to a reduction of computational and hardware complexity, since none Mixing of time domain and frequency domain signals takes place as according to the above standing discussed prior art is the case.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß der Abtastfehler auf der Basis von einem OFDM-Symbol bestimmt wird, falls das erfindungsgemäße Konzept zu einer Erfassung von einem Abtastfehler in einem OFDM-System eingesetzt wird. Somit kann die Abtastabweichung auf der Basis von einem Symbol bestimmt werden und nicht aus aufeinanderfolgenden Symbolen, beispielsweise auf der Basis der Differenz der Phasenmittelwerte aufeinanderfolgender Symbole bestimmt wird. Aufgrund dieser effizienten Ausnutzung der Struktur der OFDM-Symbole wird der Abtastfehler wesentlich schneller erfaßt. Dabei werden auch keine Pilottöne benötigt, so daß eine kontinuierliche Abtastfehlererfassung möglich ist. Dadurch wird ferner erzielt, daß bei einer stark veränderlichen Abtastabweichung, bei der die Abtastabweichung bei aufeinanderfolgenden Symbolen unterschiedlich ist, der Abtastfehler grundsätzlich bestimmt werden kann, da wie es bereits erwähnt worden ist, der Abtastfehler auf der Basis von nur einem Symbol erfaßt wird.One Another advantage of the present invention is that the sampling error based on an OFDM symbol is determined, if the inventive concept for a detection is used by a sampling error in an OFDM system. Consequently For example, the sample deviation may be determined based on a symbol and not from consecutive symbols, for example on the basis of the difference of the phase mean values of successive ones Symbols is determined. Due to this efficient use of the Structure of the OFDM symbols makes the sampling error much faster detected. There are also no pilot tones needed so that one continuous Abtastfehlererfassung is possible. This will further achieved that at a highly variable one Sampling deviation at which the sample deviation at successive Symbols is different, the sampling error basically determined can, as has already been mentioned, the sampling error is detected on the basis of only one symbol.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß der Abtastfehler in dem empfangenen abgetasteten Signal, auf dessen Basis der Abtastfehler bestimmt worden ist, korrigiert werden kann. Dadurch wird erreicht, daß der Abtastfehler genau und schnell korrigiert wird, weil zwischen der Abtastfehlererfassung und der Abtastfehlerkorrektur keine Verzögerung von einem oder mehreren Symbolen entsteht, wie es bei dem oben stehend diskutierten Stand der Technik der Fall ist.Another advantage of the present invention is that the sampling error in the received sampled signal on the basis of which the sampling error has been determined can be corrected. This ensures that the sampling error is corrected accurately and quickly, because between the Abtastfehlererfassung and the sample error correction does not give rise to a delay of one or more symbols, as is the case with the prior art discussed above.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, daß bei der Korrektur des Abtastfehlers ebenfalls eine vorwärtsverarbeitende Struktur eingesetzt werden kann, wodurch keine Rückkopplungsschleifen notwendig werden, was zu einer Erhöhung der Stabilität des Empfangssystems führt. Dadurch werden ferner die bereits erwähnten hang-up-Effekte vermieden. Darüber hinaus ist bei dem erfindungsgemäßen Konzept keine Einlaufzeit notwendig, um die empfangenen Symbole zu korrigieren, so daß die Korrektur des Abtastfehlers sofort und für jedes Symbol einzeln durchgeführt werden kann.One Another advantage of the present invention is to be seen in that at the correction of the sampling error is also a forward processing Structure can be used, eliminating the need for feedback loops become, what an increase stability of the receiving system leads. This further avoids the already mentioned hang-up effects. About that In addition, in the inventive concept no break-in time necessary to correct the received symbols, So that the Correction of the sampling error can be performed immediately and individually for each symbol can.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß aufgrund der erfindungsgemäßen vorwärtsverarbeitenden Struktur, bei der sowohl die Abtastfehlererfassung als auch die Abtastfehlerkorrektur stattfinden, der numerische Aufwand verringert wird. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Abtastfehlererfassung und die Abtastfehlerkorrektur beispielsweise zu einem gemeinsamen Algorithmus zusammengefaßt werden können, falls diese Funktionsblöcke in einem digitalen Signalverarbeitungsprozessor implementiert werden. Dies führt ferner zu einer Reduktion des Hardware- und Steuerungsaufwands, da sowohl die Fehlererfassung als auch die Fehlerkorrektur an einer beliebigen Stelle in dem System implementiert werden können, so daß bei einem Systemdesign diesbezüglich keine Einschränkungen entstehen.One Another advantage of the present invention is that due to the forward processing invention Structure in which both the sampling error detection and the Scanning error correction take place, which reduces numerical effort becomes. This is due to the fact that the Abtastfehlererfassung and the sample error correction, for example, to a common one Algorithm be summarized can, if these functional blocks be implemented in a digital signal processing processor. this leads to further to a reduction of the hardware and control effort, because both the error detection and the error correction on a can be implemented anywhere in the system, so that at a system design in this regard no restrictions arise.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, daß sowohl die Abtastfehlererfassung als auch die Abtastfehlerkorrektur generell in Systemen eingesetzt werden können, bei denen periodische Signalfolgen übertragen werden. Dies ist nicht nur bei den bereits erwähnten OFDM-Systemen der Fall, sondern grundsätzlich bei Systemen, die beispielsweise auf einer Wiederholungscodierung basieren, bei denen dieselbe Sendesequenz mehrfach gesendet wird.One Another advantage of the present invention is to be seen in that both the sample error detection as well as the sample error correction in general can be used in systems where periodic signal sequences are transmitted. This is not only in the ones already mentioned OFDM systems of Case, but basically in systems, for example, on a re-encoding based on the same send sequence being sent multiple times.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß das erfindungsgemäße Konzept beispielsweise bei einem OFDM-System unabhängig von einem dem OFDM-System zugrundeliegenden Standard und ohne dessen Verletzung eingesetzt werden kann. Dies ist ferner insbesondere dann von Vorteil, wenn beispielsweise ein OFDM-System aus Komponenten besteht, die verschiedene Hersteller produziert haben, da aufgrund der erfindungsgemäßen vorwärtsverarbeitenden Struktur keine Inkompatibilitäten entstehen können.One Another advantage of the present invention is that the inventive concept for example, in an OFDM system independent of an OFDM system underlying standard and used without its violation can be. This is also particularly advantageous if, for example An OFDM system consists of components that are different manufacturers produced because of the forward processing structure according to the invention no incompatibilities can arise.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:preferred embodiments The present invention will be described below with reference to FIG the enclosed drawings closer explained. Show it:
In
Die
in
Im
folgenden wird die Funktionsweise der in
Die
Abtasteinrichtung
Im
folgenden wird angenommen, daß das
zeitkontinuierliche Empfangssignal, das der Abtasteinrichtung
Das
fehlerhaft abgetastete Empfangssignal wird der Abtastfehlererfassungseinrichtung
In
dem in
Zur
Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Konzeptes
der Abtastfehlererfassung ist in
Die
in
Die
in
Im
folgenden wird auf die Funktionsweise der in
Nach
einer Abtastung des Empfangssignals durch die Abtasteinrichtung
Dadurch,
daß erfindungsgemäß eine vorwärtsverarbeitende
Struktur nun möglich
ist, wird beispielsweise bei einem OFDM-Signal das Frequenzbereichssignal
x(n) von einer Abtastfrequenzabweichung nicht beeinflußt, da die
Einrichtung
Wie
es im Zusammenhang mit dem in
In
In
dem in
In
der Praxis wird dieser Abstand durch entsprechende Spezifikationen
in dem dem Übertragungsverfahren
zugrundeliegenden Standard festgelegt. Nimmt man für diesen
Abstand einen Wert von N Abtastperioden an und bezeichnet man die
Abweichung von der nominalen Abtastperiode mit ΔTS,
so ergibt sich die in
Der
erste Schritt besteht nun darin, den in
In dieser Formel stellen die Werte x1 ... xn und y1 ... yn die Werte der zuerst abgetasteten Sequenz 1 dar (erster Signalabschnitt). Dabei charakterisieren die Werte x1 ... xn den zeitlichen Abstand der Abtastwerte der ersten Sequenz, die Werte y1 ... yn charakterisieren hingegen jeweils einen möglicherweise komplexwertigen Wert der Abtastwerte der Sequenz 1. Die Werte x und y repräsentieren dagegen analog die Werte der N Abtastperioden später abgetasteten Sequenz 2. Berücksichtig wird dabei für die Werte x bzw. y die bzw. y die zeitliche Abtasttaktabweichung (x-Achse) bzw. die daraus folgende Veränderung der Funktionswerte (y-Achse). Mit anderen Worten ausgedrückt, wird bevorzugt irgendein Abtastwert der Sequenz 2 (zweiter Signalabschnitt), der bekannt ist, anhand von einer Mehrzahl von Abtastwerten unter Berücksichtigung deren zeitlichen Auftretens geschätzt, wodurch der Effekt der Abtasttaktabweichung modelliert wird.In this formula, the values x 1 ... x n and y 1 ... y n represent the values of the first sampled sequence 1 (first signal segment). The values x 1 ... X n characterize the time interval of the samples of the first sequence, whereas the values y 1 ... Y n characterize a possibly complex-valued value of the samples of the sequence 1. The values x and y, on the other hand, represent analog The values of the N sampling periods later sampled sequence 2 are taken into account here. For the values x and y, the or y is the temporal sampling clock deviation (x-axis) or the consequent change in the function values (y-axis). In other words, preferably, any sample of the sequence 2 (second signal portion) that is known is estimated from a plurality of samples taking into account its timing, thereby modeling the effect of sampling clock deviation.
Die
oben stehend dargestellte Interpolationsformel wird bevorzugt in
der Abtastfehlererfassungseinrichtung, wie sie beispielsweise in
dem in
Im
folgenden wird die Funktionsweise der in
Um die folgenden Berechnungen zu vereinfachen, wird NΔTS mit μ abgekürzt. Um ΔTS zu berechnen, kann vorzugsweise für die zuerst abgetastete Sequenz ein idealer Abtasttakt (z.B. TS = 1) angenommen werden. Betrachtet man nun die oben stehende Lagrange-Formel, so ist erkennbar, daß der Nenner einfach berechnet werden kann, da sich im Nenner eine Multiplikation ganzzahliger Werte ergibt. Im Zähler ergibt sich hingegen eine Differenzbildung, auf die im folgenden eingegangen wird.To simplify the following calculations, NΔT S is abbreviated to μ. In order to calculate ΔT S , an ideal sampling clock (eg T S = 1) may preferably be assumed for the sequence sampled first. Looking now at the Lagrangian formula above, it can be seen that the denominator can be simply calculated, since there is a multiplication of integer values in the denominator. In the counter, however, results in a difference, which will be discussed below.
Die
Differenzbildung im Zähler
veranschaulicht dabei
Im
oberen Diagramm in
Nach einem Ausmultiplizieren werden die potenzierten Werte für μN 3...1 ausgeklammert. Durch eine anschließende Überführung von y auf die rechte Seite der Gleichung erhält man die folgende Formel: After being multiplied out, the potentiated values for μ N 3 ... 1 are excluded. Subsequent conversion of y to the right side of the equation yields the following formula:
Da die Werte für y1...n sowie y bekannt sind (Sequenz 1 und Sequenz 2) können nun mit Hilfe beispielsweise einer Nullstellenberechnung drei unterschiedliche Werte für μN ermittelt werden.Since the values for y 1 ... n and y are known (sequence 1 and sequence 2), three different values for μ N can now be determined with the aid of, for example, a zero-point calculation.
Um einen numerischen Aufwand gering zu halten, kann die Nullstellenberechnung beispielsweise mit Hilfe eines effizienten Algorithmus zur Eigenwertberechnung durchgeführt werden. Aus den drei erhaltenen Nullstellen muß nun die relevante Nullstelle ermittelt werden, die auf die Abtasttaktabweichung hinweist. Dazu werden als erstes die Werte für μN durch N dividiert. Dadurch entstehen aufgrund der vorher durchgeführten Substitution (μN = NΔTS) drei unterschiedliche Werte für ΔTS. Sind die Werte y1...n sowie y komplexwertig, so sind die aufgrund der notwendigerweise komplexwertigen Operationen erhaltenen Nullstellenwerte im Normalfall komplexwertig. Eine Ausnahme muß der relevante Wert für ΔTS bilden. Aufgrund der Tatsache, daß der gesuchte Wert für ΔTS real sein muß, kann durch ein einfaches Suchkriterium, das beispielsweise den kleinsten Imaginärteil ermittelt, der relevante Wert für ΔTS ermittelt werden. Aufgrund von umfangreichen Simulationen konnte beispielsweise festgestellt werden, daß der Imaginärteil in diesem Fall nahezu 0 ist (10–4 und kleiner). Der so ermittelte Wert für die Abtasttaktabweichung ΔTS (= 1/ΔfS) kann im Anschluß zu einer Steuerung der Korrektur der Abtastwerte mit Hilfe von Interpolationsmethoden verwendet werden. Derartige Interpolationsmethoden wurden von F.M. Gardner in „Interpolation in Digital Modems – Part: Fundamentals", IEEE Transactions on Communications, vol. 41, no. 3, pp. 501-508, März 1993, und von L. Erup et. al. in „Interpolation in Digital Modems-Part 2: Implementation and Perfor mance", IEEE Transactions on Communications, vol. 41, no. 6, pp. 998-1008, Juni 1993 veröffentlicht.To keep a numerical effort low, the zero computation can be performed, for example, using an efficient eigenvalue computation algorithm. From the three obtained zeros now the relevant zero point must be determined, which indicates the sampling clock deviation. First, the values for μ N are divided by N. This results in three different values for ΔT S due to the previously performed substitution (μ N = NΔT S ). If the values y 1 ... n and y are complex-valued, then the zero values obtained on the basis of the necessarily complex-valued operations are normally complex-valued. An exception must be the relevant value for ΔT s . Due to the fact that the sought value for ΔT S must be real, the relevant value for ΔT S can be determined by a simple search criterion, which determines, for example, the smallest imaginary part. Due to extensive simulations it could be determined, for example, that the imaginary part in this case is almost 0 (10 -4 and smaller). The value thus obtained for the sampling clock deviation ΔT S (= 1 / Δf S ) can be used subsequent to a control of the correction of the sampled values by means of interpolation methods. Such interpolation methods have been described by FM Gardner in "Interpolation in Digital Modems - Part: Fundamentals," IEEE Transactions on Communications, vol. 41, no. 3, pp. 501-508, March 1993, and by L. Erup et al "Interpolation in Digital Modems Part 2: Implementation and Performance", IEEE Transactions on Communications, vol. 41, no. 6, pp. 998-1008, published June 1993.
Erfindungsgemäß wird das fehlerbehaftet abgetastete Empfangssignal, wie es bereits erwähnt worden ist, basierend auf dem in dem fehlerhaft abgetasteten Empfangssignal entstandenen Abtastfehler korrigiert, da erfindungsgemäß hierzu eine vorwärtsverarbeitende Struktur eingesetzt wird. Weist beispielsweise das fehlerbehaftete abgetastete Empfangssignal eine Folge von Abtastwerten auf, und ist die erfindungsgemäße Abtastfehlererfassungseinrichtung ausgebildet, um den Abtastfehler aus der Folge von Abtastwerten zu bestimmen, so liefert die Einrichtung zum Korrigieren eines Abtastfehlers aus der fehlerbehafteten Folge von Abtastwerten eine korrigierte Folge von Abtastwerten. Diese Korrektur wird bevorzugt für jede sukzessiv empfangene Abtastfolge durchgeführt, was zu einer Verbesserung der Korrekturgenauigkeit und somit zu einer Senkung der Bitfehlerwahrscheinlichkeit führt.According to the invention erroneous sampled received signal, as it has already been mentioned based on the in the erroneously sampled received signal resulting scanning error corrected since according to the invention for this purpose a forward processing Structure is used. For example, assigns the errored one sampled receive signal a sequence of samples, and is the Abtastfehlererfassungseinrichtung invention trained to the sampling error from the sequence of samples the means for correcting a sampling error provides from the erroneous sequence of samples a corrected Sequence of samples. This correction is preferred for each successive received sample sequence performed, resulting in an improvement of the correction accuracy and thus too lowering the bit error probability.
In den obigen Ausführungen wurde davon ausgegangen, daß die untersuchten Sequenzen (Signalabschnitte) von dem Abtastfehler (Abtasttaktabweichung) beeinflußt werden. In der Realität müssen jedoch die Eigenschaften des Übertragungskanals (Kanaleigenschaften) berücksichtigt werden. Für eine burstartige strukturierte Funkübertragung sind dabei beispielsweise zwei Effekte zu beachten:
- – durch eine Mehrwegausbreitung kommt es zu frequenzselektiven Effekten
- – diese Effekte sind wiederum zeitvariant
- - multipath propagation leads to frequency-selective effects
- - These effects are again time-varying
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bestimmen des Abtastfehlers sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Korrigieren des Abtastfehlers können bevorzugt dann eingesetzt werden, wenn die Kanalecholaufzeiten nicht all zu lang sind, d. h. daß sie beispielsweise kürzer sind als die Län ge des ersten oder des zweiten Signalabschnitts, was beispielsweise bei einer Inhaus-Übertragung (indoor-Übertragung) erfüllt ist. Spät empfangene Signalanteile wirken sich dabei aufgrund der geringen Sendeleistung gar nicht oder nur unwesentlich aus. Ein Verzögerungsleistungsdichtespektrum (delay spread) weist in diesem Fall einen exponentiell abklingenden Verlauf auf. Die mittlere Impulsverbreitung Δτ eines indoor-Szenarios kann beispielsweise bis zu 250 ns betragen.The inventive device for determining the Abtastfehlers and the inventive device for correcting the Abtastfehlers can preferably be used when the Kanalecholaufzeiten are not all that long, that is, for example, are shorter than the Län ge of the first or the second signal portion, which, for example an in-home transmission (indoor transmission) met is. Late received signal components have no effect at all or only insignificantly due to the low transmission power. A delay power density spectrum (delay spread) has an exponentially decaying course in this case. The mean pulse spread Δτ of an indoor scenario, for example, can be up to 250 ns.
Das erfindungsgemäße Konzept kann prinzipiell für jeden Abtastwert der Wiederholsequenz durchgeführt werden. Hat diese Sequenz beispielsweise 16 Werte, so könnte man 16 unabhängige Werte für die Abtasttaktabweichung berechnen. Dabei muß jedoch der Kanaleinfluß berücksichtigt werden. Wird der Kanaleinfluß als eine Faltung der Sendedaten mit der Kanalimpulsantwort dargestellt, so werden die Abtastwerte der Wiederholsequenz auch durch Abtastwerte außerhalb des wiederholten Bereichs unterschiedlich beeinflußt.The inventive concept can in principle for every sample of the repeat sequence. Has this sequence for example, 16 values, so could 16 independent ones Values for calculate the sampling clock deviation. However, the channel influence must be considered become. If the channel influence as showing a convolution of the transmission data with the channel impulse response, so the samples of the repeat sequence are also sampled outside of the repeated area differently affected.
Um
eine möglichst
geringe Beeinflussung zu gewährleisten,
soll bei einer OFDM-Übertragung
für den verwendeten
Kanal daher bevorzugt die folgende Bedienung eingehalten werden:
Das bedeutet, daß eine maximale Impulsverbreitung durch den Kanal kleiner sein muß als die zeitliche Dauer der Wiederholsequenz (z. B. cyclic prefix beim OFDM). Da dies jedoch eine allgemeine Forderung für unterschiedliche Anwendungen (z. B. OFDM-Technik zur Vermeidung von Intersymbol-Interferenzen) ist, stellt diese Bedienung keine schwerwiegende Einschränkung dar. Ist die Kanalimpulsantwort jedoch länger als das bei OFDM verwendete Schutzintervall, so können effiziente Algorithmen eingesetzt werden, um durch eine Vorentzerrung im Zeitbereich in dem Empfänger die Kanalimpulsantwort zu verkürzen. Beispielsweise ist in der Schrift von H. Schmidt und K.D. Kammeyer, „Impulse truncation for wireless OFDM", Proceedings of 5-th International OFDM-Workshop 2000, Hamburg, September 2000, ein einfaches Verfahren vorgeschlagen, um die Kanalimpulsantwort auf der Basis des Kriteriums des minimalen mittleren quadratischen Fehlers abzuschneiden. Diese Vorentzerrung kann beispielsweise durch ein FIR-Filter realisiert werden.The means that one maximum pulse propagation through the channel must be less than that time duration of the repeat sequence (eg cyclic prefix in OFDM). However, this is a general requirement for different applications (eg, OFDM technique to avoid intersymbol interference), This operation is not a serious limitation. However, if the channel impulse response is longer than that used in OFDM Guard interval, so can efficient algorithms are used to perform a pre-equalization in the time domain in the receiver to shorten the channel impulse response. For example, in the paper by H. Schmidt and K.D. Kammeyer, "Impulse truncation for wireless OFDM ", Proceedings of 5-th International OFDM Workshop 2000, Hamburg, September 2000, a simple method proposed to the channel impulse response on the basis of the criterion of the minimum mean square To cut the error. This predistortion can, for example, by a FIR filter can be realized.
Unter Kanaleinfluß kann die Ermittlung der zur Berechnung der Taktabweichung geeigneten Werte auf zweierlei Weise erreicht werden. Ist die Länge der Kanalimpulsantwort bekannt, so kann man nach der Blocksynchronisation sofort ermitteln, welche Werte der zyklischen Wiederholung zur Berechnung der Taktabweichung geeignet sind.Under Channel influence can the determination of those suitable for calculating the clock deviation Values can be achieved in two ways. Is the length of the Channel impulse response known, so you can after the block synchronization Immediately determine which values of the cyclical repetition for the calculation the clock deviation are suitable.
Ist die Länge der Kanalimpulsantwort nicht bekannt, so muß sie jedoch vorher bestimmt werden.is the length The channel impulse response is not known, but it must be determined in advance become.
Erfindungsgemäß wird die Länge der Kanalimpulsantwort aus einer Mehrzahl von sukzessiv erfaßten Abtastfehlern bestimmt. Dabei können die sukzessiv erfaßten Abtastfehler beispielsweise von einer Einrichtung zum Empfangen einer Mehrzahl von Abtastfehlern empfangen werden, so daß die Mehrzahl der empfangenen Abtastfehler bevorzugt in einer Einrichtung zum Aufteilen der Abtastfehler in aufeinanderfolgende Gruppen von Abtastfehlern aufgeteilt wird. Für die jeweilige Gruppe von Abtastfehlern wird sodann eine Standardabweichung bestimmt. Durch Ermitteln der Gruppe von Abtastfehlern, die die geringste Standardabweichung aufweist, kann die Länge der Kanalimpulsantwort ermittelt werden.According to the invention Length of Channel impulse response from a plurality of successively detected sampling errors certainly. It can which successively recorded Sampling error, for example, from a device for receiving a plurality of sampling errors are received, so that the plurality the received sampling error preferably in a device for Dividing the sampling errors into successive groups of sampling errors is split. For the respective group of sampling errors then becomes a standard deviation certainly. By determining the group of sampling errors that the Having the lowest standard deviation, the length of the Channel impulse response can be determined.
Bevorzugt wird für alle Werte der zyklischen Wiederholung die Abtasttaktabweichung ΔTS bestimmt. Im Anschluß daran werden die Ng Werte der Taktabweichung in unterschiedliche Intervalle aufgeteilt. Das Intervall, das die geringste Standardabweichung aufweist, wird im Anschluß daran weiterverarbeitet. Durch eine Mittelung über dieses Intervall gewinnt man einen zuverlässigen Wert für Abtasttaktabweichung, wodurch ferner zusätzlich eine Unterdrückung von Rauscheffekten ermöglicht wird. Wie es oben stehend beschrieben worden ist, kann durch dieses Vorgehen erfindungsgemäß die Länge der Kanalimpulsantwort bestimmt werden.The sampling clock deviation ΔT S is preferably determined for all values of the cyclical repetition. Subsequently, the N g values of the clock deviation are divided into different intervals. The interval that has the lowest standard deviation is subsequently processed further. Averaging over this interval yields a reliable sample clock deviation value, which further allows for the suppression of noise effects. As has been described above, the length of the channel impulse response can be determined according to the invention by this procedure.
In
Da Inhaus-Kanäle (indoor-Kanäle) sehr langsam veränderlich sind, so kann die Ermittlung der zur Mittelung relevanten Werte (Intervallänge) für ΔTS nur in sehr großen zeitlichen Abständen durchgeführt werden, z. B. alle 100 OFDM-Symbole. Mit Hilfe einer Überabtastung kann der Vorgang zur Ermittlung des relevanten Intervalls zur Mittelung von ΔTS erheblich präzisiert werden. Eine weitere Verbesserung (Unterdrückung von Rauscheffekten) des Ergebnisses für ΔTS kann bevorzugt durch eine weitere Mittelung aufeinanderfolgende Werte für ΔTS erzielt werden was z. B. durch eine Mittelung von ΔTS über mehrere OFDM-Symbole durchgeführt werden kann. Diese Mittelung kann durchgeführt werden, da die Schwankungen der Abtasttaktabweichung aufgrund der Oszillatoreigenschaften des Oszillators, der in der Abtasttakteinrichtung eingesetzt ist, wie z. B. Temperaturverhalten, langsam veränderlich sind.Since in-house channels (indoor channels) are very slowly variable, the determination of the averaging-relevant values (interval length) for ΔT S can only be carried out at very long time intervals, eg. For example, all 100 OFDM symbols. With the aid of oversampling, the process for determining the relevant interval for averaging ΔT s can be made considerably more precise. A further improvement (reduction of noise effects) of the result for S .DELTA.T can be preferably achieved by a further averaging successive values for .DELTA.T S what z. B. durchge by an average of .DELTA.T S over several OFDM symbols can be led. This averaging can be performed because the variations in the sampling clock deviation due to the oscillator characteristics of the oscillator used in the sampling clock, such as the sampling clock. B. temperature behavior, are slowly changing.
Die Funktionalität der Erfindung gemäß der Vorrichtung zum Bestimmen des Abtastfehlers bzw. der auf den Abtastfehler hinweisenden Abtastfrequenzabweichung wurde in mehreren Simulationen verifiziert. Hierbei wurde ein typisches WLAN-Szenario auf der Basis von OFDM gewählt (N = 64, Ng = 16, TOFDM = 4 μs, Tg = 0,8 μs). Um eine Qualität der Signalverarbeitung zu erhöhen, wurde in den Simulationen eine Überabtastung um Faktor 2 und 4 verwendet.The functionality of the invention according to the apparatus for determining the sampling error or sampling frequency deviation indicative of the sampling error has been verified in several simulations. In this case, a typical WLAN scenario based on OFDM was chosen (N = 64, N g = 16, T OFDM = 4 μs, T g = 0.8 μs). In order to increase the quality of the signal processing, an oversampling by a factor of 2 and 4 was used in the simulations.
In
Zusätzlich wurde
jeweils gaussverteiltes weißes
Rauschen (40 dB) überlagert
(AWGN; AWGN = average white gaussion noise). Der erste Kanal entspricht
einer typischen Büroumgebung.
Die obere Grenze für das
Verzögerungsleistungsdichtespektrum
(delay spread) beträgt
390 ns. Eine Verwendung eines Schutzintervalls mit einer Länge von
Tg = 800 ns resultiert in einer unkritischen
Offset-Detektion, was in
Gemäß der vorliegenden Erfindung können Abtasttaktabweichungen bevorzugt rein numerisch erfaßt oder detektiert werden. Die vorliegende Erfindung ermöglicht auch ferner eine rein digitale Abtasttaktsynchronisation. Mögliche Abtasttaktabweichungen werden unter Ausnutzung von zyklischen Wiederholsequenzen berechnet. Hierzu wird eine Art „inverse Interpolation" durchgeführt. Der gewonnene Parameter (Abtasttaktabweichung) dient der Steuerung der Korrektur des fehlerhaft abgetasteten Signals.According to the present Invention can Abtasttaktabweichungen preferred purely numerically detected or be detected. The present invention also further allows a pure digital sample clock synchronization. Possible sampling clock deviations are calculated using cyclic repeat sequences. This is a kind of "inverse Interpolation " obtained parameters (sampling clock deviation) is used to control the Correction of the erroneously sampled signal.
Ein Hauptmerkmal des erfindungsgemäßen Detektionsverfahrens besteht in der vorwärtsverarbeitenden Struktur. Durch diese vorwärtsverarbeitende Struktur werden die Stabilitätseigenschaften der Synchronisation deutlich verbessert. Des weiteren ist keine Einlaufzeit notwendig und die bereits erwähnten hang-up-Effekte können vermieden werden. Ein wesentlicher Vorteil ist durch den geringen numerischen Aufwand gegeben. Viele Zwischenergebnisse zur Berechnung der Taktabweichung können bei der eigentlichen Korrektur des Signals durch eine Interpolation wiederverwendet werden. Es ist möglich, daß bei der erfindungsgemäßen Berechnung der Taktabweichung ebenfalls von einem Interpolationspolynom ausgegangen werden kann. Wählt man für beide Funktionsblöcke, Detektion und Korrektur (TED und TEC) denselben Interpolationsansatz, kann man den numerischen Aufwand des Detektionsverfahrens auf wenige Operationen reduzieren.One Main feature of the detection method according to the invention exists in the forward processing Structure. Through this forward processing Structure become the stability characteristics the synchronization significantly improved. Furthermore, no Warm-up time necessary and the already mentioned hang-up effects can be avoided become. A significant advantage is due to the low numerical Effort given. Many intermediate results for calculating the clock deviation can during the actual correction of the signal by interpolation be reused. It is possible, that at the calculation according to the invention the clock deviation also assumed an interpolation polynomial can be. Chooses one for one both functional blocks, Detection and correction (TED and TEC) use the same interpolation approach, one can reduce the numerical complexity of the detection process to a few Reduce operations.
Im folgenden wird der Einfluß einer nicht-idealen Abtastung diskutiert.in the following is the influence of a non-ideal sampling discussed.
Um die Vorteile eines fast vollständig digitalisierten Empfängers auszunutzen, wird die Abtastung durch Verwendung eines freilaufenden Oszillators durchgeführt. Die resultierenden Differenzen zwischen den Abtastfrequenzen in einem Sender und in einem Empfänger (ftrans + frec) hängen im we sentlichen von den Eigenschaften des Oszillators, wie es in der Schrift C. Muschallik, „Influence of RF Oscillators on an OFDM Signal", IEEE Transactions on Consumer Electronics, Bd. 41, Nr. 4, S 592-603, August 1995 beschrieben ist ab. Im folgenden wird eine langsam veränderliche Abtastfrequenzabweichung angenommen. Sie kann durch einen relativen Wert Δf beschrieben werden: To take advantage of an almost fully digitized receiver, sampling is performed using a free running oscillator. The resulting differences between the sampling frequencies in a transmitter and in a receiver (f trans + f rec ) are essentially dependent on the characteristics of the oscillator, as described in C. Muschallik, "Influence of RF Oscillators on OFDM Signal". described IEEE Transactions on Consumer Electronics, Vol 41, No. 4, S 592-603, July 1995. In the following, a slowly varying Abtastfrequenzabweichung is assumed It can be described by a relative value Δ f....:
Aufgrund von zwei individuellen Abtastfrequenzen muß der oben stehende Wert für Δf verdoppelt werden, wodurch der schlechteste Fall angenommen wird (worst case). Der Effekt der Abtastfrequenzabweichung kann nur im Frequenzbereich analysiert werden. Um die Signalberechnungen zu vereinfachen, wird ein Einzelträgersignal angenommen, das durch eine Exponentialfunktion beschrieben wird. Die Signalbeschreibung im Frequenzbereich kann erhalten werden, indem eine N-Punkt diskrete Fourier-Transformation (DFT) verwendet wird. Nun kann das resultierende Spektrum Xi für jeden Subträger Index n berechnet werden, da es nur durch eine Einzelfrequenz fc geformt ist.Due to two individual sampling frequencies, the above value for Δ f must be doubled, which assumes the worst case. The effect of sampling frequency deviation can only be analyzed in the frequency domain. To simplify the signal calculations, a single carrier signal is assumed, which is described by an exponential function. The signal description in the frequency domain can be obtained by using an N-point discrete Fourier transform (DFT). Now, the resulting spectrum X i can be calculated for each subcarrier index n, since it is shaped only by a single frequency f c .
Unter Verwendung einer geometrischen Reihenentwicklung kann die Summation in der oben stehenden Gleichung vermieden werden. Nach einer Trennung von Phase und Betrag kann das Spektrum durch berechnet werden. Um den Einfluß der Abtastfrequenzabweichung Δf zu betrachten, muß die die Abtastfrequenzabweichung Δf beschreibende Gleichung modifiziert werden. Unter Verwendung des Ausdrucks ftrans = NfC/C und der Substitution TS = Trec, folgt die Gleichung Using a geometric series expansion, the summation can be avoided in the above equation. After a separation of phase and magnitude, the spectrum can pass through be calculated. In order to consider the influence of the Abtastfrequenzabweichung Δ f must the Abtastfrequenzabweichung Δ f equation describing be modified. Using the expression ftrans = Nf C / C and the substitution T S = T rec , the equation follows
Um die reellen OFDM-Eigenschaften herzuleiten, muß die oben stehende Gleichung durch eine Summation vervollständig werden, die die Subträgereinflüsse beschreibt.Around To derive the real OFDM properties, the equation above must be used completed by a summation which describes the subcarrier influences.
Basierend auf der oben stehenden Gleichung können alle Effekte der nicht-idealen Abtastung berechnet werden. Durch eine Variation der Parameter n, c und Δf können zwei verschiedene Einflüsse auf das OFDM-Signal unterschieden werden. Der Einfluß von Δf auf die Phase enthaltenden Terme indizieren eine Phasendrehung, die zu dem Subträgerindex und dem Symbolindex proportional ist. Aus diesem Grund muß im folgenden nur die Phase der verwertbaren Signalkomponenten (n = c) betrachtet werden. Für einen Subträger n folgt daher Based on the above equation, all the effects of the non-ideal sample can be calculated. By varying the parameter n, c, and Δ f can have two different effects can be distinguished in the OFDM signal. The influence of Δ f to the phase-containing terms indicate a phase rotation that is proportional to the Subträgerindex and the symbol index. For this reason, only the phase of the usable signal components (n = c) has to be considered below. Therefore, for a subcarrier n follows
Zusätzlich wird
die Phase für
sukzessive Symbole rotiert. Diese Rotation kann durch
Es müssen zwei verschiedene Fälle unterschieden werden. Für n ungleich c werden die interferierenden Signalkomponenten betrachtet. Die auftretende Interkanalinterferenz (ICI; ICI = inter-carrier interference) wächst proportional mit dem Subträgerindex. Zusätzlich zu diesem Effekt werden spektrale Nutzkomponenten (n = c) gedämpft.Two different cases have to be distinguished. For n unlike c, they will interfere considered the signal components. The occurring inter-channel interference (ICI) increases proportionally with the subcarrier index. In addition to this effect, useful spectral components (n = c) are attenuated.
Durch eine Verarbeitung von nicht-ideal abgetasteten Signalen durch die diskrete Fourier-Transformation (DFT) wird das Spektrum nicht-ideal zugeordnet. Nach einer Transformation der orthogonalen Subträger, wird das diskrete Spektrum zwischen den Maxima und den äquidistant verteilten Nulldurchgängen plaziert. Um eine signifikante Signal zu Rauschabstand (SNR; SNR = signal to noise ratio) Verschlechterung aufgrund des Verlustes der Subträgerorthogonalität zu vermeiden, sollte bevorzugt eine effiziente Abtastfrequenzsynchronisation durchgeführt werden.By a processing of non-ideally sampled signals by the Discrete Fourier Transform (DFT) makes the spectrum non-ideal assigned. After a transformation of the orthogonal subcarrier, will the discrete spectrum between the maxima and the equidistant distributed zero crossings placed. To obtain a significant signal to noise ratio (SNR; SNR = signal to noise ratio) Deterioration due to loss to avoid subcarrier orthogonality Preferably, efficient sampling frequency synchronization should be performed.
Abhängig von den Gegebenheiten kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen eines Abtastfehlers oder zum Korrigieren eines Abtastfehlers in Hardware oder in Software implementiert werden. Die Implementation kann auf einem digitalen Speichermedium, insbesondere einer Diskette oder CD mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen erfolgen, die so mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, dass das entsprechende Verfahren ausgeführt wird.Depending on the circumstances, the inventive method for determining a sampling error or to correct a sampling error in Hardware or be implemented in software. The implementation can be on a digital storage medium, especially a floppy disk or CD with electronically readable control signals, the so can interact with a programmable computer system that the corresponding procedure is carried out.
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Non-Patent Citations (4)
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